隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，公共建筑和住宅的供暖和空調(diào)已經(jīng)成為普遍的要求。
地源熱泵實際上是一項非常古老的技術(shù)，四十年代便有應(yīng)用，只是近五年來相關(guān) 技術(shù)發(fā)展，使其迅速商業(yè)化。地源熱泵的名稱最早出現(xiàn)在1912年瑞士的一份專利文獻中，20世紀50年代歐洲出現(xiàn)了利用地源熱泵的第一次高潮。在此期間，Ingersoll和Plass根據(jù)Kelvin線源概念提出了地下埋管換熱器的線熱源理論，但當時由于能源價格低，系統(tǒng)造價高，沒有得到廣泛應(yīng)用。70年代，石油危機把人們的注意力集中到節(jié)能、高效益使用能源，使地源熱泵的發(fā)展進入了高潮階段，此時地下埋管已由早期的金額管改為塑料管。這個時期歐洲建立了不少水平埋管換熱器的地源熱泵，但主要用于冬季供暖。80年代初開始，美國、加拿大開展了冷暖聯(lián)供地源熱泵方面的研究工作，不少文獻報道了地源熱泵不同形式地下埋管換熱器的傳熱過程及模型，并有部分工程的運行總結(jié)和性能比較。
美國能源部（DOE）和美國環(huán)境保護署（EPA）均已確認，地源熱泵系統(tǒng)是目前效率最高、對環(huán)境最有利的熱水、取暖和制冷系統(tǒng)。一方面它利用地下土壤或巖石的相對穩(wěn)定溫度使取暖和空調(diào)系統(tǒng)在全年都能維持高效運行，為地源熱泵用戶節(jié)省電費20－50%。
從一些文獻的計算結(jié)果可以看出，多區(qū)頂風系統(tǒng)、單區(qū)頂風系統(tǒng)、冷水變風系統(tǒng)和多區(qū)地源熱泵系統(tǒng)的效率比分別為1.54kw/ton、1.40kw/tom、1.23kw/ton和0.88kw/ton，kw/ton表示千瓦耗電/噸制冷量?？梢?，與傳統(tǒng)空調(diào)相比，地源熱泵系統(tǒng)的效率比最好。
另一方面，在同等條件下，采用了地源熱泵系統(tǒng)的建筑物能夠減少維護費用。地源熱泵非常耐用，它的機械運動部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安裝在室內(nèi)，從而避免了室外的惡劣氣候，其地下部分可保證50年，地上部分可保證30年，因此地源熱泵是免維護空調(diào)，節(jié)省了維護費用，使用戶的投資在三年左右即可回收。對林肯城和內(nèi)布拉斯加這兩處地方和20所學校進行了有關(guān)空調(diào)系統(tǒng)維護費用的調(diào)查。這20所學校采用了4種不同的供冷方式：地源熱泵系統(tǒng)（GHP）、帶有熱水鍋爐的空氣冷卻器（ACC/GHWB）、帶有熱水鍋爐的水冷卻器（WCC/GHWB）、帶有蒸汽鍋爐的水冷卻器（WCC/GSB）。。
在亞特蘭大市，對每戶家庭采用空冷熱泵系統(tǒng)每年的費用是826美元，采用普通空調(diào)系統(tǒng)的費用686美元，采用地源熱泵系統(tǒng)的費用是397美元?？梢?，地源熱泵系統(tǒng)的運行費用相對于其它空調(diào)系統(tǒng)來說是相當?shù)偷摹?
更重要的一點是，地源熱泵系統(tǒng)所使用的制冷劑在工廠里注入并被完全密封，使用過程中絕無泄漏，用戶任何時候均不必添補制冷劑，因而減少了對臭氧層的破壞。該系統(tǒng)可用于不同結(jié)構(gòu)、不同面積的居民建筑上，可在新建筑施工時安裝，也可用于舊建筑的改造，其在設(shè)計中的彈性使得它成為一個非常吸引人的空調(diào)選擇。地源熱泵在去濕方面有特別的長處，因而非常適合于夏季炎熱而潮濕的氣候，如果在空氣配送裝置上加上空調(diào)器，地源熱泵在這一點上的特點將更加突出，因此若要達到室內(nèi)空氣質(zhì)量標準，地源熱泵系統(tǒng)也是一個非常好的選擇。
地源熱泵正是有以上優(yōu)勢、政府辦公樓、公寓和餐館等等。
根據(jù)民用美國阿可拉荷馬州電力公司在紅河谷所作的用戶調(diào)查：如果要1分至10分之內(nèi)打分，99%的地源熱泵空調(diào)用戶對其在夏天的制冷能力打8分以上，73%的用戶打了滿分10分。地熱水用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)減少了燃煤使用量
新年的第一場雪，使本市的室外溫度驟然下降。而鑫茂新能源、新材料產(chǎn)業(yè)基地的生產(chǎn)車間內(nèi)卻溫暖如春，墻上掛著的溫度計清晰地顯示室內(nèi)溫度23℃。“我們這兒取暖，既不燒煤、也不用氣，更不用傳統(tǒng)的空調(diào)，你能猜得到用什么嗎？”見到記者，鑫茂基地的李德春先賣了個關(guān)子，然后輕輕跺了跺腳，“就是我們腳下這片土地，它不僅能夠取暖，還能夠制冷，被我們形象地稱為‘地熱空調(diào)’。”
李德春口中的“地熱空調(diào)”準確的稱謂是“地源熱泵”，它是一種新型的中央空調(diào)系統(tǒng)，不燃油、不燃氣、不燃煤。據(jù)其技術(shù)提供商——天津鋒尚機電有限公司總經(jīng)理余為峰介紹，地表淺層土壤的溫度一年四季相對穩(wěn)定，與空氣溫差一般為17℃左右，地下土壤溫度是真正的冬暖夏涼。根據(jù)這一特性，在冬季，通過一定的設(shè)備和技術(shù)把地層中的熱量“取”出來，提高溫度后，供給室內(nèi)用戶取暖，反之，到了夏季則可達到制冷目的。
作為一個建筑面積35萬平方米的工業(yè)基地，取暖、制冷是一筆不小的開支。鑫茂新能源、新材料基地曾經(jīng)請有關(guān)技術(shù)人員算過一筆賬，以單體7000平方米的供熱面積計算，采取較為普遍的冬季市政供暖、夏季螺桿機制冷的方式，前期硬件投入為255萬元，年運行成本為35.7萬元，而鑫茂35萬平方米面積，僅一年運行成本就超過了1600萬元。
巨大的成本讓鑫茂不得不放棄傳統(tǒng)的取暖、制冷方式，轉(zhuǎn)而采用地源熱泵。淺層土壤中蘊藏的地熱能分布廣泛、可循環(huán)再生、儲量巨大，取用成本較為低廉，更重要的它是一種清潔能源。經(jīng)過一年的運行，李德春感到了地源熱泵諸多方面的優(yōu)勢，最直接的效益是地源熱泵運行成本低，節(jié)能減排并不意味著高投入，它與生產(chǎn)成本的降低緊密相連。還是以單體7000平方米供熱、制冷面積計算，地源熱泵的硬件投入是196萬元，運行成本為21萬元，一年下來整個基地35萬平方米也不過1000萬元，一下子節(jié)約600萬元。可減少二氧化碳排放750噸，“可別小瞧這套系統(tǒng)，這相當于一年多種了1200棵樹啊”。
不僅在鑫茂，地源熱泵系統(tǒng)在本市不少企業(yè)、工業(yè)園區(qū)、學校和居住區(qū)內(nèi)都開始推廣使用。本市從2008年開始，被列入全國三個地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)試點城市之一。目前天津港保稅區(qū)內(nèi)利用地源熱泵取暖的建筑面積已達80余萬平方米，約占整個保稅區(qū)建筑總面積的16%，全年可節(jié)約煤炭約12000噸，減少二氧化碳排放28000噸，處于全國領(lǐng)先水平。天津公館采用原生污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，實現(xiàn)了冷暖及生活熱水三聯(lián)供，通過封閉管內(nèi)的污水把土壤熱量傳導出來，將污水“變廢為寶”，被國家住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部和財政部確定為可再生能源建筑應(yīng)用示范項目。據(jù)測算，熱泵供熱比燃煤供熱節(jié)煤40%左右。每利用1噸污水，相當于可少燃煤2公斤，天津公館每年利用污水40萬噸，年節(jié)省標煤800噸左右，減排二氧化碳2400噸。
來源：國際能源網(wǎng) |
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