地源热泵

建筑节能领域的绿色技术——地源热泵

  建筑节能,简而言之就是降低建筑物的能耗,提高建筑中的能源利用率,但同时又不能损失建筑本身的舒适感,因此而采用适当的合理利用能源技术


  传统取暖方式:耗能浪费又污染


  中国北方传统的建筑耗能方式是锅炉供暖,主要消耗煤炭,在燃烧之后,又会产生大量的二氧化碳和含氮气体,既破坏大气层,又容易加剧温室效应,给国家带来碳排放压力,也是雾霾等环境问题的成因之一。锅炉燃烧矿物产生高温,可达到1500摄氏度,属于高品位热能,而建筑物室内取暖,只需要25摄氏度左右的温度即可,属于低品位热能,这就意味着大量的热量损失。南方目前建筑节能的主体方式则是空调供暖制冷


  热泵的工作原理,决定它是一种节约能源技术方式。所能利用的环境热源,比如地源的温度为15摄氏度,建筑物室内所需的温度如果为25度,按照理想的逆向卡诺循环工作的热泵的性能系数,也就是向高温热源供热量与消耗的功之比,可达29.8。根据热力学原理一次能源利用率,理论上可达到25.2,也就是说,采用热泵为建筑提供的热量,在理论上可以是燃烧煤炭所产生的能量的25倍以上。

传统锅炉取暖


  空气源热泵:能效有限故障多


  热泵主要分为空气源热泵地源热泵,它们从自然界的空气、地表水地下水或者浅层土壤中,通过电力做功,为建筑物提供热能。使用热泵不仅可以避免大量的热量损失,还能够通过制冷产生的废水余热,来加热生活用水,从而提供不需耗能的生活用水。此外,因为不使用煤炭等矿物燃料,自然降低了二氧化碳排放量,是建筑物减少碳排放的关键技术之一。


  空调又称为空气源热泵,它将建筑物外面的空气作为热源,从室外空气中吸收入量,通过热泵工作,导入室内进行供暖。这种方式相对来说,投资成本比较低。但是,空气源热泵的制热量与室外温度成正比,在极寒天气或酷暑天气中,它的能效会大量降低,甚至无法正常工作。同时,大量使用空气源热泵,对室外的温度也是一种压力,在城市中,夏季会提高市区整体温度,冬天相反,导致室外夏天更热,冬天更冷,增加负面的环境效应。


  此外,空气源热泵的蒸发器容易结霜,这就需要定期维护,也会消耗大量能量,在高纬度的寒冷地区除霜是很困难的,而在夏季高温的时候,在低纬度的持续高温下,空气源热泵的工作效率也会降低,甚至不起作用。由此可见,即使是空调的使用,也是有地域限制的,它比较适合气候温和的中纬度地区。

空调结霜现象


  地源热泵节能环保可持续


  地源热泵是利用土壤、地表水地下水这些热源的热泵。这些热源基本上常年恒温,冬天比地面上的室外温度高,夏天比室外温度低。从这个角度看,地源热泵技术条件上和保持整个系统的平衡上,都比空气源热泵更有优越性。此外,地源热泵系统本身兼有热泵的优点,基本不产生碳排放量,是绿色的清洁能源


  冬天,地源热泵将大地中的热量导入建筑物,为建筑物供暖,同时降低大地本身的温度,以备夏用。夏天,地源热泵将建筑物中的热量导入大地,为建筑物制冷,同时将热量还给大地,以备冬用。这是一种有取有偿的能源利用方式,体现了地缘热泵系统的平衡性和可持续发展性。

地下水源热泵


  地源热泵主要包括地下水源热泵系统、地表水热泵系统以及地下耦合热泵系统。地源热泵初期投入较高,风险性也相对较高,因此,需要在开展项目前,在理论和实践上,进行详细的地质调查与勘测,对工程过程中,以及今后的长久使用中可能会产生的风险,用先进的科学技术进行合理规避,特别是地下水源热泵系统,需要定期回灌,以保证地下水系统的水热平衡,同时使用适当技术手段,确保减少对水源的浪费和污染。


  地下耦合热泵系统通过对地下土壤或岩石中热量的利用,把热量带到室内,不需要抽取地下水,也不需要后期回灌和排出,因此是更合理的可持续节能技术。虽然它的初期投资相对比较高,需要大量在土壤中做地埋管,但是在运行的时候费用却非常低廉,通常几年内就能收回成本,相对于空气源热泵来说,它更加经济实惠。

地下耦合热泵系统