地源熱泵

建筑節(jié)能領域的綠色技術——地源熱泵

  建筑節(jié)能,簡而言之就是降低建筑物的能耗,提高建筑中的能源利用率,但同時又不能損失建筑本身的舒適感,因此而采用適當的合理利用能源技術。


  傳統取暖方式:耗能浪費又污染


  中國北方傳統的建筑耗能方式是鍋爐供暖,主要消耗煤炭,在燃燒之后,又會產生大量的二氧化碳和含氮氣體,既破壞大氣層,又容易加劇溫室效應,給國家?guī)?a href="http://m.zxkjjt.com/t/碳排放.html" >碳排放壓力,也是霧霾等環(huán)境問題的成因之一。鍋爐燃燒礦物產生高溫,可達到1500攝氏度,屬于高品位熱能,而建筑物室內取暖,只需要25攝氏度左右的溫度即可,屬于低品位熱能,這就意味著大量的熱量損失。南方目前建筑節(jié)能的主體方式則是空調供暖制冷。


  熱泵的工作原理,決定它是一種節(jié)約能源技術方式。所能利用的環(huán)境熱源,比如地源的溫度為15攝氏度,建筑物室內所需的溫度如果為25度,按照理想的逆向卡諾循環(huán)工作的熱泵的性能系數,也就是向高溫熱源供熱量與消耗的功之比,可達29.8。根據熱力學原理一次能源利用率,理論上可達到25.2,也就是說,采用熱泵為建筑提供的熱量,在理論上可以是燃燒煤炭所產生的能量的25倍以上。

傳統鍋爐取暖


  空氣源熱泵:能效有限故障多


  熱泵主要分為空氣源熱泵地源熱泵,它們從自然界的空氣、地表水、地下水或者淺層土壤中,通過電力做功,為建筑物提供熱能。使用熱泵不僅可以避免大量的熱量損失,還能夠通過制冷產生的廢水余熱,來加熱生活用水,從而提供不需耗能的生活用水。此外,因為不使用煤炭等礦物燃料,自然降低了二氧化碳排放量,是建筑物減少碳排放的關鍵技術之一。


  空調又稱為空氣源熱泵,它將建筑物外面的空氣作為熱源,從室外空氣中吸收入量,通過熱泵工作,導入室內進行供暖。這種方式相對來說,投資成本比較低。但是,空氣源熱泵的制熱量與室外溫度成正比,在極寒天氣或酷暑天氣中,它的能效會大量降低,甚至無法正常工作。同時,大量使用空氣源熱泵,對室外的溫度也是一種壓力,在城市中,夏季會提高市區(qū)整體溫度,冬天相反,導致室外夏天更熱,冬天更冷,增加負面的環(huán)境效應。


  此外,空氣源熱泵的蒸發(fā)器容易結霜,這就需要定期維護,也會消耗大量能量,在高緯度的寒冷地區(qū)除霜是很困難的,而在夏季高溫的時候,在低緯度的持續(xù)高溫下,空氣源熱泵的工作效率也會降低,甚至不起作用。由此可見,即使是空調的使用,也是有地域限制的,它比較適合氣候溫和的中緯度地區(qū)。

空調結霜現象


  地源熱泵節(jié)能環(huán)保可持續(xù)


  地源熱泵是利用土壤、地表水地下水這些熱源的熱泵。這些熱源基本上常年恒溫,冬天比地面上的室外溫度高,夏天比室外溫度低。從這個角度看,地源熱泵技術條件上和保持整個系統的平衡上,都比空氣源熱泵更有優(yōu)越性。此外,地源熱泵系統本身兼有熱泵的優(yōu)點,基本不產生碳排放量,是綠色清潔能源。


  冬天,地源熱泵將大地中的熱量導入建筑物,為建筑物供暖,同時降低大地本身的溫度,以備夏用。夏天,地源熱泵將建筑物中的熱量導入大地,為建筑物制冷,同時將熱量還給大地,以備冬用。這是一種有取有償的能源利用方式,體現了地緣熱泵系統的平衡性和可持續(xù)發(fā)展性。

地下水源熱泵


  地源熱泵主要包括地下水源熱泵系統、地表水熱泵系統以及地下耦合熱泵系統。地源熱泵初期投入較高,風險性也相對較高,因此,需要在開展項目前,在理論和實踐上,進行詳細的地質調查與勘測,對工程過程中,以及今后的長久使用中可能會產生的風險,用先進的科學技術進行合理規(guī)避,特別是地下水源熱泵系統,需要定期回灌,以保證地下水系統的水熱平衡,同時使用適當技術手段,確保減少對水源的浪費和污染。


  地下耦合熱泵系統通過對地下土壤或巖石中熱量的利用,把熱量帶到室內,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續(xù)節(jié)能技術。雖然它的初期投資相對比較高,需要大量在土壤中做地埋管,但是在運行的時候費用卻非常低廉,通常幾年內就能收回成本,相對于空氣源熱泵來說,它更加經濟實惠。

地下耦合熱泵系統