环保节能地源热泵技术应用研究

2013-10-29郑宏伟

资源节约与环保 2013年8期

郑宏伟

（梨树县环境监察大队吉林四平 130700）

随着我国经济快速发展，能源消耗量迅猛增加，但一直以来没有引起人们的重视，直到近几年，能源的短缺极具加重，大量的煤炭消耗引起地球环境危机。人们才更注重对新能源、新技术的开发利用。地源热泵技术作为一种利用新型能源技术，也越来越受人们的关注，地源热泵技术是一种利用丰富的地能，为人们创造冬暖夏凉的环境，因此做好此项技术的开发和应用具有广阔的前景，也必将成为未来能源利用技术的重要组成。

1 地源热泵的结构和工作原理

1.1 地源热泵系统的构成

地源热泵系统主要包括室外地源换热系统、还包括热泵机组以及包括室内空调末端系统，由此三部分构成。热泵机组是地源热泵系统的主动力部分，是由制冷压缩机和蒸发器设备、还有冷凝器和膨胀阀等设备构成相应的回路。其中压缩机可以说是热泵系统核心部位，是心脏，需要电来驱动，通过不断地压缩及输送使循环工质由低压低温压缩到高温高压，并且不停地地进行循环；蒸发器可以对冷量进行输出的一种设备，它的作用是蒸发由节流阀流入的制冷剂的液体，主要是可以吸收或带走被冷却物体的热量，来实现制冷的目的；冷凝器是对热量进行输出地一种设备，把由蒸发器吸收的热量及压缩机产生的热量在冷凝器中被介质带走，以实现制热的目的；膨胀阀以及节流阀对循环工质具有节流降压的作用，可以适当地调节循环工质的流量。

1.2 热泵系统的工作原理

热泵的工作原理是:压缩机不断地吸人由蒸发器制造的低压而且低温的制冷剂蒸汽,需要维持蒸发器内一直处于低压过程,从而创造了蒸发器里存在的制冷剂液体需要不断地处于低温状态下对载冷剂热量的不断地吸收，因而达到沸腾状态;其经过吸人的蒸汽需要再进行压缩处理使其压力和温度均都升高,从而创建液化制冷剂的必备条件;处于高压和高温状态的蒸汽被排人冷凝器之后,在维持压力不变的状态下,被冷却介质(水)进行相应的冷却,释放出相应的热量,从而降低温度,再进而凝结成为液体状态,经过冷凝器而排出;由于高压制冷剂产生的液体在经过节流阀过程中,又由于其受到阻力作用致使压力下降,因而致使一部分制冷剂液体被气化,由于其吸收了气化状态时的潜热,导致其本身温度也发生相应的降低,因而成为低压而低温状态下的湿蒸汽,流人蒸发器内;在蒸发器内部,制冷剂液体在维持压力不变状态下,由于其吸收载冷剂的热量因而被气化,进而成为低温而且低压的蒸汽，同时被压缩机吸走,就这样不断地周而复始地循环。其工作原理如图1所示。

热泵工作过程原理图1

2 地源热泵系统的应用

2.1 地源热泵系统的适用条件

地源热泵系统通常需要具有处于地下30m到300m深度、而且温度不低也不高的恒温带成为其热泵系统的“源”以及“汇”的地下工作环境,以及一年四季空调热泵本身需夏季排热以及冬季取热的优势特点。为保证热泵的高效性、稳定性、以及可持续性地工作,建设地源热泵系统需要遵循下面适用条件

2.1.1 一年四季需要室外空气平均气温达到温度10至20摄氏度，（或者地下恒温带温处于10一20℃）的地域;

2.1.2 打井的地质条件要具有经济可能性的地域，并具有一定量的浅层地下水资源条件的的地域；

2.1.3 一年四季向地下总排热量同总取热量保持相等或着维持接近状态的供热供冷工程,否则需要一定量的工程的补救辅助手段和措施;

2.1.4 夏季供冷温度可达到不低于五摄氏度,冬季供热温度可达到不高于六十摄氏度的工程。

2.2 地源热泵技术应用优势

2.2.1 充分采用自然资源中的太阳能来实现高效节能，太阳能是取之不尽、用之不绝的，具有可再生性的绿色能源，对于地表浅层可以吸收百分之四十七的太阳能，它等同于巨大的太阳能集热器作用，甚至超过于人类五百倍年使用能量。在冬季，地源热泵运用储存于地表浅层的巨大的能源来作为其热能的来源；而在夏季就以地表浅层内的恒温地能温度来作为其冷源，仅仅需要小小功率的压缩机就能对其实施能量转换的。因此它是具有实质意义上的高效节能设施。

2.2.2 具有极大的环境效益

地源热泵通过利用大地自身的蓄热功能，把夏季多余太阳能热排入大地内因而可以留作冬季备用，又可以把冬季多余冷能留给夏季备用，从根本上铲除了空调系统带来的热岛的效应。地源热泵是污染物排放超低的系统，其用的制冷剂呈完全密封状态，且无泄漏问题，因此不必添加制冷剂，极大地减少了对臭氧层的破坏。热泵系统被建造用于居民区内，可以实现冬季取暖夏季取凉的功能，取代了燃煤锅炉，极大地改善了CO2及颗粒物造成的污染。同时也可避免冷却塔的噪音影响。由于地源热泵系统不直接消耗煤及天然气等矿物资源，因此达到了纯绿色环保的要求。