热泵供暖技术发展现状及展望

田 晖

（成都基准方中建筑设计有限公司太原分公司，山西 太原 030002）

随着时代的发展和进步以及国民经济的高速增长，我国的工业化、农业化、城镇化也加快了脚步，国家对于能源资源的需求量大大提高，我国的社会经济正在飞速的发展，与此同时也带来了严重的环境问题。现如今，我国明确认识到资源、能源、环境3 者之间的关系，因此国家也提出了相应的节能减排政策，以此来推动节能减排工作的高效开展。伴随节能减排的思想的普及，其中热泵技术已经得到广泛的使用和推广，并取得了一定的成效。热泵技术的应用，可以实现有效的循环利用，从而有效节约能源，提高经济发展，推动能源环境和经济的可持续发展。

1 热泵技术的概述

1.1 热泵技术的定义

热泵技术可以将低品位的能量转化为高品位的能量，是一种“变废为宝”的技术。与此同时，热泵技术也是目前市场上存在的一种新型的节能技术。通常来说，热泵技术是由市场上广泛应用的热泵装置的基础上进行发展的，是一种低温余热的节能技术。热泵技术可以在节能减排中起到非常重要的作用，对我国的可持续发展的理念有所助力。因此为了能够更好的利用热泵技术，就需要对其有全面的了解，掌握热泵技术的基本状况。

1.2 热泵技术的工作原理

简单来说，热泵技术就是通过热泵装置的基础上进行发展的，所以热泵技术的发展和进步也离不开水泵装置的配合和原理支撑。水泵是把水从低处运送到高处的一种装置。类比发现，热泵技术可以将低温的热源可以转化为高温热源，这样，热泵技术就可以充分利用低温余热来实现节能减排的目的。此外，热泵装置是一种可以将不同的能量进行转移的装置，所以说热泵装置就可以通过低温热源吸收热量，然后通过吸收的低温余热传送给高温热源一些热量。所以，热泵技术的工作原理就是利用热泵装置的内部运行，将能量进行有效的利用和转化。这一举措具有很重要的现实意义。

2 热泵供暖技术

2.1 水（污水） 源热泵

水源热泵以其较高的供热系数（COP），稳定的生产工况参数，受到广大使用者的好评。然而，水源热泵利用地下浅表水，存在地下水源不足、水质不稳定、回灌不及时、对周围建筑物有影响等问题，一度受到限制。但是可以从以下几个方面仍可继续使用水源热泵。1） 以上限制条件得到满足时；2） 通过特殊换热装置，直接利用污水水源；3） 利用污水处理后的中水；4） 以空气源热泵生产低温水作为水源；5） 利用其他工业余热等生产中、低温水。

2.2 土壤源热泵

土壤源热泵是水源热泵的另外一种形式。优点是不用打井，缺点是地埋管投资较大，适用于低密度居住区。在使用上，土壤源热泵必须冬夏两用，否则，夏季容易形成“热坑”，冬季形成“冷坑”，影响使用效果。在集中供热中不建议采用。在无其他替代热源的区域，如别墅等条件具备的地方，也可使用。

2.3 空气源热泵

近几年，空气源热泵得到广泛推广。主要原因是安装简便，设备造价适中。经过多年的改进，空气源热泵可以在零下25℃时正常启动工作，在低温下仍可保持较高的供热系数（COP 值），取得了较大进步。但是，空气源热泵仍然存在如下问题：1） 寒冷天气下，“越需要热，越缺少热”，COP 衰减很快；2） 寒冷天气下，除霜频次增加、且时间加长，影响供热效果；3） 一般空气源单机功率不高，需多模块用于供热，占地面积大；地方选择要求通风良好；由于噪音影响，选址须远离居民区；4） 空气源热泵露天安装，维护保养要求提高，设备寿命受到影响；5） 包括水源热泵在内，空气源热泵要求供暖目标建筑具备如下条件时，可保证供暖效果和运行经济性：①建筑围护结构设计单位建筑面积能耗45W/m2，要求墙体保温、门窗选用隔热材质。②由于热泵供水温度较低，需选用地板采暖方式。以上要求，大大限制了空气源热泵的使用。以上要求，大大限制了空气源热泵的使用。

2.4 地源热泵供暖技术的应用

地源热泵供暖技术中的地热能主要来源于浅地层。对于该类浅地层能源的开发和应用，不仅可以实现对冬季的供热，同时，还可以在夏天提供制冷效果。地源热泵供暖技术最早诞生于20 世纪40 年代，是由美国研究人员开发出来的，由于当时的技术和条件限制，所以该技术并没有得到广泛的应用和推广。随着科学技术的不断发展，加之能源匮乏问题的日益严峻，地源热泵供暖技术得到了进一步发展和进步。目前我国地热泵系统量高达5000 多个，对该技术的开发面积超过2×108m2，其中大部分集中在我国北方地区（东北及华北），被广泛应用于冬季供暖工作中。随着社会的不断发展，我国对于地源热泵供暖技术加大了开发和研究力度，很多的信息化技术应运而生，但是这些技术大部分都是商业性的探索，不具备系统化的技术标准，所以实际应用效果并不显著。

2.5 CO2 热泵技术

基于跨临界CO2循环的高温热泵技术，利用CO2超临界状态下的温度滑移特性，可以把温度为10℃的冷水直接加热至90℃以上，且当环境温度为－25℃时，仍能可靠运行。CO2热泵低温环境下压缩机采用升频运行，能够满足寒冷地区供暖需求，供暖季的平均COP 达2.236，且供暖房间具有较好的舒适度。采用在气体冷却器冷水入口处混水的方法提高系统在低温工况下的吸气压力，试验结果表明采用混水方法不仅可保证低温工况下系统的稳定运行，同时可降低结霜频率，延长系统运行时间。

3 热泵供暖技术发展趋势

3.1 水热型地热供暖技术的发展趋势

我国水热型地暖能源的含量相对丰富，尤其是中低温水热型地热能源的含量极多。依照有关的统计数据，在沉积盆地中含有大量的水热型地热资源，而我国的沉积盆地面积高达4.2×104km2，约占总国土面积的40%，在各个省内均有分布，所以水热型地热资源的开发具有非常大的潜力。然而在进行水热型地热资源开发时，经常出现砂岩回灌堵塞的技术难题，这也是制约我国水热型地热资源进一步开发的关键所在，是今后该技术研发的重点。

3.2 地源热泵供暖技术的发展趋势

地源热泵供暖技术可以将较低的能源转换为高效的热量，这非常符合节能环保的发展理念，有助于缓解我国目前能源匮乏的局面，所以对于该技术的研发应给予高度重视。地源热泵供暖技术的发展主要表现在以下几个方面：1） 对城市地区的供暖，当前主要采取集中供暖的方式。由于集中供暖主要是通过中小型锅炉实现的，所以实际的供暖中往往面临大量的能源消耗和环境污染，不符合绿色发展理念。而地源热泵供暖技术的应用可以有效解决这些问题，所以未来需要用该技术代替传统的锅炉集中供暖。2） 我国北方地区，由于冬季气温较低，所以对于供热方式的开发更加关键。在北方地区，通常存在很多干枯的地热井，对此加以利用和开发，将有效降低能源的消耗。3） 地源热泵供暖技术的应用将朝着节能、环保及高效的方向发展，同时，结合信息化技术，提升信息化和自动化水平，以提高供暖的效率和质量。

3.3 干热岩供暖技术的发展趋势

我国干热岩资源储量丰富，能够被开采的干热岩资源约占期总储量的2%，约为水热型地热资源总量的170 倍，干热岩资源的开发具有非常大的空间。单从技术方面讲，只要开采深度达到一定值，均可以开采到干热岩，且不会受地域的制约。因此，我国只要拥有干热岩开发的先进技术手段，干热岩供暖技术将会在全国范围内被大量推广和应用。

4 结语

综上所述，面对资源匮乏及环境污染问题，对当前供暖方式的优化显得十分关键。地热能作为一项清洁能源，将其应用于供暖工程中，具有重要的现实意义和价值，所以相关部门和企业需要引起足够的重视，有效提升我国的供暖效率和质量。