绿色建筑技术中地源热泵系统的应用

一．绿色建筑现阶段发展的前景

在地球严重遭受污染的今天，越来越多的人开始重视环保，开始重视环境，但是针对很多在城市中生活的人来说，想要获得良好的生活空间要难上加难，汽车尾气、垃圾污染、噪声等等都给人们的生活带来很多负面影响，所以越来越的城市居民想找到一种更好、更舒适的生存空间。而绿色建筑的出现就可以给生活在城市中的居民带来了良好的生活空间。绿色建筑以其自身的特点可以给城市居民带来良好、健康的生活空间，让城市居民可以不再只生存在水泥盒子中。而随着经济与社会的发展，绿色建筑理念在我国也逐渐受到重视。而所谓绿色建筑，就是指在建筑生命周期中，以最节约能源、最有效利用资源的方式，建造最低环境负荷情况下最安全、健康、高效及舒适的居住空间，达到人及建筑与环境共生共荣、可持续性发展。现代建筑是一种过分依赖有限能源的建筑。能源对于那些大量使用人工照明和机械空调的建筑意味着生命，而高能耗、低效率的建筑，不仅是导致能源紧张的重要因素，并且是使之成为制造大气污染的元凶。

二．地源热泵的工作原理及节能分析

在自然界中，水总是由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。人们可以用水泵把水从低处抽到高处，实现水由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温传递到高温。 所以热泵实质上是一种热量提升装置，工作时它本身消耗很少一部分电能，却能从环境介质（水、空气、土壤等）中提取4-7倍于电能的装置，提升温度进行利用，这也是热泵节能的原因。地源热泵只是在大地和室内之间“转移”能量。利用极小的电力来维持室内所需要的温度。 在冬天，1千瓦的电力，将土壤或水源中4-5千瓦的热量送入室内。在夏天，过程相反，室内的热量被热泵转移到土壤或水中，使室内得到凉爽的空气。而地下获得的能量将在冬季得到利用。如此周而复始，将建筑空间和大自然联成一体。以最小的低价获取了最舒适的生活环境。地源热泵是利用地球表面浅层水源（如地下水、河流和湖泊）和土壤源中吸收的太阳能和地热能，通过输入少量的电能，实现低温位热能向高温位转移，是一种既可供热又可制冷的高效节能空调系统。 地源热泵机组利用土壤或水体温度冬季为12-22℃，温度比环境空气温度高，热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高；土壤或水体温度夏季为18-32℃，温度比环境空气温度低，制冷系统冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率大大提高，可以节约30–40%的供热制冷空调的运行费用，1KW的电能可以得到4KW以上的热量或5KW以上冷量。与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70～90%的燃料内能为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省约二分之一的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50～60％。因此，近十几年来，尤其是近五年来，地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的地源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。

三．地源热泵系统的优势

1．地源热泵技术属可再生能源利用技术地源热泵技术

地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能（Earth Energy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。

2．地源热泵属于经济有效的节能技术

地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。

3．地源热泵环境效益显著

地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。

4．地源热泵一机多用，应用范围广

地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、购物商场、家电电脑办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。

5．地源热泵系统维护费用低

在同等条件下，采用地源热泵系统的建筑物能够减少维护费用。地源热泵非常耐用，它的机械运动部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安装在室内，从而避免了室外的恶劣气候，其地下部分可保证50年，地上部分可保证30年，因此地源热泵是免维护空调，节省了维护费用，使用户的投资在3年左右即可收回。

6．绿色环保，高效节能

地源热泵利用的是少量电能作为驱动力，汲取蓄存在大地的太阳能取暖，或把来自室内的热量排入大地制冷。是再生资源的转换，不排放任何污染，是清洁能源。研究和实践证明管道不会对自然环境有任何损害。垂直铺设管道用地面积更小，对草坪没有太大的影响。 地源热泵利用的地下水或土壤温度在15℃左右，只需要少量电能来实现热交换，因此机组的能效比可达到4.5-6以上，即用1kW的电可以达到4.5-6kW的量，比传统空调节能40－60％左右。2-4年即可收回多余投资。

四．总结

地源热泵系统在绿色建筑系统中，就一栋典型的５０年生命周期的办公建筑而言，其能源消费大约占总消费的３４％．因此，在保证舒适、健康的室内环境前提下，如何提高能源的使用效率，成为建筑运行管理者、使用者重点考虑的问题。在发达国家中，供热和空调的能耗可占到杜会总能耗的２５％一３０％。所以，绿色空调是未来建筑领域发展的一个主要方向。而地源热泵系统是天然的绿色空调系统，因此，发展地源热泵系统技术在很大程度上推动了绿色建筑的发展。如前所述，地源热泵系统实现了建筑与自然的共生；另一方面，它本身就是一种节能技术，属于建筑节能技术发展的对象，这已经被列人建设部建筑节能“十五”计划纲要；它可以利用生活用水中的余热，从而实现热量的再循环利用，而且浅层地能是一种不会枯竭的可再生能源，是一种可再生的能源利用技术；并且可以带来舒适的环境，是一种绿色建筑技术，全面符合绿色建筑的设计理念。