今冬,山东能源肥矿集团机关大楼供暖用上了浅层地热利用装置——地源热泵空调系统。走进集团机关办公室,开启空调开关,阵阵暖流从出风口喷涌而出。
地源热泵是什么?地源热泵空调与传统的空调有什么不同?它到底有哪些优点……带着一连串问号,11月25日,记者来到了肥矿集团机关地源热泵空调系统控制中心,实地探寻地源热泵的奥秘。
夏天的能量冬天用
在地源热泵设备控制室里,负责施工的工程技术员缪蒙正和同事一起整理相关技术资料,得知记者的来意后,他介绍起了地源热泵的基本概况:地源热泵是一种利用浅层地热资源运行的高效节能空调设备,不光可以供热,而且可以制冷。通过把热交换器埋于地下,让水在高强度塑料管组成的封闭环路中循环流动,从而实现与大地土壤进行冷热交换的目的。
“地源热泵与传统的空调有什么不一样呢?”记者问。
缪蒙介绍道:二者的区别在于,传统的空调主要是与室外空气进行热交换,而地源热泵主要是与地下土壤进行热交换。夏季,在为室内提供冷气的同时,其废热不再是排入空气中,而是储存于地下,以此提高冬季供暖的效率；到了冬季,室内供暖的大部分能量来自于地下,利用地下土壤的温度来为室内提供免费的热能,而土壤温度的降低又为下一季节的空调带来冷源。因此,地源热泵更多地是在室内和地下转移能量,而不是创造热量。在这个过程中,土壤提供了一个很好的免费能量仓库,这样就实现了能量的季节转换。由于地源热泵是在土壤和室内空气之间工作,二者的温差较室内外空气温差要小很多,所以它的工作效率非常高,是目前国际上最先进的中央空调系统。
缪蒙的一席话让记者回想起一个场景:炎炎夏日的城市里,每当从一些商场、店铺前路过时,与人差不多高的硕大空调外机喷出滚滚热浪,让人避之不及。而对于地源热泵来说,原本这些空调外机喷出的废热却成为冬季用来取暖的宝贵热源,真的很神奇!
记者设想,假如在像济南、青岛这样的城市里,能够普及地源热泵技术的话,夏季的城市“热岛”效应说不定就能减少很多；同时,夏季储存下的能量,又能解决冬季的供暖难题。
像抽水那样抽取能量
11月25日,记者在肥矿集团的地源热泵设备控制室里看到,三台油罐车大小的设备依次排开。这是热泵机组,相当于地源热泵的“心脏”,每一台机组都对应相应的供热区域。这些地源热泵机组负责把地下蕴含的能量抽取出来,再经过换热技术输送到地面建筑中进行室温的调节。
记者看到,控制室内,连接着整台机组的输水管道有水桶般粗细,它们一头连着供暖的机关办公楼,一头连着大地。牛晓波说,这些管路相当于我们人体内的血管,粗的管道相当于大动脉,最细最末端的管道就是毛细血管了!这些“毛细血管”分别分布在地下和建筑物内,能量就是依靠他们来吸收和传递的。
“为什么称之为地源热泵呢?”记者不解。缪蒙介绍说,这是因为在自然界中,水总是由高处流向低处,热量也总是从高温转向低温。但人们通过采用水泵,可以把水从低处提升到高处。同样的道理,人们发明了可以抽取能量的热泵,可以把热量从低温抽吸到高温。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,通常地源热泵消耗一千瓦的电能可以得到4倍以上的热量或5倍以上的冷量,这也是热泵节能的原因。
“这太划算了,用一度电就可以换来好几倍的能量,这简直就是一本万利的买卖!”记者赞叹道。
脚下踩着能量交换车间
“为了将埋藏于地下的地热能量提取出来,我们还要在地下建立一套能量交换系统,也就是通常采用的垂直埋管系统。”据介绍,现在通常采用闭式埋管系统,即通过钻探的方式将“U”形管埋入地下50米-150米的深度,管内注入防冻液之类容易传递冷量的液体,便于吸取蕴含在地下深层土壤的热量,并将“U”形管上端两个开口接入地源热泵机组形成封闭式循环传递系统；另一方面,也由地源热泵机组向建筑物室内方向建立类似的循环传递系统,两者在机组内进行冷热能量交换,并将采自地下的冷热能量输送到室内调节空气温度。
“这样的系统建立之后,就意味着地源热泵系统的建成,一经启动,就可以通过水循环系统,源源不断地将地下的能量提取出来,用于日常室内温度调节或其它用途,机组的功率大小和埋管的数量取决于供热和制冷面积。”李军说。据他介绍,肥矿集团在安装地源热泵过程中,利用操场空间进行钻孔埋管,施工的钻孔埋管深度为50米,实施了950套埋管,总计埋管长度达20多万米。整个空调系统投入使用后,可以为总建筑面积达28500平方米的办公楼提供可靠的制热和制冷服务。
钻孔埋管场地就位于肥矿集团办公楼西侧的操场,来到操场可以看到,随着工程的竣工,工人师傅正在对场地进行整修,不久将完全恢复操场的原貌。以后,当你在操场上遛弯儿时,如果不是事先知道,你无论如何也想不到,就在你的脚下,有一个大规模的能量交换车间正在昼夜不停地运行着,它在无声无息中创造着冬日里的温暖和夏日里的凉爽。
地热应用将更普遍
据了解,我国是一个以中低温地热资源为主的国家,地热能源蕴藏丰富。以山东省为例,初步估算200米深度内蕴藏的地热能资源量折合标准煤约131.4亿吨,相当于我省煤炭总地质储量的40%,地热资源潜在经济价值6.5万亿元以上。而且,建筑能耗目前约占我国总能耗的30%左右,这个比例还在不断增加,因此,在建筑节能领域推行太阳能、地热能等可再生能源前景广阔。近年来,已经呈现出较好的发展态势。
从目前市场来看,全国地源热泵市场销售额已超过80亿元,并以每年20%以上的速度在增长。同时,地源热泵系统的初装费也大幅度下降,由最初的每平方米建筑面积需要400元到450元,降低到目前的220元到320元,公众对地源热泵的认知度也有了很大提高。
我省在日前出台的《山东省节约能源“十二五”规划》提出,积极推动地热利用,通过加大财政资金引导,强化示范带动,积极推广满足环保和水资源保护要求的地热供暖、供热水技术和产品；发展地热养殖、地热民居、地热宾馆、地热医疗保健和地热休闲度假等；建设一批地源热泵应用重大示范项目。到2015年,新增地源热泵系统建筑应用面积3000万平方米。
（责编：zy）
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