地源热泵对武汉节能减排的影响分析
王宇波 周戎
（湖北工业大学湖北循环经济研究中心，湖北武汉430068）
王宇波 周戎
（湖北工业大学湖北循环经济研究中心，湖北武汉430068）
摘要：地源热泵是利用浅表地热能实现空气温度调节的新技术，具有节能、环保的明显效应。武汉独特的地理气候条件和丰富的地下水资源使得地源热泵系统具有广阔的发展空间，示范工程的成功运行为大规模推广地源热泵技术提供了可靠依据。在武汉建设“两型社会”进程中，应采取总体规划、集中管理、专项扶持和鼓励创新等措施，以充分发挥地源热泵技术对武汉“节能减排”的重要作用。
关键词：地源热泵、节能减排、武汉市。
影响分析武汉是我国中部地区的特大城市，是国家级“两型社会”建设综改试验区的核心城市，城镇人口已达600万人，同时，武汉又是长江上的三大“火炉”之一，夏季空调用能较大。2008年7月18日，武汉市电力负荷创下510.5万kW 的新高，其中一半为降温用电，相当于255万台1.5匹空调机同时开启。在大量采用分体式空气冷却空调机组的情况下，武汉空调用电效率较低，平均ERR不到1.9；市中心和建筑物密集区域空调对外散热，造成了较为严重的热岛效应；由于武汉不属于强制采暖区，集中供热面积只占总建筑面积的1%，而冬天相对较低的气温也使得采暖电负荷日益上升，气温低于零度情况下空调制热效果很差。湖北是化石能源紧缺的省份，2008年夏天电力供应已发出橙色警报，开始动员部分企业停产让电，为确保群众生活不受酷热气候影响，利用地源热泵节能效果显著的优势，加快武汉空调系统改造升级步伐已迫在眉睫。
1、地源热泵节能原理及示范工程
1.1、地热能与地源热泵
地热能是蕴藏在地球内部的热能。据估计在地表层10km以下的范围内，地热资源就相当于全部煤炭储量热值的7万倍，但地热的直接开发利用受到地域条件和开采技术的严格限制；地球浅表（400m）的土壤和含水层中，也是一个巨大的热能库，但大多数区域温度较低，不能直接利用[1]。热泵技术是利用工质形态变化时吸热和防热过程“搬运”能量的装置，热泵在工作时，把环境介质中贮存的能量QA 在蒸发器中加以吸收；它本身消耗一部分能量，即压缩机耗电QB；通过工质循环系统在冷凝器中进行放热QC，QC=QA+QB，由此可以看出，热泵输出的能量为压缩机做的功QB 和热泵从环境中吸收的热量QA；因此，采用热泵技术可以节约大量的电能。
根据热力学第二定律，高品位热源在转化为低品位热能时伴随着巨大的熵增损失，而且直接利用低能或燃料转换能量时系统效率不可能超过100%，如燃气热水器，因为有高温废气的排放、不完全燃烧、强制排烟及换热效率方面的损失，实际的制热系数仅在0.5-0.7之间。依据热泵原理使人类科学使用低温热能成为现实，目前热泵型冷热双效空调产品中，即以室外空气为热源对室内空气进行加热，以达到节能的目的，其系统ERR 系数已能达4，但是，依靠空气作为低温热源，由于其比热容低，换热效果差，需要较大的换热面，而且对室外空气温度的影响也很大。水的比热容是空气的4180 倍，换热系数要高20倍，如果以水为地温热源，将使热泵效率大大提高，土壤特别是含水率较高的不冻土壤，都比空气热源的转换效率高。地源热泵正是利用这一原理，把地下水或浅表土壤作为热源和储能库，实现有限室内空间热量的置换转移到具有较大热容量的水体或土壤中，在改善室内温度条件的同时又不对环境温度造成影响。
1.2、地源热泵的利用形式
武汉地区地下10m左右土壤温度一般在18°C-20°C，早期人们利用深井水直接用作车间厂房和公共设施的空调冷源，由于效果较差而且耗水量巨大而被放弃。地源热泵从本质上讲就是利用地下热源作为热量调节库，因而其利用形式主要分为水源型和土壤热源型。
（1）水源型热泵：是利用地下水或江河湖泊深层地表水作为换热源的热泵，通过地质勘探，寻找水温较低、储水量大的含水层，抽取地下水作为冷媒。为保护地下水资源，大多将使用后的地下水进行回灌；近期发展趋势则是不再抽水，直接将换热器放置于地下水层中；还有的将地下水和空气冷却塔混合使用以解决大容量换热问题；一些利用江河湖泊底层冷水作为热源的热泵也在悄然进行。回灌率不高和水污染问题影响水源型热泵推广的主要因素。
（2）土壤型热泵：是在土壤里钻孔后将换热管插入底层利用地热，初期多使用浅表土壤埋管方法。埋管式土壤型热泵由于占地面积大使用受到限制，而钻孔式热泵由于钻孔费用较高，特别是遇到坚硬的地下岩层时，工程造价急剧攀升。山东省近年来地源空调发展迅速，虽然平均钻孔深度达到150m，但由于采暖面积很大、施工方进口了先进的岩石钻机而使钻孔每米单价下降较多。在土壤钻孔形成管孔群并以U 形管换热器组成热源管网，几乎对环境不构成有害影响，运行稳定，成为目前被世界所推崇的先进技术。
（3）土壤与水源混合型：是在大型公共设施或小区空调系统中，根据当地地质和水源状况，使水源与土壤换热井并用，充分利用邻近的工业废水或污水、天然水体作为辅助热源，实现空调与热水的集中供应，有条件的地方还可将太阳能集热系统并入空调设施、统筹安排，实现能源节约和使用效益的最大化。
详细资料下载：地源热泵对武汉节能减排的影响分析.pdf
（责编：zyl）
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