|
Analysis of Characteristic of Geothermal Heat Pump and the Application in Tianjin Area
Li Zhong-shi Lou Cheng-zhi An Da-wei Sun Li-jing (Tianjin University ,Tianjin 300072, China) Abstract: Aiming at the actuality of energy using in our country and the request of green building, this paper introduce the advantage and disadvantage of Geothermal Heat Pump and its using areas. With the background of Tianjin area, we point out the advantages of Tianjin area in the development of Geothermal Heat Pump and some present issues Keywords: Geothermal Heat Pump using area Tianjin area 1 引言 当今世界，环境污染和能源危机成为威胁人类生存的头等大事。随着人类生活水平的提高，中央空调的能耗占整个世界能源消耗的比例不断增加，而中央空调的能耗中绝大部分是消耗在冷热源上。因此，国内外广大专业人士一直努力寻求高效节能且环保的空调冷热源，建筑绿色建筑。 对于绿色建筑应体现在以下几个方面[1]： 1、建筑与自然的共生：即要求保持环境、利用环境、防御自然灾害。保护生态系统并减少CO，及其他大气污染物的排放，保持建筑周边环境生态系统的平衡；充分利用太阳能、地热能进行供暖、供热、采光以及通风，充分考虑绿化配置，软化人工建筑环境；考虑建筑物的朝向等。 2、应用减轻环境负荷的建筑节能技术：即降低能耗、延长使用寿命、使用环保的材料，注重能源的再利用、使用耐久性强的建筑材料及可循环再生材料的利用。 3、循环再生型的建筑生涯。循环利用始终贯穿到整个建筑生涯。 4、创造健康、舒适的室内环境。包括健康持久的生活环境，优良的空气质量等。 5、使建筑融人历史与地域的人文环境。即继承地方传统的施工工艺，继承和保护城市与地域的景观特色，保持城市的恒久魅力和活力。 土壤源热泵系统是一种利用地下浅层的热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等），通过输入少量的高位能（如电能），将低温位能向高温位能转移，以实现既可供热又可制冷的高效节能的绿色空调系统。 在建筑绿色建筑的过程中，土壤源热泵是一种可以广泛应用的系统形式。 2 土壤源热泵的优缺点及分类 2.1 土壤源热泵的优点 土壤源热泵利用土壤一年四季温度稳定的特点，冬季把土壤能作为热泵供暖的热源，即把高于环境温度的地能中的热能取出来供给室内采暖，夏季把土壤能作为空调的冷源，即把室内的热能取出来释放到底于环境温度的土壤中[2]。通常土壤源热泵消耗1KW的热量，用户可以得到4KW左右的热量或冷量，从而达到节能的目的，而且在系统运行过程中，不产生任何有害物质，实现了环保的功效。土壤源热泵的工作原理如图1所示： 
图1 土壤源热泵工作原理
A-地下循环环路；B-热泵工作环路；C-室内热交换环路 该系统有如下特点[3]： 1、资源可再生利用，土壤源热泵技术利用地球表面浅层地热资源（地能）作为冷热源进行能量转换，而地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能，相当于人类每年利用能量的500多倍，且不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这是储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，也是清洁能源。与地面上环境空气相比，地面5m以下土壤温度全年基本稳定且略低于年平均气温，可以分别在夏冬季提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度。所以从热力学原理上讲，土壤是一种比环境空气更好的热泵系统的冷热源。而且土壤源热泵系统不会把热量、水蒸气及细菌等排人大气环境，符合当前可持续发展的战略要求。通常土壤源热泵消耗lKW 的能量，用户可以得到4KW 以上的热量或冷量，这多出来的能量就是来自土壤的能源。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。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的土壤源热泵，平均来说可以节约用户30％～40％的供热制冷空调的运行费用。高效的土壤源热泵机组，平均产生1冷吨的冷量仅需0.88kW 的电力消耗，其耗电量仅为普通冷水机组加锅炉系统的3O％～60％； 2、投资少，运行费用低，与传统空调系统相比，其一次性投资可节省15%~25%，每年运行费用可节约40%左右。采用土壤源热泵系统，由于土壤的温度理，土壤源热泵可以比风冷热泵具有更高的效率和更好的可靠性，其热源温度全年较为稳定，一般为l0-25℃。而且土壤源热泵系统可用于供暖、空调，还可提供生活热水，一套系统可以替换原来的锅炉、空调制冷装置或系统，一机多用；不仅适用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的供热和空调。此外，机组使用寿命长，均在20年左右；机组紧凑、节省空间：维护费用低；自动化控制程度高，可无人值守。土壤源热泵中的热源不是指地热田中的热气或热(温)水，而是指一般的常温土壤，所以对地下热源没有特殊要求，可在中国绝大部分地区应用。 | 