熱泵技術及太陽能建筑節能中的綜合應用

  熱泵（制冷機）是通過作功使熱量從溫度低的介質流向溫度高的介質的裝置。建筑的空調系統一般應滿足冬季的供熱和夏季制冷兩種相反的要求。傳統的空調系統通常需分別設置冷源（制冷機）和熱源（鍋爐）。建筑空調系統由于必須有冷源（制冷機），如果讓它在冬季以熱泵的模式運行，則可以省去鍋爐和鍋爐房，不但節省了初投資，而且全年僅采用電力這種清潔能源，大大減輕了供暖造成的大氣污染問題。

一、地下水熱泵

  熱泵（制冷機）是通過作功使熱量從溫度低的介質流向溫度高的介質的裝置。建筑的空調系統一般應滿足冬季的供熱和夏季制冷兩種相反的要求。傳統的空調系統通常需分別設置冷源（制冷機）和熱源（鍋爐）。建筑空調系統由于必須有冷源（制冷機），如果讓它在冬季以熱泵的模式運行，則可以省去鍋爐和鍋爐房，不但節省了初投資，而且全年僅采用電力這種清潔能源，大大減輕了供暖造成的大氣污染問題。

二、地耦管式系統

  地下耦合熱泵系統是利用地下巖土中熱量的閉路循環的地源熱泵系統。通常稱之為閉路地源熱泵，以區別于地下水熱泵系統，或直接稱為地源熱泵。它通過循環液（水或以水為主要成分的防凍液）在封閉地下埋管中的流動，實現系統與大地之間的傳熱。地下耦合熱泵系統在結構上的特點是有一個由地下埋管組成的地熱換熱器(geothermalheatexchanger,或groundheatexchanger)。地熱換熱器的設置形式主要有水平埋管和豎直埋管兩種。水平埋管形式是在地面開1~2米深的溝，每個溝中埋設2、4或6根塑料管。豎直埋管的形式是在地層中鉆直徑為0.1~0.15m的鉆孔，在鉆孔中設置1組（2根）或2組（4根）U型管并用灌井材料填實。鉆孔的深度通常為40~200m?，F場可用的地表面積是選擇地熱換熱器形式的決定性因素。豎直埋管的地熱換熱器可以比水平埋管節省很多土地面積，因此更適合中國地少人多的國情。

三、海水源熱泵

  海水源熱泵空調系統由于其能夠利用蘊藏在海水中的巨大熱能資源，近年來在許多沿海城市，正逐漸受到人們越來越多地關注。海水源熱泵空調系統就是利用海水做為熱源或熱匯，并通過熱泵機組，加熱熱媒或冷卻冷媒，最終為建筑提供熱量或冷量的系統。海水中所蘊含的熱能是典型的可再生能源，因此，海水源熱泵空調系統也是可再生能源的一種利用方式，是一種具有節能、環保意義的綠色供熱空調系統。

  海水熱泵空調系統的優勢分析，與目前通常采用的各建筑單獨設置電制冷機組制冷和鍋爐房熱水供暖的方式相比，主要有如下方面的優勢：

（1）可以充分利用各用戶負荷分布多樣性特點（即并非所有的用戶都在同一時刻達到峰值負荷），減少設備的總裝機容量，也有利于降低自身的初投資。

（2）大型熱泵機組的COP值比小型機組的要高，提高了能量利用效率。

（3）雖然熱泵機組通常仍需要用電實現制冷/熱，但由于它在一年的大部分時間里都在較高的COP值下運行，仍然具有節能優勢。

  地下水熱泵與地耦管式系統

  地源熱泵技術是暖通空調技術與鉆井技術相結合的綜合技術，兩者缺一不可，這要求工程組織者和工程技術人員能夠合理協調、做好充分的技術經濟分析。

  對環境的影響：目前地下水的回灌技術不完善，在一定程度上會影響以水為低位熱源的地源熱泵的進一步推廣；此外土壤源熱泵空調系統鉆井對土壤熱、濕及鹽分遷移的影響研究有待進一步深入，如何使不利因素減少到最小是必須考慮的問題。

  初投資問題：并不是所有的地源熱泵系統都是經濟合理的，由于鉆井費用可能占到整個系統初投資的50以上，有些投資者可能會回到傳統的空調形式。

  安裝維護：目前地源熱泵系統的安裝費用較高，與電制冷、天然氣加熱系統的500～800元/ton相比，地源熱泵的600～1000元/ton（1ton＝1.01605ｔ）顯然是高的，它的回收期是5～8年；而且地源熱泵系統的維護較為困難，這在一定程度上會影響它的使用。

  海水源熱泵 海岸線較長地區，水源豐富，水溫適中，水質良好，而且不易出現冬季結冰問題。

  對新形式的探討 在離海岸線較遠處可以利用水源熱泵（地下水熱泵以及地耦管式系統），來緩解不易獲得較大水量而帶來的制約性問題，采用熱泵太陽能的聯合形式。