地源熱泵系統環保效益分析

  1引言

 

  20世紀70年代以來，能源和環境問題日益嚴 重，越來越受到公眾、政府關注，在我國的能源消耗當中，建筑能耗的比例達到了25%以上，其中最為突出的是建筑采暖能耗。我國單位建筑面積的采暖能耗比發達國家高出2倍以上。隨著人們對生活舒適度的要求越來越高，對空調的需求和依賴也會不斷提高，空調系統耗能在整個建筑能耗中所占比例也會相應的大幅上升。

 

  我國冬季采暖多以燃燒煤炭為主，夏季以使用空調為主。冬季煤炭燃燒排放的煙塵中有許多無法去除的超細顆粒，是PM2.5細顆粒的主要來源，而燃燒排放的二氧化硫和氮氧化物等氣體，是大氣污染物的主要污染物。 從節能減排、綠色環保、可持續發展的角度來看，以清潔、可再生的地熱源為能源的地源熱泵這一綠色技術逐漸為人們關注，近年來在國內得到了較快的應用和發展。

 

  2 地源熱泵的節能機理與特點

 

  2.1 定義及節能機理 地源熱泵系統是一種通過淺層土壤進行熱交換 的高效節能、無污染的，既可供暖又可制冷，并可提供生活用水的空氣調節系統。一般而言，在未受干擾時較深的地層溫度常年保持基本恒定不變，夏季時的溫度低于室外溫度，冬季時溫度又遠高于室外溫度。地源熱泵技術就是通過消耗少量高品位的電能，夏天時通過將室內的熱量轉移到低位熱源中來實現制冷降溫的目的，同時在大地中存儲了熱量以供冬季使用；反之，冬天時把低位熱源中的熱量轉移到需要升溫或供熱的地方，以達到升溫、采暖的目的，同時使大地中的溫度降低，即蓄存了冷量。在地源熱泵系統中大地起到了蓄能器的作用，進一步提高了空調系統全年的能源利用效率。 地源熱泵系統的節能機理在于系統只需消耗1kW的能量，用戶即可獲得4kW以上的熱量或冷量，因此節能效果顯著。

 

  2.2 系統優勢

 

  （1）節能、運行費用低。由于土壤全年的溫度波動小，冬季比環境溫度高，夏季比環境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和冷源。地源熱泵系統所具有的這種溫度特性使其比傳統空調系統運行效率要高40%。另外，土壤溫度較恒定的特性使得熱泵機組運行更可靠、穩定，整個系統的維護費用也較鍋爐———制冷劑系統大大減少，保證了系統的高效性和經濟性。

 

  （2）環保、潔凈。地源熱泵系統除了高效節能外，還不向環境排放廢氣、廢水、廢渣，減輕了城鎮的大氣污染。地源熱泵的污染物排放量比電供暖減少70%以上，地源熱泵系統供冷時省去了冷卻塔，避免了冷卻塔噪音及霉菌環境，從而達到了綠色環保的要求。

 

  （3）可再生。從能量轉換角度來說，地源熱泵系統是利用淺層巖土體作為蓄熱體并利用其中的能量，這些能量主要來源于太陽能和地熱能，太陽能和地熱能均屬可再生能源，因此地源熱泵技術又是一種可再生能源。

 

  （4）一機多用。地源熱泵系統可供熱、制冷，一機多用，一套系統可以替換原來的鍋爐和空調兩套裝置。 3地源熱泵系統案例環保效益分析 沈陽某辦公區采用地源熱泵系統為園區供暖、制 冷，園區需要的冷負荷為5400kW，熱負荷為3500kW。本文以該辦公區為例，分析地源熱泵系統環保效益。3.1冬季供暖 冬季供暖時間為5個月，按照傳統的供暖方式，達到供暖要求需要約1935t標準煤。 采用地源熱泵系統供暖方式后，園區實際運行狀態為冬季白天上班時間為8h，地源熱泵系統啟動時間為4h，耗電量為1360kW·h，冬季夜間采用低溫運行狀態，耗電量為560kW·h。 供暖需要耗能1089600kW·h。據國家統計局數據顯示，每千瓦時電折0.404kg標準煤。消耗標準煤的數量為440198.4kg，即440t。

 

  冬季供暖期節省標準煤約1495t。3.2夏季制冷 夏天地下土壤溫度一般為9.6℃，經過板式換熱器后，供水溫度為14℃，回水溫度為17℃。在此溫度基礎上，不使用地源熱泵機組，只使用水泵循環就可以滿足要求。

 

  園區夏季冷負荷為5400kW，冷卻、冷凍水泵合計每小時耗電量為500kW·h。 一般空調器的COP為3.19，按照園區冷負荷為 5400kW計算，每小時需要用電1692kW·h。 由此可見，園區每小時省電1192kW·h。夏季制冷90d，每天制冷8h，整個夏季共節省電能858240kW·h，折合成標準煤為346.7t。 園區冬季供暖、夏季制冷總共節約標準煤1841.7t。1kg標準煤燃燒會產生2.66kg二氧化碳，0.015kg二氧化硫［2］。園區使用地源熱泵供暖、制冷比傳統方式全年會減少排放二氧化碳4898.9t，二氧化硫27.6t。

 

  4結語

 

  在我國全面建設資源節約型、環境友好型的社會進程中，低碳、綠色、環保的理念日漸深入人心，地 源熱泵這一集節能、 環保為一體的新技術，將越來越受到人們的重視。這一技術的使用不僅節約了大量的資源，而且有效地減少了二氧化碳、二氧化硫以及 粉塵的排放，有效控制了PM10及PM2.5的產生， 減少霧霾天氣的產生，將帶來一定的環保效益，有利于我們創造良好的生活環境。