建筑節能領域的綠色技術——地源熱泵

  建筑節能，簡而言之就是降低建筑物的能耗，提高建筑中的能源利用率，但同時又不能損失建筑本身的舒適感，因此而采用適當的合理利用能源的技術。

  傳統取暖方式：耗能浪費又污染

  中國北方傳統的建筑耗能方式是鍋爐供暖，主要消耗煤炭，在燃燒之后，又會產生大量的二氧化碳和含氮氣體，既破壞大氣層，又容易加劇溫室效應，給國家帶來碳排放壓力，也是霧霾等環境問題的成因之一。鍋爐燃燒礦物產生高溫，可達到1500攝氏度，屬于高品位熱能，而建筑物室內取暖，只需要25攝氏度左右的溫度即可，屬于低品位熱能，這就意味著大量的熱量損失。南方目前建筑節能的主體方式則是空調供暖制冷。

  熱泵的工作原理，決定它是一種節約能源的技術方式。所能利用的環境熱源，比如地源的溫度為15攝氏度，建筑物室內所需的溫度如果為25度，按照理想的逆向卡諾循環工作的熱泵的性能系數，也就是向高溫熱源的供熱量與消耗的功之比，可達29.8。根據熱力學原理一次能源利用率，理論上可達到25.2，也就是說，采用熱泵為建筑提供的熱量，在理論上可以是燃燒煤炭所產生的能量的25倍以上。

  空氣源熱泵：能效有限故障多

  熱泵主要分為空氣源熱泵、地源熱泵，它們從自然界的空氣、地表水、地下水或者淺層土壤中，通過電力做功，為建筑物提供熱能。使用熱泵不僅可以避免大量的熱量損失，還能夠通過制冷產生的廢水余熱，來加熱生活用水，從而提供不需耗能的生活用水。此外，因為不使用煤炭等礦物燃料，自然降低了二氧化碳排放量，是建筑物減少碳排放的關鍵技術之一。

  空調又稱為空氣源熱泵，它將建筑物外面的空氣作為熱源，從室外空氣中吸收入量，通過熱泵工作，導入室內進行供暖。這種方式相對來說，投資成本比較低。但是，空氣源熱泵的制熱量與室外溫度成正比，在極寒天氣或酷暑天氣中，它的能效會大量降低，甚至無法正常工作。同時，大量使用空氣源熱泵，對室外的溫度也是一種壓力，在城市中，夏季會提高市區整體溫度，冬天相反，導致室外夏天更熱，冬天更冷，增加負面的環境效應。

  此外，空氣源熱泵的蒸發器容易結霜，這就需要定期維護，也會消耗大量能量，在高緯度的寒冷地區除霜是很困難的，而在夏季高溫的時候，在低緯度的持續高溫下，空氣源熱泵的工作效率也會降低，甚至不起作用。由此可見，即使是空調的使用，也是有地域限制的，它比較適合氣候溫和的中緯度地區。

  地源熱泵：節能環保可持續

  地源熱泵是利用土壤、地表水或地下水這些熱源的熱泵。這些熱源基本上常年恒溫，冬天比地面上的室外溫度高，夏天比室外溫度低。從這個角度看，地源熱泵在技術條件上和保持整個系統的平衡上，都比空氣源熱泵更有優越性。此外，地源熱泵系統本身兼有熱泵的優點，基本不產生碳排放量，是綠色的清潔能源。

  冬天，地源熱泵將大地中的熱量導入建筑物，為建筑物供暖，同時降低大地本身的溫度，以備夏用。夏天，地源熱泵將建筑物中的熱量導入大地，為建筑物制冷，同時將熱量還給大地，以備冬用。這是一種有取有償的能源利用方式，體現了地緣熱泵系統的平衡性和可持續發展性。

  地源熱泵主要包括地下水源熱泵系統、地表水熱泵系統以及地下耦合熱泵系統。地源熱泵初期投入較高，風險性也相對較高，因此，需要在開展項目前，在理論和實踐上，進行詳細的地質調查與勘測，對工程過程中，以及今后的長久使用中可能會產生的風險，用先進的科學技術進行合理規避，特別是地下水源熱泵系統，需要定期回灌，以保證地下水系統的水熱平衡，同時使用適當技術手段，確保減少對水源的浪費和污染。

  地下耦合熱泵系統通過對地下土壤或巖石中熱量的利用，把熱量帶到室內，不需要抽取地下水，也不需要后期回灌和排出，因此是更合理的可持續節能技術。雖然它的初期投資相對比較高，需要大量在土壤中做地埋管，但是在運行的時候費用卻非常低廉，通常幾年內就能收回成本，相對于空氣源熱泵來說，它更加經濟實惠。