2019年暖通工程師考試考點：國內外地源熱泵的發(fā)展歷史及前景

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國內外地源熱泵的發(fā)展歷史及前景

在中國傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)概念中，在過去相當長的時期，南方以水冷機組解決夏季制冷問題，中、北方以燃煤鍋爐解決冬季取暖問題。20世紀80年代以后，出現了溴化鋰機組、風冷機組，90年代以后，從原有的煤、石油取暖過渡到以天然氣及電等清潔能源。但是，替代能源雖然可以部分解決大氣污染的問題，可是天然氣和石油等都屬于不可再生的能源，且采暖造價及運行費用皆較高，因此必須尋找可以再生的能源，從而提出了地源熱泵空調新技術。

在國外，地源熱泵真正意義的商業(yè)應用也只有近十幾年的歷史，但發(fā)展相當迅速。如美國，截止1985年全國共有14000臺地源熱泵，而1997年就安裝了45000臺，而且每年以10%的速度穩(wěn)步增長。1998年美國商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調總保有量的19%，其中新建筑中占30%。

與美國有所不同，中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國等國家主要利用淺層地熱資源，地下土壤埋盤管(埋深小于400m深)的地源熱泵，用于室內地板輻射供暖及提供生活熱水。據1999年的統(tǒng)計，在家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例，瑞士為96%，奧地利為38%，丹麥為27%。

安全省地方面

熱泵系統(tǒng)在冬季供熱時省去了鍋爐房系統(tǒng)，沒有燃燒過程，無燃燒設備，避免了有害煙塵和有害物質的排放，從而不存在爆炸、燃燒的隱患。熱泵機組運行安全、可靠、穩(wěn)定，幾乎不受天氣及環(huán)境溫度變化的影響，符合環(huán)保理念。

與燃氣和燃油鍋爐系統(tǒng)相比，省去了儲油設備和燃氣管道的敷設，若是燃煤鍋爐系統(tǒng)則可以省去鍋爐房及與之配套的煤場和渣場，而夏季制冷時則可以省去冷卻塔所占面積，大大減少了機房的占地面積，節(jié)約了土地資源，產生附加經濟效益，并改善了建筑物的外部形象，提高了建筑物的使用率。

高效節(jié)能方面

地溫一年四季基本穩(wěn)定，使得熱泵無論在制冷或制熱工況中均處于高效率。冬季，投入1kw電能，可以得到4kw左右的熱能;夏季，投入1kw的電能，可以得到5kw以上的冷量。系統(tǒng)的高效率，壓縮機的低能耗，使運行費用大幅減少，只有傳統(tǒng)方式的2/3。

熱泵系統(tǒng)之所以節(jié)能，很重要的一點就是換熱器位置的設置，傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)中，不管是水冷或風冷，其換熱器對建筑立面造型均起一定的破壞作用。水冷換熱器須配置冷卻塔，且必須置于大氣中，風冷機組也一樣，都要暴露于建筑物之上的大氣之中，這難免要對建筑立面造型造成不好的影響。風冷換熱器和水冷換熱器的換熱環(huán)境均為大氣，和大氣換熱不可避免地受到環(huán)境條件變化的影響。在夏季，當室外溫度達到40 ℃時，由于換熱效率的降低，主機的制冷量將下降20 %～40 %;在冬季，當室外溫度下降到- 10 ℃時，供熱量將下降到15 %～30 % ，而且要反復地沖霜來保證機組的正常運行。而對于地源熱泵機組來講，換熱過程是和大地來完成的，換熱對象是1.5 m以下的地層，其初始溫度大約等于年平均氣溫，一般在14～16 ℃左右，基本不受外界環(huán)境的影響。

環(huán)境保護方面

眾所周知，普通空調對環(huán)境的影響是不言而喻的，它不僅對大氣臭氧層造成嚴重破壞。夏季，風冷機組將廢熱排入大氣，使室外溫度升高，還將水蒸氣帶入大氣中;冬季，風冷機組吸收大氣環(huán)境中的熱量，導致惡劣的大氣環(huán)境更加惡劣。因此，要保證空調運行對環(huán)境不產生任何影響，必須要改變換熱對象，即不與大氣換熱，而變成與大地換熱。在換熱過程中，地下?lián)Q熱器在夏季將多余的熱量排到大地中，在冬季又將熱量取回，以達到冬夏取散熱量平衡，達到制冷和供暖的目的。

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