地源热泵空调技术在广东的适用性探讨.

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1、中国西部科技2011年05月（中旬）第10卷第14期总第247期地源热泵空调技术在广东的适用性探讨陈坤泉（广东省地质技术工程咨询公司，广东广州510080）摘要：本文是根据地源热泵空调技术的原理，针对广东省的气候、地质特点，探讨在广东推广应用地源热泵空调技术的可行性，期望热泵技术能服务于广东的低碳经济。关键词：热泵技术；浅层地热能；地源热泵空调系统；节能减排；低碳经济DOI：10.3969/j.issn.16716396.2011.14.0071前言地源热泵技术因其高效、节能、环保等优点，在全球范围被广泛普及应用。我国自2005年以来，在北方的北京、天津等地以惊人的发展速度应用于城市居民供暖等

2、领域。由于广东的气候条件特殊，城镇居民不需集中供暖，国内的专家学者对热泵技术研究也多侧重于供暖方面，给广东人一个总体印象是该技术适用于北方，对以制冷为主的广东不太适用，至2010年底，全省仅有几个应用案例，在地源热泵技术的推广应用方面明显落后于全国，与经济大省、敢为人先的形象很不相称。热泵技术是否适合广东，要在广东铺开地源热泵空调技术，首先需要论证其适应性。本文根据热泵技术原理，结合广东的气候、水文地质特征，对此问题展开探讨。2浅层地热能浅层地热能是指地表以下一定深度（我国定为200m,欧洲定为400m）范围内，温度低于25，在当前技术经济条件下具备开发利用价值的地热能。浅层地热能分布广泛，温

3、度稳定，总量丰富，可持续利用，因热泵技术而广泛应用于供暖和制冷，可减少温室气体排放量，成为一种很好的替代能源和清洁能源，浅层地热能勘查评价规范（DZ/T02252009）将其列入地热资源范畴。在广东，由于地下水位埋深较浅且地下水较丰富，实际上就是利用浅层地下水的温度，属低碳经济技术的新能源领域。3热泵技术热泵技术是科技进步发明的一种节能新技术。其原理是通过向热泵机组输入一定的电能驱动压缩机做功，使机组中的工质（如R22）反复发生蒸发器中气化吸热和冷凝器中液化放热的物理相变过程，通过介质（如水、空气）实现空间上的热量交换和传递并通过阀门切换达到供暖或制冷目的。按介质不同，可分为气源热泵和地源热泵

4、两大类。气源热泵空调机是利用空气为热能介质，不受资源限制，在全省各地均适用，在空调机制造商的推销下，已在深圳等地逐步铺开。该机型当气温高于34C和低于5时气温已没有可利用的温度差，广东夏季温度高于35的天数不少，多数时间实际是不节能的，可以说在广东选用空气源热泵空调并非最佳选择，因此，本文重点讨论地源热泵技术的适用性。4地源热泵空调技术以浅层地温、地下水、地表水为低温热源，由地源热泵机组、热能交换系统、建筑物内传送系统组成的空调系统称为地源热泵空调系统，是一种跨行业多学科组合的空调新技术。与传统空调不同之处是多了一套热能交换系统及主机变为热泵机组，其它室内系统相同。冬季，热泵机组从地源（水体或

5、岩土体）中吸收热量，向建筑物供暖；夏季，热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地源中，实现建筑物空调制冷。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵空调系统分为地下水源热泵系统、地表水源热泵系统、地埋管地源热泵系统三种。5地源热泵空调系统的优点5.1资源保障度高浅层地热能是可再生资源，用之不竭，无资源后顾之忧，是热泵空调技术的优势所在。5.2高效节能节资水源热泵机组具有制冷制热双工效，一套系统可替代传统的燃料锅炉和冷水机组两套设备（在需要集中供暖、制冷的地区），节约初次投资。节能减排效果比任何一种供暖系统都好，能效比为4,即输入一份电能可从地源体中置换出3份能源，加上一份电能转换为热能总的为4份热能，

6、而传统的空调机能效比为1，气源热泵为2，燃油为0.9，燃煤为0.55。能效比高表示运行费用低，水温或地温与空调的温度差越小、节能效果越好，据美国环保署EPA估算和国内实测数据，地源热泵空调系统可为用户节约30%40%的空调运行费用。5.3低碳环保效果显著地源热泵机组运行中无燃烧过程、不排烟尘、不排热气、无废物，不需燃料和废弃物的堆放场地和运输费用，是典型的低碳环保技术。用地下水、地表水的水源热泵实际上不消耗水，水只是作为热交换的截体，经过热泵的水除温度改变外，其余的物化指标基本不变，可以作自来水继续使用或排回原水体中。收稿日期：201103-08修回日期：20110321作者简介：陈坤泉（19

7、56），揭阳籍，高级工程师，长期从事水工环地质勘查和地热利用研究工作。16开发应用5.4自动运行、稳定可靠由于地源的温度一年四季相对稳定，其波动范围远远小于空气，因此热泵机组系统设计简单、部件较少，占地小，可自动控制，稳定性可靠，维护费用相对低，使用寿命可达1520年（传统空调的使用寿命是1215年）。5.5机多用，应用广泛地源热泵机组除可制冷、供暖外，还可同时供应生活热水，这是传统空调不具备的功能。大型的地源热泵空调系统适用于度假村、高级宾馆、大型商场、办公楼、学校及居民小区；小型的地源热泵系统适合别墅住宅的取暖、制冷，提供生活热水。6地源热泵空调技术的适用条件地下水源热泵系统：建筑物所在地

8、地下水源丰富，水文地质条件利于成井和回灌，或易于成井且不需回灌，地下水温度适中（基本与当地平均气温相同），水质适宜。地表水源热泵系统：建筑物附近有足够的地表水源（江水、河水、湖水、海水、水库水、工农业污水、废水等）；流动水量能满足热泵用水要求，水温适度，水质经简单处理能达到使用要求。地埋管地源热泵系统：在缺少可用地下水、地表水资源的地段，当第四系覆盖层具有一定的厚度，且建筑物范围有足够大的施工场地时，可通过地埋管来吸热与放热达到热能交换以实现供暖或制冷。7热泵空调技术在广东的适用性分析7.1广东与我国北方的差异我国北方的气候特征是冬季十分寒冷，城市居民生活离不开暖气，应用热泵技术是以供暖为主要

9、目的。由于年均降雨量偏少，大量开采地下水会造成资源枯竭，地下水、地表水源总体缺乏，各地对开采地下水都有严格的规定必须回灌，限制因素较多，而第四系地层往往厚度很大，钻孔施工成本低，因此，多以地埋管地源热泵空调系统为首选。广东的气候特征与北方正好相反，冬季基本上不需供暖，而夏季炎热天气延续时间长，从5月至10月都需要空调供冷；年均降雨量大，地下水、地表水丰富，大部分地区的第四系地层厚度小于50m。因此，按气候、资源、地质条件综合考虑，热泵技术的应用是以夏季供冷为主要目的，可以根据每个地区每个项目所在地的具体条件，选择适用的热泵类型。热泵空调系统的节能效果，很大程度上取决于热交换介质（空气、水、地温

10、）中可交换利用的温度差值。目前较先进的热泵机组工作时水源侧在冬季的进出水温差为8C,夏季为11C。北方的地温大多在14左右，通过地埋管从地层中交换出57C的温度，通过热泵系统后把循环水温度提高到55C以上供暖，其供暖时地温的可利用温差一般只有5C7C,实践证明节能效果还是明显的。广东的地温（水温）大多在20C25C范围，可以用的温度差值可达到热泵利用的最大值（8C11C），由此可见，在广东应用地源热泵空调技术其节能效果优于寒冷的北方。7.2各类热泵适用的地区地埋管地源热泵空调系统最大特点是须有较大的空地来布孔埋管，以20000m供冷面积为例，需要有一个足球场大的施工场地，施工约300个100m

11、深的150钻孔，预埋聚氯乙烯U型管约70000m作为热能交换管道。如果第四系地层厚度不大又没有场地时，就得靠钻入岩石加大孔深来满足埋管长度，大量的岩层钻探则成本太大，初次投资过大将影响投资性价比和难于收回成本。所以，在广东只有珠江口西江口的万倾沙到中山市一带、韩江口榕江口的澄海市到揭阳市一带第四系地层相对较厚（50m）且地温较低（22左右），上述地区具备应用该系统类型的地质条件，可以选用本热泵类型。湛江市雷州半岛的第四系地层厚度可以满足要求，但该区的浅层地温多在28以上，如果用于供暖，是理想的地热能，但该地区不需要供暖只需供冷，制冷时节能效果不明显，意义不大，故不宜采用本类型热泵。地下水源热泵

12、空调系统的最大特点是需有丰富的地下水源作支撑。地下水资源丰富是广东的优势所在。云浮、肇庆、清远、韶关等市及广州市花都区等地有丰富的岩溶地下水，岩溶区抽取地下水最大的隐患是地下水位大幅下降引发地面塌陷问题，而水源热泵只是利用水温而不消耗水量和改变水质，且岩溶水大多赋存溶洞、溶隙中，钻井的回灌通道透水性极好，热泵用过的地下水可100（或大部分）即时回灌地下，可保持地下水位的基本平衡，不会引发岩溶塌陷，过去不敢轻易取用的岩溶水正好发挥作用。由广东省地质技术工程咨询公司策划设计的于2009年建成的广东省边防总队花都基地地下水源热泵中央空调系统（空调面积共20975m2），就是广东首个利用岩溶地下水的热

13、泵技术应用案例，已安全运行两年多，体现出良好节能效果。广东的地表水系发达，县级以上的城市均依水而建，流经山区城市之江河的河漫滩和一级阶地基本都有强富水的砂砾石含水层，地下水与河水有直接水力联系，可利用挖、钻井方式抽取浅层孔隙水和基岩裂隙水。由于降雨补给来源充足，开采方式属间歇性抽水，地下水易于达到采补平衡，长期抽水不会产生资源枯竭和引发不良地质灾害，其水质水温更是理想的热泵水源。所以，除广州及深圳等沿海城市外，其余的市、县城镇基本上都有条件使用地下水源热泵空调系统。地表水源热泵空调系统最大特点是有温度适合的活水就行，江、河、湖、海、污、废水均可利用。在汕头、东莞市已有利用海水、山塘水的热泵空调

14、成功案例，所以，全省几乎每个城市都有条件使用本系统类型。在使用单位主权地界范围内如有水库、人工湖等大型水体时，还可采用将换热循环管置于水中而不需抽排地表水的地源热泵技术，效果更佳。具体到项目论证建设时，还可以根据当地的资源情况，综合利用地下水源、地表水源、浅层地热能，用多套不同类型系统组合同时工作，满足空调总负荷。由上分析可见，热泵空调技术适合广东全省范围。8结语地源热泵空调技术是国家政策鼓励采用的节能减排、低碳经济新技术，根据热泵空调技术原理和广东的气候特（下转第35页）172开发应用障碍物造成失锁，也可在重新捕获到卫星后数分钟内完成整周未知数初始化，继续进行测量。（4）由于实时GPS测量成

15、果是在野外观测时实时提供，因此能在现场及时进行检核，避免外业工作返工，例如，整周未知数初始化和测点点位精度等信息均可在作业现场进行核对。（5）能够接收到GPS信号的任何地点，全天24小时均可进行实时GPS测量的放样。（6）完成基准站的设置后，整个系统只需一人持流动站接收机操作。也可设置几个流动站，利用同一基准站观测信息各自独立开展工作。4GPS在公路工程测量中的应用4.1公路控制网的建立按GPS勘测规程要求，每0.5lkm间设一控制点，其等级依公路等级而定。根据规范，高速公路要求的控制等级为一级小三角或一级导线。因此，做等级控制时必须使首级控制点交子这一等级，而首级控制必须做到四等以上。为此，

16、在搜集资料时必须把测区内的国家三、四等控制点资料搜集齐全。同时，在布设首级控制网时应在510km内布设一首级控制点，以便发展加密控制。在确立布网等级和方案后，可按以下步骤建立公路控制网。（1）选点：以选线及控制人员为主，选择便于工作及以后应用的点位。（2）埋石：按勘测规范要求，埋选标石，并现场做好点记。（3）实测：根据所使用的仪器标称精度和规范的相关要求进行实测。（4）进行平差及精度评定：根据实测结果进行平差计算，并进行精度评级。精度满足所需等级要求即告完成。4.2公路中线测量设计人员在大比例带状地形图上定线后，需将公路中线在地面上标定出来。采用实时GPS测量，只需将中线桩点的坐标输入GPS接

17、收机中，系统就会定出放样的点位；由于每个点的测量都是独立完成的，不会产生累积误差，各点放样精度趋于一致。4.3公路纵、横断面测量公路中线确定后，利用中线桩的点坐标，通过绘图软件，可绘出沿线纵断面和各桩点的横断面，所用数据都是测绘地形图时采集来的，不需再到现场进行纵、横断面测量，大大减少了外业工作。4.4施工测量实时GPS系统既有良好的硬件，也有极为丰富的软件可供选择，施工中点、线、面以及坡度等放样均很方便、快捷.精度可达厘米级。4.5绘制大比例地形图高等级公路选线多是在大比例尺(通常是1：2000或1:1000)带状地形图上进行，用传统方法测图，先要加密控制网，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺

18、地形图。其工作量大、速度慢，花费时间长。在GPS静态建立的控制网基础上，用GPS动态测量采集碎部点的数据。其采集速度相当快，在室内把碎部点属性信息输入计算机，即可由绘图软件成图，大大降低了测图的难度，既省时又省力。5小结通过以上对GPS测量的应用的探讨，可以看出GPS在公路工程的控制测量上具有很大的发展前景。(1)GPS作业有着极高的精度。它的作业不受环境和距离限制，非常适合于地形条件困难地区、局部重点工程地区等。(2)GPS测量可以大大提高工作及成果质量。整个作业过程全由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动数据预处理、自动平差计算。(3)GPSRTK技术将彻底改变公路测量模式RTK能实

19、时地得出所在位置的空间三维坐标。这种技术非常适合路线、桥、隧勘察。它可以直接进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等。(4)GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。特别是在当前高等级公路逐渐向山岭重丘区发展的形势下，实施常规的几何水准测量有困难，GPS高程测量无疑是一种有效的手段。参考文献：张耀华.GPS定位技术在公路工程中的应用J.国外公路，1998,(06).2徐绍栓，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理及应用J.武汉测绘科技大学出版社，1998.3张予东，李雪芳.公路测量中GPSRTK的应用J.测绘通报，2002,(12).45GPSRTK技术在公路测量中

20、的应用J.物探装备，2009,(01).GPS技术在山东省大地测量中的应用J.山东国土资源，2009,(01).(上接第17页)点、浅层地热能特征、水文地质条件、城市地理因素等综合分析，认为地源热泵空调技术适合在广东推广应用，在绝大部分地区可大有作为，其节能减排的社会效益及经济效益不可估量。地源热泵空调系统成败的关键是地下工程与资源利用部分，因此，地质工作者在这行中有重要作用。广东的地质工作者应该向北京、天津的同行学习，肩负起历史重任，勇当行业的领头羊，为广东的低碳经济做出应有的贡献。参考文献：1郑克琰.浅层地热能开发利用的世界现状及我国的发展前景M.地质出版社，2007.2王泽龙，王社，2007.华.水源热泵空调系统经济性分析M.地质出版3韩再生.浅层地热能勘查评价Z住房和城乡建设部政策研究中心，2009.35