地源熱泵空調(diào)技術在廣東的適用性探討

1、中國西部科技 年月（中旬）第卷第期 總 第期 地源熱泵空調(diào)技術在廣東的適用性探討 陳坤泉 （廣東省地質(zhì)技術工程咨詢公司，廣東 廣州 ） 摘 要：本文是根據(jù)地源熱泵空調(diào)技術的原理，針對廣東省的氣候、地質(zhì)特點，探討在廣東推廣應用地源熱泵空調(diào)技術 的可行性，期望熱泵技術能服務于廣東的低碳經(jīng)濟。 關鍵詞：熱泵技術；淺層地熱能；地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能減排；低碳經(jīng)濟 ： 前言 地源熱泵技術因其高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點，在全球 范圍被廣泛普及應用。我國自年以來，在北方的北 京、天津等地以驚人的發(fā)展速度應用于城市居民供暖等領 域。由于廣東的氣候條件特殊，城鎮(zhèn)居民不需集中供暖， 國內(nèi)的專家學者對熱泵技術研究也多側(cè)

2、重于供暖方面，給 廣東人一個總體印象是該技術適用于北方，對以制冷為主 的廣東不太適用，至年底，全省僅有幾個應用案例， 在地源熱泵技術的推廣應用方面明顯落后于全國，與經(jīng)濟 大省、敢為人先的形象很不相稱。熱泵技術是否適合廣 東，要在廣東鋪開地源熱泵空調(diào)技術，首先需要論證其適 應性。本文根據(jù)熱泵技術原理，結(jié)合廣東的氣候、水文地 質(zhì)特征，對此問題展開探討。 淺層地熱能 淺層地熱能是指地表以下一定深度（我國定為， 歐洲定為）范圍內(nèi)，溫度低于，在當前技術經(jīng)濟 條件下具備開發(fā)利用價值的地熱能。淺層地熱能分布廣 泛，溫度穩(wěn)定，總量豐富，可持續(xù)利用，因熱泵技術而廣 泛應用于供暖和制冷，可減少溫室氣體排放量，成為

3、一種 很好的替代能源和清潔能源，淺層地熱能勘查評價規(guī) 范（）將其列入地熱資源范疇。在廣 東，由于地下水位埋深較淺且地下水較豐富，實際上就是 利用淺層地下水的溫度，屬低碳經(jīng)濟技術的新能源領域。 熱泵技術 熱泵技術是科技進步發(fā)明的一種節(jié)能新技術。其原理 是通過向熱泵機組輸入一定的電能驅(qū)動壓縮機做功，使機 組中的工質(zhì)（如）反復發(fā)生蒸發(fā)器中氣化吸熱和冷凝器 中液化放熱的物理相變過程，通過介質(zhì)（如水、空氣）實 現(xiàn)空間上的熱量交換和傳遞并通過閥門切換達到供暖或制 冷目的。按介質(zhì)不同，可分為氣源熱泵和地源熱泵兩大 類。氣源熱泵空調(diào)機是利用空氣為熱能介質(zhì)，不受資源限 制，在全省各地均適用，在空調(diào)機制造商的推銷

4、下，已在 深圳等地逐步鋪開。該機型當氣溫高于和低于時 氣溫已沒有可利用的溫度差，廣東夏季溫度高于的天 數(shù)不少，多數(shù)時間實際是不節(jié)能的，可以說在廣東選用空 氣源熱泵空調(diào)并非最佳選擇，因此，本文重點討論地源熱泵 技術的適用性。 地源熱泵空調(diào)技術 以淺層地溫、地下水、地表水為低溫熱源，由地源熱泵 機組、熱能交換系統(tǒng)、建筑物內(nèi)傳送系統(tǒng)組成的空調(diào)系統(tǒng)稱 為地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，是一種跨行業(yè)多學科組合的空調(diào)新技 術。與傳統(tǒng)空調(diào)不同之處是多了一套熱能交換系統(tǒng)及主機變 為熱泵機組，其它室內(nèi)系統(tǒng)相同。冬季，熱泵機組從地源 （水體或巖土體）中吸收熱量，向建筑物供暖；夏季，熱泵 機組從室內(nèi)吸收熱量并轉(zhuǎn)移釋放到地源中，實

5、現(xiàn)建筑物空調(diào) 制冷。根據(jù)地熱能交換系統(tǒng)形式的不同，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng) 分為地下水源熱泵系統(tǒng)、地表水源熱泵系統(tǒng)、地埋管地源熱 泵系統(tǒng)三種。 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點 資源保障度高 淺層地熱能是可再生資源，用之不竭，無資源后顧之 憂，是熱泵空調(diào)技術的優(yōu)勢所在。 高效節(jié)能節(jié)資 水源熱泵機組具有制冷制熱雙工效，一套系統(tǒng)可替代傳 統(tǒng)的燃料鍋爐和冷水機組兩套設備（在需要集中供暖、制冷 的地區(qū)），節(jié)約初次投資。節(jié)能減排效果比任何一種供暖系 統(tǒng)都好，能效比為，即輸入一份電能可從地源體中置換出 份能源，加上一份電能轉(zhuǎn)換為熱能總的為份熱能，而傳統(tǒng) 的空調(diào)機能效比為，氣源熱泵為，燃油為， 燃 煤 為 。能效比高表示運行

6、費用低，水溫或地溫與空調(diào)的溫度 差越小、節(jié)能效果越好，據(jù)美國環(huán)保署估算和國內(nèi)實測 數(shù)據(jù)，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)可為用戶節(jié)約的空調(diào)運行 費用。 低碳環(huán)保效果顯著 地源熱泵機組運行中無燃燒過程、不排煙塵、不排熱 氣、無廢物，不需燃料和廢棄物的堆放場地和運輸費用，是 典型的低碳環(huán)保技術。用地下水、地表水的水源熱泵實際上 不消耗水，水只是作為熱交換的截體，經(jīng)過熱泵的水除溫度 改變外，其余的物化指標基本不變，可以作自來水繼續(xù)使用 或排回原水體中。 收稿日期： 修回日期： 作者簡介：陳坤泉（），揭陽籍，高級工程師，長期從事水工環(huán)地質(zhì)勘查和地熱利用研究工作。 16 開 發(fā) 應 用 自動運行、穩(wěn)定可靠 由于地源的溫

7、度一年四季相對穩(wěn)定，其波動范圍遠遠 小于空氣，因此熱泵機組系統(tǒng)設計簡單、部件較少，占地 小，可自動控制，穩(wěn)定性可靠，維護費用相對低，使用壽 命可達年（傳統(tǒng)空調(diào)的使用壽命是年）。 一機多用，應用廣泛 地源熱泵機組除可制冷、供暖外，還可同時供應生活 熱水，這是傳統(tǒng)空調(diào)不具備的功能。大型的地源熱泵空調(diào) 系統(tǒng)適用于度假村、高級賓館、大型商場、辦公樓、學校 及居民小區(qū)；小型的地源熱泵系統(tǒng)適合別墅住宅的取暖、 制冷，提供生活熱水。 地源熱泵空調(diào)技術的適用條件 地下水源熱泵系統(tǒng)：建筑物所在地地下水源豐富，水 文地質(zhì)條件利于成井和回灌，或易于成井且不需回灌，地 下水溫度適中（基本與當?shù)仄骄鶜鉁叵嗤?，水質(zhì)適宜

8、。 地表水源熱泵系統(tǒng)：建筑物附近有足夠的地表水源 （江水、河水、湖水、海水、水庫水、工農(nóng)業(yè)污水、廢水 等）；流動水量能滿足熱泵用水要求，水溫適度，水質(zhì)經(jīng) 簡單處理能達到使用要求。 地埋管地源熱泵系統(tǒng)：在缺少可用地下水、地表水資 源的地段，當?shù)谒南蹈采w層具有一定的厚度，且建筑物范 圍有足夠大的施工場地時，可通過地埋管來吸熱與放熱達 到熱能交換以實現(xiàn)供暖或制冷。 熱泵空調(diào)技術在廣東的適用性分析 廣東與我國北方的差異 我國北方的氣候特征是冬季十分寒冷，城市居民生活 離不開暖氣，應用熱泵技術是以供暖為主要目的。由于年 均降雨量偏少，大量開采地下水會造成資源枯竭，地下 水、地表水源總體缺乏，各地對開采地

9、下水都有嚴格的規(guī) 定必須回灌，限制因素較多，而第四系地層往往厚度很 大，鉆孔施工成本低，因此，多以地埋管地源熱泵空調(diào)系 統(tǒng)為首選。 廣東的氣候特征與北方正好相反，冬季基本上不需供 暖，而夏季炎熱天氣延續(xù)時間長，從月至月都需要空調(diào) 供冷；年均降雨量大，地下水、地表水豐富，大部分地區(qū) 的第四系地層厚度小于。因此，按氣候、資源、地質(zhì)條 件綜合考慮，熱泵技術的應用是以夏季供冷為主要目的， 可以根據(jù)每個地區(qū)每個項目所在地的具體條件，選擇適用 的熱泵類型。 熱泵空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果，很大程度上取決于熱交換 介質(zhì)（空氣、水、地溫）中可交換利用的溫度差值。目前 較先進的熱泵機組工作時水源側(cè)在冬季的進出水溫差為

10、，夏季為。北方的地溫大多在左右，通過地埋 管從地層中交換出的溫度，通過熱泵系統(tǒng)后把循 環(huán)水溫度提高到以上供暖，其供暖時地溫的可利用溫 差一般只有 ，實踐證明節(jié)能效果還是明顯的。廣 東的地溫（水溫）大多在 范圍，可以用的溫度 差值可達到熱泵利用的最大值（），由此可見， 在廣東應用地源熱泵空調(diào)技術其節(jié)能效果優(yōu)于寒冷的北 方。 各類熱泵適用的地區(qū) 地埋管地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)最大特點是須有較大的空地 來布孔埋管，以 供冷面積為例，需要有一個足球場 大的施工場地，施工約個深的鉆孔，預埋聚 氯乙烯型管約作為熱能交換管道。如果第四系地層 厚度不大又沒有場地時，就得靠鉆入巖石加大孔深來滿足 埋管長度，大量的巖層鉆

11、探則成本太大，初次投資過大將 影響投資性價比和難于收回成本。所以，在廣東只有珠江 口西江口的萬傾沙到中山市一帶、韓江口榕江口的澄 海市到揭陽市一帶第四系地層相對較厚（）且地溫較 低（左右），上述地區(qū)具備應用該系統(tǒng)類型的地質(zhì)條 件，可以選用本熱泵類型。湛江市雷州半島的第四系地層 厚度可以滿足要求，但該區(qū)的淺層地溫多在以上，如 果用于供暖，是理想的地熱能，但該地區(qū)不需要供暖只需 供冷，制冷時節(jié)能效果不明顯，意義不大，故不宜采用本 類型熱泵。 地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的最大特點是需有豐富的地下 水源作支撐。地下水資源豐富是廣東的優(yōu)勢所在。云浮、 肇慶、清遠、韶關等市及廣州市花都區(qū)等地有豐富的巖溶 地下水

12、，巖溶區(qū)抽取地下水最大的隱患是地下水位大幅下 降引發(fā)地面塌陷問題，而水源熱泵只是利用水溫而不消耗 水量和改變水質(zhì)，且?guī)r溶水大多賦存溶洞、溶隙中，鉆井 的回灌通道透水性極好，熱泵用過的地下水可（或大 部分）即時回灌地下，可保持地下水位的基本平衡，不會 引發(fā)巖溶塌陷，過去不敢輕易取用的巖溶水正好發(fā)揮作 用。由廣東省地質(zhì)技術工程咨詢公司策劃設計的于年 建成的廣東省邊防總隊花都基地地下水源熱泵中央空調(diào)系 統(tǒng)（空調(diào)面積共 ），就是廣東首個利用巖溶地下水的 熱泵技術應用案例，已安全運行兩年多，體現(xiàn)出良好節(jié)能 效果。廣東的地表水系發(fā)達，縣級以上的城市均依水而 建，流經(jīng)山區(qū)城市之江河的河漫灘和一級階地基本都有

13、強 富水的砂礫石含水層，地下水與河水有直接水力聯(lián)系，可 利用挖、鉆井方式抽取淺層孔隙水和基巖裂隙水。由于降 雨補給來源充足，開采方式屬間歇性抽水，地下水易于達 到采補平衡，長期抽水不會產(chǎn)生資源枯竭和引發(fā)不良地質(zhì) 災害，其水質(zhì)水溫更是理想的熱泵水源。所以，除廣州及 深圳等沿海城市外，其余的市、縣城鎮(zhèn)基本上都有條件使 用地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。 地表水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)最大特點是有溫度適合的活水 就行，江、河、湖、海、污、廢水均可利用。在汕頭、東 莞市已有利用海水、山塘水的熱泵空調(diào)成功案例，所以， 全省幾乎每個城市都有條件使用本系統(tǒng)類型。在使用單位 主權地界范圍內(nèi)如有水庫、人工湖等大型水體時，還可采 用

14、將換熱循環(huán)管置于水中而不需抽排地表水的地源熱泵技 術，效果更佳。 具體到項目論證建設時，還可以根據(jù)當?shù)氐馁Y源情 況，綜合利用地下水源、地表水源、淺層地熱能，用多套 不同類型系統(tǒng)組合同時工作，滿足空調(diào)總負荷。 由上分析可見，熱泵空調(diào)技術適合廣東全省范圍。 結(jié)語 地源熱泵空調(diào)技術是國家政策鼓勵采用的節(jié)能減排、 低碳經(jīng)濟新技術，根據(jù)熱泵空調(diào)技術原理和廣東的氣候特 （下轉(zhuǎn)第頁） 17 開 發(fā) 應 用 障礙物造成失鎖，也可在重新捕獲到衛(wèi)星后數(shù)分鐘內(nèi)完成 整周未知數(shù)初始化，繼續(xù)進行測量。 （）由于實時測 量 成 果 是 在 野 外 觀 測 時 實 時 提 供，因此能在現(xiàn)場及時進行檢核，避免外業(yè)工作返工，例

15、 如，整周未知數(shù)初始化和測點點位精度等信息均可在作業(yè) 現(xiàn)場進行核對。 （）能夠接收到信號的任何地點，全天小時均 可進行實時測量的放樣。 （）完成基準站的設置后，整個系統(tǒng)只需一人持流動 站接收機操作。也可設置幾個流動站，利用同一基準站觀 測信息各自獨立開展工作。 在公路工程測量中的應用 公路控制網(wǎng)的建立 按勘測規(guī)程要求，每間設一控制點，其等 級依公路等級而定。根據(jù)規(guī)范，高速公路要求的控制等級 為一級小三角或一級導線。因此，做等級控制時必須使首 級控制點交子這一等級，而首級控制必須做到四等以上。 為此，在搜集資料時必須把測區(qū)內(nèi)的國家三、四等控制點 資料搜集齊全。同時，在布設首級控制網(wǎng)時應在內(nèi) 布設

16、一首級控制點，以便發(fā)展加密控制。 在確立布網(wǎng)等級和方案后，可按以下步驟建立公路控 制網(wǎng)。（）選點：以選線及控制人員為主，選擇便于工作 及以后應用的點位。（）埋石：按勘測規(guī)范要求，埋選標 石，并現(xiàn)場做好點記。（）實測：根據(jù)所使用的儀器標稱 精度和規(guī)范的相關要求進行實測。（）進行平差及精度評 定：根據(jù)實測結(jié)果進行平差計算，并進行精度評級。精度 滿足所需等級要求即告完成。 公路中線測量 設計人員在大比例帶狀地形圖上定線后，需將公路中 線在地面上標定出來。采用實時測量，只需將中線樁點 的坐標輸入接收機中，系統(tǒng)就會定出放樣的點位；由于 每個點的測量都是獨立完成的，不會產(chǎn)生累積誤差，各點 放樣精度趨于一致

17、。 公路縱、橫斷面測量 公路中線確定后，利用中線樁的點坐標，通過繪圖軟 件，可繪出沿線縱斷面和各樁點的橫斷面，所用數(shù)據(jù)都是 測繪地形圖時采集來的，不需再到現(xiàn)場進行縱、橫斷面測 量，大大減少了外業(yè)工作。 施工測量 實時系統(tǒng)既有良好的硬件，也有極為豐富的軟件可 供選擇，施工中點、線、面以及坡度等放樣均很方便、快 捷 精度可達厘米級。 繪制大比例地形圖 高等級公路選線多是在大比例尺（通常是：或 ：）帶狀地形圖上進行，用傳統(tǒng)方法測圖，先要加密 控制網(wǎng)，然后進行碎部測量，繪制成大比例尺地形圖。其 工作量大、速度慢，花費時間長。在靜態(tài)建立的控制網(wǎng) 基礎上，用動態(tài)測量采集碎部點的數(shù)據(jù)。其采集速度相 當快，在

18、室內(nèi)把碎部點屬性信息輸入計算機，即可由繪圖 軟件成圖，大大降低了測圖的難度，既省時又省力。 小結(jié) 通過以上對測量的應用的探討，可以看出在公 路工程的控制測量上具有很大的發(fā)展前景。 （）作業(yè)有著極高的精度。它的作業(yè)不受環(huán)境和 距離限制，非常適合于地形條件困難地區(qū)、局部重點工程 地區(qū)等。 （）測量可以大大提高工作及成果質(zhì)量。整個作 業(yè)過程全由微電子技術、計算機技術控制，自動記錄、自 動數(shù)據(jù)預處理、自動平差計算。 （）技術將徹底改變公路測量模式。能實 時地得出所在位置的空間三維坐標。這種技術非常適合路 線、橋、隧勘察。它可以直接進行實地實時放樣、中樁測 量、點位測量等。 （）高精度高程測量同高精度的平面測量一樣， 是測量應用的重要領域。特別是在當前高等級公路逐漸 向山嶺重丘區(qū)發(fā)展的形勢下，實施常規(guī)的幾何水準測量有 困難，高程測量無疑是一種有效的手段。 參考文獻： 張 耀 華 定 位 技 術 在 公 路 工 程 中 的 應 用 國 外 公 路，（） 徐紹栓，張華海，楊志強，王澤民測量原理及應用武漢 測繪科技大學出版社， 張 予 東 ， 李 雪 芳 公 路 測 量 中 的 應 用 測 繪 通 報，（） 技術在公路測量中的應用物探裝備，（） 技 術 在 山 東 省 大 地 測 量 中 的 應 用 山 東 國 土 資 源，