空氣作為冷熱源，在供熱工況下，將室外空氣作為低溫熱源，吸收其中的熱量，經(jīng)熱泵提高其熱能品位后，由循環(huán)介質(zhì)送入室內(nèi)供暖。但是，空氣源熱泵在冬季天氣寒冷時的效率會大大降低。利用大地中的物質(zhì)（土壤、巖石、地下水）作為熱源的熱泵，通常稱之為“地源熱泵”，由于較深的地層在未受干擾的情況下常年保持恒定的溫度，高于冬季的室外溫度，因此地源熱泵可克服空氣源熱泵的技術(shù)障礙，供暖效率大大提高?？紤]到鄉(xiāng)鎮(zhèn)學校土地資源相對廣闊的特點，同時為了達到較好的制熱效果，采用地源熱泵是一種最佳選擇。由電能驅(qū)動壓縮機，使機組內(nèi)的工質(zhì)循環(huán)流動，反復進行物理相變過程：在蒸發(fā)器中汽化吸熱、在冷凝器中液化放熱，使熱量不斷從低溫端向高溫端傳遞，并通過閥門切換使機組實現(xiàn)制冷/制熱功能。

    三、經(jīng)濟性分析

    以1000m2供熱面積的學校為例，計算地源熱泵和燃煤、燃油鍋爐一個采暖季的運行費用，從而進行經(jīng)濟性分析。根據(jù)暖通空調(diào)規(guī)范，學校供暖負荷按60W/m2計算，供熱天數(shù)為120天，每天供暖時間按10h計算，計算可得每年的供暖總負荷為2.592×108 kJ。方案一：采用燃煤鍋爐供暖，其制熱系數(shù)為0.7，1kg煤完全燃燒放出的熱量為4000大卡/kg，共計用煤22.11噸，煤的價格按600元/噸計算，共計需要13269元。方案二：以燃油鍋爐供暖，其制熱系數(shù)按0.9計算，耗油量按輕0#柴油計算，輕質(zhì)柴油的熱值按10230大卡/kg計算，柴油價格按3400元/噸，共計耗油量為6.73噸，費用共計22866元。方案三：利用地源熱泵采暖，其制熱系數(shù)通常大于4，即地源熱泵每輸入1KW的電能，能輸出4KW的熱量，扣除過程損耗因素，整個供暖系統(tǒng)的能效系數(shù)一般仍在3.5以上，按3.5的制熱系數(shù)計算熱泵耗電量為20571度，電價按0.54元/度計算，可得運行費用為11108元。通過對三個方案運行費用的粗略計算可以看出，地源熱泵的運行費用最省，經(jīng)濟性最好。

    四、系統(tǒng)的優(yōu)化
 

    地源熱泵機組的制熱量是由蒸發(fā)溫度所決定的。在冬季，若單獨采用地源熱泵供熱，地熱換熱器經(jīng)過長期的運行，土壤溫度場可能得不到有效恢復，地溫降低，從而導致蒸發(fā)溫度降低，熱泵機組的制熱系數(shù)將不斷下降。為了能夠減輕對土壤溫度場的干擾，有效提高蒸發(fā)溫度，為地源熱泵系統(tǒng)增設(shè)輔助熱源是解決這一問題的合理途徑。

    近年來，國家大力倡導利用太陽能這種清潔、可再生的能源，不少專家認為太陽在冬天的熱流密度雖然只有50～200 W/m2，但是可以通過集熱裝置將太陽能利用起來作為熱泵的低溫熱源。以太陽能為輔助熱源的地源熱泵系統(tǒng)通常由太陽能集熱系統(tǒng)、地熱換熱器系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)和室內(nèi)供暖系統(tǒng)四部分組成，其系統(tǒng)原理如下圖所示：

圖1 太陽能為輔助熱源的地源熱泵系統(tǒng)圖

    在冬季日照充足的情況下，利用太陽能集熱器將水加熱并送入蒸發(fā)器，如果滿足蒸發(fā)溫度的要求并能夠保持穩(wěn)定，則可關(guān)閉地熱換熱器系統(tǒng)，使大地可以在此期間積蓄熱量，盡快恢復土壤溫度場；在冬季遇到雨雪天氣時，則完全通過地熱換熱器系統(tǒng)從地下巖土體中吸收熱量，經(jīng)過熱泵系統(tǒng)將其品位提升后，通過循環(huán)介質(zhì)（水）送入末端（風機盤管），給教室及辦公室供熱。為了增加太陽能利用的連續(xù)性，在初投資允許的情況下，也可在太陽能集熱系統(tǒng)中增加蓄熱裝置。

    五、結(jié)束語

    地源熱泵技術(shù)作為一種清潔、節(jié)能、高效的可再生新能源利用技術(shù)，已經(jīng)在我國逐漸興起，并在城市建設(shè)領(lǐng)域發(fā)揮了積極的作用。將地源熱泵系統(tǒng)擴展應用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)中、小學校的采暖，既符合國家節(jié)能減排的政策，又可減輕學校負擔，同時也能使孩子們受益，一舉多得，具有現(xiàn)實和長遠的意義。

    參考文獻

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