乡镇学校应用地源热泵采暖的探讨

    空气作为冷热源，在供热工况下，将室外空气作为低温热源，吸收其中的热量，经热泵提高其热能品位后，由循环介质送入室内供暖。但是，空气源热泵在冬季天气寒冷时的效率会大大降低。利用大地中的物质（土壤、岩石、地下水）作为热源的热泵，通常称之为“地源热泵”，由于较深的地层在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度，高于冬季的室外温度，因此地源热泵可克服空气源热泵的技术障碍，供暖效率大大提高。考虑到乡镇学校土地资源相对广阔的特点，同时为了达到较好的制热效果，采用地源热泵是一种最佳选择。由电能驱动压缩机，使机组内的工质循环流动，反复进行物理相变过程：在蒸发器中汽化吸热、在冷凝器中液化放热，使热量不断从低温端向高温端传递，并通过阀门切换使机组实现制冷/制热功能。

    三、经济性分析

    以1000m2供热面积的学校为例，计算地源热泵和燃煤、燃油锅炉一个采暖季的运行费用，从而进行经济性分析。根据暖通空调规范，学校供暖负荷按60W/m2计算，供热天数为120天，每天供暖时间按10h计算，计算可得每年的供暖总负荷为2.592×108 kJ。方案一：采用燃煤锅炉供暖，其制热系数为0.7，1kg煤完全燃烧放出的热量为4000大卡/kg，共计用煤22.11吨，煤的价格按600元/吨计算，共计需要13269元。方案二：以燃油锅炉供暖，其制热系数按0.9计算，耗油量按轻0#柴油计算，轻质柴油的热值按10230大卡/kg计算，柴油价格按3400元/吨，共计耗油量为6.73吨，费用共计22866元。方案三：利用地源热泵采暖，其制热系数通常大于4，即地源热泵每输入1KW的电能，能输出4KW的热量，扣除过程损耗因素，整个供暖系统的能效系数一般仍在3.5以上，按3.5的制热系数计算热泵耗电量为20571度，电价按0.54元/度计算，可得运行费用为11108元。通过对三个方案运行费用的粗略计算可以看出，地源热泵的运行费用最省，经济性最好。

    四、系统的优化
 

    地源热泵机组的制热量是由蒸发温度所决定的。在冬季，若单独采用地源热泵供热，地热换热器经过长期的运行，土壤温度场可能得不到有效恢复，地温降低，从而导致蒸发温度降低，热泵机组的制热系数将不断下降。为了能够减轻对土壤温度场的干扰，有效提高蒸发温度，为地源热泵系统增设辅助热源是解决这一问题的合理途径。

    近年来，国家大力倡导利用太阳能这种清洁、可再生的能源，不少专家认为太阳在冬天的热流密度虽然只有50～200 W/m2，但是可以通过集热装置将太阳能利用起来作为热泵的低温热源。以太阳能为辅助热源的地源热泵系统通常由太阳能集热系统、地热换热器系统、热泵系统和室内供暖系统四部分组成，其系统原理如下图所示：

图1 太阳能为辅助热源的地源热泵系统图

    在冬季日照充足的情况下，利用太阳能集热器将水加热并送入蒸发器，如果满足蒸发温度的要求并能够保持稳定，则可关闭地热换热器系统，使大地可以在此期间积蓄热量，尽快恢复土壤温度场；在冬季遇到雨雪天气时，则完全通过地热换热器系统从地下岩土体中吸收热量，经过热泵系统将其品位提升后，通过循环介质（水）送入末端（风机盘管），给教室及办公室供热。为了增加太阳能利用的连续性，在初投资允许的情况下，也可在太阳能集热系统中增加蓄热装置。

    五、结束语

    地源热泵技术作为一种清洁、节能、高效的可再生新能源利用技术，已经在我国逐渐兴起，并在城市建设领域发挥了积极的作用。将地源热泵系统扩展应用于乡镇中、小学校的采暖，既符合国家节能减排的政策，又可减轻学校负担，同时也能使孩子们受益，一举多得，具有现实和长远的意义。

    参考文献

    [1] 陈东，谢继红热泵技术及其应用[M]，化学工业出版社，2000

    [2] 闫振启，马万锐节能环保高效的地源热泵中央空调系统[J]，区域供热，2007.6

    [3] 秘文涛，张建一，陈天及，张艳新型的太阳能与地源热泵联合供热制冷系统[J]，节能与环保