地源熱泵空調(diào)技術(shù)在廣東的適用性探討

1、中國(guó)西部科技 年月（中旬）第卷第期 總 第期 地源熱泵空調(diào)技術(shù)在廣東的適用性探討 陳坤泉 （廣東省地質(zhì)技術(shù)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(shù)的原理，針對(duì)廣東省的氣候、地質(zhì)特點(diǎn)，探討在廣東推廣應(yīng)用地源熱泵空調(diào)技術(shù) 的可行性，期望熱泵技術(shù)能服務(wù)于廣東的低碳經(jīng)濟(jì)。 關(guān)鍵詞：熱泵技術(shù)；淺層地?zé)崮埽坏卦礋岜每照{(diào)系統(tǒng)；節(jié)能減排；低碳經(jīng)濟(jì) ： 前言 地源熱泵技術(shù)因其高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在全球 范圍被廣泛普及應(yīng)用。我國(guó)自年以來(lái)，在北方的北 京、天津等地以驚人的發(fā)展速度應(yīng)用于城市居民供暖等領(lǐng) 域。由于廣東的氣候條件特殊，城鎮(zhèn)居民不需集中供暖， 國(guó)內(nèi)的專(zhuān)家學(xué)者對(duì)熱泵技術(shù)研究也多側(cè)

2、重于供暖方面，給 廣東人一個(gè)總體印象是該技術(shù)適用于北方，對(duì)以制冷為主 的廣東不太適用，至年底，全省僅有幾個(gè)應(yīng)用案例， 在地源熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用方面明顯落后于全國(guó)，與經(jīng)濟(jì) 大省、敢為人先的形象很不相稱(chēng)。熱泵技術(shù)是否適合廣 東，要在廣東鋪開(kāi)地源熱泵空調(diào)技術(shù)，首先需要論證其適 應(yīng)性。本文根據(jù)熱泵技術(shù)原理，結(jié)合廣東的氣候、水文地 質(zhì)特征，對(duì)此問(wèn)題展開(kāi)探討。 淺層地?zé)崮?淺層地?zé)崮苁侵傅乇硪韵乱欢ㄉ疃龋ㄎ覈?guó)定為， 歐洲定為）范圍內(nèi)，溫度低于，在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì) 條件下具備開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的地?zé)崮?。淺層地?zé)崮芊植紡V 泛，溫度穩(wěn)定，總量豐富，可持續(xù)利用，因熱泵技術(shù)而廣 泛應(yīng)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?zé)崮芸辈樵u(píng)價(jià)規(guī) 范（）將其列入地?zé)豳Y源范疇。在廣 東，由于地下水位埋深較淺且地下水較豐富，實(shí)際上就是 利用淺層地下水的溫度，屬低碳經(jīng)濟(jì)技術(shù)的新能源領(lǐng)域。 熱泵技術(shù) 熱泵技術(shù)是科技進(jìn)步發(fā)明的一種節(jié)能新技術(shù)。其原理 是通過(guò)向熱泵機(jī)組輸入一定的電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)做功，使機(jī) 組中的工質(zhì)（如）反復(fù)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(guò)程，通過(guò)介質(zhì)（如水、空氣）實(shí) 現(xiàn)空間上的熱量交換和傳遞并通過(guò)閥門(mén)切換達(dá)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(lèi)。氣源熱泵空調(diào)機(jī)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(jī)制造商的推銷(xiāo)

4、下，已在 深圳等地逐步鋪開(kāi)。該機(jī)型當(dāng)氣溫高于和低于時(shí) 氣溫已沒(méi)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(shí)間實(shí)際是不節(jié)能的，可以說(shuō)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(diǎn)討論地源熱泵 技術(shù)的適用性。 地源熱泵空調(diào)技術(shù) 以淺層地溫、地下水、地表水為低溫?zé)嵩?，由地源熱?機(jī)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(chēng) 為地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，是一種跨行業(yè)多學(xué)科組合的空調(diào)新技 術(shù)。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(jī)變 為熱泵機(jī)組，其它室內(nèi)系統(tǒng)相同。冬季，熱泵機(jī)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(jī)組從室內(nèi)吸收熱量并轉(zhuǎn)移釋放到地源中，實(shí)

5、現(xiàn)建筑物空調(diào) 制冷。根據(jù)地?zé)崮芙粨Q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(diǎn) 資源保障度高 淺層地?zé)崮苁强稍偕Y源，用之不竭，無(wú)資源后顧之 憂，是熱泵空調(diào)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在。 高效節(jié)能節(jié)資 水源熱泵機(jī)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(jī)組兩套設(shè)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(jī)能效比為，氣源熱泵為，燃油為， 燃 煤 為 。能效比高表示運(yùn)行

6、費(fèi)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(guó)環(huán)保署估算和國(guó)內(nèi)實(shí)測(cè) 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(yùn)行 費(fèi)用。 低碳環(huán)保效果顯著 地源熱泵機(jī)組運(yùn)行中無(wú)燃燒過(guò)程、不排煙塵、不排熱 氣、無(wú)廢物，不需燃料和廢棄物的堆放場(chǎng)地和運(yùn)輸費(fèi)用，是 典型的低碳環(huán)保技術(shù)。用地下水、地表水的水源熱泵實(shí)際上 不消耗水，水只是作為熱交換的截體，經(jīng)過(guò)熱泵的水除溫度 改變外，其余的物化指標(biāo)基本不變，可以作自來(lái)水繼續(xù)使用 或排回原水體中。 收稿日期： 修回日期： 作者簡(jiǎn)介：陳坤泉（），揭陽(yáng)籍，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事水工環(huán)地質(zhì)勘查和地?zé)崂醚芯抗ぷ鳌?16 開(kāi) 發(fā) 應(yīng) 用 自動(dòng)運(yùn)行、穩(wěn)定可靠 由于地源的溫

7、度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，其波動(dòng)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn) 小于空氣，因此熱泵機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、部件較少，占地 小，可自動(dòng)控制，穩(wěn)定性可靠，維護(hù)費(fèi)用相對(duì)低，使用壽 命可達(dá)年（傳統(tǒng)空調(diào)的使用壽命是年）。 一機(jī)多用，應(yīng)用廣泛 地源熱泵機(jī)組除可制冷、供暖外，還可同時(shí)供應(yīng)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(jí)賓館、大型商場(chǎng)、辦公樓、學(xué)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(shù)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(dāng)?shù)仄骄鶜鉁叵嗤|(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(kù)水、工農(nóng)業(yè)污水、廢水 等）；流動(dòng)水量能滿足熱泵用水要求，水溫適度，水質(zhì)經(jīng) 簡(jiǎn)單處理能達(dá)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(dāng)?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(chǎng)地時(shí)，可通過(guò)地埋管來(lái)吸熱與放熱達(dá) 到熱能交換以實(shí)現(xiàn)供暖或制冷。 熱泵空調(diào)技術(shù)在廣東的適用性分析 廣東與我國(guó)北方的差異 我國(guó)北方的氣候特征是冬季十分寒冷，城市居民生活 離不開(kāi)暖氣，應(yīng)用熱泵技術(shù)是以供暖為主要目的。由于年 均降雨量偏少，大量開(kāi)采地下水會(huì)造成資源枯竭，地下 水、地表水源總體缺乏，各地對(duì)開(kāi)采地

9、下水都有嚴(yán)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(shí)間長(zhǎng)，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(shù)的應(yīng)用是以夏季供冷為主要目的， 可以根據(jù)每個(gè)地區(qū)每個(gè)項(xiàng)目所在地的具體條件，選擇適用 的熱泵類(lèi)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(jìn)的熱泵機(jī)組工作時(shí)水源側(cè)在冬季的進(jìn)出水溫差為

10、，夏季為。北方的地溫大多在左右，通過(guò)地埋 管從地層中交換出的溫度，通過(guò)熱泵系統(tǒng)后把循 環(huán)水溫度提高到以上供暖，其供暖時(shí)地溫的可利用溫 差一般只有 ，實(shí)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(dá)到熱泵利用的最大值（），由此可見(jiàn)， 在廣東應(yīng)用地源熱泵空調(diào)技術(shù)其節(jié)能效果優(yōu)于寒冷的北 方。 各類(lèi)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(diǎn)是須有較大的空地 來(lái)布孔埋管，以 供冷面積為例，需要有一個(gè)足球場(chǎng) 大的施工場(chǎng)地，施工約個(gè)深的鉆孔，預(yù)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(méi)有場(chǎng)地時(shí)，就得靠鉆入巖石加大孔深來(lái)滿足 埋管長(zhǎng)度，大量的巖層鉆

11、探則成本太大，初次投資過(guò)大將 影響投資性價(jià)比和難于收回成本。所以，在廣東只有珠江 口西江口的萬(wàn)傾沙到中山市一帶、韓江口榕江口的澄 海市到揭陽(yáng)市一帶第四系地層相對(duì)較厚（）且地溫較 低（左右），上述地區(qū)具備應(yīng)用該系統(tǒng)類(lèi)型的地質(zhì)條 件，可以選用本熱泵類(lèi)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?zé)崮埽摰貐^(qū)不需要供暖只需 供冷，制冷時(shí)節(jié)能效果不明顯，意義不大，故不宜采用本 類(lèi)型熱泵。 地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的最大特點(diǎn)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(shì)所在。云浮、 肇慶、清遠(yuǎn)、韶關(guān)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(wèn)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(guò)的地下水可（或大 部分）即時(shí)回灌地下，可保持地下水位的基本平衡，不會(huì) 引發(fā)巖溶塌陷，過(guò)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(shù)工程咨詢公司策劃設(shè)計(jì)的于年 建成的廣東省邊防總隊(duì)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(gè)利用巖溶地下水的 熱泵技術(shù)應(yīng)用案例，已安全運(yùn)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(dá)，縣級(jí)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(jí)階地基本都有

13、強(qiáng) 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(bǔ)給來(lái)源充足，開(kāi)采方式屬間歇性抽水，地下水易于達(dá) 到采補(bǔ)平衡，長(zhǎng)期抽水不會(huì)產(chǎn)生資源枯竭和引發(fā)不良地質(zhì) 災(zāi)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(diǎn)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(gè)城市都有條件使用本系統(tǒng)類(lèi)型。在使用單位 主權(quán)地界范圍內(nèi)如有水庫(kù)、人工湖等大型水體時(shí)，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(shù)，效果更佳。 具體到項(xiàng)目論證建設(shè)時(shí)，還可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐馁Y源情 況，綜合利用地下水源、地表水源、淺層地?zé)崮?，用多?不同類(lèi)型系統(tǒng)組合同時(shí)工作，滿足空調(diào)總負(fù)荷。 由上分析可見(jiàn)，熱泵空調(diào)技術(shù)適合廣東全省范圍。 結(jié)語(yǔ) 地源熱泵空調(diào)技術(shù)是國(guó)家政策鼓勵(lì)采用的節(jié)能減排、 低碳經(jīng)濟(jì)新技術(shù)，根據(jù)熱泵空調(diào)技術(shù)原理和廣東的氣候特 （下轉(zhuǎn)第頁(yè)） 17 開(kāi) 發(fā) 應(yīng) 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(jìn)行測(cè)量。 （）由于實(shí)時(shí)測(cè) 量 成 果 是 在 野 外 觀 測(cè) 時(shí) 實(shí) 時(shí) 提 供，因此能在現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)進(jìn)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(cè)點(diǎn)點(diǎn)位精度等信息均可在作業(yè) 現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行核對(duì)。 （）能夠接收到信號(hào)的任何地點(diǎn)，全天小時(shí)均 可進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量的放樣。 （）完成基準(zhǔn)站的設(shè)置后，整個(gè)系統(tǒng)只需一人持流動(dòng) 站接收機(jī)操作。也可設(shè)置幾個(gè)流動(dòng)站，利用同一基準(zhǔn)站觀 測(cè)信息各自獨(dú)立開(kāi)展工作。 在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用 公路控制網(wǎng)的建立 按勘測(cè)規(guī)程要求，每間設(shè)一控制點(diǎn)，其等 級(jí)依公路等級(jí)而定。根據(jù)規(guī)范，高速公路要求的控制等級(jí) 為一級(jí)小三角或一級(jí)導(dǎo)線。因此，做等級(jí)控制時(shí)必須使首 級(jí)控制點(diǎn)交子這一等級(jí)，而首級(jí)控制必須做到四等以上。 為此，在搜集資料時(shí)必須把測(cè)區(qū)內(nèi)的國(guó)家三、四等控制點(diǎn) 資料搜集齊全。同時(shí)，在布設(shè)首級(jí)控制網(wǎng)時(shí)應(yīng)在內(nèi) 布設(shè)

16、一首級(jí)控制點(diǎn)，以便發(fā)展加密控制。 在確立布網(wǎng)等級(jí)和方案后，可按以下步驟建立公路控 制網(wǎng)。（）選點(diǎn)：以選線及控制人員為主，選擇便于工作 及以后應(yīng)用的點(diǎn)位。（）埋石：按勘測(cè)規(guī)范要求，埋選標(biāo) 石，并現(xiàn)場(chǎng)做好點(diǎn)記。（）實(shí)測(cè)：根據(jù)所使用的儀器標(biāo)稱(chēng) 精度和規(guī)范的相關(guān)要求進(jìn)行實(shí)測(cè)。（）進(jìn)行平差及精度評(píng) 定：根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行平差計(jì)算，并進(jìn)行精度評(píng)級(jí)。精度 滿足所需等級(jí)要求即告完成。 公路中線測(cè)量 設(shè)計(jì)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(biāo)定出來(lái)。采用實(shí)時(shí)測(cè)量，只需將中線樁點(diǎn) 的坐標(biāo)輸入接收機(jī)中，系統(tǒng)就會(huì)定出放樣的點(diǎn)位；由于 每個(gè)點(diǎn)的測(cè)量都是獨(dú)立完成的，不會(huì)產(chǎn)生累積誤差，各點(diǎn) 放樣精度趨于一致

17、。 公路縱、橫斷面測(cè)量 公路中線確定后，利用中線樁的點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)繪圖軟 件，可繪出沿線縱斷面和各樁點(diǎn)的橫斷面，所用數(shù)據(jù)都是 測(cè)繪地形圖時(shí)采集來(lái)的，不需再到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行縱、橫斷面測(cè) 量，大大減少了外業(yè)工作。 施工測(cè)量 實(shí)時(shí)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(diǎn)、線、面以及坡度等放樣均很方便、快 捷 精度可達(dá)厘米級(jí)。 繪制大比例地形圖 高等級(jí)公路選線多是在大比例尺（通常是：或 ：）帶狀地形圖上進(jìn)行，用傳統(tǒng)方法測(cè)圖，先要加密 控制網(wǎng)，然后進(jìn)行碎部測(cè)量，繪制成大比例尺地形圖。其 工作量大、速度慢，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。在靜態(tài)建立的控制網(wǎng) 基礎(chǔ)上，用動(dòng)態(tài)測(cè)量采集碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)。其采集速度相 當(dāng)快，在

18、室內(nèi)把碎部點(diǎn)屬性信息輸入計(jì)算機(jī)，即可由繪圖 軟件成圖，大大降低了測(cè)圖的難度，既省時(shí)又省力。 小結(jié) 通過(guò)以上對(duì)測(cè)量的應(yīng)用的探討，可以看出在公 路工程的控制測(cè)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(diǎn)工程 地區(qū)等。 （）測(cè)量可以大大提高工作及成果質(zhì)量。整個(gè)作 業(yè)過(guò)程全由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，自動(dòng)記錄、自 動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動(dòng)平差計(jì)算。 （）技術(shù)將徹底改變公路測(cè)量模式。能實(shí) 時(shí)地得出所在位置的空間三維坐標(biāo)。這種技術(shù)非常適合路 線、橋、隧勘察。它可以直接進(jìn)行實(shí)地實(shí)時(shí)放樣、中樁測(cè) 量、點(diǎn)位測(cè)量等。 （）高精度高程測(cè)量同高精度的平面測(cè)量一樣， 是測(cè)量應(yīng)用的重要領(lǐng)域。特別是在當(dāng)前高等級(jí)公路逐漸 向山嶺重丘區(qū)發(fā)展的形勢(shì)下，實(shí)施常規(guī)的幾何水準(zhǔn)測(cè)量有 困難，高程測(cè)量無(wú)疑是一種有效的手段。 參考文獻(xiàn)： 張 耀 華 定 位 技 術(shù) 在 公 路 工 程 中 的 應(yīng) 用 國(guó) 外 公 路，（） 徐紹栓，張華海，楊志強(qiáng)，王澤民測(cè)量原理及應(yīng)用武漢 測(cè)繪科技大學(xué)出版社， 張 予 東 ， 李 雪 芳 公 路 測(cè) 量 中 的 應(yīng) 用 測(cè) 繪 通 報(bào)，（） 技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用物探裝備，（） 技 術(shù) 在 山 東 省 大 地 測(cè) 量 中 的 應(yīng) 用 山 東 國(guó) 土 資 源，