地源热泵供热系统在我省高速公路房建设施中的应用.doc

浅谈地源热泵系统在我省高速公路附属房建设施中的应用 王秀明 辽宁省交通勘测设计院，沈阳110005 摘要：本文介绍了地源热泵系统的原理，并结合我省高速公路附属房建设施供暖现状，分析了地源热泵系统在我省高速公路附属房建设施中应用的可行性、经济效益及环境效益。旨在为现有的小型燃煤锅炉供热系统寻找一种可行的替代方案。 关键词：高速公路附属房建设施；热泵；地源热泵 1．概述 近年来，随着我国国民经济的发展，我省交通事业也迅速发展壮大。2005年底，全省高速公路总里程已达1773公里；预计2010年全省高速公路总里程将达到4000公里。由于高速公路里程数不断增加，高速公路沿线配套的服务区、管理处、收费站等房建设施数量也不断增加。以铁朝线为例：全长525km，设有服务区10处（含拟建）；监控中心2处；养护工区4处；收费站17处（含主线站）。则全线共有站点33处。不考虑规模的大小，平均每16km就有一处附属的房建设施。 目前，北方地区高速公路附属房建设施冬季采暖绝大部分采用小型燃煤锅炉，燃料基本为劣质烟煤或型煤。小型燃煤锅炉效率低下，燃料浪费严重；大气污染物排放难以达标；废水、废渣等二次污染严重；工作人员劳动强度大，工作环境恶劣。 随着科学发展和社会进步，能源和环保已成为人类生存和发展的两大主题。而高速公路附属房屋建筑的节能减排是贯彻交通运输部“十一五”行业节能减排目标的重要组成部分；同时，取缔小型燃煤锅炉房的呼声日益高涨，因此人们迫切需求一种新的、绿色节能环保的供暖空调方式。因此，热泵技术尤其是地源热泵技术越来越受到人们的关注。 2．热泵的定义及分类 2.1　热泵的定义　热泵是一种利用高位能使热量从低位热源传递到高位热源的机械装置。顾名思义，热泵的作用与水泵类似，它把不能直接利用的热能转换为可以直接利用的高位热能，从而达到供暖或空调的目的；水泵要消耗一定量的电能才可以把水从低处提取到高处，实现了“水往高处流”的目的，同样，热泵也需要消耗少量电能，将低温物体（空气、水、土壤等）中的热量提取出来，实现热量从低温物体向高温物体的传递。 2.2　热泵的分类　热泵的种类很多，分类方法也有很多种，其中最常用的是按低位热源的种类划分：空气源热泵、水源热泵（包括地下水源热泵、地表水源热泵、污水源热泵、海水源热泵）、土壤源热泵、双级耦合热泵、太阳能热泵。1997年，ASHRAE将地下水源热泵、地表水源热泵和土壤耦合热泵通称为地源热泵，这是目前热泵领域最常见的几种型式，也是最有可能在高速公路系统应用的热泵型式。　下面对于几种地源热泵应用方式作出简单的介绍： 地下水源热泵系统 通过建造抽水井群将地下水抽出，通过二次换热或直接送至水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下同一含水层内。由于地下水温恒定，采用这种方式时机组效率较高。但要求地下水出水量较大，回灌问题解决不好时会浪费大量地下水。 水平埋管地源热泵系统 水平埋管换热器在水平沟内敷设，埋深1.2～3.0m，每沟埋设1～6根管子。一般来说水平埋管成本低，安装灵活，但占地面积大。一般用于冬季冻深较浅且地表面积充裕的场合。 垂直埋管地源热泵系统 一般埋深23～92米。与水平埋管相比，所需管材较少，流动阻力损失小，土壤温度基本不受季节变化的影响，所需地表面积小。一般用于地表面积受限制的场合。 单井循环系统，也就是单管型垂直埋管地源热泵，在国外常称为热井。 这种方式下，在地下水位以上用钢套作为护套，直径和孔径一致；地下水位以下为自然孔洞，不加任何固井设施。热泵机组出水直接在孔洞上部进入，其中一部分在地下水位以下进入周边岩土换热，其余部分在边壁处与岩土换热。换热后的流体在孔洞底部通过埋至底部的回水管被抽取作为热泵机组供水。这一方式主要应用于岩石地层，典型孔径为150MM，孔深450M。 3．技术可行性 一般来说，高速公路沿线房建设施具有建筑面积相对较小、有独立的场区、建设地点均远离城区等特点，这种特点决定了无法采用城镇集中供暖作为热源。因此，必须采用一种独立供热装置作为冬季采暖热源，而热泵系统无疑是最具吸引力的一种。热泵的种类很多，不同的种类具有不同的特点，但并不是所有的热泵都能适合我省高速公路房建设施的供暖需求。显然，海水源、地表水源热泵及空气源热泵就无法在我国东北地区应用；太阳能热泵理论上不受所处地区和季节的影响，只要日照充足即可。但由于其间歇性和不可靠性的影响，使其应用收到了限制。如夜间、雨雪天气，当供热的需求加大时，恰好是太阳能热泵无法工作的时间。 地下水源热泵是以深井水或浅层地下水作为低位热源的装置。由于地下水温度相当稳定，全年变化不大甚至基本不变，因此非常适合水源热泵的运行。水源热泵具有节能、环保、经济效益显著等特点，但水源热泵也存在以下缺点： 必须具有充足的地下水源。可