建筑节能领域的绿色技术——地源热泵

  建筑节能，简而言之就是降低建筑物的能耗，提高建筑中的能源利用率，但同时又不能损失建筑本身的舒适感，因此而采用适当的合理利用能源的技术。

  传统取暖方式：耗能浪费又污染

  中国北方传统的建筑耗能方式是锅炉供暖，主要消耗煤炭，在燃烧之后，又会产生大量的二氧化碳和含氮气体，既破坏大气层，又容易加剧温室效应，给国家带来碳排放压力，也是雾霾等环境问题的成因之一。锅炉燃烧矿物产生高温，可达到1500摄氏度，属于高品位热能，而建筑物室内取暖，只需要25摄氏度左右的温度即可，属于低品位热能，这就意味着大量的热量损失。南方目前建筑节能的主体方式则是空调供暖制冷。

  热泵的工作原理，决定它是一种节约能源的技术方式。所能利用的环境热源，比如地源的温度为15摄氏度，建筑物室内所需的温度如果为25度，按照理想的逆向卡诺循环工作的热泵的性能系数，也就是向高温热源的供热量与消耗的功之比，可达29.8。根据热力学原理一次能源利用率，理论上可达到25.2，也就是说，采用热泵为建筑提供的热量，在理论上可以是燃烧煤炭所产生的能量的25倍以上。

  空气源热泵：能效有限故障多

  热泵主要分为空气源热泵、地源热泵，它们从自然界的空气、地表水、地下水或者浅层土壤中，通过电力做功，为建筑物提供热能。使用热泵不仅可以避免大量的热量损失，还能够通过制冷产生的废水余热，来加热生活用水，从而提供不需耗能的生活用水。此外，因为不使用煤炭等矿物燃料，自然降低了二氧化碳排放量，是建筑物减少碳排放的关键技术之一。

  空调又称为空气源热泵，它将建筑物外面的空气作为热源，从室外空气中吸收入量，通过热泵工作，导入室内进行供暖。这种方式相对来说，投资成本比较低。但是，空气源热泵的制热量与室外温度成正比，在极寒天气或酷暑天气中，它的能效会大量降低，甚至无法正常工作。同时，大量使用空气源热泵，对室外的温度也是一种压力，在城市中，夏季会提高市区整体温度，冬天相反，导致室外夏天更热，冬天更冷，增加负面的环境效应。

  此外，空气源热泵的蒸发器容易结霜，这就需要定期维护，也会消耗大量能量，在高纬度的寒冷地区除霜是很困难的，而在夏季高温的时候，在低纬度的持续高温下，空气源热泵的工作效率也会降低，甚至不起作用。由此可见，即使是空调的使用，也是有地域限制的，它比较适合气候温和的中纬度地区。

  地源热泵：节能环保可持续

  地源热泵是利用土壤、地表水或地下水这些热源的热泵。这些热源基本上常年恒温，冬天比地面上的室外温度高，夏天比室外温度低。从这个角度看，地源热泵在技术条件上和保持整个系统的平衡上，都比空气源热泵更有优越性。此外，地源热泵系统本身兼有热泵的优点，基本不产生碳排放量，是绿色的清洁能源。

  冬天，地源热泵将大地中的热量导入建筑物，为建筑物供暖，同时降低大地本身的温度，以备夏用。夏天，地源热泵将建筑物中的热量导入大地，为建筑物制冷，同时将热量还给大地，以备冬用。这是一种有取有偿的能源利用方式，体现了地缘热泵系统的平衡性和可持续发展性。

  地源热泵主要包括地下水源热泵系统、地表水热泵系统以及地下耦合热泵系统。地源热泵初期投入较高，风险性也相对较高，因此，需要在开展项目前，在理论和实践上，进行详细的地质调查与勘测，对工程过程中，以及今后的长久使用中可能会产生的风险，用先进的科学技术进行合理规避，特别是地下水源热泵系统，需要定期回灌，以保证地下水系统的水热平衡，同时使用适当技术手段，确保减少对水源的浪费和污染。

  地下耦合热泵系统通过对地下土壤或岩石中热量的利用，把热量带到室内，不需要抽取地下水，也不需要后期回灌和排出，因此是更合理的可持续节能技术。虽然它的初期投资相对比较高，需要大量在土壤中做地埋管，但是在运行的时候费用却非常低廉，通常几年内就能收回成本，相对于空气源热泵来说，它更加经济实惠。