地热供暖节能论文参考文献
呵呵 你时不时做毕业论文 啊？正好我的毕业论文也是地热 我有篇英文 不过还没翻译出来你哦可以到 CAI等网站上检索一下 很好下的而且有很多资源。。。
（英）、（美）、（德）、（瑞士）、öm（瑞典）
徐巍（译）郑克棪（校）
摘要：1995年在意大利佛罗伦萨举行的世界地热大会上，一篇论文引起了世界地热界对地热热泵增长状况的广泛关注。随着降低建筑能耗压力的增加，以及减少建筑物二氧化碳排放指标的提高，安装地热热泵的趋势正在逐渐兴起。应用地热热泵的国家数量也不断上升，其中一些国家并没有传统意义上的地热资源，但现在他们有了生气勃勃的地热热泵项目。另外，还有一些国家正在探索其应用潜力。从小的家庭安装到大功率的系统安装，各种型号的地热热泵都在增加。这篇文章主要对近10年这些高效率、长寿命、低污染的可再生能源系统的发展和安装进行评价。
1 介绍
地热热泵是世界上发展最快的可再生能源利用技术之一，在过去的10年里，大约30个国家平均增长速率达到10%。它主要的优点是可以利用平常的地温或地下水的温度（5～30℃）就可以运行，而这些资源全世界各个国家都可以获得。在1995年的佛罗伦萨世界地热大会上，人们尝试着总结了当时的这项技术状况和发展水平，到2005年，地热热泵已经进一步提升为新能源和可替代能源的重要角色。它们尤其已经被作为一种高效的可再生供热装置，而且更重要的是它们在减少二氧化碳方面得到认可。来自加拿大的一篇文章中提到：“当前在市场上不可能有任何其他的单项技术比地热热泵在减少温室气体排放和导致全球变暖效应方面的潜力更大。”这句话同当前流行的一种认识相一致：热泵作为供热装置可以减少全球6%以上的二氧化碳排放量，它是目前市场上可获得的减少二氧化碳排放量最大的单项技术之一。这样的说法正好适合当前提倡的把更多的注意转移到可再生热能的利用上来，就像现在提倡可再生电能一样。2005年9个欧洲组织和贸易协会共同提倡采用可再生能源进行供热和制冷的行动。三个主要的技术被提到：生物能、太阳能和地热能。过去10年已经进行的工作，说明正确设计的热泵系统，无论是对单孔安装还是多孔安装，都可以确保从地下汲取的热能是真正可再生和永久可持续的。最近，世界能源组织公布了多种可再生技术的生命周期分析，对于加热技术，地热热泵的生命期二氧化碳排放量是第二低，仅次于木屑。
在这篇文章里，我们简短介绍了地热热泵技术，提出当前流行的一些综合信息。读者会发现2005年世界地热大会论文集第14章收集了比以前大会论文集更多的关于地热热泵的论文，反映了它在世界范围内的快速增长。尽管地热热泵有比较高的应用潜力，但在一个国家或地区的优势条件取决于当地的经济生存能力、应用能力和增长率。我们介绍了几个不同地理区域和国家的发展情况。一些地区已经安装了很多的地热热泵，而且显示了不断增长的趋势，有些地区才刚刚开始。开发利用较好的国家有美国、北欧、瑞士、德国，尤其是瑞典。刚开始开发利用的国家包括英国和挪威。其他有大量装机的国家还有加拿大和奥地利，法国、荷兰也显示了比较快的增长速度。中国、日本、俄罗斯、英国、挪威、丹麦、爱尔兰、澳大利亚、波兰、罗马尼亚、土耳其、韩国、意大利、阿根廷、智利、伊朗等国开始意识到地热热泵技术。论文集第一部分里许多国家介绍了他们的开发利用状况。
2 装机
尽管许多国家都开始对热泵产生兴趣，但热泵的增长主要还是发生在美国和欧洲。据不完全统计，目前全世界范围内的装机容量可能接近10100MWt，年均利用的能量大约59000TJ（16470GWh）。实际安装的机组数量大约900000个。表1列举了地热热泵利用率最高的几个国家。
表1 利用地热热泵领先的国家
3 地热热泵系统
热泵系统利用相对不变的地下温度来为家庭、学校、政府和公共建筑供热、制冷和提供生活热水。输入少量的电能驱动压缩机后，可以产生相当于输入能量4倍的能量。这样的机器使热能从低温区流向高温区，实际上是一台能倒流的制冷机。“泵”说明已经做功，温差称为“抬升”，抬升越大，输入的能量越多。该项技术并不是一项新技术，1852年Lord Kelvin提出了这个概念，20世纪40年代Rober Webber修改成地热热泵，60、70年代获得商业推广。图1是典型的水-气型热泵系统。这样的热泵在北美应用很广泛，但在北欧家庭供暖市场主要利用水-水热泵。
热泵有两种基本的配置：土壤偶极系统（闭路系统）和地下水系统（开路系统），地下系统可以水平或垂直安装，取用井水或湖水。系统的选择依赖安装地点的土壤和岩石类型，能否经济施工水井或现场已有水井，还需场地条件。图2是这些系统的示意图。如前面的水-气型热泵所示，对于热水加热系统，家用热水交换器可以在夏天利用回灌的热量，冬天利用输出的热量来加热生活用水，水-水型热泵一般只能通过转换供热模式到生活热水模式，将输出温度提高到最大来加热生活热水。
图1a 制冷循环中的水-气型地热热泵
图1b 供暖循环中的水-气型地热热泵
图2a 密闭环路热泵系统
图2b 开放环路热泵系统
在土壤偶极系统里，一条封闭的管路被水平的或者垂直的埋在地下，防冻液通过塑料管循环，或者在冬天从地下获得热量，或者在夏天将热量灌入地下。开放环路系统利用地下水或湖水直接通过热交换器后灌入另一眼井（或者河渠、湖里，或者直接用于灌溉），主要按照当地法规执行。
其他种类的热泵系统正在兴起，如竖井和本次大会上提到的一种新类型。这些系统效率很高，但大多需要更加精细的水文地质信息和比闭路系统更加专业的设计。
热泵机组的效率在供暖模式通过运行系数COP来表示，在制冷模式下用能量效率比（EER）来表示，它是输出能量与输入能量（电能）之比，目前的设备基本在3和6之间变化。这样COP为4意味着输入每个单位的电能可以产生4个单位的热能。经过对比，空气源热泵的COP大约为2，取决于高峰供暖和制冷需要的备用电能。在欧洲，这个比率有时候作为“季节性运行参数”，即供暖季和制冷季的平均COP，同时要考虑系统特性。
4 地热热泵的可再生讨论
随着热泵装机的稳定增加，使人认识到它们对可再生能源利用的贡献。这只是部分的认识，因为它们只涉及了供暖和制冷的表面，所以没有可再生电能的考虑。然而，这里面有两个其他的因素——一个是关于地下能源的可持续问题，一个是基于空气源热泵的问题，在能量输出时没有纯能量的增加，所以它们仅仅是一种能量效率技术。
20世纪50、60年代，当空气源热泵风靡的时候，在城市里的化石燃料电厂发电的效率接近30%。当时空气源热泵的COP一般在～之间变化。表2显示了在建筑物里能量释放的情况，60%的能量来自于空气，而用来发电的原生能量只有75%作为有用的热能得到利用。这样，从空气中提取的可再生能量已经高效地释放了热能，但没有剩余能量。表2的第二列是当前的数据。新型的组合或联合循环发电厂发电效率已超过40%。土壤源热泵的SPF已超过。这导致了140%的效率，其中最终能量的71%来自地下。更重要的是，超过40%的剩余量已高于发电消耗的原始能量。
表2 能量和效率对比表
水源热泵和新型发电效率的联合才构成剩余可再生能源的释放。
如果从一开始就用可再生能源发电，则所有传递的能量就都是可再生的。为了释放可再生的能量最多，建议应该尽快使可再生电能变得经济，并与地源热泵结合起来。
能量讨论可能是有争议的，但二氧化碳排放量的减少却很容易证实。举个例子，当前英国电网和地热热泵联合供暖相对于传统的化石燃料供暖技术可以减少50%的二氧化碳排放量。这归功于当前英国电网的联合。由于目前发电所排放的二氧化碳在减少，所以通过利用地热热泵而排放的二氧化碳会更少。随着利用可再生能源发电，建筑供暖将不再需要排放二氧化碳。
如果要计算一下世界范围内可节约的石油当量和当前地热热泵装机容量所能减少的二氧化碳排放量，则需要有几个假设条件。如果每年地热能被利用28000TJ（7800GWh），将此量与30%效率的燃油发电相比，则会节约百万桶石油，或者百万吨石油当量，减少700万吨二氧化碳的排放量。如果我们假想每年同样长时间的制冷，则这个数字会翻倍。
5 美国的经验
在美国，大多数系统都是根据高峰制冷负荷设计的，它高于供暖负荷（主要是北方地区），这样，估计平均每年有1000个小时满负荷供暖。在欧洲，绝大多数系统是根据供暖负荷设计的，所以经常据基础荷载设计，另加化石燃料调峰。结果，欧洲的系统每年可以满负荷运行2000到6000个小时，平均每年2300个小时。尽管制冷模式将热量灌入地下，它不是地热，但它仍然节省能量，有利于清洁环境。在美国，地热热泵装机容量能稳定在12%，大多数安装在中西部地区和从北达科他州到佛罗里达州的东部地区。目前，每年接近安装50000个热泵机组，其中46%是垂直闭路循环系统，38%是水平闭路循环系统，15%是开路系统。超过600个学校安装了热泵系统进行供暖和制冷，尤其在得克萨斯州。应该注意到这一点，热泵按照吨（1吨冰产生的制冷量）来分等级，这个吨相当于12000Btu/hr或(Kavanaugh和Rafferty，1997)。一个典型的家庭需要的热泵机组应该是3吨或者是105kW的装机容量。
美国装机容量最大的热泵是在肯塔基州路易斯维尔市的一个宾馆。通过热泵为600个宾馆房间、100个公寓和89000ｍ2的办公区（整个宾馆161650ｍ2）提供冷热空调服务。热泵利用出水量177l/s、出水温度14℃的4口水井，提供的冷负荷和196MW的热负荷。消耗的能量是没有热泵系统附近相似建筑的53%，每月节约25000美元。
6 欧洲的状况
地热热泵实际上可在任何地方既供热又制冷，可以满足任何的需求，具有很大的灵活性。在西欧和中欧，直接利用地热能对众多客户进行区域供暖受限于区域的地质条件。在这种情况下，通过分散的热泵系统采集到处都有的浅层地热是一个明智的选择。相应的，在欧洲各个国家，热泵正在快速增长和发展起来。热泵系统的市场正在蔓延，从事该项工作的商业公司也在增长，他们的产品已经进入“黄页”。
欧洲超过20年对热泵的研究开发为该项技术的可持续性建立了一个完善的概念，还解决了噪音问题，制定了安装标准。图3是一个典型的井下热交换器型热泵（BHE）。这个系统每输出1kWh的热或冷需要～的电能，它比季节性利用大气做热源的空气源热泵少需要30%～50%的能量。
图3 中欧家庭中BHE热泵系统的典型应用，典型的BHE长度大于100m
根据欧洲许多国家的天气条件来看，目前大多数的需求是供暖，空调很少需要。所以热泵通常只是用于供暖模式。然而随着大型商业利用数量的增加，制冷的需要以及这项技术推广到南欧，将来供暖和制冷双重功效就会越来越重要。
在欧洲统计热泵安装的可靠数量是相当困难的，尤其是个人的利用。图4是欧洲主要利用热泵的几个国家安装热泵的数量。2001年瑞典大幅增加的热泵主要是空气源热泵，然而瑞典在欧洲也是安装地热热泵最多的国家（见表1）。总的情况，除了瑞典和瑞士，地热热泵的市场扩展在整个欧洲还不太大。
7 德国的经验
1996年之后，根据热泵的销售统计，德国各种热源的热泵销售情况各不相同（图5）。在经过1991年销售量小于2000台的低迷后，热泵的销售量呈现稳定的增长。地热热泵的份额从80年代少于30%上升到1996年的78%，2002年达到82%。而且从2001年到2002年，当德国的房地产由于经济萧条正在缩水的时候，地热热泵的销售量仍然有所增长。将来它在市场上仍然有增长的机会，因为有较好技术前景做保证。
图4 一些欧洲国家热泵机组的安装数量对比图
图5 每年德国热泵的销售数量对比图
德国地热热泵在住宅利用的数量是巨大的，许多小型系统安装在独立的房子里，而较大系统用于一些需要供暖和制冷的办公楼等商业区域。德国的大部分地区夏季的湿度允许制冷不带除湿，例如冷却顶棚。热泵系统就很适合直接利用地下的冷能，不需要冷却器，它们显示了非常高的制冷效率，COP能达到20以上。第一个利用井下热交换器和直接制冷的系统在1987年安装的，同时该项技术成为一个标准设计选择。一些最新的德国地热热泵的例子Sanner和Kohlsch有文章介绍。
在德国，地热热泵已经走过了研究、开发和开发现状阶段，当前的重点是选型和质量安全性。像技术准则VDI4640、合同规范以及质量认证等工作正开始被强制执行来保护工业和消费者，避免质量不合格和地热热泵系统无法长期运行等问题。
8 瑞士地热热泵的繁荣
地热热泵系统在瑞士已经以每年15%的速度快速增长。目前，有超过25000台热泵系统在运行。来自地下有三种热能供应系统：浅层水平管（占所有安装热泵的比例小于5%）、井下换热器系统（100～400m深，占65%）、地下水水源热泵（占30%）。仅仅在2002年，就施工钻孔600000m，并安装了井下换热器系统。
地热热泵系统非常适于开发到处都有的浅层地热资源。热泵系统长期运行的可靠性现在已经通过理论和实践研究以及通过在几个供暖季的测试得到证明。季节运行因素已大于。
各种测试和模型模拟证明这种系统可以持续性的吸取热量。长期运行的可靠性保证了系统可以无故障应用。热泵系统所配备井下换热器的合理尺寸也有利于广泛的应用和选择。实际上，热泵系统的安装在1980年从零开始，经过快速发展，现在是瑞士地热直接利用里最大的部分。
地热热泵系统的安装自从20世纪70年代末期开始认识以来发展很快，这种印象深刻的增长可见图6和图7。
图6 1980～2001年瑞士地热热泵安装的发展趋势图
图7 1980～2001年瑞士井下换热装置和地下水的地热热泵系统装机容量发展趋势图
每年的增长非常显著：新安装系统的数量以每年大于10%的速度增长。小型系统（＜20kW）显示了最高的增长速度（大于15%，见图1）。2001年地热热泵系统的装机容量是440MWt，产生的能量为660GWh。2002年施工了大量的钻孔（几千个），并安装了双U型管的井下热交换器。井下换热器的平均深度大约150～200m；超过300m深度的钻孔也越来越多。平均每米的造价是45美元左右，包括钻井、下入U型管和回填。2002年，井下换热器的进尺达到600000m。
热泵快速进入瑞士市场的原因
热泵系统在瑞士市场上快速发展的原因主要是那里除了这种到处都有的地热以外，在地壳浅层没有其他地热能资源。另外，也有许多其他的原因，包括技术上的、环境上的以及经济上的原因。
技术原因
大多数人口居住的瑞士高原合适的天气条件：大气温度在0℃附近，冬天日照很少，
地下浅层温度在10～12℃之间，长供暖期。
恒定的地下温度通过正确选型尺寸，可以提供热泵最好的季节运行因素和长期使用寿命。
地热热泵以分散方式进行安装，适合于独立用户需要，避免了如同区域供暖系统的昂贵的热分配。
安装位置在建筑物附近（或建筑物地下），相对自由，在建筑物内对空间的要求也不高。
至少对小型系统来说，不需要进行回灌，因为在系统闲置期（夏天）地下的热能可以自动恢复。
环境原因
没有交通运输、储藏和运行的危险（与石油相比）；
没有地下水污染的危险（与石油相比）；
系统运行可以减少温室气体二氧化碳的排放。
经济原因
环境友好的地源热泵安装成本比得上传统（燃油）系统的安装（赖贝奇，2001）；
比较低的运行成本（与利用化石燃料供暖进行比较，不需购买石油或天然气，和燃烧器控制）；
对环境友好的热泵，当地给予对用电费用优惠。
二氧化碳的排放税预计要实施。
进一步快速推广地热热泵的刺激因素是公用事业的“能量合同”。它暗示了利用热泵的公司以自己的成本设计、安装、运行和维护地热热泵，同时以合同价格卖热能或冷能给合适的用户。
尽管绝大多数地热热泵是为单独住宅供暖（生活热水），但一些新的利用方式正在出现（包括各种井下换热器系统，联合太阳能进行热量采集和储存、地热供暖和制冷，“能量堆”）。对于每2km2一台机组，它们的地区密度是世界上最高的。这保证了瑞士在地热直接利用方面是有优势的（在世界上前五个国家中人均装机容量）。相信瑞士的地热热泵在相当长的一段时间内会兴盛下去。
9 英国的地热热泵
在英国，路特·开尔文努力发展了热泵理论，但利用热泵进行供暖却进展缓慢。第一个安装地热热泵的记载要追溯到1976年夏天。小型闭路系统的先锋设置是在90年代初期苏格兰的住宅进行安装的。英国花了很长时间发现为什么到目前为止在英国该项技术要落后于北美和北欧。首要的原因是相对温暖的天气、房屋材料的保温性较差、缺少适合的热泵机组和与天然气庞大管网的竞争。
在20世纪90年代中期，通过吸取加拿大、美国和北欧地区利用热泵的经验教训，英国的地热热泵开始缓慢发展。他们利用很长时间确定合理的技术来适用于本国的住宅材料，以及克服英国特有的各种问题。另外的一个难题就是英国的地质条件复杂。
过去的两年时间里，热泵已经被公认在几个英国政策里扮演着重要的角色，例如供热保障程序、可再生能源以及能源效率目标。
在英国，很少人知道其实热泵系统比起传统的那些系统可以大量减少二氧化碳的排放。利用英国电网的地热热泵系统将会立刻减少40%～60%的二氧化碳排放量。随着英国电网在将来几年变得越来越清洁，长寿热泵的排放量也会进一步下降。建筑师和发展商发现新的建筑评价标准正开始考虑二氧化碳这个新参数。
从非常小的起步，目前地热热泵系统已经出现在整个英国，从苏格兰到Cornwall。私人建筑家、房地产商和建筑协会现都成为这些系统的消费者。室内安装热泵系统一般在25kW到之间，主要选择各种水对水和水对空气的热泵，安装在几种不同地质条件的地区。
最近宣称有拨款计划（清洁天空项目）会帮助建立该项技术的部门鉴定，会建立可信的安装队伍、技术标准以及适用于英国室内的热泵。随着去年英国主要的用户发起了热泵安装发展到1000家的活动，希望对于该项技术的兴趣能够快速增长，同时希望在将来几年能够大量涌现出室内地热热泵安装的成功案例。
另一个利用地热热泵的重要领域就是供暖和制冷都需要的商业和公共建筑。2002年国际能源协会热泵中心安排了首批国家级研究，对热泵可能减少二氧化碳的排放量进行研究（IEA，2002）。其中第一个就是在英国展开的，研究结论是热泵系统应用于办公室和小商店效果最好。第一个不在室内安装的热泵仅25kW，是在Scilly的Isles的健康中心。这个系统在接下来的2000年到今天得到迅速发展，设备尺寸和型号目前已经达到300kW。
热泵的利用已经发展到学校、单层或者多层的办公楼和展览中心。显著的一个例子就是Derbyshire的国家森林展览中心、Chesterfield、Nottingham、Croydon地区的办公楼以及Cornwall的Tolvaddon能源公园。一个大型的系统已经在Peterborough地区的新宜家销售中心进行安装。这些系统的安装采用了各种各样的类型，有简单利用地板供暖的，反循环热泵供暖和制冷的，也有复杂的整合机组同时进行供暖和制冷的。单独的或者是混合的配置都已经被采用，包括利用大型地下水平循环和其他相互联系的钻孔网。
10 瑞典的地热热泵
20世纪80年代初期，地热热泵在瑞典开始盛行。到1985年，已有50000台热泵机组被安装。随后较低的能源价格和技术质量问题使热泵市场萎缩，在接下来的10年里，平均每年安装2000个热泵机组。1995年，由于瑞典政府的支持和补贴，公众对地热热泵的兴趣开始增强。根据占住宅销售市场约90%的瑞典热泵机构（SVEP）统计的销售数据显示，2001年和2002年大约有27000个热泵机组被安装（见图8）。因此，安装的机组数量估计达到200000台。
目前，热泵是瑞典小型住宅区最流行的采用液体循环的供暖方式，由于当前的油价，它替代了烧油；由于电费高昂，它又替代了电；由于方便而替代了木炭火炉。直接利用电加热的发展速度已相当减慢。除了住宅方面，还有一些大型的系统安装（包括闭路和开路循环）用于区域供暖网。所有热泵机组平均输出的热能估计大约10kW。
瑞典地热热泵的安装通常建议占标称负荷的60%，即每年大约3500～4000个小时满负荷运行。整合在热泵里的电加热器提供剩余的负荷，有将热泵负荷增加到80%～90%的趋势。大约80%的热泵采用的是垂直类型（钻孔类型）。在住宅里，钻孔的平均深度大约125m，水平类型平均循环长度大约350m。开式、充满地下水的单U型管（树脂管，直径40mm，压力正常）几乎用于所有的热泵安装。当热量需要被回灌入地下时，双U型管有时候被采用。热反应测试已经显示自然对流在充满地下水的钻孔中比填满砂（砾石）的钻孔热交换更强烈。地源热泵的盛行已经使人们逐渐关注相邻钻孔之间长期热影响的问题。
图8 每年瑞典热泵销售数量对比图
用于客户住所的大型系统正在变得越来越流行。用来制冷的垂直式安装正在占据市场，但在住宅方面仍然没有引起人们的兴趣。在商业和工业上制冷的需求为地热热泵打开了一个崭新的市场。
热泵技术上的发展有由涡轮式压缩机逐渐代替活塞式压缩机的趋势，它的优点是运行平稳、设计简洁。另外人们对各种容量控制也产生了兴趣，例如在同一个机组里分别安装一个小型压缩机和一个大型压缩机，夏天，生活热水可以通过小型压缩机来供给。绝大多数进口的热泵利用的工质是R410A。瑞典生产商仍然利用的是R407C，但有向R410A转变的趋势，还有的对丙烷也感兴趣。目前正在研究利用极少量的工质来组建热泵。一些生产商通过利用废气和土壤作为热源的热泵抢占市场。废气可以被用来预加热从钻孔开采出来的热运移流体，或者热泵闲置时灌入地下。
在大型钻孔型热泵系统里，为了确保系统长期运行，不得不考虑地下热能的平衡。如果主要是满足热负荷，则在夏天必须向地下回灌热能。自然界的可再生能源，如室外空气、地表水和太阳能都应该被考虑。在Nasby公园，在建筑物下面安装了一套系统，施工了48个200m深的钻孔，利用400kW的一个热泵基本提供热负荷，每年运行6000个小时。夏天，从附近的湖引来的地表温水（15～20℃）通过钻孔灌入地下。
11 挪威的例子
在奥斯陆的Nydalen，180个基岩井将会是给一个接近20万m2的建筑进行供热和制冷的关键。这是欧洲这种类型的系统里最大的项目。
一个能量供应站将为Nydalen的这个建筑供暖和制冷。通过利用热泵和地热井，热能既可以从地下采集，也可以将能量储存地下。夏天，但有制冷需要时，热能可以灌入地下。基岩的温度可以从平常的8℃上升到25℃。在冬天，热能可以用来供暖。供暖的输出功率是9MW，而制冷是。与电、石油和天然气供暖相比，每年供暖的成本可以减少60%～70%。供暖和制冷的联合调用确保了能量站的高效利用。
这个项目最独特的地方是地热能量储藏。这里的180个井，每个都深200m，可以提供4～10kW能量。整个储热基岩的体积是180万m3，主要在建筑物的下面。塑料管形成封闭环路，用来传递热能。
该项目总投资是6千万挪威克朗（相当于750万欧元）。这比起传统方式（即没有能量井和收集装置）多投资1700万挪威克朗。然而，每年购买的能量减少约400万挪威克朗，项目还是有利润的。这个项目由政府实体Enova SF和奥斯陆能源基金拨款支持了1100万挪威克朗。
能量站按计划在2003年4月开始建设，包括施工一半的基岩井。剩下的井可能安排在2004年的建设中。
该项目的细节可以在项目组和热能储存两个网站上查询。
结论
地热热泵是一个刚兴起的技术，有能力利用地下巨大的可再生贮存能量，提供高效率的供暖和制冷。它们正逐渐被认为是替代化石燃料的一种选择，在许多国家，它们在对建筑进行供暖和制冷时可以极大地减少二氧化碳的总排放量。相信安装热泵系统的数量和国家都会快速增长起来。
参考文献（略）
刘雪玲 朱家玲
（天津大学地热中心）
摘要：利用水源热泵从13～18℃的浅层地下水中提取热量，提供45℃的热水，通过风机盘管进行供暖。本文对热泵供暖的经济性进行了分析，并与燃油、燃气锅炉供暖进行了比较，结果表明热泵是一种节能环保的设备，热泵供暖带来了明显的经济及环保效益。
我国北方地区的冬季漫长，供暖大多通过燃煤锅炉得以实现，这种传统的供暖方式，不仅消耗了大量的煤炭资源，同时，严重污染环境，对人类的生存造成巨大威胁。因此，冬季供暖不能仅仅将其视为解决一个“热”的问题，而是与健康环保和城市形象发展战略紧密相连。因此，如何开发和设计出环保、节能型绿色生态建筑，已成为刻不容缓的课题。
水源热泵是一种比较有代表性的成熟的低耗能采暖技术，为能源结构调整带来了一个比较可行的实施方案。
水源热泵技术是利用地球表面浅层水如地下水、地热水、地表水、海水及湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。地能（地下水、土壤或地表水）作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。
天津市地矿珠宝公司地处城市中心。长期以来，该公司冬季采用传统的锅炉方式供暖，夏季制冷采用分体式空调机。锅炉燃烧时向大气排放大量的废气、废物，给环境造成极大的污染，严重的环境污染给周围的市民生活既带来不便也严重影响市容市貌；另外，夏季空调系统耗电量大，运行成本高，稳定性差。因此，改造该公司的供暖及制冷系统势在必行。由于公司位于天津市中心，补建热网难度大，燃气、燃油的经济性和安全性均是不容忽视的大问题，同时还存在大气污染。针对这些突出问题，采用水源热泵改造供暖和制冷系统，改造后的系统运行时不仅不会带来任何环境污染等问题，而且还能起到节能、环保等作用。
1 工程概况及要求
地矿珠宝公司要求冬季采暖夏季制冷的总面积为6105m2。其中，1层为珠宝店，3、4、5层为办公室，共114间，2层为客房，共27间。
地下水井采用回灌技术，打有生产和回灌两口井，两口井相距34m，井深均为200m。利用浅层的地下水作为热泵的冷、热源，热泵直接用于冬季供暖和夏季制冷。生产井和回灌井冬夏季互换，即冬季供暖的生产井为夏季制冷的回灌井，冬季供暖的回灌井为夏季制冷的生产井。
水源热泵有2台，其中：1＃机组：66kW，制热量300kW，制冷量：260kW。2＃机组：45kW，制热量198kW，制冷量：182kW。
一般情况，1＃机组运行，冬季供暖时机组白天（8：00～18：00）停3次，每次停45～50分钟；夜晚（18：00～次日8：00）停2次，每次停45～50分钟。由于3、4、5楼为办公楼，下班后（18：00～次日8：00）机组按50%～75%运行。空调设备为“三速开关”控制的风机盘管。低温热泵供暖的系统示意图如图1所示。
图1 低温热泵供暖系统示意图
2 系统运行分析
技术参数
自2002年11月7日至2003年3月24日（3月16，17日没有供暖），共136天，全天每隔2小时观测并记录系统运行数据。跟踪记录系统运行状态参数一方面为了深入研究系统冬季采暖的运行效果，另一方面为最佳利用地热提供科学依据，为地热供暖的利用和设计提供可靠的参考数据。主要记录参数有生产井和回灌井的温度和流量、供水温度、回水温度、室内温度、室外温度。流量是用流量指示积算仪配以涡轮流量计来测量；供回水温度及抽水井与回灌井水温度来自水源热泵数字仪表显示，精度达℃；室内外温度的记录采用温度计，精确为±1℃，其中室内温度是选一间客房为测试对象而记录的数据。
根据现场实测数据，整理后得到在整个供暖期室内外温度变化曲线、生产井和回灌井的温度变化曲线，分别如图2、图3所示。
从图2 可以看出，在冬季采暖期，室外温度不断变化，其日平均温度变化范围为－～℃，而室内温度基本稳定在℃左右，因此，室内温度能够满足供暖要求。
图2 室内外温度变化曲线
从图3可以看出，抽水井的温度在采暖期基本保持稳定，但随着地热尾水回灌量的持续增加呈下降趋势。抽水井温度的变化可分为三个阶段，即采暖初期至采暖期开始后的第60天，抽水井温度基本稳定在℃左右；随着回灌量的增加，在采暖期开始后的第60天和第72天，抽水井温度发生两次明显的变化后，降至℃；此后，随着采暖期的继续，抽水井温度变化不大，并略呈上升趋势。这是因为，随着供暖日期的增多，累计回灌量增加，抽水井的温度有所降低；而更主要的原因是室外温度的变化对抽水井的温度影响很大，1月份（即供暖的第60～70天）是冬季气温最低的时候，而抽水井的水温也降到了最低点，仅为℃，随着室外温度的回升，抽水井温度也逐渐升高，在采暖期结束时，抽水井温度回升到℃。
图3 生产井和回灌井的温度变化曲线
经济性分析
初投资：地下水井32万；热泵＋风机盘管＋管道138万。由于该系统是冬季供暖，夏季制冷，所以初投资的50%计入空调系统。
运行费用包括能耗（电费和水费）、人工费、维修费、折旧费。由于该系统是带有回灌井，免收水费，所以能耗主要费用是电费（表1）。
表1 热泵的运行费用
燃油，燃气锅炉的效率按90%计算，若分别使用燃油、燃气锅炉和热泵供暖，天津市地矿珠宝公司一个供暖期的运行费用（不含设备折旧和维修费用）列于表2。
表2 不同燃料供暖的运行费用比较
3 效益分析
由表1，表2可以看出，利用热泵直接供暖的运行费用较低，这是因为热泵是通过消耗高品位的电能，把热量从低温热源转移的高温环境中，即热泵消耗少量的高品位电能，将产生大量的低品位热能（本文中热泵的cop＝），其能量转化效率很高。而燃油、燃气锅炉供暖时，其消耗的是一次燃料，燃烧效率和锅炉效率都不可能是100%，热损较大。所以从能量转化的角度来看，热泵是一种高效的设备。
但是从目前热泵、燃油炉、燃气炉的固定投资来看，热泵的初投资较大。从表1也可看出热泵在一个供暖期的运行费用为万元，而为设备预留的维修费用和设备的折旧费用为万元，其所占的比例很大。从而造成热泵供暖的成本较高。但是由于热泵供暖的运行费用低，几个供暖期下来所节省的运行费用也可以折抵热泵在初投资上多投入的费用。另外热泵机组还可以在夏季用于制冷，投资一套装置可以冬夏两用，这在投资上也有一定的优势。
从环保效益来看利用水源热泵供暖，即不影响大气环境，也不消耗和污染水资源，地热供暖和制冷装置无压力、无燃烧、无爆炸的危险，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，取消了锅炉房、储煤场、堆灰场、消烟防尘设施等，且不用远距离输送热量。可以大大改善了工人的工作环境和工作强度。
天津地矿珠宝公司供暖总面积为6105m2。每年供暖期实际消耗热负荷为2325 GJ，相当于标煤 t。因此，每年减少二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳和煤尘等污染物的排放量分别为、、和。同时，每年节约废气废物治理费及其它费用为元。其环境效益很显著。
当然热泵消耗的主要是电能，而电能的获得需要耗费一次能源（我国目前主要是耗煤），因此在电能的生产过程中也存在污染问题，但是从工程本身来说，其没有消耗一次能源，没有给环境造成直接污染，其环境效益还是很显著的。
4 结论
（1）利用热泵供暖的运行费用较低，但由于其初投资高，所以其成本还是比较高，
（2）虽然目前利用热泵直接供暖的成本比较高，但是节约了一次能源和环保的费用，取得了明显的环境效益，且可以一机两用，冬天供暖，夏季制冷。所以从环保的角度来看热泵供暖还是很经济的。尤其在环境要求较高的大、中城市，热泵供暖有一定的优势。
总之，在环境问题日益突出的今天，高效清洁地使用能源已成为一个备受关注的课题。利用热泵供暖应用了环保、安全、绿色、节能采暖新理念，开创了一条新的环保采暖方式。随着环境问题的日益严重和人们环保意识的增强，热泵供暖必将得到广泛的推广和应用。
参考文献
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暖通空调技术与节能
摘要:随着人们生活水平的日益提高,人们生活的节奏逐渐加快及心理压力的不断增大,使得人们的工作生活环境应该予以重视。而在人们的工作生活环境中倡导环保和节能的生活方式越来越重要。本文主要是对暖通空调技术与节能进行分析。
关键词:暖通空调 技术 节能
2009年9月22日,国家主席胡锦涛在联合国气候变化峰会开幕式上发表题为《携手应对气候变化挑战――在联合国气候变化峰会开幕式上的讲话》的重要讲话,郑重承诺今后中国将进一步把应对气候变化纳入经济社会发展规划,并继续采取强有力的 措施 :一是加强节能、提高能效工作;二是大力发展可再生能源和核能;三是大力增加森林碳汇;四是大力发展绿色经济,积极发展低碳经济和循环经济,研发和推广气候友好技术。明确提出了建设生态文明的重大战略任务,强调要坚持节约资源和保护环境的基本国策,坚持走可持续发展道路,在加快建设资源节约型国家。可见节能对于一个国家乃至世界时是多么的重要。本文主要从节能方面浅谈暖通空调技术。
1.室内设计参数
常规情况下,在冬季供暖时,室内计算温度每降低1℃,能耗将减少约5%～10%;在夏季供冷时,室内计算温度每升高1℃,能耗将减少约8%～10%。室内设计参数必须在规定的参数范围内取值。近几年,低温地板辐射采暖系统已经取代散热器采暖,之所以采用这种方式,主要是因为这种方式具有能耗小、舒适性高、容易分户计量、不占用房间使用面积等优点。
2.采暖设计
采暖空调热负荷为12650KW,热指标为。热源由城市热网供给,一次水供回水温度为95/70℃,经热交换后,高温二次水供回水温度为85/60℃,供采暖系统及空气、新风处理机组使用。各类机房、自行车库等设5-8℃的值班采暖,人防掩蔽体采暖设计温度为18℃,厕所为16℃;低温二次水供回水温度为60/50℃,供风机盘管和汽车坡道化雪系统使用,或者化雪系统由于什么原因没有使用。为保证一层室内良好的温度环境,抵挡大门的冷风侵入,在各大门入口处均设置了热空气幕。
以空气为热泵的热源在寒冷地区进行采暖是当前研究的 热点 。因为它和以往的燃煤、燃油、直接用电等取暖方式比较的话,在环保、节能、安全使用,甚至经济等方面有突出的优点,其可推广性也超过了水源、地源热泵。
地板采暖的空气热泵机组容量的选择
机组容量(W)=当地建筑采暖设计负荷()×用户采暖的建筑面积()÷(1-)×
室外机最好安装在冬季主导风的背风面,应该设置遮雪蓬,机组如果安装在平台上,则底面应抬高至少20cm,以免化霜结冻,机组吸风口距障碍物至少25cm,双机之间距离至少20cm。
地板下埋管的设计
空气热泵作为热源时,供水温度或供回水平均温度应尽可能设计得低些,以使机组效率尽可能高,又由于工程实践证明本机组的供回水温差较少仅2℃-3℃,所以,选择地下埋管时可参照“低温热水地板辐射供暖应用技术规程”( DBJ/T01-49-2000)附录 E-1至 E-3中平均水温35℃一栏,按照地板所需散热量选择间距,然后,将管道直径放大到Φ20/16成间距缩小一档即可。
3.风系统设计
集中空调系统的排风热回收
一直以来,业内人士只是从经济方面的角度来衡量热回收装置的利弊,而环保与节能则被忽视。当今,业内人士考虑的角度有所转变,现在从环保和节能这个角度来衡量热回收装置的利弊。
空调区域排风中的热能量是非常多的,如果把这些热能量加以回收利用,那么环保和节能定会实现。如果新风和排风采用专门独立的管道输送,那么有利于集中热回收装置的设置。新风和排风采用热回收装置进行湿热或者全热交换,节能效果非常明显的表现出来。
空调风系统
(1)有资料显示,以我国南方地区为例,夏季室内设计温度如果每降低1℃或冬季设计温度每升高1℃,其工程投资将增加6%,能耗将增加8%。该数据很明显地说明,适当提高夏季以及降低冬季的室内空气温度,都将起到显著的节能效果。与此同时,为保证室内空气质量以及人们对新鲜空气的需要,现行《采暖通风与空气调节设计规范》对最小新风量作出明确规定,要求建筑满足国家现行有关卫生标准。研究表明,加大新风量能够在一定程度上解决室内空气质量问题,但增加了空调能耗。新风定值必须按照规范来确定,因为新风量对于能耗和人体健康有着非常重要的作用,如果人员密度较大时,新风的供应按人员的密度来进行的话是非常不经济的。我国建筑采用了新风需求控制(检测室内CO2浓度),值得注意的是:新风量变化,排风量随着也发生变化,否则造成负压,可能会适得其反。
(2)暖通设计师对于规范中新风量的规定表示赞同。暖通设计师认为,在目前中央空调清洗不够规范的背景下,加大新风量是必要的。不过,对于室内设计温度的要求,他们却持保留态度。业内人士有这样的一个说法:“如果说节能像一棵树,有很多枝杈可以作为思路,那么,业主方的意见更像那个根。他们的态度,将成为决定暖通专业乃至建筑节能的根本性因素。”业内人士表示,建设方的意见非常重要。
要想增加新风量或者增强风机盘管处理室内回风的能力,风机盘管加新风的新风口应单独或布置在盘管出风口的旁边,而不应该布置在盘管回风吸入口。
(3)房间面积或空间较大、人员较多或有必要集中进行温度控制的空气调节区,其空气调节风系统宜采用全空气空调系统,不宜采用风机盘管系统,以利于集中处理、调节,发挥有利因素,弥补之前产生的问题。
(4)建筑空间高度大于或等于10m、且体积大于时,宜采用分层空调系统。与全室性空调方式比,分层空调系统夏季可以节能30%左右,但是冬季并不节能。通常设计时,夏季的气流组织为喷口侧送,下回风,高大空间上部排风;而冬季一般在底层设置地板辐射或地板送风供暖系统,也可将上部过热的空气通过风道送至房间下部。
(5)多个空气调节区合用1个空气调节风系统,各区负荷变化较大、低负荷运行时间较长,且需要分别调节室内温度,在经济条件允许时,宜采用全空气变风量空气调节系统。设计时应注意:要求采用风机调速改变系统风量,而不能采用恒速风机而改变系统阻力调节;其次,应采取保证最小新风量的措施,避免因送风量减少,造成新风量减少而不满足卫生要求的后果;再者,调节末端送风口风量时,推荐采用串联式风机驱动型末端装置以保证室内的气流分布。
(6)在某些情况下,像屋顶传热量较大、吊顶内发热量较大、吊顶空间较大(此时的吊顶至楼板底的高度超过),如果采用吊顶内回风,导致空调区域增大、空调耗能上升,这样非常不利于节能。所以对于建筑顶层或者吊顶上部有较大热量、吊顶空间较高时,直接从吊顶回风是不合理的。
4.围护结构
北京市建筑设计研究院原院长、北京市建筑设计研究院顾问总工程师吴德绳认为,暖通专业既然是建筑节能的支柱力量,因此,目光不仅要盯住如何优化暖通空调系统设计,更应该有所转移,在围护结构设计方面重点考虑。
围护结构在节能工作中,扮演着愈来愈重要的角色。所谓围护结构节能,通常是指通过改善建筑物围护结构的热工性能,使得建筑在夏季隔绝室外热量进入室内,冬季防止室内热量泄出室外,以保持室内尽可能接近舒适温度,减少通过辅助设备来达到合理舒适室温的负荷,并最终达到节能的目的,如通过采暖、制冷设备达到节能。
传统住宅建筑的围护结构是普通黏土砖,简单架空屋面和单层玻璃钢窗,它们的传热系数分别为、和。而“节能住宅”的围护结构中外墙和屋面采取了保温措施,外窗采用中空塑钢窗或断热中空铝合金窗,它们的传热系数分别为 、和,使围护结构的节能贡献约占25%。采用能效比高的采暖、空调设备(按照国家标准,房间空调器的能效比:制冷>,采暖>),使采暖、空调设备的节能贡献约占25%,两者相加总体达到节能50%的目标。
据介绍,围护结构的节能设计应该从墙体、窗户、屋面等三个方面考虑。对于设计人员而言,如何处理建筑玻璃幕墙的问题,在业内一直存在很大争议。普通玻璃幕墙是建筑节能不能实现的因素之一。统计数据表明,夏季通过玻璃窗的日照热可占制冷机最大负荷的30%,冬季单层玻璃的热损失约可占锅炉负荷的20%。窗体节能技术主要从减少渗透量、减少传热量、减少太阳辐射能三个方面考虑。另外,在保证室内采光良好的前提下,合理确定窗墙比十分重要。当窗墙面积比超过50%时,负荷将明显增加。不仅是外围护结构,内围护结构在设计中同样重要。暖通设计师要比普通建筑师更懂得建筑节能的途径,所以暖通设计师和普通建筑师多进行沟通效果才会更好。
5.实现节能
暖通空调的设计师在方案设计时,首先应深入了解业主的能源状况以及对空调的使用状况和是否有余热、废气等条件,然后对各种能源方案进行合理综合的对比。设计师在设计时应考虑的重点是:如何利用可再生能源和低品位能源。
暖通设计师在设计阶段完成基础工作之后,最关键的就是环保和节能的实现,而环保和节能的实现是通过综合利用各种先进技术、利用各种可再生资源来实现的。
利用自然条件来满足人们对于室内温度的需求,这是最理想的方式。现在通过各种设备实现对温度的调节,只不过是对人们的过错进行补救。冷热源是设计师最关注的一点,因为其能耗往往能占空调系统总能耗的50%左右。
地源热泵系统就是在这种形势下快速发展起来的,它利用地下恒温层土壤热显著提高空调系统效率。同时,采用新能源利用的供给方式,实现冷、热、电三联供;利用燃气、汽、电力能量转换的原理联合循环使用,将工业流程最尾端的余热收集起来,用于供冷系统空调冷冻水和供热系统的生活热水,这样,能源的利用率可提高至70%～80%左右。这些都给暖通空调设计师提供了广泛的节能设计思路。
6. 总结
随着全球逐渐变暖这种现象的出现,空调现在已经是人们生活中不可或缺的一部分,它使人们工作生活更加舒适,人们对于空调也有了一定的依赖性。然而,环保和节能是当今非常重要的问题,因此,在暖通空调设计方面,暖通空调的环保和节能是目前空调技术方面发展的方向,也就是说,城市供热环保和节能是目前亟须加强和可持续发展的问题。
参考文献:
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地热能论文参考文献
一、国外研究利用现状与发展趋势
1.早期发展阶段
浅层地热能的研究与开发利用是随着热泵技术的研究与开发而兴起的。早在186年前（1824年）法国物理学家卡诺奠定了热泵理论基础。之后英国的物理学家焦耳论证了改变气体的压力引起温度变化的原理。英国勋爵汤姆逊教授首先提出了“热量倍增器”可以供暖的设想。1912年，瑞士苏黎世已成功安装了一套以河水作为低品位热源的热泵设备用于供暖，并以此申报专利，这就是早期的水源热泵系统，也是世界上第一个水源热泵系统。
在此之后的几十年，地源热泵基本处于实验研究阶段，并先后有地表水源热泵、地下水源热泵及土壤源热泵系统的问世与发展。20世纪30年代地表水源热泵系统问世，是地源热泵中最早使用的热泵系统形式之一。欧洲第一台较大的热泵装置是1938～1939年间在瑞士苏黎世市政大厅投入运行的，它以河水作为热源，供热能力175k W；20世纪40～50年代，瑞士、英国早期使用的地表水源热泵地下水源热泵系统除了用于建筑物采暖外，还用于游泳池加热和人造丝厂工艺加热和鞋厂空调等。随后欧洲其他一些国家也开始安装地表水源热泵系统，热泵系统的供热量不断增大，性能系数也有很大提高。
地下水源热泵也诞生于20世纪30年代，到1940年美国已安装了15台大型商用热泵，其中大部分是以井水为热源。1937年，日本在大型办公楼内安装了2台194k W 压缩机带有蓄热箱的地下水热泵系统，其性能系数达。至20世纪40～50年代，美国应用的主要是地下水地源热泵。
1941年，第二次世界大战爆发后，影响和中断了空调供暖用热泵技术的研究和发展。二战结束后，热泵技术研究及应用逐步恢复，至1950年美国已有20个厂商和10余所大学研究单位从事热泵开发研究，在当时拥有的600台热泵中，50%用于房屋供暖。地埋管式地源热泵技术初始于美国和英国。1950年前后，两国开始使用地埋管吸收地热作为热源为家用房屋供暖的小型土壤热泵。1952年，美国约出厂1000套热泵，1954年出厂约2000套热泵。由于地源热泵的日趋成熟，有力地促进了浅层地热能的广泛应用。
1957年，美国军用基地住房大量采用热泵供暖代替燃气供热方案，热泵产量达2万套，1963年年产量增加到万套。至20世纪60年代初，美国安装的热泵机组已达近8万台。但当时压缩机质量尚不过关，设备费用高而影响了热泵供暖技术的推广，开始处于停顿状态。
到1964年，热泵可靠性的问题已成为一个十分严峻的问题。60年代电价持续下降，使得电加热器的应用不断增加，限制了热泵的发展。
2.迅速发展阶段
20世纪70年代，世界石油危机的出现，又引起人们对地下水源热泵的关注与兴趣，又开始大量安装与使用地下水源热泵，热泵工业进入了黄金时期。这一时期，世界各国对热泵的研究工作都十分重视，诸如国际能源机构和欧洲共同体都制定了大型热泵发展计划，热泵新技术层出不穷，热泵的用途也在不断地开拓，并广泛应用于空调和工业领域，在能源的节约和环境保护方面起着重大的作用。
热泵真正意义的商业应用也只有近20年的历史。20世纪90年代后，随着环保要求的进一步提高，美国地下水源热泵系统的应用一直呈上升趋势。美国能源信息部的调查表明：美国地下水源热泵的生产量从1994年的5924台上升到1997年的9724台。再如美国，截止到1985年全国共有万台地源热泵，而1997年就安装了万台，到目前为止已安装了40万台，而且每年以10%的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19%，其中在新建筑中占30%。目前，每年大约有5万套地源热泵在安装，其中开式系统占5%。美国热泵工业已经成立了由美国能源部、环保署、爱迪逊电力研究所及众多地源热泵厂家组成的美国地源热泵协会，该协会在近年中将投入1亿美元从事开发、研究和推广工作。
欧洲一些国家由于采取积极的促进政策（包括财政补贴、减税、优惠电价和广告宣传等），热泵市场得到快速发展。1997年，欧洲发展基金会重新提出热泵发展计划。到2000年，欧洲用于供热、热水供应的热泵总数约为万台，其中地下水源热泵约占。与美国的热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅部地热资源，地下土壤埋盘管的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计，在家用的供热装置中地源热泵所占比例，瑞士为96%，奥地利为38%，丹麦为27%。
3.发展趋势
近年来，各国浅层地热能的开发利用规模和发展速度都在快速增长。美国和加拿大一些大学和研究机构，对于土壤源热泵进行了较深入的试验研究，取得了一些重要数据。美国能源部（DOE）、美国环保局（EPA）及爱迪生电器学会（EEI）、国家农业电力合作公司等财团组成一家政府参与的工业设施国际集团，推广热泵供暖系统。目前从国外发展趋势看，开发利用浅层地热能，将是地热资源开发利用的主流和方向。
浅层地热能是宝贵的新型能源。与风能、太阳能等非人力控制的自然资源相比，浅层地热能是一种在开采利用时间上，可人为控制使用的可再生能源，是集热、矿、水为一体，具有洁净、廉价、用途广泛的新能源。开发利用浅层地热能可以降低常规能源消耗，减少环境污染，尤其是大气污染，又可以在发展某些相关产业经济与提高人们生活质量方面发挥作用，具有显著的商业价值。因此，引起了各国对其开发利用的重视。特别是1973年世界能源危机以来，浅层地热能的勘查与开发利用正在迅速向深度和广度发展。
4.地下水热运移数值模拟研究进展
地下水源热泵运行后，回灌井注入含水层的冷热能会在对流和热传导的作用下向抽水井运移，从而对地下水温度场产生影响，因此有必要对地下水热运移过程进行深入研究。数值模拟方法以其高效性、便捷性和灵活性等众多优势，逐渐成为研究这一问题的有效工具。鉴于此，本节对国内外地下水热运移数值模拟研究进展进行回顾，为本专题的后续研究提供基础和参考。
从20世纪70年代末开始，国外提出了许多描述含水层中热量运移的数学模型.Mercer等（1985）、Crawford等（1982）以及Mirza等对含水层储能的一些模拟技术进行了讨论。1985年.和等统计了当时已有的21个热运移数学模型，所有这些模型均只考虑对流和热传导作用，忽略了自然对流对热运移的影响，除了两个是三维水流耦合模型外，其余均为一维和二维的。Tsang等（1981）和Sykes等（1982）曾先后利用有限差数值模拟方法，对Auburn大学第二期地下含水层储能野外试验中水和热量运移规律进行了模拟研究，模拟结果与试验观测结果基本吻合。Buscheck等（1983）利用Aubum大学储能试验前两个周期的资料进行了二维数值模拟，并在模拟过程中考虑了自然对流的影响。Rouve等（1988）应用有限元模拟方法对德国Stuttgart大学的人工含水层季节性储能试验进行了二维数值模拟，并对含水层中各填充亚层的渗透性空间组合进行了优化。Molson等（1992）利用加拿大Ontario武装基地潜水含水层储能试验数据，对该试验过程进行了三维有限元模拟，其中考虑了自然对流影响和密度随温度的变化，该模型相对比较完整，但是试验条件比较简单，且连续性方程不尽完善。Forkeli等（1995）利用二维轴对称模型和三维有限元模型对人工含水层储能系统的储能效果进行了模拟研究，并通过对比模拟确定了效果最佳的人工储能系统。Travi等（1996）建立了二维非稳定流模型，通过数值计算给出了一个含水层剖面上温度的变化。Chevalier等（1999）应用随机游离法对多孔介质含水层储能进行了模拟研究，发现区域地下水的流动能够加速所储热能向下游含水层中扩散，从而降低所储热能的回采率。Nagano（2002）通过实验室试验和有限差分数值模拟研究得出，如果储热过程中回灌水的温度较高（>；50℃），含水层中将很可能发生自然对流现象，从而使得利用含水层储能的热回收率将受到较大影响。Chounet等（1999）利用混合有限元法对土壤中水流和热量运移进行模拟，提高了模拟精度，但所用模型是一个剖面的二维模型。
国内对地热数值模拟研究始于20世纪80年代后期，张菊明等（1982）用有限元法模拟了二维地热运移问题，并给出了有限元程序。李竞生等李竞生，王广才 1989.平顶山八矿热水补给来源及条件方式.煤炭科学研究总院西安分院科研报告.对平顶山地温场分别建立了二维和三维温度场数学模型，并采用有限元法求解，但是此模型仅是一个稳定的模型，并没有对水流场的变化规律进行研究。薛禹群等（1987）对上海储能试验建立了三维数学模型，且考虑了热机械弥散，但水流模型是一个稳定模型，用简单的解析表达式代替水流模型，没有考虑水密度随温度的变化和水动力黏滞系数随温度的变化。张菊明（1994）建立了三维地温场数学模型并提出了有限元解法，但没有考虑水流方程。胡柏耿胡柏耿.1995.地热田中的传热传质研究.北京：清华大学博士学位论文.采用二维双孔隙介质模型模拟了地热田中传热和传质过程，并分别模拟了西藏那曲地热田和羊八井地热田的热质运移规律。任理等（1998）用交替方向有限差分法研究了土壤二维水热运移规律。何满潮等（2002）首先研究了地下热水回灌过程中渗透系数变化规律，然后针对单井、对井回灌过程中渗流场的动态变化建立了地热回灌渗流场数学模型，推导了渗透系数恒定与变化不同条件下的单井、对井回灌的理论公式。
国内外专家对于专门针对水源热泵的地下水热运移也进行了一定的模拟研究。Gringarten等（1975）对地下水均匀流动条件下的含水层热能采集进行了理论研究。通过对边界条件的简化和进行适当的条件假设，建立了对井系统的热传递数学模型，并利用该模型对不同给定条件下的热突破事件进行了定量评价，为法国的对井采能系统的合理布局设计提供了有效的指导。为了定量评价目标含水层系统中热量的运移特征，从而指导采能系统的设计，Wiberg应用有限单元法，对单纯的热传导和传导－对流并存两种不同假设条件下，理想含水层系统中地温场的分布特征进行了对比模拟研究。根据美国威斯康星州的供暖和制冷负荷要求，Andrews（1978）应用二维有限元模型，定量评价预测了水源热泵利用对地下温度场的影响。模拟结果表明，与区域地下水处于静止状态的情况相比，当区域地下水以一定的速度流动时，冬灌井周围的温度降幅相对较小，而影响半径有所增加，并且温度扰动带沿水流方向发生一定的偏移。Rahman（1984）通过对含水层条件进行假设，建立了对井回灌系统的模拟模型，并对不同的回灌量、含水层厚度、初始储层温度和井距影响条件分别进行了定量模拟研究。研究结果表明，除回灌量和井对之间的距离外，含水层厚度对热突破的时间影响比较显著；而含水层的储水率和渗透系数对热突破事件的影响并不显著。为了确定开采井群和回灌井群之间的合理布局，Paksoy（2000）应用CONFLOW程序，对含水层采能过程中热锋面的运移特征进行了定量模拟研究。通过限定开采井和回灌井的水位变幅，同时确保不出现热突破，最终确定上述约束条件下开采井群和回灌井群之间的最小距离。Tenma建立了一个理想的对井模型，利用FEHM软件对不同的开采与回灌量、水井滤管长度与位置和运行周期情况进行定量对比模拟。研究结果表明，前两个因素是控制模型温度变化幅度的主要影响因素。在国内，辛长征等（2002）利用美国地质调查局编写的HST3D程序，对一典型双井承压含水层的速度场和温度场进行了全年运行模拟，由于程序的限制，模拟时采用全年固定流量和固定温度的办法。周建伟等（2008）利用基于HST3D的Flowheat程序对武汉市某地下水源热泵系统进行了模拟，并对布井方式和抽灌组合的合理性进行了分析。张昆峰等（1998）模拟了大口径井水源热泵的冬季运行工作情况，结果表明，大口径井中的井水流动为均匀下降。
二、国内研究现状及发展趋势
1.早期热泵的应用与起步阶段（1949～1966年）
相对于世界热泵的发展，我国热泵的研究工作起步约晚20～30年左右。20世纪50年代天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1956年吕教授的《热泵及其在我国应用的前途》一文是我国热泵研究现存的最早文献。20世纪60年代，我国开始在暖通空调中应用发展热泵，并取得了一大批成果。1960年同济大学吴沈钇教授发表了《简介热泵供暖并建议济南市试用热泵供暖》；1963年原华东建筑设计院与上海冷气机厂开始研制热泵式空调器；1965年上海冰箱厂研制成功了我国第一台制热量为3720W的CKT-3A热泵型窗式空调器；1965年天津大学与天津冷气机厂研制成功国内第一台地下水热泵空调机组；1966年天津大学又与铁道部四方车辆研究所共同合作，进行干线客车的空气/空气热泵试验；1965年，由原哈尔滨建筑工程学院徐邦裕教授、吴元炜教授领导的科研小组，根据热泵理论首次提出应用辅助冷凝器作为恒温湿空调机组的二次加热器的新流程，这是世界首创的新流程；重庆建筑大学、天津商学院等单位对地下埋盘管的地源热泵也进行了多年的研究。中国科学院广州能源研究所等单位还多次召开全国性的有关热泵技术发展与应用的专题研讨会。清华大学、天津大学分别与有关企业结成产学研联合体，开发出中国品牌的地源热泵系统，已建成多个示范工程，越来越多的中国用户开始熟悉热泵，并对其应用产生了浓厚的兴趣。
我国早期热泵经历了17年的发展历程，度过一段漫长的起步发展阶段。其特点可归纳为：①对新中国而言，起步较早，起点高，某些研究具有世界先进水平；②由于受当时工业基础薄弱，能源结构与价格的特殊性等因素的影响，热泵空调在我国的应用与发展始终很缓慢；③在学习外国基础上走创新之路，为我国今后热泵研究工作的开展指明了方向。
2.热泵应用与发展的停滞期（1966～1977年）
这一时期正处于“十年动乱”期间，在此期间热泵的应用与发展基本处于停滞状态。该期间没有一篇有关热泵方面的学术论文发表和正式出版过有关热泵的译作和著作等；国内没有举办过一次有关热泵的学术研讨会，也没有派人参加过任何一次国际热泵学术会议，与世隔绝10余年。只有原哈尔滨建筑工程学院徐邦裕、吴元炜领导的科研小组在1966～1969年期间，坚持了LHR20热泵机组的研制收尾工作，于1969年通过技术鉴定，这是在“文革”时期全国唯一的一项热泵科研工作。而后，哈尔滨空调机厂开始小批量生产，首台机组安装在黑龙江省安达市总机修厂精加工车间，现场实测的运行效果完全达到（20±1）℃，（60±10）%的恒温恒湿的要求.这是我国第一例以热泵机组实现的恒温恒湿工程。
3.热泵应用发展的复苏与兴旺期（1978～1999年）
1978～1988年，我国热泵应用与发展进入全面复苏阶段。在此期间，为了充分了解国外热泵发展的现状与进展，大量出版有关著作，国内刊物积极刊登有关热泵的译文，对国外热泵产品进行测试与分析，积极参加国际学术交流。同时，一些国外知名热泵生产厂家开始来中国投资建厂。例如美国开利公司是最早来中国投资的外国公司之一，于1987年率先在上海成立合资企业。
1989～1999年期间，我国热泵又迎来了新的发展历程。在我国应用的热泵形式开始多样化，有空气－空气热泵、有空气－水热泵、水－空气热泵和水－水热泵等。在此期间国内已有国有、民营、独资、合资等不少于300家家用空调器厂家，逐步形成我国热泵空调器的完整工业体系，且水源热泵空调系统在我国得到广泛应用。据统计，到1999年全国约有100个项目，2万台地下水源热泵在运行。20世纪90年代初开始大量生产空气源热泵冷热水机组，90年代中期开发出地下水热泵冷热水机组，90年代末又开始出现污水源热泵系统。土壤耦合热泵的研究已成为国内暖通空调界的热门研究课题。国内的研究方向和内容主要集中在地下埋管换热器，在国外技术的基础上有所创新。
1978～1999年，中国制冷学会第二专业委员会主办过9届“全国余热制冷与热泵技术学术会议”。1988年中国科学院广州能源研究所主办了“热泵在我国应用与发展问题专家研讨会”。自20世纪90年代起，中国建筑学会暖通空调委员会、中国制冷学会在其主办的全国暖通空调制冷学术年会上专门增设“热泵”专题交流。
1988年，中国建筑工业出版社出版了徐邦裕教授等编写的《热泵》教材；机械工业出版社1993年出版了郁永章教授主编的《热泵原理与应用》，1997年出版了蒋能照教授主编的《空调用热泵技术及应用》，1998年出版了郑祖义博士著的《热泵技术在空调中的应用》；1994年华中理工大学出版社出版了郑祖义著《热泵空调系统的设计与创新》。1989～1999年，正式发表有关热泵方面论文270篇，热泵专利总数161项，而发明专利为77项。这些教材、著作、译著和论文的出版，专利技术的应用，推动了热泵技术在我国的普及与推广。
4.热泵技术的飞速发展时期
进入21世纪后，由于城市化进程的加快，人均GDP的增长，拉动了中国空调市场的发展，促进了热泵在我国的应用，应用范围越来越广泛，热泵的发展十分迅速，热泵技术的研究不断创新。热泵的应用、研究空前活跃，硕果累累。2000～2003年，专利总数287项，是1989～1999年专利平均数的倍。2000～2003年间发明专利共119项，是1989～1999年发明专利平均数的倍。2000～2003年，热泵文献数量剧增，如2003年文献数是1999年文献数的5倍。全国各省市几乎都有应用热泵技术的工程实例。热泵技术研究更加活跃，创新性成果累累。在短短的几年中有3项世界领先的创新性成果问世，包括：同井回灌热泵系统，土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统，供寒冷地区应用的双级耦合热泵系统。
5.地源热泵的应用与研究
我国地源热泵研究起步于20世纪80年代，首先是一些高校和科研机构对地源热泵的相关技术进行了专题研究。如北京工业大学对深层地热水进行了研究，并设计了若干垂直埋管和水平埋管的土壤源热泵试验系统；哈尔滨工业大学的水环热泵空调系统应用基础的研究与评价，土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统的数值模拟与实验研究，土壤源热泵系统中地埋管的热渗耦合理论与关键技术研究；湖南大学建设了水平埋管土壤源热泵系统等。另外，青岛建筑工程学院、山东建筑工程学院、上海同济大学、天津商学院、重庆建筑大学等大学也进行了该方面的研究。近年来国内数所高等院校开展了土壤源热泵系统和水源热泵系统的试验研究，并取得了一些重要成果。
目前，我国浅层地热能的开发利用研究发展很快，经过近二十几年的研究和开发，热泵技术在我国已取得了很大进步，尤其是地源热泵技术发展迅速。已经初步建立了各类地下水源热泵系统的水源井施工技术和技术要求，井群设计和计算方法、水质评价和处理方法及环境评价方法等。
截止到2008年10月底，我国浅层地能应用面积超过1×108m2（《地源热泵》杂志2009年5月刊）。已遍及北京、上海、天津、河北、河南、山西、辽宁、四川、湖南、西藏、新疆等地。应用的建筑类型包括宾馆、住宅、商场、写字楼、学校、体育场（馆）、医院、展览馆、军队营房、别墅和厂房等，应用前景广阔。
6.浅层地热能的开发利用与发展趋势
浅层地热能的开发利用涉及城市能源结构、环境保护和提高人民生活质量的重大课题。特别是浅层地下水源热泵和土壤源热泵的可再生能量采集系统是解决上述重大课题的关键，其能量采集基本不受使用地域和四季气候的影响。浅层地热能作为建筑物的冷热源初始采集更具有推广价值。
浅层地热能的开发利用不仅受到学术界和企业界的关注，政府也更加重视。《中华人民共和国可再生能源法》明确指出：国家将可再生能源开发利用的科学技术研究和产业化发展列为科技发展与高技术发展的优先领域。国家财政支持可再生能源的资源调查、评价和相关信息系统建设。该法的实施为浅层地热能的调查、评价和开发提供了强有力的依据和保障。国土资源部、中国地质调查局等部门多次召开浅层地热能勘查开发经验交流会、技术研讨会，并编制出台浅层地热能勘查评价规范，做到了浅层地热能勘查开发有标准可依。近年来，随着国家加大建设“资源节约型、环境友好型”社会的力度，实现节能减排目标，国家从中央财政安排专项资金用于支持可再生能源建筑应用示范和推广，财政部、建设部已批准下达3批包括浅层地热能利用的可再生能源建筑应用示范推广项目。各地也相继出台支持开发利用浅层地热能项目。如2006年5月31日，由北京市发改委联合市水利局、国土局等9个委办局联合发文对采用地下水源热泵系统实现供暖和制冷项目按每平方米35元的标准进行补贴，对采用地源热泵系统实现供暖和制冷项目按每平方米50元的标准进行补贴；沈阳市发布的《关于地源热泵系统建设和应用工作的实施意见》中要求在沈阳市三环内的455km2核心区范围内，对符合应用地下水热泵技术的409km2范围内的建筑物，原则上都要采用地下水源热泵技术规划研究。
进入21世纪，伴随中国经济的迅速发展，人们对生活品质和舒适性要求的不断提高，城市能源结构的改变，建筑市场的巨大，为浅层地热能开发利用技术的推广创造了前所未有的机遇。国内在热泵理论研究、试验研究、产品开发和工程项目的应用诸方面都取得了可喜的成果。
目前，我国已经建立了比较完善的开发利用浅层地热能的工程技术、机械设备、监测和控制系统，但回灌技术中的水质控制和回灌对储层及用水管的影响评价，堵塞井的处理技术，对井群采灌系统温度场、化学场和压力场的模拟计算方法，参数采集方法等尚在研究之中。
（英）、（美）、（德）、（瑞士）、öm（瑞典）
徐巍（译）郑克棪（校）
摘要：1995年在意大利佛罗伦萨举行的世界地热大会上，一篇论文引起了世界地热界对地热热泵增长状况的广泛关注。随着降低建筑能耗压力的增加，以及减少建筑物二氧化碳排放指标的提高，安装地热热泵的趋势正在逐渐兴起。应用地热热泵的国家数量也不断上升，其中一些国家并没有传统意义上的地热资源，但现在他们有了生气勃勃的地热热泵项目。另外，还有一些国家正在探索其应用潜力。从小的家庭安装到大功率的系统安装，各种型号的地热热泵都在增加。这篇文章主要对近10年这些高效率、长寿命、低污染的可再生能源系统的发展和安装进行评价。
1 介绍
地热热泵是世界上发展最快的可再生能源利用技术之一，在过去的10年里，大约30个国家平均增长速率达到10%。它主要的优点是可以利用平常的地温或地下水的温度（5～30℃）就可以运行，而这些资源全世界各个国家都可以获得。在1995年的佛罗伦萨世界地热大会上，人们尝试着总结了当时的这项技术状况和发展水平，到2005年，地热热泵已经进一步提升为新能源和可替代能源的重要角色。它们尤其已经被作为一种高效的可再生供热装置，而且更重要的是它们在减少二氧化碳方面得到认可。来自加拿大的一篇文章中提到：“当前在市场上不可能有任何其他的单项技术比地热热泵在减少温室气体排放和导致全球变暖效应方面的潜力更大。”这句话同当前流行的一种认识相一致：热泵作为供热装置可以减少全球6%以上的二氧化碳排放量，它是目前市场上可获得的减少二氧化碳排放量最大的单项技术之一。这样的说法正好适合当前提倡的把更多的注意转移到可再生热能的利用上来，就像现在提倡可再生电能一样。2005年9个欧洲组织和贸易协会共同提倡采用可再生能源进行供热和制冷的行动。三个主要的技术被提到：生物能、太阳能和地热能。过去10年已经进行的工作，说明正确设计的热泵系统，无论是对单孔安装还是多孔安装，都可以确保从地下汲取的热能是真正可再生和永久可持续的。最近，世界能源组织公布了多种可再生技术的生命周期分析，对于加热技术，地热热泵的生命期二氧化碳排放量是第二低，仅次于木屑。
在这篇文章里，我们简短介绍了地热热泵技术，提出当前流行的一些综合信息。读者会发现2005年世界地热大会论文集第14章收集了比以前大会论文集更多的关于地热热泵的论文，反映了它在世界范围内的快速增长。尽管地热热泵有比较高的应用潜力，但在一个国家或地区的优势条件取决于当地的经济生存能力、应用能力和增长率。我们介绍了几个不同地理区域和国家的发展情况。一些地区已经安装了很多的地热热泵，而且显示了不断增长的趋势，有些地区才刚刚开始。开发利用较好的国家有美国、北欧、瑞士、德国，尤其是瑞典。刚开始开发利用的国家包括英国和挪威。其他有大量装机的国家还有加拿大和奥地利，法国、荷兰也显示了比较快的增长速度。中国、日本、俄罗斯、英国、挪威、丹麦、爱尔兰、澳大利亚、波兰、罗马尼亚、土耳其、韩国、意大利、阿根廷、智利、伊朗等国开始意识到地热热泵技术。论文集第一部分里许多国家介绍了他们的开发利用状况。
2 装机
尽管许多国家都开始对热泵产生兴趣，但热泵的增长主要还是发生在美国和欧洲。据不完全统计，目前全世界范围内的装机容量可能接近10100MWt，年均利用的能量大约59000TJ（16470GWh）。实际安装的机组数量大约900000个。表1列举了地热热泵利用率最高的几个国家。
表1 利用地热热泵领先的国家
3 地热热泵系统
热泵系统利用相对不变的地下温度来为家庭、学校、政府和公共建筑供热、制冷和提供生活热水。输入少量的电能驱动压缩机后，可以产生相当于输入能量4倍的能量。这样的机器使热能从低温区流向高温区，实际上是一台能倒流的制冷机。“泵”说明已经做功，温差称为“抬升”，抬升越大，输入的能量越多。该项技术并不是一项新技术，1852年Lord Kelvin提出了这个概念，20世纪40年代Rober Webber修改成地热热泵，60、70年代获得商业推广。图1是典型的水-气型热泵系统。这样的热泵在北美应用很广泛，但在北欧家庭供暖市场主要利用水-水热泵。
热泵有两种基本的配置：土壤偶极系统（闭路系统）和地下水系统（开路系统），地下系统可以水平或垂直安装，取用井水或湖水。系统的选择依赖安装地点的土壤和岩石类型，能否经济施工水井或现场已有水井，还需场地条件。图2是这些系统的示意图。如前面的水-气型热泵所示，对于热水加热系统，家用热水交换器可以在夏天利用回灌的热量，冬天利用输出的热量来加热生活用水，水-水型热泵一般只能通过转换供热模式到生活热水模式，将输出温度提高到最大来加热生活热水。
图1a 制冷循环中的水-气型地热热泵
图1b 供暖循环中的水-气型地热热泵
图2a 密闭环路热泵系统
图2b 开放环路热泵系统
在土壤偶极系统里，一条封闭的管路被水平的或者垂直的埋在地下，防冻液通过塑料管循环，或者在冬天从地下获得热量，或者在夏天将热量灌入地下。开放环路系统利用地下水或湖水直接通过热交换器后灌入另一眼井（或者河渠、湖里，或者直接用于灌溉），主要按照当地法规执行。
其他种类的热泵系统正在兴起，如竖井和本次大会上提到的一种新类型。这些系统效率很高，但大多需要更加精细的水文地质信息和比闭路系统更加专业的设计。
热泵机组的效率在供暖模式通过运行系数COP来表示，在制冷模式下用能量效率比（EER）来表示，它是输出能量与输入能量（电能）之比，目前的设备基本在3和6之间变化。这样COP为4意味着输入每个单位的电能可以产生4个单位的热能。经过对比，空气源热泵的COP大约为2，取决于高峰供暖和制冷需要的备用电能。在欧洲，这个比率有时候作为“季节性运行参数”，即供暖季和制冷季的平均COP，同时要考虑系统特性。
4 地热热泵的可再生讨论
随着热泵装机的稳定增加，使人认识到它们对可再生能源利用的贡献。这只是部分的认识，因为它们只涉及了供暖和制冷的表面，所以没有可再生电能的考虑。然而，这里面有两个其他的因素——一个是关于地下能源的可持续问题，一个是基于空气源热泵的问题，在能量输出时没有纯能量的增加，所以它们仅仅是一种能量效率技术。
20世纪50、60年代，当空气源热泵风靡的时候，在城市里的化石燃料电厂发电的效率接近30%。当时空气源热泵的COP一般在～之间变化。表2显示了在建筑物里能量释放的情况，60%的能量来自于空气，而用来发电的原生能量只有75%作为有用的热能得到利用。这样，从空气中提取的可再生能量已经高效地释放了热能，但没有剩余能量。表2的第二列是当前的数据。新型的组合或联合循环发电厂发电效率已超过40%。土壤源热泵的SPF已超过。这导致了140%的效率，其中最终能量的71%来自地下。更重要的是，超过40%的剩余量已高于发电消耗的原始能量。
表2 能量和效率对比表
水源热泵和新型发电效率的联合才构成剩余可再生能源的释放。
如果从一开始就用可再生能源发电，则所有传递的能量就都是可再生的。为了释放可再生的能量最多，建议应该尽快使可再生电能变得经济，并与地源热泵结合起来。
能量讨论可能是有争议的，但二氧化碳排放量的减少却很容易证实。举个例子，当前英国电网和地热热泵联合供暖相对于传统的化石燃料供暖技术可以减少50%的二氧化碳排放量。这归功于当前英国电网的联合。由于目前发电所排放的二氧化碳在减少，所以通过利用地热热泵而排放的二氧化碳会更少。随着利用可再生能源发电，建筑供暖将不再需要排放二氧化碳。
如果要计算一下世界范围内可节约的石油当量和当前地热热泵装机容量所能减少的二氧化碳排放量，则需要有几个假设条件。如果每年地热能被利用28000TJ（7800GWh），将此量与30%效率的燃油发电相比，则会节约百万桶石油，或者百万吨石油当量，减少700万吨二氧化碳的排放量。如果我们假想每年同样长时间的制冷，则这个数字会翻倍。
5 美国的经验
在美国，大多数系统都是根据高峰制冷负荷设计的，它高于供暖负荷（主要是北方地区），这样，估计平均每年有1000个小时满负荷供暖。在欧洲，绝大多数系统是根据供暖负荷设计的，所以经常据基础荷载设计，另加化石燃料调峰。结果，欧洲的系统每年可以满负荷运行2000到6000个小时，平均每年2300个小时。尽管制冷模式将热量灌入地下，它不是地热，但它仍然节省能量，有利于清洁环境。在美国，地热热泵装机容量能稳定在12%，大多数安装在中西部地区和从北达科他州到佛罗里达州的东部地区。目前，每年接近安装50000个热泵机组，其中46%是垂直闭路循环系统，38%是水平闭路循环系统，15%是开路系统。超过600个学校安装了热泵系统进行供暖和制冷，尤其在得克萨斯州。应该注意到这一点，热泵按照吨（1吨冰产生的制冷量）来分等级，这个吨相当于12000Btu/hr或(Kavanaugh和Rafferty，1997)。一个典型的家庭需要的热泵机组应该是3吨或者是105kW的装机容量。
美国装机容量最大的热泵是在肯塔基州路易斯维尔市的一个宾馆。通过热泵为600个宾馆房间、100个公寓和89000ｍ2的办公区（整个宾馆161650ｍ2）提供冷热空调服务。热泵利用出水量177l/s、出水温度14℃的4口水井，提供的冷负荷和196MW的热负荷。消耗的能量是没有热泵系统附近相似建筑的53%，每月节约25000美元。
6 欧洲的状况
地热热泵实际上可在任何地方既供热又制冷，可以满足任何的需求，具有很大的灵活性。在西欧和中欧，直接利用地热能对众多客户进行区域供暖受限于区域的地质条件。在这种情况下，通过分散的热泵系统采集到处都有的浅层地热是一个明智的选择。相应的，在欧洲各个国家，热泵正在快速增长和发展起来。热泵系统的市场正在蔓延，从事该项工作的商业公司也在增长，他们的产品已经进入“黄页”。
欧洲超过20年对热泵的研究开发为该项技术的可持续性建立了一个完善的概念，还解决了噪音问题，制定了安装标准。图3是一个典型的井下热交换器型热泵（BHE）。这个系统每输出1kWh的热或冷需要～的电能，它比季节性利用大气做热源的空气源热泵少需要30%～50%的能量。
图3 中欧家庭中BHE热泵系统的典型应用，典型的BHE长度大于100m
根据欧洲许多国家的天气条件来看，目前大多数的需求是供暖，空调很少需要。所以热泵通常只是用于供暖模式。然而随着大型商业利用数量的增加，制冷的需要以及这项技术推广到南欧，将来供暖和制冷双重功效就会越来越重要。
在欧洲统计热泵安装的可靠数量是相当困难的，尤其是个人的利用。图4是欧洲主要利用热泵的几个国家安装热泵的数量。2001年瑞典大幅增加的热泵主要是空气源热泵，然而瑞典在欧洲也是安装地热热泵最多的国家（见表1）。总的情况，除了瑞典和瑞士，地热热泵的市场扩展在整个欧洲还不太大。
7 德国的经验
1996年之后，根据热泵的销售统计，德国各种热源的热泵销售情况各不相同（图5）。在经过1991年销售量小于2000台的低迷后，热泵的销售量呈现稳定的增长。地热热泵的份额从80年代少于30%上升到1996年的78%，2002年达到82%。而且从2001年到2002年，当德国的房地产由于经济萧条正在缩水的时候，地热热泵的销售量仍然有所增长。将来它在市场上仍然有增长的机会，因为有较好技术前景做保证。
图4 一些欧洲国家热泵机组的安装数量对比图
图5 每年德国热泵的销售数量对比图
德国地热热泵在住宅利用的数量是巨大的，许多小型系统安装在独立的房子里，而较大系统用于一些需要供暖和制冷的办公楼等商业区域。德国的大部分地区夏季的湿度允许制冷不带除湿，例如冷却顶棚。热泵系统就很适合直接利用地下的冷能，不需要冷却器，它们显示了非常高的制冷效率，COP能达到20以上。第一个利用井下热交换器和直接制冷的系统在1987年安装的，同时该项技术成为一个标准设计选择。一些最新的德国地热热泵的例子Sanner和Kohlsch有文章介绍。
在德国，地热热泵已经走过了研究、开发和开发现状阶段，当前的重点是选型和质量安全性。像技术准则VDI4640、合同规范以及质量认证等工作正开始被强制执行来保护工业和消费者，避免质量不合格和地热热泵系统无法长期运行等问题。
8 瑞士地热热泵的繁荣
地热热泵系统在瑞士已经以每年15%的速度快速增长。目前，有超过25000台热泵系统在运行。来自地下有三种热能供应系统：浅层水平管（占所有安装热泵的比例小于5%）、井下换热器系统（100～400m深，占65%）、地下水水源热泵（占30%）。仅仅在2002年，就施工钻孔600000m，并安装了井下换热器系统。
地热热泵系统非常适于开发到处都有的浅层地热资源。热泵系统长期运行的可靠性现在已经通过理论和实践研究以及通过在几个供暖季的测试得到证明。季节运行因素已大于。
各种测试和模型模拟证明这种系统可以持续性的吸取热量。长期运行的可靠性保证了系统可以无故障应用。热泵系统所配备井下换热器的合理尺寸也有利于广泛的应用和选择。实际上，热泵系统的安装在1980年从零开始，经过快速发展，现在是瑞士地热直接利用里最大的部分。
地热热泵系统的安装自从20世纪70年代末期开始认识以来发展很快，这种印象深刻的增长可见图6和图7。
图6 1980～2001年瑞士地热热泵安装的发展趋势图
图7 1980～2001年瑞士井下换热装置和地下水的地热热泵系统装机容量发展趋势图
每年的增长非常显著：新安装系统的数量以每年大于10%的速度增长。小型系统（＜20kW）显示了最高的增长速度（大于15%，见图1）。2001年地热热泵系统的装机容量是440MWt，产生的能量为660GWh。2002年施工了大量的钻孔（几千个），并安装了双U型管的井下热交换器。井下换热器的平均深度大约150～200m；超过300m深度的钻孔也越来越多。平均每米的造价是45美元左右，包括钻井、下入U型管和回填。2002年，井下换热器的进尺达到600000m。
热泵快速进入瑞士市场的原因
热泵系统在瑞士市场上快速发展的原因主要是那里除了这种到处都有的地热以外，在地壳浅层没有其他地热能资源。另外，也有许多其他的原因，包括技术上的、环境上的以及经济上的原因。
技术原因
大多数人口居住的瑞士高原合适的天气条件：大气温度在0℃附近，冬天日照很少，
地下浅层温度在10～12℃之间，长供暖期。
恒定的地下温度通过正确选型尺寸，可以提供热泵最好的季节运行因素和长期使用寿命。
地热热泵以分散方式进行安装，适合于独立用户需要，避免了如同区域供暖系统的昂贵的热分配。
安装位置在建筑物附近（或建筑物地下），相对自由，在建筑物内对空间的要求也不高。
至少对小型系统来说，不需要进行回灌，因为在系统闲置期（夏天）地下的热能可以自动恢复。
环境原因
没有交通运输、储藏和运行的危险（与石油相比）；
没有地下水污染的危险（与石油相比）；
系统运行可以减少温室气体二氧化碳的排放。
经济原因
环境友好的地源热泵安装成本比得上传统（燃油）系统的安装（赖贝奇，2001）；
比较低的运行成本（与利用化石燃料供暖进行比较，不需购买石油或天然气，和燃烧器控制）；
对环境友好的热泵，当地给予对用电费用优惠。
二氧化碳的排放税预计要实施。
进一步快速推广地热热泵的刺激因素是公用事业的“能量合同”。它暗示了利用热泵的公司以自己的成本设计、安装、运行和维护地热热泵，同时以合同价格卖热能或冷能给合适的用户。
尽管绝大多数地热热泵是为单独住宅供暖（生活热水），但一些新的利用方式正在出现（包括各种井下换热器系统，联合太阳能进行热量采集和储存、地热供暖和制冷，“能量堆”）。对于每2km2一台机组，它们的地区密度是世界上最高的。这保证了瑞士在地热直接利用方面是有优势的（在世界上前五个国家中人均装机容量）。相信瑞士的地热热泵在相当长的一段时间内会兴盛下去。
9 英国的地热热泵
在英国，路特·开尔文努力发展了热泵理论，但利用热泵进行供暖却进展缓慢。第一个安装地热热泵的记载要追溯到1976年夏天。小型闭路系统的先锋设置是在90年代初期苏格兰的住宅进行安装的。英国花了很长时间发现为什么到目前为止在英国该项技术要落后于北美和北欧。首要的原因是相对温暖的天气、房屋材料的保温性较差、缺少适合的热泵机组和与天然气庞大管网的竞争。
在20世纪90年代中期，通过吸取加拿大、美国和北欧地区利用热泵的经验教训，英国的地热热泵开始缓慢发展。他们利用很长时间确定合理的技术来适用于本国的住宅材料，以及克服英国特有的各种问题。另外的一个难题就是英国的地质条件复杂。
过去的两年时间里，热泵已经被公认在几个英国政策里扮演着重要的角色，例如供热保障程序、可再生能源以及能源效率目标。
在英国，很少人知道其实热泵系统比起传统的那些系统可以大量减少二氧化碳的排放。利用英国电网的地热热泵系统将会立刻减少40%～60%的二氧化碳排放量。随着英国电网在将来几年变得越来越清洁，长寿热泵的排放量也会进一步下降。建筑师和发展商发现新的建筑评价标准正开始考虑二氧化碳这个新参数。
从非常小的起步，目前地热热泵系统已经出现在整个英国，从苏格兰到Cornwall。私人建筑家、房地产商和建筑协会现都成为这些系统的消费者。室内安装热泵系统一般在25kW到之间，主要选择各种水对水和水对空气的热泵，安装在几种不同地质条件的地区。
最近宣称有拨款计划（清洁天空项目）会帮助建立该项技术的部门鉴定，会建立可信的安装队伍、技术标准以及适用于英国室内的热泵。随着去年英国主要的用户发起了热泵安装发展到1000家的活动，希望对于该项技术的兴趣能够快速增长，同时希望在将来几年能够大量涌现出室内地热热泵安装的成功案例。
另一个利用地热热泵的重要领域就是供暖和制冷都需要的商业和公共建筑。2002年国际能源协会热泵中心安排了首批国家级研究，对热泵可能减少二氧化碳的排放量进行研究（IEA，2002）。其中第一个就是在英国展开的，研究结论是热泵系统应用于办公室和小商店效果最好。第一个不在室内安装的热泵仅25kW，是在Scilly的Isles的健康中心。这个系统在接下来的2000年到今天得到迅速发展，设备尺寸和型号目前已经达到300kW。
热泵的利用已经发展到学校、单层或者多层的办公楼和展览中心。显著的一个例子就是Derbyshire的国家森林展览中心、Chesterfield、Nottingham、Croydon地区的办公楼以及Cornwall的Tolvaddon能源公园。一个大型的系统已经在Peterborough地区的新宜家销售中心进行安装。这些系统的安装采用了各种各样的类型，有简单利用地板供暖的，反循环热泵供暖和制冷的，也有复杂的整合机组同时进行供暖和制冷的。单独的或者是混合的配置都已经被采用，包括利用大型地下水平循环和其他相互联系的钻孔网。
10 瑞典的地热热泵
20世纪80年代初期，地热热泵在瑞典开始盛行。到1985年，已有50000台热泵机组被安装。随后较低的能源价格和技术质量问题使热泵市场萎缩，在接下来的10年里，平均每年安装2000个热泵机组。1995年，由于瑞典政府的支持和补贴，公众对地热热泵的兴趣开始增强。根据占住宅销售市场约90%的瑞典热泵机构（SVEP）统计的销售数据显示，2001年和2002年大约有27000个热泵机组被安装（见图8）。因此，安装的机组数量估计达到200000台。
目前，热泵是瑞典小型住宅区最流行的采用液体循环的供暖方式，由于当前的油价，它替代了烧油；由于电费高昂，它又替代了电；由于方便而替代了木炭火炉。直接利用电加热的发展速度已相当减慢。除了住宅方面，还有一些大型的系统安装（包括闭路和开路循环）用于区域供暖网。所有热泵机组平均输出的热能估计大约10kW。
瑞典地热热泵的安装通常建议占标称负荷的60%，即每年大约3500～4000个小时满负荷运行。整合在热泵里的电加热器提供剩余的负荷，有将热泵负荷增加到80%～90%的趋势。大约80%的热泵采用的是垂直类型（钻孔类型）。在住宅里，钻孔的平均深度大约125m，水平类型平均循环长度大约350m。开式、充满地下水的单U型管（树脂管，直径40mm，压力正常）几乎用于所有的热泵安装。当热量需要被回灌入地下时，双U型管有时候被采用。热反应测试已经显示自然对流在充满地下水的钻孔中比填满砂（砾石）的钻孔热交换更强烈。地源热泵的盛行已经使人们逐渐关注相邻钻孔之间长期热影响的问题。
图8 每年瑞典热泵销售数量对比图
用于客户住所的大型系统正在变得越来越流行。用来制冷的垂直式安装正在占据市场，但在住宅方面仍然没有引起人们的兴趣。在商业和工业上制冷的需求为地热热泵打开了一个崭新的市场。
热泵技术上的发展有由涡轮式压缩机逐渐代替活塞式压缩机的趋势，它的优点是运行平稳、设计简洁。另外人们对各种容量控制也产生了兴趣，例如在同一个机组里分别安装一个小型压缩机和一个大型压缩机，夏天，生活热水可以通过小型压缩机来供给。绝大多数进口的热泵利用的工质是R410A。瑞典生产商仍然利用的是R407C，但有向R410A转变的趋势，还有的对丙烷也感兴趣。目前正在研究利用极少量的工质来组建热泵。一些生产商通过利用废气和土壤作为热源的热泵抢占市场。废气可以被用来预加热从钻孔开采出来的热运移流体，或者热泵闲置时灌入地下。
在大型钻孔型热泵系统里，为了确保系统长期运行，不得不考虑地下热能的平衡。如果主要是满足热负荷，则在夏天必须向地下回灌热能。自然界的可再生能源，如室外空气、地表水和太阳能都应该被考虑。在Nasby公园，在建筑物下面安装了一套系统，施工了48个200m深的钻孔，利用400kW的一个热泵基本提供热负荷，每年运行6000个小时。夏天，从附近的湖引来的地表温水（15～20℃）通过钻孔灌入地下。
11 挪威的例子
在奥斯陆的Nydalen，180个基岩井将会是给一个接近20万m2的建筑进行供热和制冷的关键。这是欧洲这种类型的系统里最大的项目。
一个能量供应站将为Nydalen的这个建筑供暖和制冷。通过利用热泵和地热井，热能既可以从地下采集，也可以将能量储存地下。夏天，但有制冷需要时，热能可以灌入地下。基岩的温度可以从平常的8℃上升到25℃。在冬天，热能可以用来供暖。供暖的输出功率是9MW，而制冷是。与电、石油和天然气供暖相比，每年供暖的成本可以减少60%～70%。供暖和制冷的联合调用确保了能量站的高效利用。
这个项目最独特的地方是地热能量储藏。这里的180个井，每个都深200m，可以提供4～10kW能量。整个储热基岩的体积是180万m3，主要在建筑物的下面。塑料管形成封闭环路，用来传递热能。
该项目总投资是6千万挪威克朗（相当于750万欧元）。这比起传统方式（即没有能量井和收集装置）多投资1700万挪威克朗。然而，每年购买的能量减少约400万挪威克朗，项目还是有利润的。这个项目由政府实体Enova SF和奥斯陆能源基金拨款支持了1100万挪威克朗。
能量站按计划在2003年4月开始建设，包括施工一半的基岩井。剩下的井可能安排在2004年的建设中。
该项目的细节可以在项目组和热能储存两个网站上查询。
结论
地热热泵是一个刚兴起的技术，有能力利用地下巨大的可再生贮存能量，提供高效率的供暖和制冷。它们正逐渐被认为是替代化石燃料的一种选择，在许多国家，它们在对建筑进行供暖和制冷时可以极大地减少二氧化碳的总排放量。相信安装热泵系统的数量和国家都会快速增长起来。
参考文献（略）
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供热工程中建筑节能论文
建筑是用能大户，建筑节能是发展建筑业的需要。 一、节能住宅的概念 随着能源危机的出现，越来越多的开发商开始重视节能住宅。节能住宅需要通过对建筑的合理设计、合理选材，最大限度的把室内自然温度控制在人体舒适温度范围内，从而为居住者提供健康、舒适、环保的居住空间，降低建筑物的运行能耗。 北京锋尚在国内率先整合了欧洲先进的技术系统为一体，建造的高舒适度、低能耗住宅，达到了发达国家的居住标准。其核心技术概括为八大子系统：第一，混凝土采暖制冷系统。该系统是将聚丁烯（PB）盘管预埋在钢筋混凝土中，夏季管中送20℃、冬季送28℃的水，能使室内温度保持在20℃-26℃的合适范围内。第二，健康新风系统。通过统一空气净化和冷热处理后新风经“下送上回”进入室内，无须开窗即可保持新鲜空气不断更换。第三，外墙系统。外墙采用欧洲标准加厚外保温方式，能有效阻挡冷热辐射和雨雪侵蚀。外饰面采用干挂砖墙面，干挂砖幕墙与保温板之间有一个流动空气层，可以保持保温板的干燥。第四，外窗系统。窗采用德国SCHUCO断热铝合金窗和LOW-E低辐射中空玻璃。第五，屋面及地下系统。对屋面及地下墙体的特殊处理，保证了顶层和一层与标准层舒适度的均好性。第六，防噪音系统。通过外墙系统、ALULUX卷帘、楼板处理、同层后排水系统，防止来自室外、楼上、下水道的噪音。第七，垃圾处理系统。垃圾处理系统有中央吸尘、食物垃圾处理和可回收分类垃圾周转箱三部分组成。第八，水处理系统。小区设中水处理系统，将社区生活用水处理用于浇灌绿地、冲洗和补充人工湖水。 二、国外节能已成风尚： 在国外，建筑师采用多种形式和方法来节能： （1）、资源回收利用： 日本1997年建成了一栋实验型“健康住宅”。除了整个住宅尽可能选对人体无害的建筑材料外,墙体还被设计成双重结构,每个房间建有通风口,整个房屋系统的空气采用全热交换器和除湿机进行循环。全热交换器能够有效地回收热量并加以再次利用,其过滤器可有效地收集空气中细小的尘埃,从而能够抑制霉菌等过敏生物繁殖。这种资源的回收利用，不仅变废为宝，而且减少了环境污源，节约了能源。 （2）、新能源开发利用： 德国建筑师塞多·特霍尔斯建造了一座能跟踪阳光的太阳房屋。房屋被安装在一个圆盘底座上,由一个小型太阳能电动机带动一组齿轮。房屋底座在环形轨道上以每分钟转动3cm的速度随太阳旋转。当太阳落山以后,该房屋便反向转动,回到起点位置。它跟踪太阳所消耗的电力仅为房屋太阳能发电功率的1%,而所吸收的太阳能则相当于一般不能转动的太阳能房屋的2倍。 三、中国建筑能耗基本情况 我国的建筑能耗量约占全国总用能量的1/4，居耗能首位。近年来我国建筑业得到了快速的发展，需要大量的建造和运行使用能源，尤其是建筑的采暖和空调耗能。据统计，1994年全国仅住宅建筑能耗在基本上不供热水的情况下为×108t标准煤，占当年全社会能源消耗总量×109t标准煤的。目前每年城镇建筑仅采暖一项需要耗能×108t标准煤，占全国能源消费总量的左右，占采暖区全社会能源消费的20%以上，在一些严寒地区，城镇建筑能耗高达当地社会能源消费的50%左右。与此同时，由于建筑供暖燃用大量煤炭等矿物能源，使周围的自然与生态环境不断恶化。在能源的利用过程中，化石类燃料燃烧时排放到大气的污染物中，99%的氮氧化物、99%的CO、91%的SO2、78%的CO2、60%的粉尘和43%的碳化氢是化石类燃料燃烧时产生的，其中煤燃烧产生的占大多数。燃煤产生的大气污染物中SO2占87%、氮氧化物占67%，CO2占71%，烟尘占60%。由于我国是主要以煤而不是以油、气等优质能源作为主要能源消耗的国家，每年由于燃烧矿物燃料向地球大气排放的二氧化碳仅次于美国居世界第二，预计到2020年，中国将取代美国成为世界二氧化碳排放第一大国。因此，中国对于全球气候变暖承担着重大的责任，而作为耗能大户的建筑，其节能也就成为关系国计民生的重大问题。 四、住宅设计最基本的节能意识： 新疆冬季严寒漫长，因此，住宅建筑设计中，主要空间朝向南，或向南偏东，或向南偏西，历来被认为是合理的设计，这是最基本的节能意识在住宅建筑设计中的应用。在我国的大部分冬冷夏热地区住宅的总体规划和单体设计中，为住宅的主要空间争取良好朝向，满足冬季的日照要求，充分利用天然能源，无疑是最基本的改善住宅室内热环境的设计，是最基本的 五、节能设计思路 （一）建造内保温复合节能墙体 复合节能墙体通常由绝热材料与传统墙体材料或某些新型墙体材料复合而成。如果绝热材料复合在建筑物外墙的内侧，则称为内保温复合墙体。 1．墙体结构层：系指混凝土现浇或预制品的外墙，内浇外砌或砖混结构的外砖墙。以及诸如承重多孔砖外墙等其他承重外墙。 2．空气层：空气在0℃时导热系数为0024VV／(m·k)。在25℃±5℃时为00256W/(m·k)，即使在200℃的情况下仍有00：384 W／(m·k)。由此可见，空气也是一种优良的保温材料。因此，在建筑物中常用材料围成的空气隔离层，不但可以保温隔热。而且具有切断液态水份的毛细渗透、防止保温材料受潮的功能，因为一般外侧墙有吸水能力，而其内表面常因温度低而出现的冷凝水。可被结构材料吸入且不断向室外转移和散发。 3．保温隔热层：这是节能墙体的主要功能部分，常用绝热材料可分为有机、无机 金属等三大类。出于导热系数、抗压强度、蒸汽渗透率、燃烧性能等方面的考虑。此处选用挤塑型聚苯板(XPS)为保温材料。 玻璃幕墙是指由支承结构体系与玻璃组成的、可相对主体结构有一定位移能力、不分担主体结构所受作用的建筑外围护结构或装饰结构。有单层和双层玻璃的墙体。反光绝缘玻璃厚6毫米，墙面自重约40kg／㎡，有轻巧美观、不易污染、节约能源等优点。幕墙外层玻璃的里侧涂有彩色的金属镀膜，从外观上看整片外墙犹如一面镜子，将天空和周围环境的景色映入其中，光线变化时，影像色彩斑斓、变化无穷。在光线的反射下，室内不受强光照射，视觉柔和。中国1983年首次在北京长城饭店工程中采用。 去过美国纽约的人大凡会被其繁华的都市风貌所折服，那高耸入云的摩天大楼蔚为壮观，而其通体的玻璃幕墙映衬出空明的蓝天和飘舞的白云，更为之增添了绚丽的色彩。那么，玻璃幕墙是怎么做成的呢？玻璃幕墙是指作为建筑外墙装潢的镜面玻璃，它是在浮法玻璃组成中添加微量的Fe、Ni、Co、Se等，并经钢化制成颜色透明板状玻璃，它可吸收红外线，减少进入室内的太阳辐射，降低室内温度。它既能像镜子一样反射光线，又能像玻璃一样透过光线。 现代化高层建筑的玻璃幕墙还采用了由镜面玻璃与普通玻璃组合，隔层充入干燥空气的中空玻璃。中空玻璃有两层和三层之分，两层中空玻璃由两层玻璃加密封框架，形成一个夹层空间；三层玻璃则是由三层玻璃构成两个夹层空间。中空玻璃具有隔音、隔热、防结霜、防潮、抗风压强度大等优点。据测量，当室外温度为－10℃时，单层玻璃窗前的温度为－2℃，而使用三层中空玻璃的室内温度为13℃。而在夏天，双层中空玻璃可以挡住90%的太阳辐射热。阳光依然可以透过玻璃幕墙，但晒在身上大多不会感到炎热。使用中空玻璃幕墙的房间可以做到冬暖夏凉，极大地改善了生活环境。[编辑本段]分类与构成 1. 明框玻璃幕墙明框玻璃幕墙是金属框架构件显露在外表面的玻璃幕墙。它以特殊断面的铝合金型材为框架，玻璃面板全嵌入型材的凹槽内。其特点在于铝合金型材本身兼有骨架结构和固定玻璃的双重作用。 2. 隐框玻璃幕墙 隐框玻璃幕墙的金属框隐蔽在玻璃的背面，室外看不见金属框。隐框玻璃幕墙又可分为全隐框玻璃幕墙和半隐框玻璃幕墙两种，半隐框玻璃幕墙可以是横明竖隐，也可以是竖明横隐注。隐框玻璃幕墙的构造特点是：玻璃在铝框外侧，用硅酮结构密封胶把玻璃与铝框粘结。幕墙的荷载主要靠密封胶承受。 3.点支式玻璃幕墙 点支式玻璃幕墙是近年来新出现的一种支承方式。但一经出现，在城市发展很快。下面对这种较新型的支承方式作一介绍： 1.点式玻璃幕墙的分类 按照支承结构的不同方式，点式玻璃幕墙在形式上可分为以下几种: (1)金属支承结构点式玻璃幕墙这是目前采用最多的一种形式，它是用金属材料做支承结构体系，通过金属连接件和紧固件将面玻璃牢固地固定在它上面，十分安全可靠。充分利用金属结构的灵活多变以满足建筑造型的需要，人们可以透过玻璃清楚地看到支承玻璃的整个结构体系。玻璃的晶莹剔透和金属结构的坚固结实，“美”与“力”的体现。增强了“虚”、“实”对比的效果。 (2)全玻璃结构点式玻璃幕墙通过金属连接件及紧固件将玻璃支承结构(玻璃肋)与面玻璃连成整体，成为建筑围护结构。施工简便造价低，玻璃面和肋构成开阔的视野，使人赏心悦目，建筑物室内、外空间达到最大程度的视觉交融。 (3)拉杆(索)结构点式玻璃幕墙采用不锈钢拉杆或用与玻璃分缝相对应拉索做成幕墙的支承结构。玻璃通过金属连接件与其固定。在建筑中充分运械加工的精度，使构件均为受拉杆件，因此，施工时要加以预应力，这种柔接可降低震动时玻璃的破损率。 2.建筑点式玻璃幕墙的主要组成部分 (1)支承体系 支承体系是将面玻璃所受的各种荷载直接传递到建筑主构上。因此，它是主要受力构件，一般是根据承受的荷载大小和建筑造型来结构形式和材料，如玻璃肋、不锈钢立柱、铝型材柱或加上适当的防腐、防面处理的钢析架、钢立柱及不锈钢拉杆(索)等。 (2)金属连接件 金属连接件包括固定件(俗称爪座和爪子)和扣件。固定件通常用不锈普通钢铸造而成，而扣件则是不锈钢机加工件。考虑到金属相容性，爪座必须采用与支承体系相同的材质，或使用机械固定。 金属连接件是建筑点式技术的精华所在。它把面玻璃固定在支承结构上不仅产生玻璃孔边缘附加应力，而且能够允许少量的位移来调节由于建筑安装带来的施工误差，同时还有减震措施以提高抗震能力，因此设计时考虑的因素是多方面的。 (3)金属连接件还产生显著的装饰效果，因此它除满足功能上的要求之外，还要有优美的造型设计和精细的加工制造，起“画龙点睛”的作用。 3.玻璃 (1)建筑点式玻璃幕墙所用的玻璃，由于钻孔而导致孔边玻璃强度降低约30%，因此建筑点式玻璃幕墙必须采用强度较高的钢化玻璃(钢化玻璃的抗冲击强度是浮法玻璃的3-5倍，抗弯强度是浮法玻璃的2-5倍)注，钢化玻璃另一个重要特性是使用安全，在遇到较大外力而破坏时产生无锐角的细小碎块(俗称”玻璃雨”)，不易伤人。 当地处北方的建筑物或对保温隔热有较高要求的建筑物，往往采用中空玻璃，它是在两片玻璃之间有一干燥的空气层或惰性气体层，中空玻璃能大幅度提高保温隔热性能的原因是玻璃的传热系数K值为()，而空气的K值为()注，惰性气体就更低了。由于人口的增加，工业的发展，生活水平的提高，能源的消耗也就急剧增加，能源危机迫在眉睫。因此，各行各业提出了节能的要求，节约二次能源--电能，也就成为民用建筑电气设计的焦点。建筑电气设计节能的原则建筑电气节能应坚持以下三个原则：1. 满足建筑物的功能 即满足照明的照度、色温、显色指数；满足舒适性空调的温度及新风量，也就是舒适卫生；满足上下、左右的运输通道畅通无阻；满足特殊工艺要求，如娱乐场所的一些电气设施的用电，展厅的工艺照明及电力用电等。 2.考虑实际经济效益 节能应按国情考虑实际经济效益，不能因为节能而过高地消耗投资，增加运行费用。而是应该让增加的部分投资，能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。 3.节省无谓消耗的能量 节能的着眼点，应是节省无谓消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的，再考虑采取什么措施节能。如变压器的功率损耗，传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗，又如量大面广的照明容量，宜采用先进技术使其能耗降低。 因此，节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。 建筑电气节能的途径 1.减少变压器的有功功率损耗 变压器的有功功率损耗如下式表示：△Pb＝Po＋Pkβ2其中： △Pb--变压器有功损耗（KW）； Po--变压器的空载损耗（KW）； Pk--变压器的有载损耗（KW）； β--变压器的负载率。 Po部分为空载损耗又称铁损，它是由铁芯的涡流损耗及漏磁损耗组成，是固定不变的部分，大小随矽钢片的性能及铁芯制造工艺而定。所以，变压器应选用节能型的，如S9、SL9及SC8等型油浸变压器或干式变压器，它们都是采用优质冷轧取向矽钢片，由于"取向"处理，使矽钢片的磁畴方向接近一致，以减少铁芯的涡流损耗；45°全斜接缝结构，使接缝密合性好，以减少漏磁损耗。 Pk是传输功率的损耗，即变压器的线损，决定于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，即负载率β的平方成正比。因此，应选用阻值较小的绕组，可采用铜芯变压器。从Pkβ2用微分求它的极值，在β＝50％处每千瓦的负载，变压器的能耗最小。因此，在80年代中期设计的民用建筑，变压器的负载率绝大部分在50％左右，在实际使用中有一半变压器没有投入运行，这种做法有的设计人员一直沿袭至今。但是，这仅是为了节能，而没有考虑经济价值。举下例可看出其不可取的程度。 SC3－2000KVA的变压器，当β＝50％时相对于β＝85％时可节能为P＝16．01×（0．852－0．52）＝7．56KW，按商场最高用电小时计：每天12小时，365天全营业，则总节约电能：W＝7．56×12×365＝33113KW•h。按营业性电价每度0．78元计，则每年节约：33113×0．78＝25828元。 按每千瓦的初装费投资：2000KVA变压器应是大型民用建筑，必然双电源进线，则初装费每KVA为2240元，每年节能省下的电费只能提供（25828／2240＝11．53）11．53KVA的初装费。还有988．5KVA的初装费，加上由于加大变压器容量而多付的变压器价格，由于变压器增加而使出线开关柜、母联柜增加引起的设备购置费，安装上述设备使土建面积增加而引起的土建费用，这是笔相当可观的投资，还没有计及折旧维护等费用。由此可见，取变压器负载率为50％是得不偿失的。 事实上50％负载率仅减少了变压器的线损，并没有减少变压器的铁损，因此也不是最节能的措施。计及初装费、变压器、低压柜、土建的投资及各项运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的容量，变压器的负载率应在75％～85％为宜。这样也可以做到物尽其用，因为变压器绝缘的使用年限满负荷计为20年，20年后可能有更好的变压器问世，这样就可以有机会更换新的设备，才能使该建筑总趋技术领先地位。 为减小变压器损耗，当容量大而需要选用多台变压器时，在合理分配负荷的情况下，尽可能减少变压器的台数，选用大容量的变压器。例如需要装机容量为2000KVA，可选2台1000KVA，不选4台500KVA。因为选用前者可节能：△P＝4×（1．6＋4．44）－2×（2．45＋7．45）＝4．36KW（全按β＝100％计，同等条件，SC3变压器）。 在变压器选择中，能掌握好上述三点原则，即满足了节约能源，又经济合理的原则。 减少线路上的能量损耗 由于线路上存在电阻，有电流流过时，就会产生有功功率损耗。其公式如下：△P＝3IΦ2R×10－3（KW） 式中：IΦ--相电流（A） R--线路电阻（Ω） 例如，在L＝100m的VV－3×50＋2×25的电缆上传输60KW，cosφ＝0．8的电能，其有功损耗量，可由以下步骤求得：IΦ＝60×103／（×380×0．8）＝113．6A 芯线温度70℃的50mm2铜芯线每公里电阻R0＝0．44，则R＝0．1×0．44＝0．044（Ω） △P＝3×113．62×0．044×10－3＝1．704KW 从以上可看到，线路上的功率损耗相当于每6m的线路上安一个100W的灯泡。 在一个工程中，线路左右上下纵横交错，小工程线路全长不下万米，大工程更是不计其数，所以线路上的总有功损耗是相当可观的，减少线路上的能耗必须引起设计重视。 线路上的电流是不能改变的，要减少线路损耗，只有减小线路电阻。线路电阻R＝P×L／s，即线路电阻与电导P成正比，与线路截面S成反比，与线路长度L成正比，因此减少线路的损耗应从以下几方面入手。 应选用电导率较小的材质做导线。铜芯最佳，但又要贯彻节约用铜的原则。因此，在负荷较大的二类、一类建筑中采用铜导线，在三类或负荷量较小的建筑中采用铝芯导线。 减小导线长度。首先，线路尽可能走直线，少走弯路，以减少导线长度；其次，低压线路应不走或少走回头线，以减少来回线路上的电能损失；第三，变压器尽量接近负荷中心，以减少供电距离，当建筑物每层平面在10000m2左右时，至少要设两个变配电所，以减少干线的长度；第四，在高层建筑中，低压配电室应靠近竖井，而且由低压配电室提供给每个竖井的干线，不至于产生支线沿着干线倒送的现象。亦即低压配电室与竖井位置的布局上应使线路都分向前送，尽可能减少回头输送电能的支线。 增大导线截面。首先，对于比较长的线路，除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面，再加大一级导线截面，所增加的费用为M，由于节约能耗而减少的年运行费用为m，则M／m为回收年限，若回收年限为几个月或一、二年，则应加大一级导线截面。一般而言，导线截面小于70mm2，线路长度超过100m的增加一级导线截面比较容易实现上述条件。其次，利用某些季节性负荷的线路，这些用户不用时，可提供给常期用户作供电线路使用，以减少线路和电阻。例如，将空调风机、风机盘管与照明、电开水等计费相同的负荷，集中在一起，采用同一干线供电，既可便于用一个火警命令切除非消防用电，又可在春秋两季空调不用时，使同样大的干线截面传输较小的电流，从而减小了线路损耗，这就相当于充分利用了季节负荷的线路。 在设计中，认真落实上述三条措施，就可减少线路上的能量损耗，达到了线路节能的目的。 提高系统的功率因数 提高系统的功率因数，减少无功在线路上传输，以达到节能的目的。 为什么常提到负荷平稳的电动机可采用就地补偿，因为负荷变动时电机端电压也变化，使电容器没有放完电又充电，这时电容器会产生无功浪涌电流，使电机易产生过电压而损坏。因此，断续负载，如电梯、自动扶梯、自动步行道等不应在电动机端加装补偿电容器；另外，如星三角起动的异步电动机也不能在电动机端加装补偿电容器，因为它起动过程中有开路闭路瞬时转换，使电容器在放电瞬间又充电，也会使电机过电压而损坏。 在民用建筑中应改变电容器集中安装的做法，对容量超过10KW的风机、水泵、传送带等电动机端设置就地补偿装置，空调主机及冷冻泵等常在其附近设专用变配电所，可以集中补偿，但若供电距离超过20m时也最好采用就地补偿。 电动机就地补偿装置的接线有二种方式，一是并接在热元件的一次线后，热元件的整定电流应按补偿后的电机工作电流计，这种接线适合新安装的电机；另一种是装补偿电容器在接触器主接点之后，热元件一次线圈之前，热元件的整定电流就不计补偿的影响，这适合于进行改造的电机接线，这样做可使电容器与电动机一起投切。 处理好上述三部分，即减少自然无功、无功补偿及补偿装置的安装地点，就可以实现合理的选择无功补偿方式而达到节能的目的。 照明部分的节能 因为照明用量大而面广，因此，照明节能的潜力很大，应从下列几方面着手： 采用高效光源。白炽灯过去用得最广泛，因为它便宜，安装维护简单，它致命的弱点是发光率太低，因此目前常被各种发光率高，光色好，显色性能优异的新光源取代。表1列出了各种光源每W的光通量�Lm�。从表中可以看出低压钠灯和高压钠灯的发光率最高，但由于色温低，光色偏暖，显色指数在40～60之间，颜色失真度大，只能在路灯或广场照明用，其中显色指数在60的高显色性钠灯可与汞灯组成混合灯，用于工厂及体育馆照明，这也是量大面广的照明部分；发光率很高的金属卤化物灯，三基色荧光灯及稀土金属荧光灯，由于色温范围广，自3200K～4000K，光色选择性好，显色指数又高，可达80～95，颜色失真度小，尤其金属卤化物灯对人的皮肤显色性特别好，因此除用作商场、展厅的照明外，还广泛用在车站的候车室、码头的候船室、航空港的候机楼以及舞台的灯光照明等；一般荧光灯及稀土金属荧光灯可用在写字楼、住宅的照明；荧光高压汞灯、自整流高压汞灯、钠灯及三者组合的混光灯常用于生产厂房的照明。尽量不用或少用白炽灯，只有在局部艺术照明或防止高频光谱照射的古董字画照明中才使用，虽然它光色好，显色指数最高，但达不到节能的目的。 建筑物尽量利用自然采光，靠近室外部分的建筑面积，应将门窗开大，采用透光率较好的玻璃门窗，以达到充分利用自然光的目的。凡是可以利用自然光的这部分的照明，可采用按照度标准检测现场照度，进行灯光自动调节。 对气体放电灯，采用灯光无级自动调节，即调节灯丝从而达到调光的目的。但其代价太高，每套36W的灯管需要增加2000元～3000元的投资，而节省下来的电能，其电价是有限的，因为这仅在白天日照强时（一般在上午10时到下午3～4点钟 这段时间内）可减少一点人工照明，每支灯充其量节能25％，每天按12小时计，每年按365天计，则节省运行费用： m＝36×0．25×12×365×0．78×10－3＝30．7元 所以增加控制的投资需要2000～3000／30．7＝65～97年才能回收，这是没有实用意义的。在工作照明中采用这种调光方案是不可取的。它只适宜用于特殊条件下，如气象台、导航站等小面积控制室，要求室内的照度与室外自然光自然协调的环境，才可采用这种调光设备。另外，这种调光设备用于稀土金属荧光灯，其频闪效应使人眼不易接受。对于可以充分利用自然光而且需要调光的场合，可采用分组分片自动开停的控制方案，虽然会有突变过程，但不会影响视力，也不会影响人的情绪，是可取的方式。 对长期需要开停，但又要按人流的多少自动调整照度的场合，在增加投资不多的情况下，对荧光灯可利用调压的方式，固定几级调节，如北京地铁采用澳大利亚的调光设备就是如此。 荧光灯采用调电压调光，其节能效果并不显著。因为，气体放电灯的发光是靠离子在高电压下产生碰撞，达到一定能级而使荧光粉发光，因此光通量并不与电压成正比，电压下降10％，光通量差不多下降30％～40％，电压下降30％，灯会全熄。因此，气体放电灯采用调压方式调光，在实际工程中也很少采用。 照明节能中，除了满足照度、光色、显色指数外，应采用高效光源及高效灯具，对能利用自然光部分的灯具或可变照度的照明采用成组分片的自动控制开停方式，可达到照明节能的效果。 电动机在运行过程中的节能 在建筑电气中的电动机都是与暖通、水道、建筑等工种的设备配套的，由设备制造厂商统一供应的。因此，其节能措施只能贯彻在运行过程中，除了上述的用就地补偿电容器以减少线路由于输送超前无功而引起的有功损耗外，还应减少电机轻载和空载运行。因为，在这种情况下，电机的效率是很低的，消耗的电能并不与负载的下降成正比。采用变频调速器，使其在负载下降时，采用变频的方式，自动调节转速，使其与负载的变化相适应。采用这种方式，可提高电机在轻载时的效率，达到节能的目的。但是，这种设备的价格仍偏高，因此在应用中受到一定的限制。另一种节能方式是采用软起动器，软起动器设备是按起动时间逐步调节可控硅的导通角，以控制电压的变化。由于电压可连续调节，因此起动平稳，起动完毕，则全压投入运行。此设备也可采用测速反馈、电压负反馈或电流正反馈，利用反馈信息控制可控硅导通角，以达到速度随负载的变化而变化。它可用在电动机容量较大，又需要频繁起动的设备，以及附近用电设备对电压的稳定要求较高的场合。因为它从起动到运行，其电流变化不超过三倍，可保证电网电压的波动在所要求的范围内。但它是采用可控硅调压，正弦波未导通部分的电能全部消耗在可控硅上，不会返回电网。因此，它要求散热、通风措施完善。其价格比变频器便宜，在水泵系统中的大容量电动机的控制设备中可以应用。 民用建筑的节能潜力很大，应在设计中精心考虑。但是在选用节能的新设备上，应具体了解其原理、性能、效果，从技术、经济上进行比较后，再选定节能设备，以达到真正节能的目的。
建筑节能技术中太阳能的应用论文
摘要： 在建筑行业飞速发展与人们生活质量不断提升的背景下，清洁性能源—太阳能在现代建筑中得到广泛应用。鉴于此，本文主要结合太阳能的技术特征和应用优势，具体探讨了太阳能在建筑节能方面的应用方式，旨在缓解当前能源短缺的紧张局面，不断丰富现代建筑节能技术内容，从而营造节约型社会。
关键词： 建筑节能技术；太阳能；优势；应用
环境污染和能源短缺是全世界目前面临的重要挑战，严重限制了社会与经济的可持续发展。在人们生活质量逐渐提升的背景下，加剧了对建筑能源的耗费。现代建筑行业的发展方向，在于及时发现新能源，并应用到建筑节能设计中。而太阳能作为可再生能源的一种，在现代建筑节能设计中得到尤为广泛的应用。
1太阳能技术的特征、应用优势及必要性
太阳能技术特征
太阳能属于新型能源、可再生能源的一种，具备其他能源无法相比的功能特征。
1）普遍性。我国的太阳能资源较为丰富，国土面积中有2/3以上的年日照量超出2200小时，可以实现对太阳能资源的最大化利用[1]。
2）无污染。石油与煤炭等不可再生能源在燃烧过程中，容易形成废渣与有害、有毒气体，对环境造成严重污染。而太阳能资源的利用，不会对环境造成污染，也不会形成有害气体。
3）安全性。核能发电一旦出现安全事故，则会对环境造成严重污染，形成生态环境危机。而太阳能发电则全然不同，其可靠性与安全性不会对环境造成污染。
4）取之不尽，用之不竭。太阳内部通过裂变而释放出的能量，属于太阳能。在漫长的11亿年发展进程中，太阳对自身能量的消耗不超过20%[2]；因此，相对于人类短暂的生活年限而言，太阳能资源是取之不尽、用之不竭的。
太阳能的应用优势
1）能源蕴藏的丰富性。通过相关专家研究发现，太阳在漫长的11亿年间，只消耗了自身能源的20%左右。同时，太阳能资源在地球中的供应，可以保证几十亿年的使用或者更久，具备取之不尽且用之不竭的特征。
2）广泛的适用空间。太阳能资源的应用不会受到地域因素的制约。在地球任何地方都可以开发应用太阳能，不需要进行运输，为交通状况落后的农村、山区等提供了较大便利性。而我国处于地球北半球的东部，蕴藏的太阳能资源较为丰富。
3）使用的安全性与环保性。太阳能作为清洁能源的一种，在使用过程中存在较大便利因素。在利用与开发太阳能的过程中，不会形成有害气体、废渣、废水等，同样不会产生噪音污染，可以实现对生态环境平衡的维护，并降低环境污染。
太阳能应用于建筑节能技术中的必要性
在改革开放逐渐深入的背景下，人们的生活质量得到飞速提升，实现了对热水淋浴设备的广泛应用。在建筑能源消耗中，生活热水的能源消耗占据较大比重；由于煤气热水器、电热水器对煤炭与石油资源的消耗过大，面临能源短缺的紧张现状。而太阳能热水器属于我国建筑行业当前最为成熟完善的技术，可以切实解决居民住宅中对部分生活热水的利用问题。
2太阳能在建筑节能技术中的实际应用分析
太阳能空调方面
太阳能空调，主要是以太阳能为动力源，实现空调的正常运转；其工作原理主要分为两个方面，即吸收式制冷技术与吸附式制冷技术。
1）吸收式制冷技术。能够借助于吸收剂的蒸发与吸收功能，进行制冷工作。依据吸收剂的差异性，具体包括溴化锂—水吸收式制冷与氨—吸收式制冷两个方面；主要利用太阳能集热器对太阳能进行收集，形成热空气和热水，实现太阳能热空气或太阳能热水对锅炉热水输入制冷机的替代，进一步展开制冷工作。考虑到造价、工艺与效率等因素，需要保证制冷机尺寸的合理性，不可以过小。因此，吸收式制冷技术的太阳能空调系统，在中央空调中得到普遍应用，其规模相对较大。
2）吸附式制冷技术。通过固体吸附剂对制冷剂形成的吸附作用进行制冷，对分子筛—水以及活性炭—甲醇吸附质制冷技术的应用较广泛。由上述论述可知，在建筑节能技术不断成熟完善的背景下，太阳能空调在建筑节能工程中发挥着尤为关键的影响及作用。
太阳能热水器方面
在人们的日常生活中，对太阳能热水器的应用较为普遍，可以通过太阳能热水器获取相应的生活热水。对太阳能热水器的充分利用，能够有效缓解建筑能源的短缺局面，最大限度节约建筑能源[3]。比如，某一居民住宅区将太阳能供热系统安装在中央热水系统中，对小区内4栋住宅建筑与1栋写字楼的热水进行供应。在安装工作完成后，日出水量较稳定，通过对太阳能热水器的应用，该小区在1年以内节约了10万元左右。
太阳能发电方面
利用太阳能电池，光伏发电可以借助半导体界面具备的光生伏特特点，实现光能向电能的直接转变。在串联太阳能电池之后，展开封装保护工作，可以组成大面积的太阳能电池构件，并结合功率控制设备构成光伏发电装置。光伏行业方面要结合自身丰富的发展经验，适当扩大生产量与生产规模，并降低成本。其中，发电成本需要具体参考经济使用年限、整体系统价格、利率、运行费用与维护、保险费用等因素，对成本造价进行合理预算。现阶段，我国现代居民住宅区内部的工程照明系统，选用太阳能发电为辅助性电源。通过太阳能发电，在一定程度上实现了对能源消耗量的降低，同时降低了太阳辐射能带来的影响，实现了对生态环境的优化与保护。此外，太阳能热发电内容主要是将太阳辐射能直接转变为热能，然后利用热能进行发电，在建筑节能技术方面同样得到广泛应用。
太阳能沼气技术方面
太阳能的转换形式丰富多样，其中，植物秸秆属于重要的转换形式之一。通过生物质实现对建筑物的照明活动与供暖活动，构建了集成太阳能恒温沼气池系统，可以视为太阳能在现代建筑节能技术中的应用手段之一[4]。太阳能沼气技术在我国农村得到普遍应用，其工作原理体现在：通过部分太阳光线进行的加热与加热发酵。分析发酵过程发现，可以展开连续工作且具备一定规模的发酵池，极少需要采用辅助加热措施。所以不难发现，现代太阳能沼气技术的功能优势，不是采光与加热功能，而是较小的土建工程，并且构建成本不高。通常在照明、炊事、保鲜、储粮以及发电等多方面的生产与生活活动中，沼气的应用较为普遍。一般的沼气池为6立方米，每天可以生产出立方米左右的沼气，同时每立方米的沼气等同于原煤的公斤，可以实现对水的煮沸，充分满足1个家庭1天之内的'生活用水量。此外，沼气还可以进行照明工作，每一立方米的沼气可以将一盏沼气灯的照明时间保持在6h范围内。由太阳能在建筑节能技术中的应用可见，建筑物能源的消耗比重过大，尤其是照明、供暖以及空调方面对能源的消耗比重最为明显。在现代建筑节能设计中对太阳能技术的应用，在降低能源消耗的同时，可以实现对生态环境的保护。将太阳能技术应用在供电、供暖以及照明等活动中，有助于改善现代人们居住的生活环境，如对排放温室气体而形成的“热岛效应”的改善。
3结束语
综上所述，在现代建筑节能工作中，太阳能技术已经成为建筑节能的关键所在。尽管目前对太阳能的利用依然停留在热水设备阶段，在光电转换过程中依然存在高成本、低效率的问题。通过国家方面对建筑节能环保工作的大力支持，充分借助太阳能资源巨大的功能优势，可以有效改善这一现状。同时，建筑节能是现代科技进步的关键标志，太阳能资源的高效利用在推动建筑行业可持续发展方面发挥着关键作用，需要相关领域的专业人才不断完善新型的太阳能利用方案与技术、产品等，严格遵循“因地制宜”的原则合理应用太阳能，从而为建筑物可以大规模使用太阳能资源提供可靠保障。
参考文献
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[4]李金平,马思聪，刁荣丹等.新型农村绿色建筑的构建与能耗分析[J].中国沼气,2012,30(6):28-32.
浅谈建筑节能绿色环保技术的应用论文
摘要： 环保是全球当前所关注的主要问题，全民参与环保已经成为当前主要公益话题。建筑与人们生活息息相关，也是对环保事业具有重要影响的其中一个领域，绿色建筑是当前建筑领域的核心导向，如何应用环保能源以及绿色材料替换传统建筑材料或建筑模式是当前建筑企业需要关注的首要问题。随着现代科技的快速发展下，多种绿色能源以及环保材料得以出现，而将这些能源与材料应用到建筑中，将会有效推动绿色建筑的发展进程。本文对当前建筑节能绿色环保技术的应用状况加以总结，并分析其未来发展前景。
关键词： 建筑；节能绿色环保技术；应用现状
1前言
建筑事业的发展深受经济以及社会文化发展的影响，在当前全球大力发展环保事业的大背景下，建筑事业也必将受到影响，向绿色环保建筑方向发展。建筑物在建筑过程中首先占据了大量的土地资源，其次在设计过程中大量的应用玻璃等材料严重影响环境，为此，大力推动建筑领域的绿色环保化进程，对全球环保事业的发展具有重要意义。下文中将对绿色环保技术概念以及绿色环保在工程中的应用价值进行阐述，同时总结当前建筑领域环保技术的应用状况，并提出环保技术在建筑中应用的发展前景。
2节能绿色环保技术概述
节能绿色环保技术在大方向来讲是基于节能、保护生态环境等原则所开发的多种技术。在全球环保的大背景下，节能绿色环保技术得到大力开发，并广泛的应用在各个领域，而其中建筑领域便是其中之一。就建筑领域而言，绿色环保技术所指的是工程项目建设过程中，在确保工程质量的基础，不断提升工程管理水平，引进先进技术以及建筑工艺，实现节能、环保的目的。在近几年环保政策的全面落实下，提出了绿色建筑要求，绿色建筑具体所指的是确保整个工程建筑能符合到节能、节水、节电等要求[1]。
3节能绿色环保技术在工程中应用的必然趋势
建筑领域的环保主要展现在对建筑材料的合理应用以全新建筑能源的开发利用方面，由此提升建筑材料的可利用率，减少建筑材料的资源浪费。建筑工程施工期间，工程周围垃圾任意堆放成为普遍现象，严重影响周边环境，针对此，在工程施工过程中引进绿色环保技术能够有效提升工程施工效率，缩短工期，减少工程垃圾的产生量，同时减少施工对周边环境的影响周期。另外，传统工程建设中会应用到大量的玻璃或其他影响自然环境的材料，而引入绿色环保材料或建造技术则能够减少这种不利于环保的建筑材料应用量。无论给予何种方向的考虑，绿色建筑都将是建筑领域发展的必然趋势[2]。
4节能绿色环保技术在建筑中应用现状
外墙保温工程中节能技术的应用
外墙保温节能技术是在建筑物的外墙设置保温层，由此达到节能功效。外墙保温技术具有一定的连续性，由此能够规避传统墙体常见的断桥现象，同时，外墙保温技术所应用的聚苯板导热系数相对较小，能够减少工程室内热度的损失。另外，外墙保温技术的应用能够减轻墙体的重量与厚度，由此增加了建筑的可应用面积。外墙保温技术参与到建筑中，不仅不会影响到整个建筑的`质量，反而由于其增加的蓄热功能提升了建筑物的舒适度[3]。
建筑工程中光电、光热节能技术的应用
在建筑中应用的光电与光热技术主要是光电节能技术与光热节能技术，而应用能源主要来自于太阳能的转化，将太阳能转化为可利用能源，提供建筑所需的热能与电能。光电与光热节能技术的应有优势在于太阳能属于可再生资源，这种能源的可持续应有性较强，且不存在任何危害，适合长久应用，在提供便利能源的基础上实现建筑物的节能功效。另外，太阳能不需要进行运输或繁杂的转化过程，可直接在建筑物设置转化装置，便能够实现太阳能的应用，减少了过程费用。但是，值得注意的是太阳能随着季节的变化以及地区因素不能够长期维持在一个平衡的量上，属于阶段性应用能源，还具有一定的未来开发潜力。
建筑工程中地源热泵节能技术的应用
地源热泵也就是常被称之为地热的一种制冷与供热技术。地源热泵技术的应用能够为建筑物在冬季提供暖气供应，在夏季提供制冷功能，实现对建筑物的智能调节，具有一定的现实意义，也是当前建筑物中比较常见的应用技术。地源热泵技术在建筑中的应用优势在于，所占面积小、布局紧凑等。同时地源热泵节能技术的应用能够防止建筑物地面沉降问题的出现，而此项技术当前发展已经成熟，施工也较为简单，能够提供长期稳定的热能与制冷供应。
5节能绿色环保技术在建筑中应用发展前景
环保节能是当前社会发展所面临的首要问题，减少资源浪费、提升各种资源的可利用率、加强环保能源与材料的开发等。在环保这一大背景下，建筑行业作为主要领导产业必然需要作出带头作用，为环保事业的发展作出一份贡献。就绿色环保技术的应用来讲，在建筑工程中具有较大的发展潜力，建筑绿色化这一概念的提出，必然会涉及到建筑模式以及材料应用的改革，而改革过程中势必会涉及到环保能源以及环保材料的应用，基于此，环保技术在建筑领域中具有较大的应用价值以及发展前景。
6结论
综合上文所述，在环保这一大背景下，绿色建筑成为未来发展的必然趋势，环保建筑或绿色建筑的实现，将涉及到大范围环保新能源的应用。当前建筑工程中常见的环保技术包括外墙保温工程中节能技术、中光电、光热节能技术、地源热泵节能技术等，在多种绿色环保技术的应用下，推动了绿色建筑的发展进程，而远观未来这一概念也必将成为主流发展方向。
参考文献：
[1]杨燕,陈丽芳.几种主要建筑节能技术的发展现状和应用前景[J].祖国，2016,02(16):134.
[2]刘鑫.建筑节能绿色环保技术的应用现状与发展[J].建设科技,2016，06(11):104～105.
[3]周迎.建筑节能绿色环保技术的应用现状及其发展[J].科技与创新，2016,07(08):29～31.
供热论文参考文献
供热企业供热成本控制问题及对策分析论文
在平平淡淡的日常中，大家都跟论文打过交道吧，论文是学术界进行成果交流的工具。那么，怎么去写论文呢？下面是我帮大家整理的供热企业供热成本控制问题及对策分析论文，仅供参考，欢迎大家阅读。
摘要： 供热企业是为城市提供热力服务的企业，其基本运行状况会对人们的生活产生很大的影响。供热企业属于服务性行业，其与人们的实际生活息息相关，优质的供热服务可提高人们的满意度，满足社会和谐发展的实际要求，从而促进社会的稳定性。新时期，伴随着社会经济的快速发展，供热企业间的竞争变得愈发激烈，为了更好的抓住机遇，促进企业的长足发展，应加强对供热企业成本内控工作的重视。对此，本文就供热企业供热成本控制存在的问题及对策进行了相关的分析与研究。
关键词： 供热企业；成本；控制；问题；
目前，诸多供热企业不重视成本内控工作，单纯认为提高供热温度就是确保供热质量，并未考虑人民群众的实际需求，导致成本投入增加，这样不仅不会获得人民群众的满意度，还会让企业产生一定的资金负担，也与当前节能减排的社会发展主题不相符。对于此类问题，应实现企业成本内部控制的不断优化，既可控制成本的投入，还能提高企业管理水平，降低企业的经营成本，能大大提高企业的经济效益，从而促进企业的可持续发展。
一、供热企业成本内部控制存在的问题
(一)对成本内部控制不够重视在改革开放前，供热企业大部分是事业单位，然而，伴随着社会进程的不断推进与时代变革，诸多私营供热企业不断衍生，一些传统的供热企业由于竞争，危机预警意识淡薄，还单纯的认为成本内控工作并无实质性的意义，久而久之，是会被社会所淘汰的。另外，由于供热企业员工无法正确认知成本内部控制工作，导致其在成本内部控制工作方面的积极性不强，会严重影响工作效率，从而影响企业成本内部控制工作的顺利开展。
(二)成本内部控制体系不健全当前，我国诸多供热企业都未构建相对完善的成本内部控制体系，且管理层也未构建专门的内控部门，开展内部控制工作的员工工作缺乏独立性，不利于成本内控工作的高效开展。另外，由于供热企业在成本内控工作方面的权责划分不明确，把一系列的财务工作全部归入到财务部门，这样企业工作人员会认为成本内控仅仅是财务部门对资金的管理与控制，和其它部门没关系。而从实际情况来看，企业成本内控工作不光是企业财务部门对资金的控制与调节，还要求各部门进行共同配合，还要对企业的共享资源、设备等进行成本管控。此外，企业内部控制体系缺乏相关的监督机制，这样一旦发生问题，不能及时发现财务问题，不利于企业成本内控工作的高效开展。
(三)成本内控目标不够明确与其它行业不同，供热企业是社会公用型事业，是社会的基础设施，然而，供热企业也具有一定的盈利性特点，因此，供热企业应明确自身成本内控的目标，而降低成本、提高经济效益的重要前提则是确保热力的服务质量。由于诸多供热企业考虑问题不够全面，且目标建立不够明确，使得管理人员由于过度追求效益最大化而违背了供热企业效益获取的重要前提，若供热质量不够，会引起群众的不满，满意度会大大下降，不能满足群众的实际需求，不利于供热企业在竞争激烈的市场环境中驻足。
二、供热企业成本内部控制问题的相关对策
(一)纠正错误的成本控制理念为从根本上做好企业成本内部控制工作，处理好内控问题，应先从思想与理念角度出发，及时纠正以往错误的成本控制理念，其可为供热企业的资源调配与优化提供正确的指导。具体来讲，纠正成本控制理念就是要求供热企业要把成本内部控制视为供热企业资本周期循环系统的重要组成部分，且成本纠正要处理好企业经济效益与社会效益间的关系。此次实践的要点主要归纳为：
其一，成本管理人员需要根据目前供热企业的实际情况，分别从热力供应、生产材料加工与原材料购置等方面开展成本分析，还要强化对供热成本调控方法和调控强度关系的有效分析。
其二，在遵守国家热力资源供应要求的基础上，通过科学的社会数据调查与统计方法，合理分析具体的供热需求，以科学调整企业的投资成本，确保区域内热力工应强度可以满足客户的实际要求。
其三，在控制项目成本时，最好采取综合分析的视角来整合成本调节方式，对于单方面效益满足问题予以规避。在该环节所涉及到的成本控制理念问题，首先要从供热成本角度来寻找合理的问题处理对策，还要从成本控制所产生的社会价值角度来探索问题，此种成本控制理念调节方法，是成本控制的重要前提。
(二)构建更为完善的成本内控体系企业必须要不断提高成本内控工作的专业性与独立性，要赋予相关人员一定的权利，以确保成本内控人员不会受到其他部门管理者的束缚与制约，可确保成本内控工作可以顺利而高效的开展。为确保成本内控工作的高效实施，供热企业应建立完善的成本内部控制制度，在成本内控制度之下设置责任机制、惩处机制等等，以便让成本内部控制工作可以做到有章可循、有法可依，是确保成本内控工作规范开展的重要途径。
(三)提高成本内控水平，实现业务的不断创新为获取更高的经济效益，促进供热企业的长足发展，供热企业应先不断提高自身的财务管理水平，加强对企业财务的有效管理，而财务部门则要立足于企业发展实际，合理控制企业成本。与此同时，应充分明确供热企业的发展目标，要充分意识到企业获取经济效益的重要前提就是可以为人民群众提供良好的供热服务，以此为前提，不断提高供热企业的'成本内控水平，实现企业业务的不断创新，促进资源的合理化配置，从而降低企业的基本运营成本。例如，在采购供热原材料时，企业需要多制定几套采购方案，可通过组会评选得出最佳方案。
(四)强化对成本内控人才的培养，提高人才整体素质供热企业需要加强对成本内控工作的有效重视，让内部员工能够正确认识到成本内控的重要性，能充分调动起员工的责任心与使命感，让员工可以积极的参与到内控工作中。供热企业应定期开展内控人员专业技能培训活动，特别是对内部控制信息化系统部分的训练，结合我国的实际情况与企业的发展实况，引入先进的技术与系统，以更好的推进成本内控工作。如果条件允许，企业可安排部门人员到国外开展学习与交流，掌握更加先进而科学的内控方法，从而推动企业的长足发展。
三、结束语
综上所述，为推动供热企业的快速发展，企业必要充分意识到成本内部控制的重要性。因此，企业应把握成本内部控制的关键点，及时更新成本内控理念，建立更加完善的内控制度，配置更加专业化的内控团队，是提高成本内控水平的重要途径。
四、参考文献
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[3]谢国华.当前时期下供热企业成本内部控制存在的问题及对策研究[J].现代国企研究,2016.
[4]单素娟.浅谈供热企业在成本控制方面的问题与对策[J].科技经济市场,2015.
张新世
（中原石油勘探局勘察设计研究院）
论文摘要：本文介绍了地源热泵的概念及工作原理，随后详细地论述了地源热泵的特点，和地源热泵在我国发展的限制条件，并介绍了地源热泵在国内使用情况及发展前景，最后鲜明地指出地源热泵技术是目前对人类最友好最有效的供热供冷技术。
1 地源热泵的概念和工作原理
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（包括地下水、土壤和地表水）即可供热又可供冷的高效节能空调系统。利用逆卡诺循环，通过输入少量高品位的电能，实现低品位热能向高品位热能转移。热泵一般有蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀四部分组成。
地源热泵的工作原理是：在夏季，热泵机组将建筑物中的热量取出，转移释放到地层中；在冬季，则从地层中提取热量，向建筑物供热。通常地源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。
2 地源热泵的特点
我们知道在地球表面以下一定深度的地温全年相对恒定，地源热泵利用浅层地热作为冷热源，这样就排除了环境因素的影响，与其它供热供冷系统相比，具有以下显著特点。
利用的是可再生能源
地源热泵在夏季吸收建筑物散发的热量并在浅层地下保存起来，一部分热量在冬季供建筑物的采暖，另一部分热量则直接散发到空气中。就全年来说，建筑物利用浅层地热的热量或冷量大体是相等的。所以说，地源热泵利用的是可再生能源。
高效节能
由于地源热泵的热源温度全年一般为10～22℃，冬季供热时，水体温度比环境温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。夏季制冷时，水体温度比环境温度低，冷却效果提高，机组效率也提高。水源热泵的制冷制热系数可达以上，与传统的空气源热泵相比，高出40%左右，其运行费用仅为普通中央空调的50%～60%，与电热锅炉和电热膜供热相比，节约70%左右的电能。
环保效益显著
水源热泵运行时，需要的仅仅是水源水的热量或冷量，水质不发生任何变化，也不产生任何污染，不耗水、排烟，不产生灰尘，仅仅消耗少量的电能。
从耗电方面来说，节能就是环保。使用水源热泵导致的污染物排放，比空气源热泵减少40%，比电锅炉减少70%。虽然地源热泵也使用制冷剂，但比常规空调减少25%的冲灌量。地源热泵在工厂内整装密封完好，不会像分体空调那样安装时易产生泄漏。
一机多用
一套地源热泵就可以实现供热、供冷和生活热水供应。即用一套设备可以代替原来的锅炉加空调两套系统，所以一次性投资仅是传统供热制冷的50%～70%。特别是在夏季供冷时，可以利用热泵产生的费热，免费为用户提供生活热水。所以，地源热泵特别适用同时有供热供冷和生活热水供应的建筑。
节省土地资源
水源热泵除主机和循环水泵外，没有其它安装设备。与锅炉房相比，省去了水处理间、风机间、烟囱、煤场和渣土场，节约了土地资源。
运行稳定可靠、使用寿命长
由于地源热泵的水体温度稳定，与空气源热泵相比，免除了结霜和除霜的影响。热泵的运转部件少，基本上不需要维修，运行稳定可靠，使用寿命可达20年左右。
自动化程度高
地源热泵一般是全电脑控制，可根据外部负荷的变化，调整压缩机的工作数量，并设有压缩机超温保护、断水保护等多种保护措施，可实现无人值守。
3 地源热泵供热系统的组成
地源热泵工程一般有地源水系统，热泵机房和末端风机盘管散热系统三部分组成。根据地源换热系统的形式又分为开式环路系统和闭式环路系统。
开式环路系统是将水从水井（包括湖泊和河流）中抽出，送入热交换机组进行热交换，提取热量或冷量后的水再回灌到水井中。开式环路系统用水一般只进行简单的水处理，会引起换热器表面结垢。开式系统是目前地源热泵应用的主要形式。
闭式环路系统又分为立埋式环路系统和平埋式环路系统。它是通过埋在地下的聚乙烯管环路与土壤进行热交换。通常适合安装在别墅等场地较大的建筑物。
4 地源热泵的限制条件
地源热泵被专家们称之为目前可用的对人类最友好最有效的供热供冷形式，近几年在研究和应用上得到了迅速发展，但由于受到以下客观条件的限制，这项技术的应用尚不普遍。
宣传认识不足
地源热泵技术虽然受到热暖专家的推崇，但是要获得在工程中的普遍应用，需要各阶层领导特别是工程主管领导的认可。由于这项技术是近几年随着我国能源战略的调整才发展起来的，甚至部分热暖技术人员，也存在认识不足的现象。所以，要获得社会的认同还需要加大宣传力度。
政策力度不够
我国《节约能源法》中，对热电联产和集中供热技术鼓励和发展，而对综合能源利用率是其2倍的地源热泵技术，至今还没有鼓励发展的明确条文。
水源条件的限制
对于开式环路地源热泵系统是否有充足的水源，以及当地的地质土壤条件是否能保证尾水的回灌顺利实现是地源热泵应用的前提条件。一般来说，用于小区供暖时，建筑容积率要≤1。对于闭式系统，受当地地质条件是否适合埋管和是否有足够的场地埋管等环境条件的限制。
埋管系统换热计算理论不成熟
对于地源热泵机组和末端风机盘管散热系统目前技术已相当成熟。对开式系统，当地水利部门对水源情况也相当了解；而对埋管系统，目前土壤埋管换热计算理论还不成熟，设计落后于工程应用，这就使工程质量难以保证，并使该项技术的广泛应用受到限制。
受当地水利部门政策的限制
我国南方水源充足，而北方大部分地区水源缺乏，为保护有限的水资源，每个地方政府都制定了当地的水资源使用法规。虽然地源热泵系统并不消耗水也不污染地下水，但需要大量的水作热载体。有些地方部门对取水和回灌水进行双重收费，使地源热泵的节能效果不能够充分体现，这就限制了该项技术在这些地区的发展。
5 地源热泵的应用
国外应用情况
地源热泵在日、韩、美和中、北欧应用较为普遍。据1999年的统计，在住宅供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士96%，奥地利38%，丹麦27%。美国1998年地源热泵系统在新建筑中占30%，且以10%的速度稳步增长。其中最著名的地源热泵工程有肯塔基州刘易斯威尔的滨水区办公大楼，服务面积×104m2，每月节省运行费用25000 美元。随着该项技术的应用发展，其组织的研究也迅速发展。据有关资料介绍，日本国研究出的高温水地源热泵，出水温度达到80～150℃，且其制热系数COP高达。
国内应用情况
天津大学热能研究所的吕灿仁教授在1954年就开展了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵机组。目前多家大学和研究机构都在对水源热泵进行研究。
国内较早生产水源热泵的厂家有清华同方人工环境设备公司和山东海洋富尔达，产品都已系列化。目前热泵机组出水温度已达65℃，制冷系数COP可达。目前国内较典型的用户有沈阳东北电力住宅小区，服务面积8×104m2；北京友谊医院服务面积×104m2，全年节约采暖和供冷运行费用约9元/m2。
中原油田钻井三公司办公楼水源热泵示范工程是我局第一个地源热泵系统。选用钻井综合工程处与清华大学联合研制生产的ZYRB240 型热泵机组2台，服务面积6000m2。该项工程的成功实施必将为地源热泵在中原油田的推广应用起到有力的推动作用。
6 地源热泵的发展前景
符合政府有关部门的要求
地源热泵高效节能，环保效益好，符合我国的能源政策和环境保护政策，热泵技术的综合能源利用率约为120%～180%。所以国家把热、电、冷联产技术作为鼓励发展的通用节能技术促进了地源热泵技术的发展。
符合业主的利益
由于地源热泵即可供热，又可供冷。一套系统可以代替原来的两套系统，投资少。且地源热泵占地少，运行成本低，管理方便，这些都符合业主的根本利益。
符合用户的利益
地源热泵供热费用燃煤集中锅炉房供热费用的一半，夏季供冷费用约为冷水机组的60%，这就减少了用户供热供冷费用的支出，符合用户的切身利益。
适用地区范围广
冷水机组只能用于夏季供冷，风冷机组只适用于长江流域的供热供冷，而地源热泵除即无可利用地下水又不能埋管的极少数地区外，适用于其它绝大多数地区。
应用范围不断扩展
地源热泵不仅在建筑采暖和供冷方面得到迅速发展，目前在化工、食品、造纸、农业、冶金、木材干燥、制药等行业中也得到了｀广泛应用。据预测2000年这些行业应用地源热泵1200多台，且发展势头强劲。
综上所述，地源热泵技术以其独有的优点，近几年在国内得到迅速发展。随着我国能源结构政策的调整，我国以燃煤锅炉采暖和空气源热泵供冷的传统形式会被更加高效的地源热泵所取代。随着地源热泵技术的研究和发展，它比将成为21世纪最普遍最有效的供热供冷技术。
参考文献
［1］刘兴中.水源热泵系统介绍.2001
［2］吴展豪.地源热泵空调系统.2001
注：本文引至全国油区城镇地热开发利用经验交流会论文集，冶金工业出版社，2003
介绍有关空气源热泵产品的机型、性能、报价及应用场景