促進可再生能源的開發(fā)利用，改善能源結(jié)構(gòu)，保護環(huán)境，實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)成為我國一項基本國策。地源熱泵系統(tǒng)作為可再生能源應(yīng)用的主要途徑之一，地源熱泵技術(shù)作為一種新型的綠色高效能源技術(shù)近幾年在我國發(fā)展迅速,在諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)在隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，公共建筑和住宅的供暖和空調(diào)已經(jīng)成為普遍的要求。作為中國傳統(tǒng)供熱的燃煤鍋爐不僅能源利用率低，而且還會給大氣造成嚴(yán)重的污染，因此在一些城市中燃煤鍋爐在被逐步淘汰，而燃油、燃氣鍋爐則運行費用很高。地源熱泵就是一種在技術(shù)上和經(jīng)濟上都具有較大優(yōu)勢的解決供熱和空調(diào)的替代方式。

地源熱泵技術(shù)綠色、環(huán)保的性質(zhì)已經(jīng)得到了全球許多國家的肯定和認(rèn)可。它在全球的覆蓋率已經(jīng)占據(jù)了40%，例如美國、瑞士、奧地利、丹麥等科技水平和生活水平極高的國家，都在使用這類產(chǎn)品，那么地源熱泵技術(shù)到底是何方神圣呢？也許說到地源熱泵人們就想到了空調(diào),是的,這兩者似乎從誕生之日開始就已經(jīng)息息相關(guān)了。兩者一定要分個差別出來,那就是不得不提到地源熱泵技術(shù)了,在國外,特別是歐美市場,地源熱泵技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的非常成熟了,美國還在1998年為此頒布了相關(guān)法律,可見地源熱泵技術(shù)的重要性。

地源熱泵技術(shù)是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源既能供熱又能制冷的高效節(jié)能環(huán)保型空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源，即可實現(xiàn)能量從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩吹霓D(zhuǎn)移。在冬季，把土壤中的熱量“取”出來，提高溫度后供給室內(nèi)用于采暖；在夏季，把室內(nèi)的熱量“取”出來釋放到土壤中去，并且常年能保證地下溫度的均衡。

在我國《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)》（GB50155-92）中，對“熱泵”的解釋是“能實現(xiàn)蒸發(fā)器和冷凝器功能轉(zhuǎn)換的制冷機”；在《新國際制冷詞典（NewInternationalDictionaryofRefrigeration）》中，對“熱泵”的解釋是“以冷凝器放出的熱量來供熱的制冷系統(tǒng)”。可見，熱泵在本質(zhì)上是與制冷機相同的，熱泵（制冷機）是通過作功使熱量從溫度低的介質(zhì)流向溫度高的介質(zhì)的裝置，它們的區(qū)別只是運行工況不同。其工作原理是：由電能驅(qū)動壓縮機，使工質(zhì)（如R22）循環(huán)運動反復(fù)發(fā)生物理相變過程，分別在蒸發(fā)器中氣化吸熱、在冷凝器中液化放熱，使熱量不斷得到交換傳遞，并通過閥門切換使機組實現(xiàn)制熱（或制冷）功能。在此過程中，熱泵的壓縮機需要一定量的高位電能驅(qū)動，其蒸發(fā)器吸收的是低位熱能，但熱泵輸出的熱量是可利用的高位熱能，在數(shù)量上是其所消耗的高位熱能和所吸收低位熱能的總和。熱泵輸出功率與輸入功率之比稱為熱泵性能系數(shù)，即COP值（Coefficientof Performance）。

地源熱泵技術(shù)的特點使用電力，沒有燃燒過程，對周圍環(huán)境無污染排放；不需使用冷卻塔，沒有外掛機，不直接向周圍大氣環(huán)境排熱，沒有熱島效應(yīng)，沒有噪音；不抽取地下水，不破壞地下水資源。一機三用:冬季供暖、夏季制冷以及全年提供生活熱水。使用壽命長：使用壽命20年以上，是分體式或窗式空調(diào)器的2-4倍。全電腦控制，性能穩(wěn)定，可以電話遙控，可以進行溫濕度控制和新風(fēng)配送。

地（水）源熱泵機組的工作原理

地（水）源熱泵是利用水與地能（地下水、土壤或地表水）進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)采暖，此時地能為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。具有高效節(jié)能、經(jīng)濟環(huán)保、安全可靠、可自動運行等優(yōu)點。

地源熱泵技術(shù)的可再生、經(jīng)濟有效、環(huán)境效益顯著、一機多用，應(yīng)用范圍廣，系統(tǒng)維護費用低等優(yōu)點也是它可以昂首面對這個世界的前提，隨著綠色、環(huán)保的理念不斷深入，地源熱泵技術(shù)受歡迎程度一定會加深。

地源熱泵與空氣源熱泵比較

空氣源熱泵以室外空氣為一個熱源。在供熱工況下將室外空氣作為低溫?zé)嵩矗瑥氖彝饪諝庵形諢崃浚?jīng)熱泵提高溫度送入室內(nèi)供暖；其性能系數(shù)（COP）一般在2～3。空氣源熱泵系統(tǒng)簡單，初投資較低。空氣源（風(fēng)冷）熱泵目前的產(chǎn)品主要是家用熱泵空調(diào)器、商用單元式熱泵空調(diào)機組和風(fēng)冷熱泵冷熱水機組。

空氣源熱泵的主要缺點是在夏季高溫制冷和冬季寒冷天氣制熱時效率大大降低。此外，其所必需的室外機或冷卻塔對建筑物有一定的影響。空氣源熱泵的制熱量隨室外空氣溫度降低而減少，這與建筑熱負荷需求趨勢正好相反。因此當(dāng)室外空氣溫度低于熱泵工作的平衡點溫度時，需要用電或其他輔助熱源對空氣進行加熱。而且，在供熱工況下空氣源熱泵的蒸發(fā)器上會結(jié)霜，需要定期除霜，這也消耗大量的能量。在寒冷地區(qū)和高濕度地區(qū)熱泵蒸發(fā)器的結(jié)霜可成為較大的技術(shù)障礙。在夏季高溫天氣，由于其制冷量隨室外空氣溫度升高而降低，同樣可能導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。空氣源熱泵不適用于寒冷地區(qū)，在冬季氣候較溫和的地區(qū)，如我國長江中下游地區(qū)，已得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。

地源熱泵系統(tǒng)的分類及其優(yōu)缺點

3.1地下水源熱泵系統(tǒng)(Groundwaterheatpumps,GWHPs)

地下水源熱泵系統(tǒng)也就是通常所說的深井回灌式水源熱泵系統(tǒng)，通過建造抽水井群將地下水抽出，通過二次換熱或直接送至水源熱泵機組，經(jīng)提取熱量或釋放熱量后，由回灌井群灌回地下。

其最大優(yōu)點是非常經(jīng)濟，占地面積小，但要注意打井區(qū)域必須符合下列條件：1.水質(zhì)良好；2.水量豐富；3.回灌可靠；4.符合標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 地下水源熱泵系統(tǒng)示意圖

3.2地下耦合熱泵系統(tǒng)（Ground-coupleheatpumps，GCHPs）

地下耦合熱泵系統(tǒng)也稱埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)，還有另外一個術(shù)語叫Groundheatexchanger，即地下熱交換器地源熱泵系統(tǒng)。這一閉式系統(tǒng)方式，通過中間介質(zhì)（通常為水或者是加入防凍劑的水）作為熱載體，使中間介質(zhì)在埋于土壤內(nèi)部的封閉環(huán)路中循環(huán)流動，從而實現(xiàn)與大地土壤進行熱交換的目的。

3.2.1 水平埋管地源熱泵系統(tǒng)（Horizontalground-coupledheatpump）

對于水平式埋管系統(tǒng)，其優(yōu)點有：安裝費用比垂直式埋管系統(tǒng)低，應(yīng)用廣泛，使用者易于掌握，其缺點有：占地面積大，受地面溫度影響大，水泵耗電量大。

圖3.1 串聯(lián)式水平埋管示意圖

圖3.2 并聯(lián)式水平埋管示意圖

3.2.2 垂直埋管地源熱泵系統(tǒng)（Verticalboreholeground-coupledheatpump）

對于垂直式埋管系統(tǒng)，其優(yōu)點有：較小的土地占用，管路及水泵用電少；其缺點是鉆井費用較高；

垂直埋管地源熱泵系統(tǒng)有一種特殊形式叫：樁基換熱器（或叫做能量樁，Energy Piles），即在樁基里布設(shè)換熱管道。

圖3.3 垂直埋管示意圖

3.3 螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)（slinky ground-coupled heat pump）

3.3.1長軸水平布置的螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)

圖3.4長軸水平布置的螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)示意

3.3.2長軸豎直布置的螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)（盤旋布置埋管地源熱泵系統(tǒng)）

圖3.5長軸豎直布置的螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)示意

3.3.3螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)有一種特殊布置形式叫：溝渠集水器式螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)，也有學(xué)者把它歸到多層水平埋管地源熱泵系統(tǒng)。

圖3.6溝渠集水器式螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)示意

3.2 地表水熱泵系統(tǒng)（Surface-waterheatpumps,SWHPs）

通過直接抽取或者間接換熱的方式，利用包括江水、河水、湖水、水庫水以及海水作為熱泵冷熱源。歸屬于水源熱泵方式。

其優(yōu)點有：在10米或更深的湖中，可提供10℃的湖水直接制冷，比地下埋管系統(tǒng)投資要小，水泵能耗較低，高可靠性，低維修要求、低運行費用，在溫暖地區(qū)，湖水可做熱源。

其缺點有：在淺水湖中，盤管容易被破壞，由于水溫變化較大，會降低機組的效率。

圖3.7地表水直接抽取示意圖

3.8地表水間接換熱示意

2.4單井換熱熱井(Standingcolumnwellheatpumps,SCW)

也就是單管型垂直埋管地源熱泵，在國外常稱為"熱井"。這種方式下，在地下水位以上用鋼套作為護套，直徑和孔徑一致；地下水位以下為自然孔洞，不加任何固井設(shè)施。熱泵機組出水直接在孔洞上部進入，其中一部分在地下水位以下進入周邊巖土換熱，其余部分在邊壁處與巖土換熱。換熱后的流體在孔洞底部通過埋至底部的回水管被抽取作為熱泵機組供水。這一方式主要應(yīng)用于巖石地層，典型孔徑為150mm，孔深450m。

該系統(tǒng)適用于巖石地質(zhì)地區(qū)，該地區(qū)巖石鉆孔費用高，而與巖石直接換熱，大大提高換熱效率，節(jié)省鉆孔、埋管費用。須得注意分析具體地質(zhì)情況，做好隔熱、封閉、過濾、實際換熱量測算等具體工作。

3.9單井換熱熱井示意圖