摘 要： 我国采暖和空调的能耗已占建筑总能耗的55%,炎夏季节多数电网高峰负荷约有1/3用于空调制冷,造成许多地区用电高度紧张,拉闸限电频繁发生。根据住房和城乡建设部2010年的调查情况,我国建筑运行能耗约占全社会总能耗的30%,如我国新建建筑全面执行节能标准,公共建筑能耗将减少50%,抓好建筑节能特别是抓好暖通空调的节能已成当前必要之举。
关键词：地源热泵；暖通空调；冷热源；绿色技术
目前，随着我国的能源消耗量越来越大，地源热泵作为一种能源消耗量极低的一项技术，在很大程度上不仅可以满足群众不同冷暖的需求，而且还具有环保节能的优点，因此，很受广大的群众信赖。所谓地源热泵，它是一种高新的技术，主要是以地能源土壤、地下水及地表水等方式来作为热泵夏季制冷的冷却源和冬季取暖供热的低温热源的系统，同时也是实现采暖、制冷及生活用水的一种系统。与传统的采暖空调方式相比，地源热泵具有环保节能、冷暖热联供、操控方便等优势，对解决公共设施建设中的冷暖热问题具有重要作用，因此，该技术在我国将会有一个不错的发展前景。
一 我国浅层地热能资源概况
从土壤类型和土壤温度看，我国具有丰富的低温环境资源。中国是世界上直接利用地热潜力最大的国家，名列世界第一，原因有2个：一是中国国土辽阔，近地表低温地热资源丰富；二是中国人口众多，采暖和制冷工业的基础相对薄弱，将来需求量无可比拟。
地源热泵技术所利用的能源是常温土壤中的能量，并不需要特殊的地热田或地下热水。它只要有足够进行热交换的浅层土壤（-3.5℃以上的土壤或地下水）就可满足地热泵所要求的技术条件。中国城市中约有30％～50%的建筑物具备此条件。从气候区上看，从寒冷的黑龙江到炎热的海南岛都可使用，尤其南方气候条件是夏热冬暖，需要较多的供热和空调装置。
夏热冬暖地区的土壤特点
土壤属于多孔介质，是由矿物质和有机质构成其固相骨架、水和空气充填其中孔隙的三相体。土壤传输地热的能力及存储热能的能力与土壤的含湿量、地下水的流动有很大的关系。因此土壤的传热是由土壤中固相导热、液相导热及液体对流传热组成。当土壤中富含水分和有地下水流动存在时，土壤总的传热热阻大大减小，使得土壤具有较高的热交换效率。
二、空调热泵的分类及其优缺点
（1）地下水源方式我国目前实际应用的地源热泵工程大部分是利用地下水源方式。事实表明，打井抽水虽然实施地下水回灌，由于循环消耗，仍不可避免的要损失相当一部分水源，加上抽水时虽有过滤网，但一些细纱粒移位或随水一起抽上来，日长月久会破坏地层结构，有些地方在抽水井附近出现了莫名的坍塌。我国一些地方也出现开式地源热泵系统运行短短几个月，就造成回灌通路细纱堵塞甚至无法回灌造成废井的状况。因此，打井抽水在一些城市是受到严格控制甚至禁止的。由于较深的地层中在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度，远高于冬季的室外温度，又低于夏季的室外温度，因此地源热泵可克服空气源热泵的技术障碍，且效率大大提高。此外，冬季通过热泵把大地中的热量升高温度后对建筑供热，同时使大地中的温度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用；同时在大地中蓄存热量以供冬季使用。这样在地源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用，进一步提高了空调系统全年的能源利用效率。
（2）空气源热泵以室外空气为一个热源。在供热工况下将室外空气作为低温热源，从室外空气中吸收热量，经热泵提高温度送入室内供暖。空气源热泵的主要缺点是在夏季高温和冬季寒冷天气时热泵的效率大大降低。而且，其制热量随室外空气温度降低而减少，因此当室外空气温度低于热泵工作的平衡点温度时，需要用电或其他辅助热源对空气进行加热。此外，在供热工况下空气源热泵的蒸发器上会结霜，需要定期除霜，这也消耗大量的能量。空气源热泵不适用于寒冷地区，在冬季气候较温和的地区，如我国长江中下游地区，已得到相当广泛的应用。
三、工程应用实例
清华同方人工环境有限公司承担的山东东营市胜泰大厦的地下水热泵系统和空军丰台招待所、办公楼的地下水热泵空调改造系统。其中，东营市胜泰大厦的建筑面积4500m2，制冷量271KW，冷冻供回水温度7℃/14℃，输入功率62KW，制热量290KW，热水供回水温度50℃/40℃，输入功率83KW。设计了2口水源水井，当其中1口为抽水井时，另1口水源井为回灌井。空军丰台招待所、办公楼冷量1400KW，热量1500KW，生活热水约265KW，采用3口供水井，井深50米，地下水出水温度为15℃左右，回灌井2口，井深28米。
内蒙古的地源热泵科技攻关项目，由内蒙古机电设计研究院组织人员攻关。科技厅选择了一所宾馆和一幢具有办公、餐厅、商场、体育运动场为一体的建筑,做试验示范基地。总建筑面积为7900m2。系统水源为两个井深为180m,井的直径为320mm的水井,其中一口井为供水井,另一口为回灌井,两口井可交替使用。该系统于2002年元月开始试水、试运行,通过冬季采暖期180天、夏季运行90天的试验证实,该系统制冷时提供的出口温度为7～12℃冷水,供热时提供出口温度为45～50℃热水,最高可达50℃。夏季使室温控制在25℃以下,冬季使室温保持在16～25℃,同时可供42℃卫生热水,集供热、制冷、供应卫生热水为一体，是一个很成功的例子。
四、地源热泵供热空调系统的经济性分析2
地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷，还可供生活热水，一机多用。一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。系统紧凑，省去了锅炉房和冷却塔，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。地源热泵系统的另一个显著的特点是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效节能的优点。地源热泵比传统空调系统运行效率要高约40-60%。另外，地源温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，整个系统的维护费用也较锅炉－制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。
到目前为止，限制地下耦合热泵系统在我国应用的障碍主要在地下埋管的初投资较高，和政府，建筑设计师和公众对技术缺乏了解的。地源热泵空调系统的经济性取决于多种因素。不同地区，不同地质条件下，不同的能源结构和价格将直接影响其经济。根据国外的经验，因此地源热泵运行成本低，提高初始投资3-7年收回，地源热泵系统在服务期间的平均成本低于传统空调系统。
五 地源热泵存在的应注意的问题
5.1采取可靠的回灌手段
大量的开采地下水而不采取可靠的回灌手段的话，后果不堪设想。应加强对水井抽取后进行回灌，还要对水井进行维护，增加水井的使用寿命。回灌水还不应污染地下水源。
5.2水质处理问题
如果水质不适合直接使用于地源热泵机组，那需要采取相应的水处理措施。比如用过滤器、水处理仪、沉淀池等装置处理后再用于地源热泵机组。一般情况下地下水不能直接用于供暖，因为地下水一般会含有一定数量的碳酸盐、硫酸盐、腐蚀性气体及泥沙等物质，可以经过板式换热器间接利用地下水，延长机组使用寿命，减少维修费用。
5.3地下换热器的设计
地下换热器的设计要注意对建筑负荷、回填材料、土壤地层特性等进行精确的勘测和分析。
5.4合理地配置整个系统
地源热泵虽然是绿色的空调方式，但是没有一套合理的系统，它的节能、环保的优势就无法发挥出来。
结束语：
地缘热泵系统经过多年的研究，在技术上已经比较成熟，而且经过多次的示范实践，肯定其具有节约能源、性能稳定、清洁安全等优点，虽然其初投资比常规暖通空调系统大，但可以大大节约运行维护费用。据世界环保组织估计，设计安装良好的地源热泵，平均可节约用户30%-40%的采暖空调技术。
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