摘要：熱泵是從自然界中通過獲取空氣、水或土壤中的低品位熱，經(jīng)過能量轉(zhuǎn)化，輸出可用的高品位熱能的過程，是一種清潔、高效的供能技術(shù)。由于熱泵是是當(dāng)今最清潔、經(jīng)濟的能源方式，因為它效率高，提取自然界中能量，沒有任何污染物排放。本文介紹了地源熱泵的特點及分類，并就目前地源熱泵在世界范圍內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀和市場前景進行深入剖析。 

關(guān)鍵詞：地源熱泵 節(jié)能 土壤源熱泵 

　　作為我國最傳統(tǒng)的供熱方式燃煤鍋爐，一方面造成嚴(yán)重的大氣污染；另一方面能源利用率低，資源浪費嚴(yán)重。然而隨著時代的進步以及節(jié)能減排的推廣，燃煤鍋爐在一些城市中正在逐漸消失，而燃油和燃?xì)忮仩t因為運行成本較高根本不能實行。社會經(jīng)濟的發(fā)展大大提升了居民的生活質(zhì)量，社會各界已開始關(guān)注公共建筑和住宅的供暖和制冷技術(shù)研究。不斷擴張的市場需求，使地源熱泵在技術(shù)、經(jīng)濟等方面的優(yōu)勢更加凸顯，它能較好地解決供熱和空調(diào)問題，滿足人們的日常生產(chǎn)和生活的需要。 

　　1 地源熱泵的特點及分類 

　　1.1 地源熱泵技術(shù)特點 

　　環(huán)保：沒有外掛機，不產(chǎn)生噪音污染，工作不需冷卻，不存在熱島效應(yīng)，不需要向周圍環(huán)境釋放熱量；不需要抽取地下水，不破壞地下水資源，使用電力驅(qū)動，對周圍環(huán)境零污染零排放，根本沒有燃燒過程。 

　　性能穩(wěn)定：實行全電腦控制，或者電話遙控，甚至可以進行新風(fēng)配送和溫濕度控制。 

　　使用壽命長：使用壽命至少為20年，是分體式或窗式空調(diào)器的2-4倍。 

　　一機多用：夏季制冷、冬季供暖以及全年供應(yīng)生活熱水。 

　　1.2 地源熱泵的分類 

　　在我國，地源熱泵亦稱地?zé)岜�，根�?jù)地?zé)嵩吹睦�用方式及種類，可以分為：地下水熱泵（GWHP）、土壤源熱泵或稱土壤耦合熱泵（GCHP）、地表水熱泵（SWHP）三類。 

　　1.2.1 地下水熱泵系統(tǒng) 

　　現(xiàn)階段，地下水熱泵系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在商業(yè)建筑中。它最常用的形式是：一側(cè)走熱泵機組進行水冷卻；另一側(cè)走地下水，利用水-水式板式換熱器。在土壤源熱泵逐漸推廣應(yīng)用以前，地下水熱泵系統(tǒng)已成為歐洲常用的地源熱泵系統(tǒng)。 

　　1.2.2 土壤源熱泵 

　　對于土壤源熱泵系統(tǒng)，熱泵的換熱器埋于地下，它是以大地作為熱源或者熱匯，與大地之間進行冷熱交換。土壤源熱泵系統(tǒng)主機通常采用水-水、熱泵機組、水-氣熱泵機組進行工作。土壤源熱泵系統(tǒng)按照地下熱交換器的布置形式，分為水平埋管、垂直埋管和蛇行埋管三類。 

　　1.2.3 地表水熱泵系統(tǒng) 

　　地表水熱泵系統(tǒng)主要有開路和閉路系統(tǒng)。在寒冷地區(qū)，只能采用閉路系統(tǒng)，開路系統(tǒng)并不適用。但是，管道或水中的其他設(shè)備在公共用的河中容易受到腐蝕和損害。另外，如果湖泊過小或過淺，就會產(chǎn)生效率降低，制冷或供熱能力降低的后果，因為湖泊的溫度會隨著室外氣候發(fā)生較大的變化�？偟膩碚f，地表水熱泵系統(tǒng)具有造價低廉、相對泵耗能低、維修率低以及運行成本低等優(yōu)點。 

　　2 地源熱泵的由來及發(fā)展 

　　從20世紀(jì)40年代后開始應(yīng)用的地源熱泵，可以說是一項相當(dāng)古老的技術(shù)。只是隨著近些年科學(xué)技術(shù)的進步，該技術(shù)的應(yīng)用逐漸變成商業(yè)化。地源熱泵的名稱首次出現(xiàn)在1912年瑞士的一份專利文獻中，20世紀(jì)50年代該技術(shù)的應(yīng)用在歐洲掀起了一股浪潮。地下埋管換熱器的線熱源理論，由Ingersoll和Plass在此期間根據(jù)Kelvin線源概念提出，但此系統(tǒng)因過高的造價與過低的能源價格之間的矛盾而未得到普及與推廣。70年代突發(fā)石油危機，人們開始廣泛關(guān)注節(jié)能課題。此時，塑料管已取代金屬管被廣泛應(yīng)用在地下埋管供能系統(tǒng)中，自此，地源熱泵的發(fā)展達到全盛時期。在此時期，人們在冬季供暖中大面積應(yīng)用水平埋管換熱器的地源熱泵。20世紀(jì)80年代初，冷暖聯(lián)供地源熱泵的研究和應(yīng)用成為美國、加拿大等業(yè)界學(xué)者的熱點課題。很多文獻中都記載了地源熱泵不同形式地下埋管換熱器的傳熱過程及模型，同時附有部分工程的運行總結(jié)及性能比較。 

　　美國的環(huán)境保護署與能源部共同認(rèn)定，用于取暖、熱水、制冷的地源熱泵系統(tǒng)是現(xiàn)階段效率最高且有利于環(huán)境保護的供能系統(tǒng)。具體來講，該系統(tǒng)通過地下土壤或巖石的相對穩(wěn)定溫度，為地源熱泵用戶的取暖及空調(diào)系統(tǒng)減少了20-50%的電費，在全年都能維持高效運行。 

　　多區(qū)頂風(fēng)系統(tǒng)、單區(qū)頂風(fēng)系統(tǒng)、冷水變風(fēng)系統(tǒng)、多區(qū)地源熱泵系統(tǒng)的效率比從一些文獻的計算結(jié)果可以看出，分別為1.54kw/ton、1.40kw/tom、1.23kw/ton和0.88kw/ton，kw/ton表示千瓦耗電/噸制冷量。由此可見，傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)的工作效率已遠遠落后于地源熱泵系統(tǒng)。除此以外，建筑物若采用了地源熱泵系統(tǒng)，相同條件下的維護費用大大減少。地源熱泵系統(tǒng)比較耐用，其元部件多安裝在室內(nèi)或地下埋設(shè)，很少受外界環(huán)境影響，因此其無需進行過多的機械運動。經(jīng)驗證，該系統(tǒng)的地上部分和地下部分的服務(wù)年限分別為30年和50年，無需進行過多的維護，是免維護空調(diào)，在三年左右用戶的投資即可回收。 

　　與普通空調(diào)系統(tǒng)相比，地源熱泵系統(tǒng)的運行費用要少得多。亞特蘭大市一家用戶每年只需支出826美元的費用，每年只需支出397美元便可滿足全年的地源熱泵系統(tǒng)的日常使用，而普通空調(diào)系統(tǒng)則需支付686美元。 

　　除上述優(yōu)勢以外，地源熱泵系統(tǒng)中的制冷劑全部經(jīng)專業(yè)的生產(chǎn)廠家密封加工，保證不泄露，因而減少了對臭氧層的破壞，用戶任何時候均不必添補制冷劑。該系統(tǒng)可在新建筑施工時安裝，在面積不同、結(jié)構(gòu)各異的居民建筑，以及就建筑物的改造中可廣泛應(yīng)用，其極具彈性特點的設(shè)計理念對追求系統(tǒng)質(zhì)量的空調(diào)用戶具有強大的吸引力。地源熱泵非常適合于夏季炎熱而潮濕的氣候，因其在去濕方面有特別的長處，因而若在地源熱泵系統(tǒng)的空氣配送裝置上加裝空調(diào)器，便能更加凸顯其去濕功能。由此可見，采用地源熱泵系統(tǒng)也可以達到室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 

　　3 地源熱泵在中國的發(fā)展現(xiàn)狀及前景 

　　近幾年來，我國已逐漸推廣應(yīng)用地下水熱泵系統(tǒng)。而土壤源熱泵系統(tǒng)的研究仍停留在探索階段。 

　　我國自1998年起進入土壤源熱泵的研發(fā)階段。國內(nèi)已有多家學(xué)術(shù)機構(gòu)已建立起土壤源熱泵實驗臺，主要開展對地下?lián)Q熱器和地面熱泵設(shè)備長期聯(lián)合運行的研究。國內(nèi)從2000年開始，濟南、重慶、米泉、長春和溫州紛紛建立起土壤源熱泵系統(tǒng)示范工程。土壤源熱泵系統(tǒng)越來越多地被房地產(chǎn)商所關(guān)注和采用。 

　　我國建設(shè)部門自2001年10月起正式實施的《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中，對此項技術(shù)的研究和發(fā)展作了推薦。北京市政府機構(gòu)會同相關(guān)科研部門以2008年奧運會為契機通力協(xié)作，基于國內(nèi)外專家學(xué)者關(guān)于“綠色奧運、科技奧運”的提議，我國在2008年北京奧運會上特別指定采用地源熱泵中央空調(diào)作為中央空調(diào)型式。 

　　早在毛主席紀(jì)念堂等國家建筑中就開始應(yīng)用地源熱泵供能系統(tǒng)。國家分別將北京、天津、沈陽三個城市做為地源熱泵試點城市�，F(xiàn)在這三個城市，甚至全國，大力發(fā)展地源熱泵。 

　　4 結(jié)束語 

　　隨著科學(xué)技術(shù)的進步，地源熱泵工程技術(shù)的研究也不斷產(chǎn)生新的突破。該供能系統(tǒng)在節(jié)能與環(huán)保方面具有傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢，外界環(huán)境幾乎不影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行，可見其市場前景多么廣闊�？梢哉f，該系統(tǒng)的研究和應(yīng)用是現(xiàn)階段人們利用低溫?zé)崮艿淖钕冗M的技術(shù)研究，在全社會倡導(dǎo)能源節(jié)約的今天，熱泵技術(shù)這種最具競爭力的空調(diào)方式必將受到全世界的廣泛關(guān)注。 

　　參考文獻： 

　　[1]JGJ134-2010.夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S]. 

　　[2]李泉.加強建筑節(jié)能建設(shè)[J].山東科技，2009. 

　　[3]張小里.地源熱泵技術(shù)淺談[J].空調(diào)技術(shù)交流，2008. 

　　[4]趙字國.地源熱泵的工程應(yīng)用[J].華北能源，2009.