地源热泵技术应用研究进展

肖世强

（山东亚特尔集团股份有限公司，山东 济南 250011）

经济的快速发展、人口的急剧增长，加上生态的破坏、环境污染、资源的乱开发，使本已不堪重负的自然生态环境面临着前所未有的问题。能源、资源、环境的问题，已成为阻碍世界各国经济发展的瓶颈。只有把可再生能源放在能源发展首要位置，使原有的能源结构体系向可持续发展的能源时代转变，才能缓解当前能源与环境的巨大压力。地源热泵技术的开发和应用，就是实现这一目标的有效措施之一，同时实现了节能与环保的统一。

1 地源热泵技术概述

1.1 地源热泵技术的概念

地源热泵技术是一种利用地下浅层（通常小于400 m深）地热资源，实现向建筑物提供制冷、采暖和生活热水的高效节能环保型空调技术。地源能是可再生能源具有：参数稳定、热流密度大、使用方便、容易收集、输送、不受地域限制等优点。

1.2 地源热泵的工作环境

地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，在距地表（30～300 m）之间的这段地层是一个恒温带，它的温度源于地球表面的太阳热辐射和地核热传导的综合作用，所以这段地层被人们称为“综合平衡层”又称“地下浅层”。在这个综合平衡层中，一年四季温度都相对稳定，地源热泵系统就是利用这一特点，通过对综合平衡层中地下含水层以及深层地表水作热泵的源与汇，向建筑物冬季供热、夏季供冷的技术。

1.3 地源热泵技术原理

地源热泵技术是利用地球综合平衡层中的水和土壤所储藏的太阳能资源作为冷、热源，进行转换的空调技术，但主要应用于人们的冬季供暖和夏季制冷。地源热泵包括地表水热泵、地下水热泵、土壤源热泵等技术。地源热泵的理论基础源于“卡诺循环”，按照逆循环工作，即通过输入少量的高品位能源（电能），以地源能作为冷却源或低温热源，为建筑物或提供降温或取暖。它不受环境、地域、资源的限制，是一种无处不在、清洁、量大、面广的可再生能源。

2 地源热泵的分类及优缺

2.1 土壤源热泵

土壤源热泵是利用地下浅层岩土层中热量进行闭路循环的热泵系统。该系统将热泵的换热器埋在地下土层中，通过循环液（水或以水为主要成分的防冻液）在密闭的地下埋管中的循环流动，与土壤进行冷热交换，实现系统与土壤间的传热。在冬季供热时，循环液从地下收集热量，再通过系统把热量带到室内；在夏季制冷时，系统进行逆向运行，从室内吸收热量，再通过系统循环将热量送到地下岩土层中。

2.2 地下水源热泵

地下水源热泵系统的热源是从水井（小于50 m）或废弃的矿井中抽取的地下水。我们最常用的系统形式是一侧连接地下水，一侧连接热泵机组（换热器）。最初的地下水系统采用“单井系统”，即将地下水经过板式换热器换热后直接排放。造成地下水资源的浪费，还会导致地层塌陷，引起地质灾害。现在产生了“双井系统”，即有两个井，一个抽水，一个回灌。其具有造价比土壤源热泵低、水井与水井之间紧凑、占地面积小、技术比较成熟等优点。但对水处理要求严格，用水量大，回灌时造成水污染。

2.3 地表水源热泵

地表水源热泵系统的热源是湖泊、江河、池塘中的地表水。地表水源热泵主要分为闭路系统和开路系统两种。要根据不同环境来判断采用半路或开路系统，比如：在寒冷的地区，由于温度的响，水面会结冰，造成系统无法正常进行循环，所以只能采用闭路系统。地表水源热泵具有：泵耗能低、造价相对较低、维修方便以及运行费用少等优点。但地表水源热泵系统受到自然条件的限制比较大，在公用的河流中、管道或水中设备容易受到人为的损害，造成不必要的损失。同时受环境影响较大，对水源的要求过高。

3 地源热泵系统的优势及经济效益

3.1 具有极大的环境效益

我们现的取暖与制冷系统仍是投资大、占地多，且对环境的影响严重传统的供暖、空调方式。由于大量采用煤炭、燃油和天然气等作为燃料，燃烧后产生的大量污染物，严重破坏着大气环境，降低了人们的生活质量。热泵系统可以建造在居民区内，由于地源热泵所使用的地下水可全部回灌，不会对水质产生污染；地源热泵系统不直接消耗煤或燃油、天然气等矿物燃料，没有燃烧和污染，也没有废弃物；，更不需要堆放燃料和废物的场所，从而达到了绿色环保的要求。

3.2 充分利用自然资源实现高效节能

人们现在对太阳能的认识和应用来越广泛。太阳能是取之不尽的可再生绿色能源，地表浅层相当于一个巨大的太阳能集热器，地源热泵在冬季就是利用这种储存于地表浅层的无限的能源作为热源；在夏季则以地表浅层恒定的地能温度作冷源，实现高效节能的目标。

3.3 运行稳定可靠且使用寿命长

传统的空调系统不论是水冷还是风冷，换热环境均为大气，由于它的换热器必须暴露在空气中，因些不可避免地受到环境条件变化的影响，降低换热效率和使用寿命，并且影响了建筑物的外观；而地源热泵以土壤作为热源，受外界环境影响小；热泵系统设计简单，运动部件比常规系统少；系统安全无燃烧设备，不存在燃烧、爆炸等隐患。

4 结束语

随着对地源热泵技术的不断深入研究，我国已具备了比较完善的地源热泵工程技术，在浅层地热能勘查评价技术规范、高效地下热交换井技术、钻孔热反应原位测试技术以及地源热泵与太阳能结合技术方面，都取得了新的进展。这些技术在我国的推广与应用，使我国地源热泵技术进入一个全新的时期，降低二氧化碳排放比，实现节能减排新目标，为我国资源的利用与环保做出巨大的贡献，为实现我国2050年的节能减排目标提供有力的技术保障。