地源热泵技术的概念及应用

摘 要：地源热泵是一种集高效、节能、环保、有利于可持续发展于一身的新型空调采暖方式，地源热泵技术的应用有利于解决能源危机和环境污染这两个困扰中国发展的重大问题，进而为中国的可持续发展带来了契机，地源热泵在中国有广阔的发展前景。从地源热泵的由来入手，结合国内外地源热泵发展情况的分析，得出地源热泵的特点，从而为中国发展地源热泵技术提出了意见和建议。

关键词：地源热泵，空调，采暖，节能

中图分类号：N04；TU83 文献标识码：A 文章编号：1673-8578（2014）S1-0052-03

The Concept and Application of Ground Source Heat Pump Technology

CHENG Yingxin

Abstract： Ground source heat pump is a new air conditioning heating method which features high efficiency， energy saving and environmental protection. The application of ground source heat pump technology facilitates the solvement of two major problems： energy crisis and environmental pollution and thus brings opportunity of sustainable development of China. The development of ground source heat pump in China has a vast prospect. This paper starts with the origin of ground source heat pump， and then combines with analysis of its development both in China and abroad so as to put forward opinions and suggestions for the development of ground source heat pump technology in China.

Keywords： ground source heat pump， air conditioning， heating， energy conservation

收稿日期：2014-06-28

作者简介：程应欣（1976—），国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心审查员，从事专利审查工作。通信方式：chengyingxin@sipo.gov.cn。

当今社会，随着温室效应和全球极端天气的频发，作为地壳表层范围内的“绿色能源宝库”的浅层（通常小于400米深）地热能，越来越多地为人们所重视和利用。地源热泵作为国际领域通用的高效节能技术，也逐步为我国各地区所熟悉和利用。

一 地源热泵的起源和发展

“地源热泵”这一技术概念由英、美两国提出，第一个地源热泵系统于1946年出现在美国俄勒冈州的波兰特市中心区，而在当时，这种能源的利用方式并没有引起社会广泛的关注，因此，在随后的30年时间中，其在技术和理论上都没有太大发展。直至20世纪80年代，地源热泵才进入真正意义上的商业应用，至21世纪初，美国全国商业建筑中，地源热泵安装了近5000套，到目前为止安装了40余万套，且每年以10%的速度稳步增长。

在欧洲，如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家，浅层地热资源主要通过地下埋管的地源热泵来进行利用，地源热泵在21世纪初已达到非常高的利用率，其中瑞士为96%，奥地利为38%，丹麦为27%。

而在我国，地源热泵仅仅处于起步阶段，有着巨大的发展潜力。一方面，随着城市环境问题的日益凸显及能源结构的调整，越来越多的城市将逐渐淘汰普通燃煤锅炉，而以何种方式实现住宅供热问题是目前上至政府、下至普通百姓均在考虑的问题。另一方面，随着我国经济发展水平的日益提高，我国住宅空调安装率也迅速增长，地源热泵将会成为21世纪最有效、最具影响力和竞争力的空调技术。

二 地源热泵的组成和工作原理

地源热泵系统主要由三部分组成，即：室外地能换热系统、地源热泵机组以及室内采暖空调系统。

地源热泵作为一种新型能源利用技术，利用浅层地能进行供热空调，把地下土壤中热量或者冷量转移到所需要的地方，还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内，工作过程中从低位热源中吸取能量，将能量传递给高位热源。具体而言，地源热泵根据季节的不同而进行不同的工作，冬季需要供热时，地源热泵机组通过从室外浅层埋地盘管获得地浅层热源为室内采暖空调系统提供热源；夏季制冷时，把室内的热量通过埋地盘管排入室外大地中，再通过土壤进行热量的扩散。

三 地源热泵技术的特点

从国外多年的发展经验来看，地源热泵具有以下特点：

1.由于地源热泵的循环利用系数（即COP值）达到了4以上，即消耗1kWh的能量，用户可得到4kWh以上的热量或冷量，因此，地源泉源热泵具有经济有效的节能特性。

2.虽然地源热泵也需要采用制冷剂，但由于浅层地热能源的利用，制冷剂用量比普通空调系统减少了25%左右，减少了燃烧、排烟，也降低了制冷剂泄漏的风险，有实验得出，地源热泵的污染物排放仅相当于空气源热泵的60%，与电采暖相比减少了七成以上。可见，地源热泵具有显著的环境效益。

3.由于地源热泵利用了浅层地热资源作为能量来源，进而通过能量的转换为空调、采暖系统供冷或供暖，而上述地热资源广泛存在于土壤、地下水、江河湖泊以及通过太阳能、地热能可重复利用的能源，它不受地域的限制，量大面广，无处不在，可无限再生，因此，地源热泵也是一种可再生利用的技术。

4.地源热泵系统可以实现采暖、空调、生活热水等多种功能，因此，其还具有一机多用、应用范围广的特点。

可见，地源热泵具有节能、环保、可再生及应用广泛的特点，在今后相当长一段时间，地源热泵将会作为主要的技术在暖通空调领域更加快速地发展。

四 我国地源热泵技术的发展现状及存在问题

在我国，人们节能、环保意识的欠缺，地源热泵技术发展还处于起步阶段，但随着经济水平的提高和人们意识的改变，地源热泵技术越来越多地引起了人们的重视，许多大中专院校、科研院所都加入的地源热泵技术的研究中来。

为了深入推进地源热泵技术的发展，近期，国家分别将北京、天津和沈阳作为地源热泵试点城市，力求得到较大的发展。国家从政策和技术上努力引导发展地源热泵，一些政府部门的办公场所、医院、学校等等，都进行了地源热泵工程改造，对于一些在国内外有着高度关注度的建筑，如奥运森林公园等等都使用了地源热泵，并通过宣传展板的方式介绍给公众。

由于我国幅员辽阔，南、北方存在较大温差，由此导至目前地源热泵的技术存在土壤热不平衡的问题。即由于南方温度高，需要以供冷为主，常年向地下扩散热量；而北方地区由于冬季寒冷，需要大量采暖，因而从土壤中吸收了大量热量。如果长年运行后将导致南北方土壤温度失衡，周围生态将会产生严重的影响。

另一方面，不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，也会使地源热泵的应用受到影响，前期一次性投资及运行费用会随着用户、地区等因素的影响而有所不同：如在开采使用地下水时，所在地水资源的多少会对其产生制约；埋管换热也会受到场地大小的制约，因为，只有具备足够的面积用于打井和埋管，才能将地源热泵的经济性得到充分体现；同时，在设计及运行过程中，对全年冷热平衡也有很大要求，要做到在夏季排往地下的热量与冬季取自地下的热量基本平衡。

五 我国发展地源热泵技术需要注意的问题

从上述我国地源热泵发展的现状和存在的问题看，我国在发展地源热泵技术时需要从整体上对地源热泵产业进行规范，真正做到绿色能源、绿色利用、绿色服务，具体表现为：

1.从我国国情出发进行改建，必要时政府应予以政策扶植，但切忌一窝蜂地乱上项目，各地区、各企业及用户应理性分析，慎重选择。

2.将研发内容与生产过程相结合，使研发为生产服务，根据用户的需求进行相应的产品研发。

3.注重环境保护，在选择、利用地能的同时保护好我们赖以生存的环境。

4.结合我国实际国情，借鉴而不照搬国外发展成熟的技术，做到有的放矢。

六 结 语

由于地源热泵在经济、节能、环保等方面具有各种优势，并能够弥补我国传统的供暖制冷方式存在的许多不足，因此，为了更大程度上为社会节省能源，也为减少污染、缓解电荒等问题，地源热泵应进行更广泛的应用，以在保护人类环境的同时也为人类可持续发展做出贡献。

参考文献

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