浅谈地源热泵技术

马勇　路其爽　渠敬敏

【摘 要】地源热泵（Ground Source Heat Pump）技术是利用大地作为低位热源，通常是利用地球表面浅层水源如地下水、河流、湖泊中吸收的太阳能和地热能，并应用热泵原理，对建筑物进行冬季供暖、夏季制冷。

【关键词】地源热泵；热泵原理；冬季供暖；夏季制冷

0.前言

随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，供热和空调已成为普通百姓的基本需求。热泵是一种在技术和经济上都有较大优势的解决供热问题的替代手段，同样作为一种清洁用能手段，与直接把电能转换为热能的电锅炉相比，采用热泵空调系统供热的电耗仅为前者的1/3～1/4，可以大大节省运行费用。热泵还科技兼顾生活热水供应，特别是在制冷工况下可利用制冷的废热加热热水，不需要额外消耗能量。

1.地源热泵的定义及原理概述

地源热泵（Ground Source Heat Pump）技术是利用大地作为低位热源，通常是利用地球表面浅层水源如地下水、河流、湖泊中吸收的太阳能和地热能，并应用热泵原理，对建筑物进行冬季供暖、夏季制冷。

地球表面浅层水源如深度在100米以内的地下水、地表的河流、湖泊和海洋中，吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量，并且温度一般都相对稳定。地源热泵机组工作原理就是在夏季将建筑物中的热量转移到水源或土壤中蓄存起来，而冬季，则从水源或土壤中提取能量供给建筑物使用。其可以分为地下水热泵（groundwater heat pump ，GWHP）、地表水热泵（surface water heat pump，SWHP）和地耦合热泵（ground-coupled heat pump ，GCHP）， 地耦合热泵系统即通常所说的地埋管地源热泵系统。下文中的地源热泵系统就是指以地下土壤为热源的地埋管地源热泵系统。

地源热泵技术主要利用地层深处温度常年维持不变和蓄能的特点，在冬季，地下岩土的温度比周围环境空气的温度要高很多，所以我们将地能作为供暖的热源，通过热泵机组从地下提取热量 ，同时存储冷量供夏季使用；相反，在夏季，地下岩土的温度比周围环境空气的温度要低很多，我们又将地能作为空调的冷源，从地下提取冷量，同时存储热量供冬季使用，如此通过埋入地下的换热器与大地进行冷热交换，从而实现建筑空调和供热的目的。

2.地源热泵的优势

（1）传统的空调系统不论是水冷还是风冷，由于它的换热器必须置于暴露的空气中，因此会对建筑造型造成不好的影响，破坏建筑的外观；而地源热泵把换热器埋于地下，且远离主建筑物，故不会对其造型产生影响。

（2）风冷换热器与水冷换热器的换热环境均为大气，故不可避免地受到环境条件变化的影响，会明显降低换热效率；而地源热泵换热器是和大地换热，换热对象是Im以下的地层，其初始温度大约等于年平均温度，基本不受外界环境的影响。这种温度特性使地源热泵比传统空调运行效率要高40%-60%。地源热泵系统能充分利用蕴藏于土壤和湖泊中的巨大能量，循环再生，实现对建筑物的供暖和制冷。因而运行费用较低。地源热泵比风冷热泵节能40%，比电采暖节能70%。比燃气炉效率提高48%。所需电费制冷季比一般热泵空调减少50%。

（3）地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。 地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达50年。

（4）地源热泵系统在运行中无需燃烧，因此不会产生有毒气体，也不会发生爆炸。

（5）由于地源热泵系统的供冷、供热更为平稳，一年四季任何时间都可以随时提供空调，可以随意设定室内温度，达到五星级要求。降低了停、开机的频率和空气过热和过冷的峰值。这种系统更容易适合供冷、供热负荷的分区。

（6）普通空调对环境的影响是很严重的.它不仅对臭氧层造成严重的破坏和产生令人难以忍受的噪声，还由于夏季将废热排入大气，冬季吸收大气中的热量而使大气、住宅周围的环境更加恶劣；而地源热泵可以利用大地的蓄热能力，把夏季多余的排人大地的热能在冬季取用，把冬季多余的冷能在夏季取用，以达到冬夏两季室内的供暖与供冷。同时该装置的运行几乎没有排放物和废弃物，所以不仅对大气没有影响，还能使大地不至于过冷和过热。

（7）对于热泵来说，缩小了热源与热汇间的温度差，这就保证了地源热泵系统能具有较高的性能系数（COP），地源热泵系统有效地克服了空气源热泵的技术障碍，并且效率大大提高。此外，地源热泵系统还具有噪音低、节省建筑空间不需冷却塔及室外风冷部分、占地面积少、无污染物排放、不抽取地下水、运行及维修费用低、寿命长等许多优点。

3.地源热泵的应用

地源热泵系统的能量来源于地下能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“ 绿色空调 ”。被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。该系统无论严寒地区或热带地区均可应用。可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。通过对普通的地源热泵机组研究，对系统流程进行了改进，使普通的地源热泵机组在供热或制冷的同时，供应生活热水，做到一机多用，节约初投资。

在我国，虽然地源热泵的应用才刚刚起步，但发展潜力十分巨大。一方面，随着城市环境问题的日益重视和能源结构的调整，北方地区新建小区一般不能使用燃煤锅炉房供热，以何种方式解决这些新建小区的供热问题成为目前住宅建设中的大问题。另一方面，近年来我国住宅空调安装率迅速增长。上海居民住宅空调拥有率已超过60%，北京也达到34%，城镇居民住宅平均拥有率已达20%，并且目前家用空调拥有率仍在飞速增长。这样，对于我国的广大地区，住宅环境就不再仅仅是采暖问题，而是要统一考虑供暖和制冷的需求。借鉴发达国家的经验，采用地源热泵方式可能成为满足这种要求的最佳方式。