浅析地源热泵供热制冷节能环保系统应用技术

陈林辉 卢强 冯庆阳

摘要：地源热泵是一个广义的术语，它包括了使用土壤、地下水和地表水作为热源和冷源的系统。它利用土壤温度相对稳定的特点，依靠少量的电力驱动压缩机，通过深埋土壤的闭环管线系统进行热交换，夏天向地下释放热量，冬天从地下吸收热量，从而实现制冷或供热的要求，具有传统空调系统无法比拟的节能、高效、环保等优点。地源热泵越来越被人们认同。本文分析了地源热泵供热制冷节能环保系统应用技术。

关键词：地源热泵；供热制冷；节能环保

中图分类号：TE08文献标识码： A

1 地源热泵系统的定义

地源热泵系统是随着全球性的能源危机和环境问题的出现而逐渐兴起的一项热泵技术，主要是运用热泵从浅层地能中（土壤、地下水或地表水）吸取大量的低温位热量（或冷量），通过热泵系统循环把吸取的热量从低温位提升到高温位，为用户提供冬季供暖、夏季制冷空调、全年热水供应或制冷空调和热水联供。它只需消耗少量的高品位能源（如电能），就能获得高于输入能量数倍的热能效果，它是一种高效、环保、节能的温控系统。属于经济效益、社会效益和生态效益显著的社会公益技术。被称为二十一世纪的“绿色空调技术”。

2地源热泵在中国的发展现状及前景

目前在中国，地下水热泵系统已开始广泛使用，而土壤源热泵系统尚处于研究机构工程摸索和研究阶段。

从有关调查来看，地下水热泵工程真正成功的并不多。原因在于要实现100%的回灌，并回灌到同一含水层，不污染地下水，且能长时间稳定运行，并不容易做到。同时，还出现了大量不进行回灌的热泵工程，更有甚者，出现了直接利用地下水通入风机盘管内进行空调。这样做，一则污染水体，二则浪费水资源。

对于土壤源热泵的发展主要是从1998年开始。国内数家大学建立了土壤源热泵实验台，且大多数进行了地下换热器与地面热泵设备的长期联合运行。其中1998年重庆建筑大学建设了包括浅埋竖埋管换热器和水平埋管换热器在内的热泵系统；1998年青岛建工学院建成了聚乙烯垂直土壤源热泵系统；湖南大学1998年建设了水平埋管土壤源热泵系统；1999同济大学建设了垂直土壤源热泵系统。这些系统为中国推广土壤源热泵奠定了基础。从2000年开始，在国内长春、济南、温州、重庆、米泉建立了一系列土壤源热泵系统的示范工程。土壤源热泵系统越来越多的被房地产商所关注和采用。

鉴于国内的国情和地源热泵系统自身的特点，我们对其各自的前景作一分析。随着地下水热泵工程技术改进和规范化，由于其突出的节能和保护大气环境的功能，还是存在着巨大的潜在的市场。水平埋管土壤源热泵，虽然占地面积大，但靠地表换热可以自然恢复地温，在年排热量和吸热量不平衡的地区应用比较有优势。而垂直埋管土壤源热泵，随着专业安装队伍的发展，钻孔设备的完善，势必会使造价大幅度降低，无疑会成为今后最有竞争力空调方式。

3 地源热泵系统的一般形式

地源热泵系统，由热泵机组、浅层地热能热交换器、空调系统和控制系统等组成，有埋地管系统、地表水系统和地下水系统三种形式。埋地管系统有垂直埋管、水平埋管和螺纹盘管等多种形式。（见图1）。

图1

4 地源热泵供热制冷系统适用范围

4.1 地源热泵系统可根据土壤和气候的实际，由土壤换热器（同时可灵活组合冷却塔、太阳能集热器）与热泵机组、控制系统构成集制冷、制热水、采暖于一体的多功能系统。

4.2 系统可实现空调制冷和制热水冷热联供，空调供冷季节系统能效比达1：7以上；代替电热锅炉制热水，节约能源费用70%以上；代替燃油热水锅炉制热水，节约能源费用60%以上；与太阳能+电锅炉制热水相比，节约能源费用30%以上；与空气源热泵制热水相比，节约能源费用30%以上；空调供暖节省能耗费用40～60%（按油价格对比）。

4.3 适用于冬季室外最低气温高于-10℃地区的宾馆、学校、居民小区、办公大楼、度假村、桑拿浴场、部队、医院等场所的热水供应及冷暖空调；温控养殖、种植业；各种中低温烘干场合。

5 实际应用情况

地源热泵供热制冷节能环保系统应用技术在国外已推广50多年，技术成熟，普及程度高，效果显著，我国引进已有20多年。据统计，国内5000m2以上建筑应用地源热泵系统约3000项，总使用面积超过5000万平方米。我区已有山东建筑大学研究生公寓、黄台大酒店等30多个项目应用这种技术，从这些项目的使用情况看，可节约电费30%以上，效果十分明显。

6 济南地表水资源

山东夏季雨水充足，冬季干旱少雨，但济南市地表水丰富；大多数城镇地下水位较高，富水土壤比例大，为土壤源和地表水式地源热泵系统应用提供了得天独厚的条件，一般富水土壤换热井20～30米，换热效果就很明显。部分地区10口垂直U型管土壤换热井就可获得约20千瓦的热量（或冷量），地源热泵机组制热水工况的能效比可达4.5以上。

泉水水域宽广，储水量大，具有很好的地表水地源热泵空调系统应用条件。间接利用南湖水作为中央空调的冷却水，可提高换热效率10%，减少空调机组能耗10%；同时，可减除冷却塔抽风的功率及冷却塔的自来水补水消耗，其综合节能效果可达25～30%。

7 相关法律法规政策

国家大力提倡和鼓励可再生、可持续发展能源-地热的发展利用，相继出台了一系列法律法规和政策。

《中华人民共和国节约能源法》（中华人民共和国主席令第90号）第四条规定：“国家鼓励开发利用新能源和可再生能源”，而地源热泵所使用的地热能正是属于可再生能源。

《民用建筑节能管理规定》（建设部令143号）第八条规定：“国家鼓励发展太阳能、地热等可再生能源的应用技术和设备”。

《建设事业“十一五”重点推广技术领域》（建科[2006]315号）精神，大力推广可再生能源与新能源应用技术，浅层地能应用技术是重点推广应用可再生能源利用技术之一。

建设部关于贯彻《国务院关于加强节能工作的决定》的实施意见（建科[2006]231号）指出“到‘十一五期末，太阳能、浅层地能等可再生能源应用面积占新建建筑面积比例达25%以上。”

夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准(JGJ134—2001，J116—2001)第6.0.7条：具备有地面水资源（如江河、湖水等），有适合水资源热泵运行温度的废水等水源条件时，居住建筑采暖、空调设备宜采用水源热泵。”

8经济社会效益

地源热泵系统与电加热产热水相比，大概1万人每年就可节约300万度电，按山东的平均民用电价，可节约200万元左右。一次性投入，收益几十年，每户投入相当于一个中等价格的太阳能热水器，全年耗电比太阳能+电加热的热水器节电30%以上。

地表水地源热泵空调系统通过提高换热效率、减少空调机组能耗、省掉冷却塔消耗功率及自来水补水消耗等其综合节能效果可达25～30%，通常2年左右可收回节能改造的投资。

如从2007年起，实现每年25万人采用地源热泵热水系统和每年实现地源热泵冷暖中央空调应用面积50万m2，到2010年累计可节约标准煤约5600吨，减少CO2排量约1.42万吨。利用浅层地热能，对替代常规商品能源，改善能源结构，保障能源安全，建设资源节约型、环境友好型社会以及实现可持续发展具有重要战略意义。

结束语

地源热泵作为一种环保节能的方式，应该得到科研工作者的深入研究。地源热泵技术在中国就像一个新事物必须经历挫折和教训一样逐渐地发展。作为一门新技术，它为我们的国家的可持续发展带来了契机，在不远的将来，随着国富民强，经济实力的提高和生活水平的进步，研究和技术人员的努力，在中国一定有广阔的市场前景。让我们携手努力，创造更加美好的明天。

参考文献

[1] 楼世竹，徐帆. 地源热泵供热制冷节能环保系统应用技术[J].中国建设信息供热制冷，2011，（11）.

[2] 陈燕民，刘伟，张文秀.地热及地源热泵技术在我国的应用[J].中国住宅设施，2012，（7）.