地源热泵技术探讨与应用

摘 要:地源热泵是一种利用储存于地下浅层可再生地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。因其绿色环保、节能清洁、控制设备简单等优点被越来越多的人认可，逐渐成为“低碳时代”的主流供暖模式。

关键词：地源热泵；原理；低碳环保；经济节能；应用

中图分类号：TB497 文献标识码：A

随着经济的发展和人们生活水平的提高，公共建筑和住宅的供暖和空调已经成为普遍的要求。作为中国传统供热的燃煤锅炉不仅能源利用率低，而且还会给大气造成严重的污染，因此在一些城市中燃煤锅炉在被逐步淘汰、禁止，燃油、燃气锅炉则运行费用又很高，而地源热泵则是一种在技术上和经济上都具有较大优势的解决供热和空调的替代方式。

一、地源热泵定义

地源热泵(也称地热泵)是利用地下常温土壤和地下水相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移与建筑物完成热交换的一种技术。

二、地源热泵技术特点

（一）低碳环保：

地源热泵系统主要使用电力，没有燃烧过程，对周围环境无污染排放；不需使用冷却塔，没有外挂机，不直接向周围大气环境排热，没有热岛效应，没有噪音；不抽取地下水，不破坏地下水资源。

（二）经济节能：

地源热泵利用储存于地下浅层可再生地热资源，属经济有效的节能技术。地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。

（三）运行稳定:

整个系统全电脑控制，不受室外气候条件的影响；可以电话遥控，可以进行温湿度控制和新风配送，系统运行非常稳定。

（四）体感舒适:

室温的分布更合理，温差小，舒适感好。

（五）一机三用:

冬季供暖、夏季制冷以及全年提供生活热水，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。

（六）使用寿命长：

地源热泵非常耐用，它的机械运动部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安装在室内，从而避免了室外恶劣气候对其使用寿命的影响，使用寿命长达20年以上。

三、地源热泵技术原理

地源热泵是一种利用储存于地下浅层可再生地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（电能），即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。在冬季，把土壤中的热量“取”出来，提高温度后供给室内用于采暖；在夏季，把室内的热量“取”出来释放到土壤中去，并且常年能保证地下温度的均衡。

（一）地源热泵制冷原理及供冷原理图

地源热泵系统在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由循环水路将冷媒中所携带的热量吸收，最终通过室外地能换热系统转移至地下水或土壤里。在室内热量通过室内采暖空调末端系统、水源热泵机组系统和室外地能换热系统不断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气热交换器（风机盘管），以13℃以下的冷风的形式为房间供冷。

地源热泵制冷原理图

（二）地源热泵制热原理及供热原理图

地源热泵系统在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换向。由室外地能换热系统吸收地下水或土壤里的热量，通过水源热泵机组系统内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以室内采暖空调末端系统向室内供暖。

地源热泵供热原理图

四、地源热泵技术的发展及应用

地源热泵技术因其绿色环保、节能清洁、控制设备简单等优点被越来越多的人认可，在北京、天津等地很多企业、工业园区、学校和居住区内都已开始大量推广使用，逐渐成为“低碳时代”的主流供暖模式。目前天津港保税区内利用地源热泵取暖的建筑面积已达100余万平方米，约占整个保税区建筑总面积的20%，全年可节约煤炭约12000吨，减少二氧化碳排放28000吨，处于全国领先水平。

对于城市边缘地区和农村采暖问题，即便是安装了城市供暖管网，由于供暖距离所造成的能源损耗也是相当巨大的。其实采用地源热泵技术，循环使用相对恒温的地热这种“绿色空调”来采暖，以此实现节能减排，也是一种很好的选择。

而实际上，地源热泵技术在我国农村的发展并不理想，原因主要是地源热泵系统的初期投资较高。单体型住宅方米造价通常都在350～400元左右，集中型楼房住宅方米造价通常都在150～200元左右，造成了农村居民使用不起的局面；同时，农村建筑物的保温措施普遍不好，造成热损失较大，继而造成采暖负荷大和运行费用高。要解决此种问题，尚需成立专业机构或责成专业部门对城市边缘地区及农村推行地源热泵技术进行统一规划研究，拿出具体实施计划和方案，并出台相应的政策。

参考文献:

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[2]徐伟主编.中国地源热泵发展研究报告2008[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3]吴逸飞，陈杨华，杨家兴；地源热泵在空调中应用的探讨[J].江西能源,2005,(03).

[4]刘冬生,庄迎春,肖西卫;竖直U型埋管地源热泵技术的应用[J].能源工程,2003，（01）.

作者简介：李国成（1977－），男，河南郑州人，河南建总国际工程有限公司工程师，研究方向：建设监理。

郑书芬（1978－），女，河南郑州人，河南建总国际工程有限公司工程师，研究方向：建设监理。

邵建峰（1964－），男，河南郑州人，河南建总国际工程有限公司工程师，研究方向：工程管理。