摘要：經(jīng)濟的發(fā)展帶動了科學技術(shù)的進步，地源熱泵系統(tǒng)被工作者們運用，地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源，可以達到制冷和制熱效果的新型系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)點，完美的彌補了普通系統(tǒng)的缺陷，國內(nèi)的地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)還存問題，本文將就地源熱泵系統(tǒng)的研究和發(fā)展前景進行了論述。
關(guān)鍵詞：地源熱泵；技術(shù)；系統(tǒng)；前景.
一、前言
近些年，隨著世界范圍內(nèi)的能源緊張，同時可再生能源應(yīng)用獲得的國家的政策扶持，地源熱泵行業(yè)發(fā)展迅速。地源熱泵（GSHP）技術(shù)以大地中的低品位熱源為冷熱源，是一種利用地下淺層地熱資源（也稱地能，包括地表水、巖土體、地下水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)，具有節(jié)能環(huán)保的特點。該系統(tǒng)把淺層巖土體作為熱泵系統(tǒng)的熱（冷）源或熱匯，即在在冬季供熱過程中，流體從土壤中收集熱量，再通過系統(tǒng)把熱量帶到室內(nèi)，夏季把室內(nèi)的熱能取出來儲存到低于地表環(huán)境溫度的土壤中，通過少量的高位電能輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。本文接下來將多方面介紹地源熱泵系統(tǒng)在我國的發(fā)展和應(yīng)用情況，希望能夠幫助人們更加深入的了解地源熱泵技術(shù)。
二、地源熱泵的分類及特點
�。ㄒ唬㈤]式系統(tǒng)
閉式系統(tǒng)采用埋于地下的高強度塑料管作為熱交換器，管路中充滿介質(zhì)，通常是水或防凍水溶液，當然也可用其他的介質(zhì)。閉式系統(tǒng)利用泵作為循環(huán)動力，由于環(huán)路是封閉的，所以熱交換器介質(zhì)和地下水不直接接觸，不受礦物質(zhì)影響。閉式系統(tǒng)又可分為水平式、螺旋式、垂直式、淹沒式四種。
1.水平管閉式系統(tǒng)
水平管閉式系統(tǒng)。當有足夠土地表面可利用時，可用此系統(tǒng)。塑料管水平埋設(shè)在溝壕中，一般埋設(shè)深度1.2～3m，每個溝槽中有1～6根管子。雖然一個溝槽中埋設(shè)多根管道需更大的溝槽空間，但溝槽數(shù)量較少，因此成本也降低了。溝槽長度取決于土壤狀況和溝壕里管子的數(shù)量。該系統(tǒng)常用于住宅建筑。優(yōu)點：挖溝槽比打井的成本低，安裝靈活。缺點：需大量土地面積，由于埋設(shè)深度淺，土壤溫度易受季節(jié)影響；土壤熱特性隨季節(jié)、降雨量、埋設(shè)深度而波動。
2.螺旋管閉式系統(tǒng)
螺旋管閉式系統(tǒng)。它是水平環(huán)路的一個變體，在溝壕內(nèi)螺旋狀放置；另一種螺旋環(huán)路系統(tǒng)則將螺旋狀管放入狹窄垂直的溝壕。螺旋環(huán)路系統(tǒng)通常需很長的管子，但溝壕的數(shù)量少于上述水平環(huán)路系統(tǒng)。它同樣適用于土地面積較大的場所。優(yōu)點：比水平環(huán)路占地少，安裝成本相對較低。缺點：所需管子較長；需要相對大的土地；土壤溫度易受季節(jié)影響；比水平系統(tǒng)需更大的泵，耗能大；在填埋過程中易損壞管路。
3.垂直環(huán)路閉式系統(tǒng)
垂直環(huán)路閉式系統(tǒng)。當土地面積受限制時可考慮此種方式。封閉管路插入垂直的井中，根據(jù)土壤及溫度條件，確定管長，設(shè)計中，一般需多個井。垂直系統(tǒng)有三種熱交換器基本類型：U型管式、分置式、 同心管式。 優(yōu)點：所需管材較其它閉式系統(tǒng)省，泵的能耗最小，土地面積要求最少，土壤溫度不易受季節(jié)變化的影響。缺點：要求鉆井設(shè)備，鉆井費用高。
4.淹沒環(huán)路閉式系統(tǒng)
淹沒環(huán)路閉式系統(tǒng)。如附近有適宜的水塘或湖泊，可采用此系統(tǒng)。需足夠大的水面和足夠深的深度來滿足供冷或供熱要求。優(yōu)點：所需管長最短，費用較少。缺點：需要較大的水域。
�。ǘ�、開式系統(tǒng)
開式系統(tǒng)利用地下水直接作為換熱介質(zhì)。這種系統(tǒng)也稱為“地下水源熱泵”。開式系統(tǒng)主要由抽水井、回灌井或表面水系組成。只有抽水井的開式系統(tǒng)、 有抽水井和回水井的開式系統(tǒng)和表面水系的開式系統(tǒng)三種布置形式。以設(shè)抽水井和回灌井的形式較為常見，該方式因?qū)⑹褂眠^的廢水回灌地下，不會影響地下水水位。開式系統(tǒng)比較經(jīng)濟，但必須考慮下面三個因素：水質(zhì)；水量；對廢棄水的處理。優(yōu)點：設(shè)計簡單；比閉式系統(tǒng)的鉆井費用少；傳熱性能好；若廢棄的地下水還用于其他用途，如灌溉，則不需設(shè)回灌井，費用還會更低。缺點：受當?shù)厮臈l件及法律條款的限制（如是否允許開采地下水）；需水量大，不一定能有合適的水源；對水質(zhì)有要求，熱泵的熱交換器易受懸浮物、腐蝕物、水垢、細菌微生物的影響；需高功率泵，泵的能耗大；對當?shù)氐叵滤乃|(zhì)多少有一點影響。
（三）、直接膨脹系統(tǒng)
直接膨脹系統(tǒng)。它不需傳熱介質(zhì)、流體-制冷劑熱交換器和循環(huán)泵。銅制盤管埋在地下，制冷劑直接與土壤進行熱交換，因而提高了傳熱性質(zhì)和熱動力學性質(zhì)。由于埋入地下的盤管是金屬的，所以會腐蝕（土壤的PH值應(yīng)該在5.5～10之間）。若土壤有過電現(xiàn)象，必須有陰極保護裝置。在設(shè)計中，得注意：在冬天供熱運行中，較低的土壤溫度會造成土地結(jié)冰，冰膨脹會導致土壤起翹，因此，為了防止結(jié)冰危險，盤管應(yīng)遠離地下水位線；在夏季供冷運行中，盤管高溫會蒸發(fā)土壤水氣，改變土壤傳熱特性。這種系統(tǒng)用得較少，目前只有美國才有使用直接膨脹式地源熱泵系統(tǒng)的例子。優(yōu)點：高效；不需要循環(huán)泵。缺點：為了有效的換熱面積需要大型管溝；盤管周圍的土壤容易結(jié)凍（會引起地表彎曲和引起周圍水管結(jié)凍 ；由于植物根系會損壞盤管，銅管不能埋在大樹附近；壓縮機油路系統(tǒng)較復雜 ；有滲漏危險；安裝要求和費用高；需要更多的制冷劑。
三、地源熱泵系統(tǒng)的前景
地下熱平衡問題在土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計與使用過程中必須受到足夠重視，一個不考慮熱平衡方案的設(shè)計是一個不完善甚至冒險的設(shè)計，長期運行后不僅會出現(xiàn)效率地下，而且還會對生態(tài)環(huán)境造成難以預測的影響。地下熱平衡問題作為土壤源熱泵應(yīng)用上的一個技術(shù)難題，完全可以在正確認識土壤源熱泵工作原理實質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過前期的優(yōu)化設(shè)計與后期規(guī)范化的運行管理來緩解與解決，這可以通過政府主管部門的政策制度、業(yè)內(nèi)的正確宣傳及設(shè)計部門、施工部門與運行管理部門的共同配合來實現(xiàn)。為了保護地下的地質(zhì)環(huán)境和地下水資源、保護業(yè)主與用戶的利益，及時地發(fā)現(xiàn)問題并糾正錯誤實現(xiàn)真正的可持續(xù)發(fā)展，2002 年起國土資源部、國家發(fā)改委等部門及各省市陸續(xù)頒布了關(guān)于規(guī)范淺層地熱能和地源熱泵利用的相關(guān)文件。在當前全地源熱泵系統(tǒng)工程建設(shè)正朝著規(guī)模化發(fā)展和區(qū)域性利用的時刻，需要主管部門對地源熱泵系統(tǒng)工程推行與實施監(jiān)測管理合鼓勵研發(fā)機制。
在國家科技部、住建部的支持下，“十一五”規(guī)劃就已經(jīng)安排了對淺層專項研究如：地源熱泵對環(huán)境的影響、節(jié)能優(yōu)化方法、系統(tǒng)檢測技術(shù)等。國家之所以不斷的加大對地源熱泵技術(shù)的研究和探索，是因為地源熱泵技術(shù)應(yīng)用可以調(diào)整我國能源結(jié)構(gòu)、降低傳統(tǒng)能源能耗符合長期能源規(guī)劃戰(zhàn)略。“十二五”規(guī)劃針對目前對淺層地熱能開發(fā)利用的現(xiàn)狀和問題，再次要求綜合考慮資源、地質(zhì)、地下空間利用及應(yīng)用條件等因素，在開展淺層地熱能資源調(diào)查與評價基礎(chǔ)上，研究開發(fā)利用管理機制，編制技術(shù)規(guī)程，穩(wěn)妥積極地開展地熱能開發(fā)利用。鼓勵在有條件的公共建筑以及大型居住社區(qū)、商務(wù)區(qū)和新城規(guī)劃建設(shè)中，科學合理地開發(fā)利用淺層地熱能。
四、結(jié)束語
當前，我國的地源熱泵工程技術(shù)的研究在不斷的發(fā)展和創(chuàng)新。該供能系統(tǒng)在節(jié)能與環(huán)保方面具有傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢，外界環(huán)境幾乎不影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行，其市場前景廣闊。該系統(tǒng)的研究和應(yīng)用是現(xiàn)階段人們利用低溫熱能的最先進的技術(shù)研究，必將受到廣泛的關(guān)注和發(fā)展。
參考文獻：
[1]JGJ134-2010.夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準[S].
[2]李泉.加強建筑節(jié)能建設(shè)[J].山東科技，2009.
[3]張小里.地源熱泵技術(shù)淺談[J].空調(diào)技術(shù)交流，2008.
[4]趙字國.地源熱泵的工程應(yīng)用[J].華北能源，2009.
