【摘要】地源熱泵是地?zé)崮茉蠢弥凶钣邪l(fā)展前景的領(lǐng)域。地源熱泵也是直接利用地?zé)豳Y源的一個(gè)重要領(lǐng)域。本文討論了地源熱泵技術(shù)的原理和優(yōu)缺點(diǎn)、分析了地源熱泵技術(shù)需要注意問(wèn)題，并介紹了地源熱泵技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用用前景.
【關(guān)鍵詞】地源熱泵；環(huán)保高效；發(fā)展趨勢(shì)
一、地源熱泵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
什么是地源熱泵呢？地源熱泵是通過(guò)外加電能實(shí)現(xiàn)能量從低溫?zé)嵩崔D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩矗行У乩脺\層的地?zé)豳Y源的一種環(huán)保高效的空調(diào)系統(tǒng)。在冬季，土壤中為高溫?zé)嵩�，地源熱泵技術(shù)把土壤中的熱量提取出來(lái)，提高溫度后可以用于采暖；在夏季，室內(nèi)為高溫?zé)嵩矗卦礋岜眉夹g(shù)把屋內(nèi)的熱量取出來(lái)釋放到土壤中去，這樣一取一放，可以常年能保證地下溫度的均衡�？梢钥闯龅卦礋岜茫ㄒ卜Q(chēng)地?zé)岜茫┱抢玫叵碌某赝寥篮偷叵滤疁囟认鄬?duì)穩(wěn)定的特特點(diǎn)，通過(guò)深埋于建筑物地下的管路系統(tǒng)，采用熱泵原理，通過(guò)少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移與建筑物完成熱量交換的一種技術(shù)。這種技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：
第一地源熱泵技術(shù)是利用可再生能源的一項(xiàng)技術(shù)
地源熱泵是利用了土地的淺層的地能（一般小于400米）作為熱源。土地的淺層的地能屬于低溫位熱能，而地表淺層更是一個(gè)無(wú)比巨大的太陽(yáng)能吸收器，收集了約47%的太陽(yáng)能量，比人類(lèi)每年利用能量的500倍還多。而且地能不受區(qū)域，環(huán)境的等限制，面廣而又無(wú)處不在，是取之不盡用之不竭的近乎無(wú)限的可再生能源。
第二地源熱泵還屬于高效節(jié)能的一項(xiàng)技術(shù)。
地能的溫度在一年四季都是相對(duì)穩(wěn)定，冬季是很好的熱泵熱源，夏天是很好的空調(diào)冷源。這種溫度的特性可以大大提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，根據(jù)統(tǒng)計(jì)地源熱泵比傳統(tǒng)的技術(shù)節(jié)能30%-40%左右。另外，還可以大幅度減少供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用，因?yàn)榈啬艿臏囟认鄬?duì)恒定特性，溫差變化少可以使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更穩(wěn)定、安全從而保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)表明地源熱泵比風(fēng)冷熱泵大約節(jié)能40%，比電采暖更是節(jié)能70%左右，比通常的燃?xì)鉅t的效率要提高48%，它所需的制冷劑也比比一般熱泵空調(diào)減少50%。美國(guó)能源部（DOE）和美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（EPA）均已確認(rèn)，地源熱泵系統(tǒng)是目前效率最高、對(duì)環(huán)境最有利的熱水、取暖和制冷的統(tǒng)。從一些文獻(xiàn)的計(jì)算結(jié)果可以查出，多區(qū)頂風(fēng)系統(tǒng)、單區(qū)頂風(fēng)系統(tǒng)、冷水變風(fēng)系統(tǒng)和多區(qū)地源熱泵系統(tǒng)的效率比分別1.54kw/ton、1.40kw/tom、1.23kw/ton和0.88kw/ton（w/ton表示千瓦耗電/噸制冷量）。由此可見(jiàn)，地源熱泵系統(tǒng)的效率比傳統(tǒng)空調(diào)好很多。
第三地源熱泵還屬于環(huán)保清潔的一項(xiàng)技術(shù)。
地源熱泵的能量來(lái)源于大自然，它不會(huì)向外界排放任何的三廢，是人們理想的“綠色空調(diào)”。地源熱泵被認(rèn)為是目前對(duì)環(huán)境最友好和最高效的供熱、供冷系統(tǒng)。最重要的一點(diǎn)是制冷劑的使用，地源熱泵系統(tǒng)所使用的制冷劑在工廠(chǎng)里預(yù)先被注入并被完全密封好，在實(shí)際使用的過(guò)程中絕無(wú)泄漏，用戶(hù)在任何時(shí)候都不用額外地添加制冷劑，避免了對(duì)大氣臭氧層的破壞。地源熱泵在去濕方面有特別的過(guò)人之處，在夏季炎熱潮濕的天氣里，地源熱泵技術(shù)在這一點(diǎn)上的特點(diǎn)更加突出。若要達(dá)到室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，地源熱泵系統(tǒng)是一個(gè)非常好的選擇。
第四：地源熱泵基本上是免維護(hù)的系統(tǒng)，
地源熱泵非常的耐用，而且它的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件非常少，機(jī)組使用壽命長(zhǎng)，這樣大大的節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用。地源熱泵的地下埋管選用的是聚乙烯和聚丙烯塑料管，使用的壽命可達(dá)50年，是常規(guī)分體式和窗式空調(diào)器的2至4 倍。地源熱泵系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件要比常規(guī)系統(tǒng)少可以減少維護(hù)，另外因?yàn)橄到y(tǒng)安裝在室內(nèi)和地下避免了環(huán)境的破壞，延長(zhǎng)了壽命。甚至還可以節(jié)省空間，因?yàn)榈卦礋岜孟到y(tǒng)可以一機(jī)多用，替換原來(lái)的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置，也不需要另外的冷卻塔和鍋爐房及其它設(shè)備，節(jié)省了建筑用地，改善了面環(huán)境外部形象。
第五 地源熱泵的制約因素
土壤源熱泵因?yàn)榈芈駬Q熱器受土壤性質(zhì)影響較大在續(xù)運(yùn)行時(shí)，熱泵的冷凝溫度容易受土壤溫度變化的影響而產(chǎn)生波動(dòng)；再加上土壤導(dǎo)熱系數(shù)小，要求使地埋換熱器的面積較大才能滿(mǎn)足要求；再加上關(guān)于埋地盤(pán)管的數(shù)學(xué)模型和土壤熱場(chǎng)特點(diǎn)的理論研究還不夠深入，仍處于試驗(yàn)階段；施工中還涉及鉆探工程，使施工困難，系統(tǒng)投資比較大。這些均制約了土壤源熱泵的發(fā)展。而地下水換熱系統(tǒng)必須采取可靠回灌措施，確保置換冷量或熱量后的地下水全部回灌到同一含水層，不得對(duì)地下水資源造成浪費(fèi)及污染，但在實(shí)際上使用中，由于這種系統(tǒng)出現(xiàn)了越來(lái)越多的無(wú)法回灌現(xiàn)狀，造成地下水被大量抽取浪費(fèi)，逐漸受到限制，再加上我國(guó)有關(guān)地源熱泵的現(xiàn)成技術(shù)資料不多，可供參考的成熟案例少，缺少設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝和維護(hù)人員，相關(guān)技術(shù)人才的培養(yǎng)還比較缺乏；生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的廠(chǎng)家少。
二、地源熱泵技術(shù)需要注意問(wèn)題
地源熱泵技術(shù)雖然它是高效、環(huán)保、節(jié)能、先進(jìn)的一種技術(shù)，但仍然存在一些需要注意的問(wèn)題
第一：地源熱泵是一種利用淺層和深層的大地能量，包括土壤、地下水、地表水等天然能源作為冬季熱源和夏季冷源。地源熱泵技術(shù)包含了抽地下水方式、埋管方式、抽取湖水或江河水方式等，抽取湖水或江河水方式造價(jià)最低，埋管方式最貴。地源熱泵若采用抽取地下水水源熱泵，施工之前必須取得水源和取水的許可證。必須有可供采取的充足的地下水源，發(fā)現(xiàn)有了充足的水源以后必須攜帶權(quán)威部門(mén)的地下水開(kāi)采和回灌設(shè)計(jì)報(bào)告向水務(wù)局的水資源管理處申報(bào)，得到水務(wù)局的批復(fù)后還必須依法繳納水資源使用費(fèi)。注意取水和回灌的環(huán)境問(wèn)題。取水后如果不進(jìn)行有效的回灌或者因?yàn)榛毓嗖簧鞫斐傻叵滤廴�，這些都是極不負(fù)責(zé)任的行為，如果不注意取水和回灌的問(wèn)題。它造成的后果和損失是無(wú)法挽回的，不可估量的。比如天津唐沽的地下水因?yàn)檫^(guò)量開(kāi)采，從而導(dǎo)致海水滲透進(jìn)去，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)造成嚴(yán)重破壞。如果是對(duì)水井抽取后進(jìn)行回灌，還要特別地對(duì)水井進(jìn)行維護(hù)，增加水井的使用壽命，回灌水應(yīng)該以不應(yīng)污染地下水源為前提。 第二 埋管式地源熱泵技術(shù)是充分利用淺層地?zé)岬淖罴鸭夹g(shù)途徑。地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，應(yīng)進(jìn)行實(shí)施的可行性及經(jīng)濟(jì)性評(píng)估。設(shè)計(jì)前還應(yīng)明確待埋管區(qū)域內(nèi)各種地下管線(xiàn)的種類(lèi)、位置及深度，預(yù)留未來(lái)地下管線(xiàn)所需的埋管空間及埋管區(qū)域進(jìn)出重型設(shè)備的車(chē)道位置。施工中嚴(yán)禁損壞既有地下管線(xiàn)及構(gòu)筑物。施工完成后，應(yīng)在埋管區(qū)域做出標(biāo)志或標(biāo)明管線(xiàn)的定位帶，并應(yīng)采用兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的永久目標(biāo)進(jìn)行定位。地埋管的的塑料管材應(yīng)采用化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)大、流動(dòng)阻力小的塑料管材，質(zhì)量應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的各項(xiàng)規(guī)定。管材的公稱(chēng)壓力不應(yīng)小于1.0MPa。
第三 重視對(duì)地下?lián)Q熱器的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮地層對(duì)對(duì)建筑壓力、土壤地層特點(diǎn)等問(wèn)題， 在選用符合地源熱泵的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，合理地配置整個(gè)系統(tǒng)。發(fā)揮出地源熱泵的節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。
三、 地源熱泵技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
第一.地源熱泵技術(shù)的由來(lái)和發(fā)展
地源熱泵的概念最早是瑞士的專(zhuān)家在1912年提出的，而地源熱泵技術(shù)的提出則源自英美兩國(guó)，第一個(gè)地源熱泵系統(tǒng)始建于1946年的美國(guó)俄勒岡州的波蘭特市中心區(qū)。但這種技術(shù)在當(dāng)時(shí)比沒(méi)有引起大家的關(guān)注，更談不上理論和技術(shù)的發(fā)展了。研究地源熱泵技術(shù)的第一次高潮在上世紀(jì)的50年代的歐洲，因?yàn)?0世紀(jì)70年代初的第一次能源危機(jī)后環(huán)保高效的地源熱泵技術(shù)才開(kāi)始被重視。在這段時(shí)間里很多的公司進(jìn)行了地源熱泵的研究、生產(chǎn)和安裝。特別是很多的水平埋管式土壤源地源熱泵，廣泛用于冬季供暖。 隨著科技的進(jìn)步，更多的政府關(guān)注能源消耗和環(huán)境污染，更多的的法律制訂越來(lái)越嚴(yán)格，地源熱泵技術(shù)的發(fā)展迎來(lái)了它的第二次高潮。瑞士、瑞典和奧地利為代表的政府采取了相應(yīng)的補(bǔ)貼政策和保護(hù)政策大力推廣地源熱泵供暖和制冷技術(shù)的發(fā)展。到80年代后期，地源熱泵技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，地源熱泵的生產(chǎn)和年遞增率很多國(guó)家超過(guò)10%。據(jù)1999年統(tǒng)計(jì)，在家庭應(yīng)用的供暖設(shè)備中，地源熱泵所占的比例：瑞士96﹪、奧地利38﹪、丹麥27﹪，美國(guó)的地源熱泵生產(chǎn)和推廣速度更是后來(lái)居上變成了地源熱泵生產(chǎn)和使用的頭號(hào)大國(guó)。
第二.地源熱泵技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展
由于美國(guó)的氣候條件與我國(guó)很相似，美國(guó)地源熱泵生產(chǎn)和推廣對(duì)我國(guó)很有借鑒意義，但在我國(guó)由于能源價(jià)格以及人們?cè)诠?jié)能、環(huán)保的認(rèn)識(shí)程度等原因地源熱泵空調(diào)技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展還比較緩慢，但隨著一次性礦物能源的的儲(chǔ)量進(jìn)一步減少和生存環(huán)境的日趨惡化，地源熱泵這一技術(shù)已經(jīng)引起了人們的重視。在國(guó)家建設(shè)部公布的《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中也作了推薦，北京市于2007年7月1日，由發(fā)改委及其他八部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)關(guān)于發(fā)展熱泵系統(tǒng)的指導(dǎo)意見(jiàn)的通知》（京發(fā)改〔2006〕839號(hào)），明確提出在建筑中使用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，可以獲得每平50元的政府補(bǔ)助； 國(guó)家還將北京、天津、沈陽(yáng)等三個(gè)城市做為地源熱泵試點(diǎn)城市，通過(guò)政府努力引導(dǎo)和發(fā)展地源熱泵技術(shù)，現(xiàn)特別是在國(guó)家的一些政府部門(mén)的建筑，學(xué)校，醫(yī)院等，都大力進(jìn)行了地源熱泵改造，相信不久的將來(lái)地源熱泵系統(tǒng)在神州大地必將花開(kāi)滿(mǎn)地。
