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浅谈地源热泵技术的发展
作者：周福鹏 严虹
来源：《新农村》2011年第24期
一、引言
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，而燃油、燃气锅炉则运行费用很高。地源热泵就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。 二、地源热泵的定义
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。 三、地源热泵的特点：
1）高效：一般空调对着空气换热称为风冷热泵，缺点在于天气炎热或者寒冷最需要冷量或热量时效率反而下降。地温一年四季基本恒定在16℃左右，略高于该地区平均温度1到2度，使得热泵无论在制冷或制热工况中均处于高效率点。2）节能省费用：冬季运行时，COP约为4.2，即投入1KW电能，可得到4KW的热能，夏季运行时，COP可达5.3，投入1KW电能，可得到5KW的冷量，能源利用效率为电采暖方式的3-4倍；并且热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的用电能耗。比常规空气源空调节能50%左右。3）节省占地面积：省去了冷却塔、锅炉及与之配套的煤棚和渣场，节省了土地资源，产生附加经济效益，并改善了建筑物的外部形象。4）环保：供热时没有燃烧过程，避免了排烟污染，供冷时省了冷却塔，避免了噪音及霉菌污染。该装置的运行没有任何污染，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，可以极大地改善其它空调方式的CO2 的排放。5）一机多用：地源热泵系统可供暖，空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。6）可再生：土壤有较好的蓄热性能，冬季通过热泵将大地浅层的低位热能提高对建筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量，以备冬用，保证大地热量的平衡。 四、地源热泵的工作原理及性能分析
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。
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地源热泵机组的运行靠少量的电力来驱动，它的工作原理是通过向机房系统内的热泵机组输入一定电能驱动压缩机做功，使机组中的介质反复发生蒸发吸热和冷凝放热的物理相变过程，从而将地源系统中的能量提取和传导到用户系统，实现空间上的热量交换和传递转移。 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。 五、地源热泵的种类及各自的特点
1) 地下水源热泵：欧美国家最常用的地源热泵系统是地下水热泵系统，其的热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。经过换热的地下水可以排入地表水系统，但对于较大的应用项目通常要求通过回灌井把地下水回灌到原来的地下水层。水质良好的地下水可直接进入热泵换热，之后将井水回灌地下，这样的系统称为开式系统。由于可能导致管路阻塞，更重要的是可能导致腐蚀发生，同时出于对地下水资源的保护，通常不建议在地源热泵系统中直接应用地下水。实际工程中更多采用闭式环路的热泵循环水系统，即采用水—水板式换热器把地下水和通过热泵的循环水分隔开，以防止地下水中的泥沙和腐蚀性杂质对热泵的影响。
由于地下水温常年基本恒定，夏季比室外空气温度低，冬季比室外空气温度高，且具有较大的热容量，因此地下水热泵系统的效率比空气源热泵高，COP值一般在3～4.5，并且不存在结霜等问题。最近几年地下水源热泵系统在我国得到了迅速发展。
2) 土壤源热泵：土壤源热泵是利用地下岩土中热量的闭路循环的地源热泵系统。通常称之为“闭路地源热泵”，以区别于地下水热泵系统，或直接称为“地源热泵”。它通过循环液（水或以水为主要成分的防冻液）在封闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的传热。根据地下热交换器的布置形式，主要分为垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管三类。
垂直埋管换热器通常采用的是U型方式，按其埋管深度可分为浅层（100m）三种。埋管深，地下岩土温度比较稳定，钻孔占地面积较少，但相应会带来钻孔、钻孔设备的经费和高承压埋管的造价提高。
水平埋管换热器有单管和多管两种形式。其中单管水平换热器占地面积最大，虽然多管水平埋管换热器占地面积有所减少，但管长应相应增加来补偿相邻管间的热干扰。水平埋管换热器热泵系统由于施工设备广泛使用而且施工人员易找，又加上许多家庭有足够大的施工场地，因此造价就可以减下来。
蛇行埋管换热器比较适用于场地有限又较经济的情况下。虽然挖掘量只有单管水平埋管换热器20%～30%,但是用管量会明显增加。这种方式优缺点类似于水平埋管换热器，所以有的文献将其归入水平埋管换热器。