| 摘要：地源熱泵系統(tǒng)是一種節(jié)能、環(huán)保、的能源利用技術(shù)，它充分發(fā)揮了淺層巖體的儲冷儲熱作用，實(shí)現(xiàn)對建筑物的供暖和制冷，是一種典型的綠色技術(shù)。本文對地源熱泵技術(shù)進(jìn)行了闡述，介紹了地源熱泵的原理及發(fā)展歷史，分析了其形式及優(yōu)點(diǎn)，對其與常規(guī)空調(diào)技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)及投資和運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行了比較，分析了制約其發(fā)展的主要問題，并提出了地源熱泵技術(shù)在中國的發(fā)展前景和展望。
關(guān)鍵詞：地源熱泵 供暖空調(diào) 冷熱源 綠色技術(shù) 近年來隨著資源和環(huán)境的問題日益嚴(yán)重，在滿足人們健康、舒適要求的前提下，合理利用自然資源，保護(hù)環(huán)境，減少常規(guī)能源消耗，已成為暖通空調(diào)行業(yè)需要面對的一個(gè)重要問題。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)通過吸收大地（包括土壤、井水、湖泊等）的冷熱量，冬季從大地吸收熱量，夏季從大地吸收冷量，再由熱泵機(jī)組向建筑物供冷供熱而實(shí)現(xiàn)節(jié)能，是一種利用可再生能源的節(jié)能、無污染的既可供暖又可制冷的新型空調(diào)系統(tǒng)。 在中國，煤作為主要能源, 煤炭在我國能源體系中占主導(dǎo)地位，*以來，煤炭在我國能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、消費(fèi)結(jié)構(gòu)中一直占有主導(dǎo)地位，盡管近年來，比例略有下降，但仍保持在65%以上，并再次呈現(xiàn)出上升的跡象。2002年煤炭在我國能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例分別由2001年的68.6%和65.3%上升為70.7%和66.1%【1】。特別在冬季,在國內(nèi)的農(nóng)村和部分城市幾乎全部靠煤取暖。煤是各種能源中污染環(huán)境zui嚴(yán)重的能源,只有減少城市地區(qū)煤的使用,城市大氣污染問題是才可能得到解決。現(xiàn)在各地都在采取措施控制燃煤的數(shù)量,選用電采暖、燃油或者燃?xì)獠膳却胧?但都存在運(yùn)行費(fèi)用高、資源不足和排放CO2這些問題。受能源、特別是一次性能源與環(huán)保條件的限制,傳統(tǒng)的燃油、燃煤*空調(diào)方式將逐步受到制約。從降低運(yùn)行費(fèi)用、節(jié)省能源、減少排放CO2排放量來看,地源熱泵技術(shù)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。 地源熱泵不需要人工的冷熱源,可以取代鍋爐或市政管網(wǎng)等傳統(tǒng)的供暖方式和*空調(diào)系統(tǒng)。冬季它代替鍋爐從土壤、地下水或者地表水中取熱,向建筑物供暖;夏季它可以代替普通空調(diào)向土壤、地下水或者地表水放熱給建筑物制冷。同時(shí),它還可供應(yīng)生活用水，可謂一舉三得，是一種有效地利用能源的方式。 地源熱泵（ground source heat pumps, GSHP）系統(tǒng)包括三種不同的系統(tǒng)：以利用土壤作為冷熱源的土壤源熱泵，也有資料文獻(xiàn)成為地下耦合熱泵系統(tǒng)（ground-coupled heat pump systems, GCHPs）或者叫地下熱交換器熱泵系統(tǒng)（ground heat exchanger, GHPs）；以利用地下水為冷熱源的地下水熱泵系統(tǒng)（ground water heat pumps, GWHPs）；以利用地表水為冷熱源的地表水熱泵系統(tǒng)（surface-water heat pumps, SWHPs）。 1.地源熱泵的工作原理 系統(tǒng)通過地源熱泵將環(huán)境中的熱能提取出來對建筑物供暖或者將建筑物中的熱能釋放到環(huán)境中去而實(shí)現(xiàn)對建筑物的制冷，夏季可以將富余的熱能存于地層中以備冬用；同樣，冬季可以將富余的冷能貯存于地層以備夏用。這樣，通過利用地層自身的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對建筑物、環(huán)境的能量交換。 在制冷狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對冷媒做功，使其進(jìn)行汽-液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。通過蒸發(fā)器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)將由風(fēng)機(jī)盤管循環(huán)所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時(shí)再通過冷凝器內(nèi)冷媒的冷凝，由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，zui終由水路循環(huán)轉(zhuǎn)移至地下水或土壤里。在室內(nèi)熱量不斷轉(zhuǎn)移至地下的過程中，通過風(fēng)機(jī)盤管，以13℃以下的冷風(fēng)的形式為房間供冷。 在制熱狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對冷媒做功，并通過換向閥將冷媒流動方向換向。由地下的水路循環(huán)吸收地下水或土壤里的熱量，通過冷凝器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)，將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時(shí)再通過蒸發(fā)器內(nèi)冷媒的冷凝，由風(fēng)機(jī)盤管循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉(zhuǎn)移至室內(nèi)的過程中，以35℃以上熱風(fēng)的形式向室內(nèi)供暖。 系統(tǒng)實(shí)際上是指通過將傳統(tǒng)的空調(diào)器的冷凝器或蒸發(fā)器延伸至地下，使其與淺層巖土或地下水進(jìn)行熱交換，或是通過中間介質(zhì)（如防凍液）作為熱載體，并使中間介質(zhì)在封閉環(huán)路中通過在淺層巖土中循環(huán)流動，從而實(shí)現(xiàn)利用低溫位淺層地能對建筑物內(nèi)供暖或制冷的一種節(jié)能、環(huán)保型的新能源利用技術(shù)。該技術(shù)可以充分發(fā)揮淺層地表得儲能儲熱作用，達(dá)到環(huán)保、節(jié)能雙重功效，而被譽(yù)為“21世紀(jì)zui有效的空調(diào)技術(shù)”。 2.地源熱泵的發(fā)展歷史 地源熱泵的概念zui早出現(xiàn)在1912年瑞士的一份文獻(xiàn)中。開放式地下水熱泵系統(tǒng)在20世紀(jì)30年代被成功應(yīng)用。20世紀(jì)50年代歐洲和美國掀起了研究地源熱泵（GSHP）的*次高潮，美國愛迪生電子學(xué)院zui早研究閉式環(huán)路熱泵系統(tǒng)，印地安納洲的印地安納波利斯是zui早安裝閉式環(huán)路地源熱泵系統(tǒng)的。直到20世紀(jì)70年代，世界石油危機(jī)使得人們關(guān)注節(jié)能、用能，地源熱泵的研究進(jìn)入了又一次高潮，這時(shí)瑞典的研究人員開始將塑料管應(yīng)用在閉式環(huán)路地源熱泵系統(tǒng)上，地源熱泵的推廣應(yīng)用迅速展開。 經(jīng)過近50年的發(fā)展地源熱泵技術(shù)在北美和歐洲已非常成熟，是一種被廣泛采用的熱泵空調(diào)系統(tǒng)。針對地源熱泵機(jī)組、地?zé)釗Q熱器，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝有一整套標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、計(jì)算方法和施工工藝。在美國地源熱泵系統(tǒng)占整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的20%，是美國政府極力推廣的節(jié)能環(huán)保技術(shù)。到1997年底，美國有超過3萬臺GSHP系統(tǒng)在家庭、學(xué)校和商業(yè)建筑中應(yīng)用，每年約提供8000～11000GWh的終端能量，另據(jù)地源熱泵協(xié)會統(tǒng)計(jì)，美國有600多所學(xué)校安裝有GSHP。目前美國地源熱泵的銷售數(shù)量以每年20%的速度遞增，2000年全美銷售數(shù)量達(dá)40萬臺【2】～【3】。 在實(shí)際工程應(yīng)用中，北美對地源熱泵應(yīng)用偏重于全年冷熱聯(lián)供，采用閉式水環(huán)熱泵系統(tǒng)（WLHP）；歐洲國家偏重于冬季供暖，往往采用熱泵站方式集中供熱供冷。我國氣候條件與美國比較相似，所以北美的方式對我國更具借鑒意義。 在我國，地源熱泵的研究起始于20世紀(jì)80年代，zui近5年該項(xiàng)技術(shù)成了國內(nèi)建筑節(jié)能及暖通界熱門的研究課題，也開始應(yīng)用于工程實(shí)踐，與此相關(guān)的熱泵產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，掀起了一股"地?zé)峥照{(diào)"的熱潮。在研究領(lǐng)域，過去幾年里國內(nèi)許多大學(xué)先后建立了地源熱泵實(shí)驗(yàn)臺，進(jìn)行了地下埋管換熱器與地面熱泵設(shè)備聯(lián)合運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)。研究工作主要集中在以下幾個(gè)方面： （1）地下埋管換熱器的傳熱模型和傳熱研究； （2）夏季瞬態(tài)工況數(shù)值模擬的研究； （3）熱泵裝置與部件的仿真模型的理論和實(shí)踐研究； （4）地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)制冷工質(zhì)替代研究； （5）其他能源如太陽能、水電等與地?zé)嵩绰?lián)合應(yīng)用的研究； （6）地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工； （7）地源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能和運(yùn)行特性的研究； （8）地源熱泵系統(tǒng)與埋地?fù)Q熱器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能匹配方面機(jī)組整體性能的研究； （9）土壤熱物性及土壤導(dǎo)熱系數(shù)的試驗(yàn)研究等等。 隨著研究的深入，我們的地源熱泵研究工作者在全國范圍內(nèi)舉行了各種交流探討會。中國制冷學(xué)會第二專業(yè)委員會主辦了“全國余熱制冷與熱泵技術(shù)學(xué)術(shù)會議”；1988年中科院廣州能源研究所主辦了“熱泵在我國應(yīng)用與發(fā)展問題專家研討會”【4】；中國能源研究會地?zé)釋I(yè)委員會于1994年9月6日至8日在北京召開了第四次全國地?zé)崮荛_發(fā)利用研討會；從90年代開始，每屆全國暖通制冷學(xué)術(shù)年會上都有“熱泵應(yīng)用”的專題；2000年6月19～23日，中美地源熱泵技術(shù)交流會在北京召開，會議介紹了地源熱泵技術(shù)，國外的應(yīng)用狀況和在中國的推廣；山東建筑工程學(xué)院地源熱泵研究所與山東建筑學(xué)會熱能動力專業(yè)委員會聯(lián)合發(fā)起并承辦“地源熱泵新技術(shù)報(bào)告會”于2003年3月17日在山東建筑工程學(xué)院舉行，加強(qiáng)了國內(nèi)外地源熱泵*技術(shù)的交流。在工程應(yīng)用方面，1996年至2000年間在山東、河南、北京、遼寧、河北、江蘇、上海等地建成了地源熱泵工程，發(fā)展速度很快，地源熱泵技術(shù)正被越來越多的人們所了解。 3.地源熱泵系統(tǒng)形式 3.1 土壤熱交換器地源熱泵 土壤熱交換器地源熱泵（圖2.（a）， （b））是利用地下巖土中熱量的閉路循環(huán)的地源熱泵系統(tǒng)。通常稱之為“閉路地源熱泵”，以區(qū)別于地下水熱泵系統(tǒng)，或直接稱為“地源熱泵”。它通過循環(huán)液（水或以水為主要成分的防凍液）在封閉地下埋管中的流動，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與大地之間的傳熱。地下耦合熱泵系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是有一個(gè)由地下埋管組成的地?zé)釗Q熱器（geothermal heat exchanger, 或ground heat exchanger）。地?zé)釗Q熱器的設(shè)置形式主要有水平埋管和垂直埋管兩種。水平埋管形式是在地面開1～2米深的溝，每個(gè)溝中埋設(shè)2、4或6根塑料管。 垂直埋管的形式是在地層中鉆直徑為0.1～0.15 m的鉆孔，在鉆孔中設(shè)置1組（2根）或2組（4根）U型管并用灌井材料填實(shí)。鉆孔的深度通常為40～200m?，F(xiàn)場可用的地表面積是選擇地?zé)釗Q熱器形式的決定性因素。豎直埋管的地?zé)釗Q熱器可以比水平埋管節(jié)省很多土地面積，因此更適合中國地少人多的國情。管溝或豎井中的熱交換器成并聯(lián)連接，再通過集管進(jìn)入建筑中與建筑物內(nèi)的水環(huán)路相連接。在液體溫度較低時(shí)，系統(tǒng)中需加入防凍液，北方地區(qū)應(yīng)用時(shí)應(yīng)特別注意。 3.2 地下水地源熱泵 地下水源熱泵（圖2.（c））的熱源是從水井或廢棄的礦井中抽取的地下水。經(jīng)過換熱的地下水可以排入地表水系統(tǒng)，但對于較大的應(yīng)用項(xiàng)目通常要求通過回灌井把地下水回灌到原來的地下水層。水質(zhì)良好的地下水可直接進(jìn)入熱泵換熱，之后將井水回灌地下，這樣的系統(tǒng)稱為開式系統(tǒng)。由于可能導(dǎo)致管路阻塞，更重要的是可能導(dǎo)致腐蝕發(fā)生，通常不建議在地源熱泵系統(tǒng)中直接應(yīng)用地下水。開式系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)牡叵滤畻l件和建筑物參數(shù)下是一個(gè)有吸引力的選擇方式，但必須謹(jǐn)慎的使用。 實(shí)際工程中更多采用閉式環(huán)路的熱泵循環(huán)水系統(tǒng)，即采用板式換熱器把地下水和通過熱泵的循環(huán)水分隔開，以防止地下水中的泥沙和腐蝕性雜質(zhì)對熱泵的影響。通常系統(tǒng)包括帶潛水泵的取水井和回灌井。板式熱交換器采取小溫差換熱的方式運(yùn)行，根據(jù)溫度和地下水深度的不同，可以在很大程度上抵消開式系統(tǒng)在性能上的優(yōu)勢。由于地下水溫常年基本恒定，夏季比室外空氣溫度低，冬季比室外空氣溫度高，且具有較大的熱容量，因此地下水熱泵系統(tǒng)的效率比空氣源熱泵高，COP值一般在3～4.5，并且不存在結(jié)霜等問題。zui近幾年地下水源熱泵系統(tǒng)在我國得到了迅速發(fā)展。 無論是深井水，還是地下熱水都是熱泵的良好低位熱源。地下水位于較深的地方，由于地層的隔熱作用，其溫度隨季節(jié)氣溫的波動很小，特別是深井水的水溫常年基本不變，對熱泵的運(yùn)行十分有利。 3.3 地表水地源熱泵 地表水地源熱泵系統(tǒng)（圖2.（d））由潛在水面以下的、多重并聯(lián)的塑料管組成的熱交換器取代了土壤熱交換器，與土壤熱交換地源熱泵一樣，它們被連接到建筑物中，并且在北方地區(qū)需要進(jìn)行防凍處理。 地表水熱泵系統(tǒng)的一個(gè)熱源是池塘、湖泊或河溪中的地表水。在靠近江河湖海等大量自然水體的地方利用這些自然水體作為熱泵的低溫?zé)嵩词侵档每紤]的一種空調(diào)熱泵的型式。熱泵與地表水的換熱可采用開式循環(huán)或閉路循環(huán)的形式。開式循環(huán)是用水泵抽取地表水在換熱器中與熱泵的循環(huán)液換熱后再排入水體。但水質(zhì)較差時(shí)在換熱器中會產(chǎn)生污垢，影響傳熱，甚至影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。更常用的地表水熱泵系統(tǒng)采用閉路循環(huán)，即把多組塑料盤管沉入水體中，熱泵的循環(huán)液通過盤管與水體換熱，可以避免水質(zhì)不良引起的污垢和腐蝕問題。 在實(shí)際工程中，有大量的應(yīng)用特性可以幫助我們決定以上系統(tǒng)中的哪一種形式zui適宜選擇。其中包括可用地下水含量、可用地表水面積、現(xiàn)場土地面積、潛在熱回收能力、建筑物高度和規(guī)模、機(jī)房面積和當(dāng)?shù)匾?guī)劃要求等。 4.地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 地源熱泵與常規(guī)空調(diào)技術(shù)相比有著*的優(yōu)勢。 表1 地源熱泵與常規(guī)空調(diào)技術(shù)特點(diǎn)比較（1萬平方建筑，負(fù)荷為100瓦/平方） | 項(xiàng)目 | 地源熱泵*空調(diào) | 溴化鋰吸收式直燃機(jī)組 | 水冷機(jī)組+燃油（氣）熱水鍋爐 | 水冷機(jī)組+電熱鍋爐 | | 占地面積 | 機(jī)房占地面積小可設(shè)在地下室 | 機(jī)房占用建筑面積，冷卻塔占用屋頂面積儲油設(shè)備需要占地面積 | 須冷凍站和鍋爐房，冷卻塔占用屋頂面積，儲油設(shè)備需要占地面積 | 須冷凍站和鍋爐房，冷卻塔占用屋頂面積需要較大的電負(fù)荷 | | 設(shè)備壽命 | 20年 | 10年 | 冷水機(jī)組20年燃油鍋爐10年 | 冷水機(jī)組20年，電鍋爐15年 | | 水資源消耗量 | 只利用地下水的熱量采用回灌技術(shù)，不消耗水資源 | 冷卻水循環(huán)量的2%冬季供熱的排污補(bǔ)水 | 冷卻水循環(huán)量的2%冬季鍋爐的排污補(bǔ)水 | 冷卻水循環(huán)量的2%冬季鍋爐的排污補(bǔ)水 | | 驅(qū)動能源方式 | 電能能源利用系數(shù)為3.8-4.5 | 燃油或燃?xì)饽茉蠢孟禂?shù)80% | 夏季：電能利用系數(shù)為3.5-3.8冬季燃油或燃?xì)?0% | 夏季：電能利用系數(shù)為3.5-3.8冬季90% | | 環(huán)境保護(hù) | 無燃燒污染，水資源不和制冷劑接觸，水沒有污染 | 有燃燒污染，有一定的噪音和水霉菌污染（冷卻塔） | 有燃燒污染，有一定的噪音和水霉菌污染（冷卻塔） | 無燃燒污染，夏季有一定的噪音和水霉菌污染（冷卻塔） | | 備注 | 需要一定量的水資源 | 機(jī)房需要設(shè)置自動安全報(bào)警系統(tǒng) | 需要設(shè)置兩套機(jī)組和人員，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜鍋爐房需要設(shè)置自動安全報(bào)警裝置 | 需要設(shè)置兩套機(jī)組和人員，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜 | 它具有以下一些優(yōu)點(diǎn)： （1）屬可再生能源利用技術(shù) 地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源（通常小于400m深）作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地?zé)豳Y源可以成為之為地能（Earth Energy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地?zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱能。地表淺層是一個(gè)巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽所散發(fā)的到地球上的能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層并類似于一種無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源的一種形式。 （2）屬經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能技術(shù) 地能或地表淺層地?zé)豳Y源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵冷、熱源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高40%，因此要節(jié)能和節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用40%左右。另外，低能溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的性和經(jīng)濟(jì)性。 據(jù)美國環(huán)保署（EPA）估計(jì)，設(shè)計(jì)安裝良好的地源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶30%～40%的供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用。 （3）運(yùn)行穩(wěn)定可靠 正是由于地層溫度一年四季相對穩(wěn)定，其溫度的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的波動，是很好的冷熱源；同時(shí)由于溫度的恒定性，使得系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的性和經(jīng)濟(jì)性。 （4）環(huán)境效益顯著 地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40%以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70%以上，如果結(jié)合其他節(jié)能措施節(jié)能減排量會更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25%的充灌量；屬自含式系統(tǒng)，即該裝置能在工廠車間內(nèi)事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏機(jī)率大為減少。該裝置的運(yùn)行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙；也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量，可以*地改善其它空調(diào)方式的CO2 的排放。 （5）舒適程度高 由于地源熱泵系統(tǒng)的供冷、供熱更為平穩(wěn)，降低了停、開機(jī)的頻率和空氣過熱和過冷的峰值。這種系統(tǒng)更容易適應(yīng)供冷、供熱負(fù)荷的分區(qū)。 （6）一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣 地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的2套裝置或系統(tǒng)；可應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。 （7）自動運(yùn)行 地源熱泵機(jī)組由于工況穩(wěn)定，所以可以設(shè)計(jì)簡單系統(tǒng)，部件較少，機(jī)組運(yùn)行簡單可靠，維護(hù)費(fèi)用低；自動控制程度高，可無人值守；此外，機(jī)組使用壽命長，均在20年以上。 5.地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析 地源熱泵系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對建筑物的供熱和制冷，還可供生活熱水，一機(jī)多用。一套系統(tǒng)可以代替原來的鍋爐加制冷機(jī)的兩套裝置或系統(tǒng)。系統(tǒng)緊湊，省去了鍋爐房和冷卻塔，節(jié)省建筑空間，也有利于建筑的美觀。如上所述，地源熱泵系統(tǒng)的另一個(gè)顯著的特點(diǎn)是大大提高了一次能源的利用率，因此具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高約40～60％。另外，地源溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用也較鍋爐－制冷機(jī)系統(tǒng)大大減少，保證了系統(tǒng)的性和經(jīng)濟(jì)性。 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性取決于多種因素。不同地區(qū)，不同地質(zhì)條件，不同能源結(jié)構(gòu)及價(jià)格等都將直接影響到其經(jīng)濟(jì)性。地下耦合熱泵系統(tǒng)地下埋管的初投資較高，但根據(jù)國外的經(jīng)驗(yàn)，由于地源熱泵運(yùn)行費(fèi)用低，增加的初投資可在3～7年內(nèi)收回，地源熱泵系統(tǒng)在整個(gè)服務(wù)周期內(nèi)的平均費(fèi)用將低于傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)。 表2 地源熱泵與常規(guī)空調(diào)投資及運(yùn)行費(fèi)用比較 | 冷熱源方式及序號 項(xiàng)目 | 1 | 2 | 3 | 4 | | 地源熱泵 | 冷水機(jī)組與燃?xì)忮仩t配套 | 冷水機(jī)組與城市熱網(wǎng)配套 | 直燃式溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組 | | 冷熱水機(jī)組（元/kw·冷量） | 600～800 | 560～700 | 560～700 | 950～1300 | | 燃?xì)忮仩t（元/kW·熱量） | | 400～520 | | | | 熱網(wǎng)（元/m2采暖面積） | | | 100 | | | 冷卻塔（元/kW·冷量） | 無 | 40～60 | | 地下鉆孔及埋管（元/kW） | 800～1400 | 無 | | 機(jī)房水泵、管道、控制等 | 基本相同（20～40元/m2） | | 建筑物空調(diào)末端 | 基本相同（100～160元/m2） | | 初投資概算比較 （冷指標(biāo)100W/m2） | | 初投資（元/m2空調(diào)面積） | 340 | 280 | 330 | 280 | | 運(yùn)行費(fèi)用比較 （熱指標(biāo)100W/m2） | | 季節(jié) | 夏季 | 冬季 | 夏季 | 冬季 | 夏季 | 冬季 | 冬、夏兩季 | | 能源形式 | 電 | 電 | 天然氣 | 電 | 供熱網(wǎng) | 天然氣 | 輕柴油 | | 單位 | kW·h | kW·h | m3 | kW·h | m2·季 | m3 | 升 | | 價(jià)格（元） | 0.5 | 0.5 | 2.0 | 0.5 | 19.5 | 2.0 | 3.0 | | 熱值 | 1000W | 1000W | 35600kW | 1000W | | 35600kW | 43000kW | | 效率 | 4.8 | 3.5 | 3.8 | 0.88 | 3.8 | | 0.88 | 0.85 | | 燃料耗量 | /m2·h | 0.021 | 0.029 | 0.0263 | 0.0115 | 0.0263 | | 0.0115 | 0.01 | | /m2·季 | 13.23 | 28.02 | 16.57 | 11.27 | 16.57 | | 18.52 | 16.1 | | 燃料費(fèi)用（元/m2·季） | 6.6 | 14 | 8.29 | 22.54 | 8.29 | 19.5 | 37.04 | 48.3 | | 機(jī)房運(yùn)行費(fèi)用（元/m2·季） | 4.5元/m2·兩季 | | 冷卻塔運(yùn)行費(fèi)用 | 無 | 2元/m2.季 | | 全年運(yùn)行費(fèi)合計(jì)（元/m2） | 25.1 | 37.33 | 34.29 | 43.54 | 54.8 | | 費(fèi)用比例 | 1 | 1.49 | 1.37 | 1.73 | 2.18 | 6.制約地源熱泵發(fā)展的因素 影響地源熱泵廣泛應(yīng)用的主要原因是對地源熱泵發(fā)展核心技術(shù)問題的研究和認(rèn)識還很有限。據(jù)研究動態(tài)表明，它的核心技術(shù)問題是地埋式換熱器的傳熱強(qiáng)化、地源熱泵系統(tǒng)仿真及*匹配參數(shù)的研究。另一個(gè)主要原因是地源熱泵自身存在的缺點(diǎn)：地埋換熱器受土壤性質(zhì)影響較大；連續(xù)運(yùn)行時(shí)，熱泵的冷凝溫度或蒸發(fā)溫度受土壤溫度變化的影響而發(fā)生波動；土壤導(dǎo)熱系數(shù)小，使地埋換熱器的面積較大等。 研究地源熱泵還存在以下幾個(gè)有待解決的問題：關(guān)于埋地盤管的數(shù)學(xué)模型和土壤熱場特點(diǎn)的理論研究還不夠深入，仍處于試驗(yàn)階段；由于它涉及鉆探工程，使施工困難，系統(tǒng)投資比較大。 我國有關(guān)地源熱泵的現(xiàn)成技術(shù)資料不多，缺少這方面的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝和維護(hù)人員，而且生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的廠家少，也是影響地源熱泵在我國推廣發(fā)展的主要因素之一。 7.結(jié)束語 1998年美國環(huán)保署頒布法規(guī)，要求在全國聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)的建筑中推廣應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)。美國總統(tǒng)*在他的得州宅邸中也安裝了地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)【5】，以支持并鼓勵(lì)這種新能源技術(shù)的發(fā)展。 我國成功申辦2008奧運(yùn)會，提出了“科技奧運(yùn)、人文奧運(yùn)、綠色奧運(yùn)”的承諾，并在申奧報(bào)告中明確地寫著要發(fā)展地源熱泵技術(shù)以及其它綠色技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對綠色能源地利用，從而實(shí)現(xiàn)“新奧運(yùn)，新北京”。 地源熱泵作為一種環(huán)保節(jié)能的空調(diào)方式，應(yīng)該得到更為深入的研究，探索其關(guān)鍵性技術(shù)。目前在國內(nèi)地源熱泵機(jī)組的設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行、維護(hù)等各個(gè)方面還沒有成型的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,其推廣應(yīng)用還有待時(shí)日。但地源熱泵技術(shù)在中國就像一個(gè)新事物必須經(jīng)歷挫折和教訓(xùn)一樣逐漸地發(fā)展。作為一門新技術(shù)，它為我們的國家的可持續(xù)發(fā)展帶來了契機(jī)，在不遠(yuǎn)的將來，隨著國富民強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提高和生活水平的進(jìn)步，研究和技術(shù)人員的努力，在中國一定有廣闊的市場前景。 | 
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