地源熱泵技術與應用

隨著我國經濟的飛速發展，我國的建筑業也獲得了前所未有的大發展。現在一年建成的房屋建筑面積，比所有發達國家一年建成的房屋建筑面積的總和還要高。

一般地說，地源熱泵技術利用普遍存在于地下巖土層中可再生的所謂淺層地熱能或地表熱能，即土壤、巖石、地下水、地面水（包括污水、工業廢水、河流湖泊、海水）中蘊含的低品位熱能，通過消耗少量的高品位能源（如電能），實現了更多熱量從溫度低的介質到溫度高的介質的轉移，可以滿足用戶冬季采暖、夏季制冷空調、全年生活熱水以及其他供熱、制冷需求。

1 土壤垂直埋管式系統

改系統也稱地下耦合熱泵系統，通過中間介質（通常為水或加入防凍劑的水）作為載體，通過載體在土壤內部的封閉環路內循環流動，實現與大地土壤之間熱交換目的，為制冷機組提供冷熱源。

2 地下水源熱泵系統

該系統即通常所說的深井回灌式水源熱泵系統。通過建造抽水井，將地下水抽出，通過二次換熱或直接送至水源熱泵機組，經提取熱量或釋放熱量后，由回灌井群回灌入地下，只進行熱交換，不消耗水資源。

3 地表水源熱泵

通過直接抽取或間接換熱的方式，利用包括江水、河水、湖水、水庫水作為熱泵冷熱源。該方式又分為開式循環系統或閉式系統。開式為直接抽取地表水換熱，提取其中熱量，不污染水源。閉式即通常所說的地下埋管，通過熱載體在埋于水下的閉式環路內循環流動，達到和地表水之間的熱交換，從而為熱泵機組提供冷熱源。

4 單井換熱熱井系統

即單管型垂直埋管地源熱泵系統，在國外稱為熱井。其特點是在地下水位以上用鋼套作為護套，直徑和孔徑一致；地下水位以下為自然孔洞，不加任何固井設施。熱泵機組出水直接在孔洞上部進入，其中一部分在地下水位以下進入巖石層換熱，其余部分在邊壁處與巖石換熱。換熱后的水體在孔洞底部通過埋在底部的回水管抽出，為熱泵機組供水。改方式主要應用于巖石地層。

地源熱泵是利用了地球表面淺層地熱資源（通常小于400m深）作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。地表淺層地熱資源可以稱之為地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中.吸收太陽能、地熱能而蘊藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，是人類每年利用能量的500多倍。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近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源的一種形式、地源熱泵能夠充分利用可再生能源，是一種可持續發展技術。

傳統空調系統無論是水冷還是風冷，由于它的換熱器必須置于暴露的空氣中，因此會對建筑造型造成不好的影響，破壞建筑的外觀；而地源熱泵把換熱器埋于地下，且遠離主建筑物，故不會對其造型產生影響。

風冷換熱器與水冷換熱器的換熱環境均為大氣，故不可避免地受到環境條件變化的影響，會明顯降低換熱效率；而地源熱泵換熱器是和大地換熱，大地初始溫度大約等于年平均溫度，基本不受外界環境的影響。

普通空調對環境的影響是很嚴重的，由于夏季將廢熱排入大氣，冬季吸收大氣中的熱量而使大氣、住宅周圍的環境更加惡劣；而地源熱泵可以利用大地的蓄熱能力，把夏季多余的排入大地的熱能在冬季取用，把冬季多余的冷能在夏季取用，以達到冬夏兩季室內的供暖供冷。雖然也使用制冷劑，但比常規空調裝置減少25%的充灌量，屬自含式系統，即該裝置能在工廠車間內事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏幾率大為減少。傳統的空調系統的冷卻塔或室外機有噪聲擾民，而地源熱泵沒有此噪音。該裝置的運行幾乎沒有任何污染，可以建造在居民區內，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，且不用遠距離運輸。

地源熱泵空調與傳統空調方式的初投資及運行費用指標的對比：

1、在初始投資方面。熱源熱泵系統可以代替原來的鍋爐加制冷劑兩套裝置或系統，實現對建筑物的供熱和制冷，省去了鍋爐房和冷卻塔，減少初投資。地源熱泵的鉆井費昂貴，但從總體初投資來看，地源熱泵系統的初投資比傳統空調系統高。

2、在運行費用方面。地源熱泵使用電能大大提高了一次能源的利用率。通常通過直接燃燒礦物燃料（煤、石油、天然氣）產生熱量，并通過若干個傳熱環節最終為建筑供熱，鍋爐及供熱管線的熱損失比較大，一次能源利用率比較低。如果先利用燃燒燃料產生的高溫熱能發電，然后利用電能驅動熱泵從周圍環境吸收低品位的熱能，適當的提高溫度再向建筑供熱，就可以充分利用燃料中的高品位熱能，大大降低供熱的一次能源消耗。供熱用熱泵的性能系數，即供熱量與消耗的電能之比可達3～4。天然氣、輕柴油價格比電貴，再加上利用率低，致使傳統空調的燃料費比地源熱泵系統高。地源熱泵系統不需要冷卻塔，故冷卻塔的運行費用可省去。地源熱泵系統的運行費用要比傳統的空調低。

3、綜合計算每年初投資與運行費之和，可以計算出地源熱泵系統較其它常規空調系統經濟。普通空調壽命一般在15年左右，而地源熱泵的地下換熱器由于采用高強度惰性材料，埋地壽命至少20年。因此，從使用壽命和運行費來考慮，地源熱泵經濟性是高于傳統空調的。

地源熱泵空調系統的經濟性取決于多種因素。不同地區，不同地質條件，不同能源結構及價格等將直接影響到其經濟性，根據國外的經驗，由于地源熱泵運行費用低，增加的初投資可在3年～7年內收回。地源熱泵系統在整個服務周期內的平均費用將低于傳統的空調。

當然，地源熱泵也不是十全十美的，如其應用會受到不同地區、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響；一次性投資及運行費用會隨著用戶的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，會受到當地地下水資源的制約。