地源熱泵應用現狀及發展前景研究

曾艷

摘要：能源的短缺以及環境問題已被全世界所重視，在低碳經濟與節能理念的大趨勢中，地源熱泵技術應運而生。這種高效、節能、環保的空調技術是節能型中央空調的發展趨勢。本文結合我國地源熱泵技術發展情況及地源熱泵系統的含義、分類及特點，分析了其在未來中的發展障礙與發展趨勢。

關鍵詞：地源熱泵 節能 應用現狀 發展趨勢

1 地源熱泵的發展情況

地源熱泵概念始于1912年，由瑞士Zoelly提出，1946年美國開始進行這項技術的研究工作并在俄勒岡州成功建成第一個地源熱泵系統。我國自20世紀80年代開始對地源熱泵也進行了一系列的探索，并在各高校和科研機構相繼開展了理論與實際應用方面的深入研究。

2 地源熱泵的含義

地源熱泵系統是一種通過利用淺層地熱資源來實現供熱與制冷的新型高效環保的節能技術，是節能中央空調的發展趨勢。《地源熱泵系統工程技術規范》（GB50366-2005）規定地源熱泵系統是以巖土體、地下水或地表水為低溫熱源，由水源熱泵機組、地熱能交換系統、建筑物內系統組成的供熱空調系統。根據地熱能交換系統形式的不同，地源熱泵系統分為地下水源熱泵系統、地埋管地源熱泵系統和地表水源熱泵系統。

3 地源熱泵的分類與特點

3.1 地下水源熱泵系統 地下水源熱泵通常是指深井回灌水源熱泵系統，利用地層的隔熱作用使得深層地下水的水溫相對穩定的原理，通過地質勘探并打造深井群，將地下水抽出，通過開式系統或者閉式系統提取或釋放熱量后將水源進行回灌，最終回灌入地下。這個過程只進行了熱交換并沒有消耗水資源。由于開式地下水源熱泵系統是將地下水直接供應到熱泵機組并經過換熱后回灌入地下的，在這個過程中很難控制水質以及水的潔凈度，極有可能對熱泵機組造成腐蝕或阻塞，因此一般不建議使用。而閉式地下水源熱泵系統則相對來說比較穩定，它是用板式換熱器將建筑內循環水與地下水隔離開，通過潛水泵進行取水與回灌，這對熱泵機組安全穩定運行極其有利。地下水源熱泵系統存在初期造價較低，水井占地面積較小且系統簡便易行的優點，但它對地下水源要求較高，再者就是水源如何能夠在不被污染的前提下完全回灌這一問題有待進一步研究。

3.2 土壤垂直埋管式地源熱泵系統 地埋管地源熱泵系統，又稱地下耦合熱泵系統，它是以水平或U形管狀形式垂直安裝在土壤內部或豎井中，通過中間介質為熱載體來實現熱泵系統與土壤間的熱量轉換。它對地下水不存在任何污染與破壞，而且熱泵系統不因地下水量的大小而影響供熱制冷效果，這就使得熱泵系統具有較高的穩定性與可靠性。然而相對于地下水源熱泵系統來講，地埋管地源熱泵系統前期因打井數量較多而總投入較高。

3.3 地表水源熱泵系統 地表水源熱泵系統即通過直接抽取或間接換熱方式，將湖水、河水等地表水源作為熱泵的冷熱源。它具有初投資低、簡便易行的優點，但同時也受到了自然條件的制約，穩定性較低。無論哪種類型的地源熱泵技術，都具有高效節能以及運行費用較低的技術優點，它節能、環保、無污染，屬于可再生能源利用技術的典范。據統計，地源熱泵的運行效率要高出傳統空調系統的40%；再者，地源熱泵技術對社會環境沒有任何污染與破壞，這順應了當前世界對可再生能源利用的理念，是能源發展的大趨勢。

4 當前我國地源熱泵的發展環境

4.1 地源熱泵逐漸被廣泛應用 目前地源熱泵技術已從京津冀等率先應用的城市輻射向全國各地，其廣泛應用在商業建筑及住宅建筑中，并取得了良好的效果。同時，地源熱泵技術作為一種新型的清潔能源利用代表，得到了政府的高度重視與大力支持，這對此技術的應用及發展極為有利。

4.2 地源熱泵技術正在多樣化發展 地下水源熱泵系統、土壤垂直埋管式地源熱泵系統以及地表水源熱泵系統三種方式在我國均得到了迅速發展；與此同時，地源熱泵冷熱源的類型也呈現出多樣化趨勢：地熱，地下水，水庫水，江、湖、海水以及污水熱源，實際中可以針對工程的地理位置而選擇合適的冷熱源，這均表明我國近年來對地源熱泵技術的探索與普及獲得了較大的成功。

5 目前我國地源熱泵發展中面臨的障礙

5.1 暖通空調行業綜合技術有待進一步提高 地源熱泵技術是暖通空調技術與水利技術、地質勘探以及專業鉆井等技術緊密相連的綜合技術，這就要求施工團隊必須具備豐富的專業知識和經驗，通過合理制定方案，充分進行技術研究來保證技術的可實現性。

5.2 地源熱泵系統研發工作需要進一步深入 目前我國的國家標準規范、系統圖集和宣傳材料等方面還有所欠缺，另外一些科研問題上還有待突破，例如水源的供水過濾、水質防腐處理以及取水回灌等技術問題依然沒有完善的解決方案；再者，對已投入運行的地源熱泵系統，其能效性能也缺乏正確的評估體系。

5.3 地源熱泵系統的初投資相對較高 實際中，工程的區域性及規模性會使得工程初投資差別巨大，例如工程鉆井費用因地質及施工隊伍的專業程度可能會占據整個系統工程投資的一半以上，這就使得工程的經濟性受到影響，從而導致投資者重新傾向選擇傳統中央空調形式。盡管我國的地源熱泵技術起步相對較晚，但作為適合可持續發展理念的新型高效環保的節能技術，它具有良好的發展前景。我們應該在國家的支持與引導下，開發適合我國國情的地源熱泵機組，并發展同類技術形式，建立完善的工程質量監管機制，使這項新技術在我國建筑行業應用中能夠健康快速的發展。

參考文獻：

[1]汪訓昌.關于發展地源熱泵系統的若干思考[A].首屆中國地源熱泵技術城市級應用高層論壇論文集[C].2006.

[2]謝冬梅，胡桂秋，陳軍.地源熱泵的開發和應用[J].節能與環保，2005（06）.