1 刊于《暖通空调》2011年8月期“工程设计问答”
问题与答复(19)
关于地源热泵系统
问：地源热泵系统涵盖哪些范围？
地源热泵系统的涵盖范围，应以GB 50366-2005《地源热泵系统工程技术规范》的术语为准：以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组的供热空调系统。
以岩土体为低温热源的地埋管地源热泵系统，以抽取和回灌浅层地下水为低温热源的地下水源热泵系统，以提取和回放江、湖、河、海等地表水为低温热源的地表水源热泵系统，构成了地源热泵系统的地源主体。深层地热资源的梯级利用，以及污水源热泵系统，不属于地源热泵系统的范围。
问：采用地源热泵系统，应该着重注意什么问题？
GB 50366-2005《地源热泵系统工程技术规范》的全文中，一共只有两条强制性条文。即：3.1.1条提出，方案设计前，应进行工程场地状况调查，并对浅层地热能资源进行勘察。5.1.1条提出，地下水换热系统应根据水文地质勘察资料进行设计，必须采取可靠回灌措施，确保置换冷量或热量后的地下水全部回灌到同一含水层，并不得对地下水资源造成浪费和污染。
JGJ26-2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》的5.4.8条，又以强制性条文重申“当选择土壤源热泵系统、浅层地下水源热泵系统、地表水（淡水、海水）源热泵系统、污水水源热泵系统作为居住区或户用空调（热泵）机组的冷热源时，严禁破坏、污染地下资源。”
这说明，地源属于新能源和可再生能源，当合理和有效地加以利用时，能够取得节能减排的效益，但是应以不造成对环境的负面影响作为前提。
问：什么叫做“合理和有效地加以利用”？
一般应该从以下几个角度，衡量是否能合理和有效地加以利用：
1）计算冷源的综合制冷性能系数（SCOP）。对于常规的冷源系统，冷源综合制冷性能系数是指在名义工况下，制冷机的制冷量与制冷机、冷却水水泵及冷却
2 塔（或风冷式的风机）等的净输入能量之比。而对于地源热泵系统，冷源综合制冷性能系数应指在名义工况下，热泵机组的制冷量与热泵机组、地源侧循环水泵以及净化过滤换热设施等的净输入能量之比。在许多情况下，地源热泵系统的冷源综合制冷性能系数，有可能会并不比水冷式或风冷式蒸气压缩循环冷水机组优越。
1 一、地源热泵的由来
"地源热泵"的概念，最早于1912年由瑞士的专家提出，而该技术的提出始于英、美两国。
1946年美国在俄勒冈州的波兰特市中心区建成第一个地源热泵系统。但是这种能源的利用方式没有引起当时社会各界的广泛注意，无论是在技术、理论上都没有太大的发展。
20世纪50年代，欧洲开始了研究地源热泵的第一次高潮，但由于当时的能源价格低，这种系统并不经济，因而未得到推广。直到20世纪70年代初世界上出现了第一次能源危机，它才开始受到重视，许多公司开始了地源热泵的研究、生产和安装。这一时期，欧洲建立了很多水平埋管式土壤源地源热泵，主要用于冬季供暖。虽然欧洲是世界上发展地源热泵最成熟的地区，但是它也曾因为地源热泵专家不懂安装技术，安装工人又不懂地源热泵原理等因素，致使地源热泵的发展走了一段弯路。
随着科技的进步，关于能源消耗和环境污染的法律制订越来越严格，地源热泵的发展迎来了它的另一次高潮。欧洲国家以瑞士、瑞典和奥地利等国家为代表，大力推广地源热泵供暖和制冷技术。政府采取了相应的补贴政策和保护政策，使得地源热泵生产和使用范围迅速扩大。上世纪80年代后期，地源热泵技术已经趋于成熟，更多的科学家致力于地下系统的研究，努力提高热吸收和热传导效率，同时越来越重视环境的影响问题。地源热泵生产呈现逐年上升趋势，瑞士和瑞典的年递增率超过10%。美国的 2 地源热泵生产和推广速度很快，技术产生了飞速的发展，成为世界上地源热泵生产和使用的头号大国。
从地源热泵应用情况来看，北欧国家主要偏重于冬季采暖，而美国则注重冬夏联供。由于美国的气候条件与中国很相似，因此研究美国的地源热泵应用情况，对我国地源热泵的发展有着借鉴意义。
据2009年统计，在家庭应用的供暖设备中，地源热泵所占的比例：瑞士96﹪、奥地利58﹪、丹麦67﹪，在我国由于能源价格的特殊性以及人们节能、环保的认识程度等原因以及其它一些因素的影响，地源热泵空调技术应用和发展比较缓慢，人们对之尚不十分了解，推广较困难，然而随着人们生活水平的提高，人均能耗的增长，一次性矿物能源的日益衰竭以及环境的日趋恶化，地源热泵技术已越来越引起人们的重视。在目前节能和环保的潮流下，该技术以其特有的节能性和稳定性受到行业的瞩目，国内许多院校、科研所作了大量的应用研究。
1 地源地源热泵系统简介
一、地源地源热泵系统特点
地源地源热泵系统又称地埋管地源热泵系统，通过地下埋管（地埋管换热器）充分利用土壤中所蕴含的低位热能，来实现夏季制冷和冬季供暖的目的。地源热泵系统就好像把大地当作一个大的能量储存站，夏季将室内的多余热量转移到地下土壤中并储存起来；冬季又通过循环系统从土壤中收集热量，经热泵机组提升后，由中央空调系统送入建筑物内。
地源热泵系统通常由三部分组成：热泵机组、室内风机盘管末端和地埋管换热器。其中，室外地埋管换热器分为水平式和垂直U型管式，水平式是指水平敷设地埋管换热器，而垂直U型管式就是钻60～120米深的换热井，然后将预制好的换热器埋设到其中，以达到和土壤换热的目的。其中我国受建筑空间的制约采用地源热泵系统的工程以垂直垂直U型管式居多。
地源热泵技术利用地表土壤的过程当中，不会引起任何的地下或地表水污染，因此，地源热泵是一种清洁能源方式。
二、地源热泵在国内外应用状况
㈠、国外应用状况
地源热泵的提出始于英、美两国。20世纪40年代末50年代初，英、美就开始采用地下盘管热源的家庭用热泵，并开始研究地源热泵，并建立起供试验研究用的地源热泵系统，但是由于这个时期能源价格低，地源热泵系统的初投资高，使用这种系统并不经济、计算复杂、土壤对金属的腐蚀等原因，因此，地源热泵系统的早期研究高潮持续到20世纪50年代中期就基本停止了。该系统未得到普遍的推广和应用。大规模的应用直到20世纪70年代以后，才在欧洲和北美兴起。 2 1973年在欧美等国家开始的“能源危机”重新促使人们有了对地源热泵研究的兴趣和需求，特别是北欧国家（如瑞典等）的兴趣，再一次进入地源热泵的研究高潮。1974年，欧洲开始了30个工程开发研究项目，发展地源热泵的设计方法、安装技术并积累运行经验。瑞典安装了6000个水平地下埋管系统，德国也有大量的此类工程出现，所有的地源热泵系统都只用于供暖，且主要安装水平埋管。美国于1977年开始，重新开始了对地源热泵的大规模研究，最显著的特征就是政府积极支持与倡导。
浅析地源热泵系统
本文通过对我国热能动力系统中出现的问题进行分析，分别从地源热泵的含义、分类、特点以及工作原理方面进行分析，并详细阐释了地源热泵系统的应用，期望能更好的促进我国地源热泵系统的发展。
标签： 热能动力；地源热泵；系统
一、地源热泵的含义
地源热泵系统是一种通过利用浅层地热资源来实现供热与制冷的新型高效环保的节能技术，是节能中央空调的发展趋势。地源热泵系统工程技术规范-（GB50366-2005）规定地源热泵系统是以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地下水源热泵系统、地埋管地源热泵系统和地表水源热泵系统。
二、地源热泵的分类及特点
（一）土壤源热泵系统地埋管
地源热泵系统包括一个土壤耦合地热交换器，它或是在地沟中水平地安装，或是在竖井之中以U形管状进行垂直安装。不同的竖井或管沟中的热交换器进行并联连接，再通过建筑中不同的集管连接建筑物内的水环路，它在封闭地下通过循环液（水或以水为主要成分的防冻液）埋管中的流动，实现大地与系统之间的传热。（1）应用条件。建筑物附近水资源缺乏或因各种因素限制，水资源无法有效利用；建筑物附近有足够场地对“地埋管”进行敷设（例如：办公楼前后场地、学校运动场，别墅花园等等）。例如在江南和上海的锡、苏、常等地区，政府限制水源热泵的使用，严禁开采地下水，地表水的使用也要去水利部门通过报批才行，所以通常情况下会采取地埋管的方式。
（二）特点
其优点是系统不受地下水量的影响，对地下水没有破坏或污染作用，系统运行具有高度的可靠性和稳定性。主要缺点是由于管壁传热温差的存在，机组冬季地源侧水温低于地下水式系统5～10℃，机组夏季地源侧水温高于地下水式系统10～15℃，机组运行条件相对较差，降低了运行效率；埋地换热器受土壤性质影响较大；连续运行时，热泵的冷凝温度或蒸发温度受土壤温度变化的影响而发生波动；土壤导热系数小而使埋地换热器的持续吸热速率小，导致埋地换热器的面积较大等。
