地源热泵系统简介

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。

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。

地源热泵系统直到20世纪80年代后期才在商业和民用建筑的设计中采用。

截止1985年美国共有14000台地源热泵系统。

瑞士20世纪80年代开始采用土耦合热泵系统供暖。

1985年瑞典生产20000套热泵，其中土壤耦合热泵为6000台，占30%。

进入90年代，研究热点依然集中在地下埋管换热器的换热机理、强化传热等方面，与前阶段的研究不同，最新的研究更多地关注相互耦合的传热、传质模型，以便更好地模拟地下埋管的真实换热；研究物性更好的回填材料，以强化埋管在土壤中的导热过程；为进一步优化系统，研究埋管换热器与热泵装臵的匹配问题等，从而使地源热泵的应用和发展进入了一个新的发展阶段。

目前美国发展最快的企业之一是地源热泵供暖和制冷，仅1994~1995年地源热泵的应用从18%发展到30%。

全美有各类地源热泵系统60多万套，其中20万套以上为闭式循环系统，开式循环的地热泵系统有35~40万套，每年递增20%.2000年安装5~6万套，其中4万套以上为闭式循环系统。

1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总数量的19%，其中新建建筑占30%。

与美国地源热泵发展历史有所不同，中、北欧如瑞士、瑞典、奥地利、德国等国家主要把地下土壤埋管的地源热泵系统用于室内地板辐射采暖和提供生活热水。

据1999年统计，在家用供暖装臵中，地源热泵系统所占比例为：瑞士96%，奥地利38%，丹麦27%.加拿大地源热泵技术发展较晚，其中闭式循环刚刚开始，至1994年，仅有7000~8000台地源热泵系统投入使用，加上开式系统总数不超过1万台。

瑞典政府在地源热泵应用的初期采用了一定的补贴政策。

20世纪90年代以后，政府补贴取消，但仍以1000套/年的速度递增。

全国已安装了23万套，其中5万套为闭式循环系统。

瑞士是世界上地源热泵应用人均比例最高的国家，其中闭式循环系统所占比例越来越高，至1998年已占70%以上，总数达20万台以上。

目前，国外已有大量的工程实例和成型设计技术，地源热泵应用日益广泛，潜在着一个广阔的发展市场。

国际著名组织及从事热泵的研究者都认为，地源热泵是最有前途的节能装臵和系统，是国际空调和制冷行业前沿课题之一，也是浅层低能利用的重要形式。

㈡、国内应用状况中国地源热泵的研究和应用虽刚刚起步，但其对地方缓解能源压力、推动经济的作用正日益受到认同，地源热泵作为生态环境保护、高效节能和自然资源再利用的21世纪可持续发展的新技术和建筑环境供热制冷系统的换代产品，体现出旺盛市场需求的势头。

我国从1995 年开始学习和引进欧洲产品，直到1997年才出现有规模的地源热泵采暖工程项目，美国特别看好中国市场，美国能源部和中国科技部于1997年11月签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书，其中一项内容就是地源热泵发展战略。

该项目拟在中国的北京、杭州和广州3个城市各建一座采用地源热泵供暖空调的商业建筑，以推广运用这种“绿色技术”，缓解中国对煤炭和石油的依赖程度，从而达到能源资源多元化的目的。

到1999年底，全国大约有100套供暖/制冷系统，而且全部为开式循环系统。

2000年12月由日本政府无偿援助，日本地热工程株式会社负责，长春市地热开发有限公司和吉林大学参与，在长春完成了一个1000㎡建筑面积的地源热泵供暖/制冷示范项目，为国内第一个闭式循环系统。

2001年，重庆大学、北京工业大学、山东建筑大学也纷纷建成了各自的封闭循环系统示范工程。

近两年来，在我国北方，已成功建立了一批上规模的地源热泵应用示范工程。

山东建筑大学、北京工业大学等具有较雄厚的理论基础并建立了典型的示范工程。

三、地源热泵系统的应用前景传统的空调系统通常需设臵锅炉作为空调制冷的热源，我们知道，锅炉设备通常是以消耗矿物燃料（主要是包括燃煤）、燃油以及燃气为代价来提供所需的热量，其中主要以燃煤锅炉为主。

一方面，煤的燃烧必然带来其固有的副产品—周围环境的三大污染物质：氮硫氧化物SOx和NO x、碳氧化合物以及排放出大量的粉尘。

我们知道，氮硫氧化物是空气中主要的污染物之一，空气中氮硫氧化物含量超过一定量就会形成酸雨现象，破坏周围环境。

而大量的粉尘必然影响人们的健康。

碳氧化合物的危害程度虽然没有氮硫氧化物和粉尘严重，但是如果空气中含有大量的碳氧化合物势必造成全球性的气候变暖（即所谓的温室效应）以及破坏大气臭氧层。

目前，全球都面临着气候变暖的严重问题，这在很大程度上与燃煤锅炉排放了大量的温室效应气体有关。

因此，燃煤锅炉是最主要的大气污染源，特别是中小型的燃煤锅炉，其燃烧效率低，严重污染着周围的环境。

目前在我国已经强制限制中小型燃煤锅炉的发展，所有的中小型燃煤锅炉机组（部分边远地区除外）都会被强制限期拆除。

特别是在城市，已经明令禁止在城市中使用中小型燃煤锅炉，以保护我们的生活环境；燃油和燃气锅炉对环境的污染程度虽然没有燃煤锅炉严重，但同样会排放大量的温室效应气体，仍然对我们生活的环境会产生影响，并且对于燃油、燃气锅炉，其燃料费用和运行费用都是十分的昂贵。

另一方面，矿物燃料燃煤、燃油以及燃气的储存量在全球总是有限的，它们都是属于一种不可再生的能源资源。

随着这些不可再生能源的逐渐开采，必然出现全球性的能源危机。

因此，走可持续发展的道路以成为全球性的重要策略。

所有这些都限制了传统空调的发展。

在建筑空调行业，这体现在人们积极地寻找另外一种再生的、洁净的能源，以代替燃煤锅炉、燃油锅炉及燃气锅炉。

由于地源热泵具有高效节能、运行安全可靠、结构简单、对环境无污染以及使用范围广泛等优点。

同时，地源热泵系统由于采用的是可再生的地热，因此被称为一向以节能和环保为特征的21世纪的技术。

国外在70年代已经开始研究和发展地源热泵技术。

目前，地源热泵作为商品在美国等发达国家已趋于成熟，在我国则才刚刚起步。

其中一个重要原因就是我们对地源热泵的应用研究还不完善，对地热换热器传热模型的研究还处于摸索阶段，尤其是对实际工程设计、安装及运行的研究与总结几乎是空白。

另外一方面，由于历史的原因，我国生产力水平发展缓慢，经济落后。

这在很大程度上制约了地源热泵在我国的推广和应用。

但是，我们应该看到，随着我国经济的持续发展和我国人民生活水平的不断提高，以及对能源危机和环保问题的严峻性的认识的不断提高，作为一种有效的节能绿色产品，地源热泵系统必将在我国建筑空调行业中必定会发挥越来越重要的作用。

因此，地源热泵的研究成果，在我国有着广阔的应用前景。

它的应用将产生重大的经济效益和社会效益。

经济效益：●节能、运行费用低深层岩土的温度一年四季相对稳定，且冬暖夏凉。

冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，这一自然的特性决定了土壤是一种良好的热泵热源和空调冷源。

这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高约40％，比空气源热泵系统节能约20%，大大地提高了能量利用率。

另外，土壤温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，整个系统的维护费用也较锅炉－制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。

●一机多用，设备用房少地源热泵系统可兼顾建筑物在不同季节的供热和供冷的需要：冬季采暖、夏季制冷，同时还可一年四季提供生活用热水。

因此可一机多用。

一套系统可以替换原来的锅炉加制冷机的两套装臵或系统，设备利用率高，投资回报快。

机组紧凑，无需冷却塔或室外风冷设备，在不影响建筑物美观的同时节省建筑空间，设备利用率高，由此产生的经济效益也相当可观。

●运行费用低地源热泵系统用电省，系统维修量小，运行可靠，经济高效。

●利用地热，适用范围广用少量的地下空间埋设塑料管，用很少的室内空间布臵冷暖主机，便可构成各种形式灵活多样的空调系统。

社会效益：●环境效益显著开发推广地源热泵空调技术可彻底革除中小型燃煤锅炉，减少温室效应气体（CO2）的排放量。

地源热泵空调系统的运行几乎没有任何污染。

与锅炉—空调系统相比，地源热泵空调系统没有燃烧、没有排烟、没有废弃物。

因此可使城镇的大气污染得到根本的治理，保护了我们周围的生活环境。

同时避免了“地温热泵”（抽取水）可能造成的对地下水的浪费和污染，保护了地下水资源，具有极大的环境效益。

●利用再生能源，符合可持续发展战略地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源作为冷热源，进行能量交换的采暖空调系统。

地热资源是量大面广，无处不在，它是一种清洁的可再生能源。

因此，利用地热的地源热泵，是一种可持续发展的“绿色装臵”。

任何事物都是一分为二的，地源热泵空调系统有其固有的优点，同时也有其固有的缺点。

目前，从国外的发展和使用情况来看，地源热泵的主要缺点是：由于土壤导热系数小而导致地热换热器面积较大，如水平布臵的换热器的面积约为房间面积的2倍，若采用垂直布臵的方式，则会增加系统的初投资。