摘要：介绍了地源热泵的特点，分析了地源热泵的关键技术，并与相关的热泵技术进行了性能比较。
关键词：地源　热泵　空调　节能

1 概述

    地源热泵是利用地下能源的热泵系统，这是它与水-空气热泵以及空气热泵的最主要的区别。冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位对建筑供暖，同时蓄存冷量以备夏季使用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下，对建筑物进行供冷，同时蓄存热量以备冬季使用。

    地源热泵系统根据不同的构成型式有不同的名称：地耦合式热泵、大地耦合式热泵、土壤热源热泵、地热热泵、闭环热泵、太阳能热泵、地源热泵等[1]。这些系统的工作原理基本是相同的，而且是相互关联的。如地源热泵就不但包括地耦合式热泵系统而且包括以地下水和湖水为低位热源的水源热泵系统，它们的区别是封闭环路的排管是埋在土壤中还是放在水中。近年来，地源热泵系统的研究在国内外倍受重视，国外已经有一些比较成功的工程实例，国内也在大力进行推广。地源热泵的性能如何，与传统的热泵技术比较具有哪些优缺点，正是暖通空调工作者关注的问题。

2 地源热泵的特点

2.1 地源热泵的结构型式

    典型的地源热泵系统主要由压缩机、水-制冷剂热交换器、水泵、制冷剂-水(或制冷剂-空气)热交换器、节流装置和电气控制设备等部件组成。地源热泵系统的类型多样性使其组成部分不尽相同，但是基本的构件是共同的，如压缩机、地下盘管、水泵、热交换器等。传统的地源热泵系统采用较多的是U型竖埋管换热器，根据埋管深度分为浅层(<30m)、中层(30～100m)、深层(>100m)三类[2]。而且地下蓄能系统的埋管较灵活，可布置在草坪、花园、农田下面或湖泊、水池内；可布置在土壤、岩石或地下水层内；也可在混凝土桩内埋管。

2.2 地源热泵的性能分析

    热泵技术是在高位能的拖动下，将热量从低位热源流向高位热源的技术。它可以把不能直接利用的低品位热能(如空气、土壤、水、太阳能、工业废热等)转化为可利用的高位能，从而达到节约部分高位能(煤、石油、天然气、电能等)的目的。利用低位能的热泵技术可以节约燃料、合理利用能源、减轻环境污染，作为一条节能与环保并重的途径，热泵技术在矿物能源日益紧张的当今世界，已引起人们的兴趣和重视。有研究表明，与区域锅炉房的能耗比较，相同容量的热泵站的能耗：用河水(5～6.6℃) 作为低位热源时，年节煤率为12.68～14.08%；用海水(12～13.6℃)作为低位热源时，年节煤率为21.59～39.98%；用工业废水(18～20℃)作为低位热源时，年节煤率为39～39.98%[3]。

    热泵的效率与建筑物室内和室外环境的温差有关，温差越小，热泵的效率越高。文献[4]中对此做了较为详细的分析，热泵的效率直接影响它的使用。有研究表明，从热泵机组冬季运行中除霜的角度来看，空气源热泵的使用不但与室外温度有关，而且与室外大气的相对湿度有密切关系，这大大限制了它的使用范围[5]。采用地源热泵系统，由于土壤的温度比室外空气温度更接近室内的温度，若设计合理，地源热泵可以比空气源热泵具有更高的效率和更好的可靠性。此外，因为相同体积流量水的热容是空气的3500倍，水与制冷剂的换热效果远好于空气与制冷剂的对流换热，因此地源热泵的换热盘管要比空气源热泵小得多且地源热泵系统的构件较少使其运行费用可以降低。

2.3 地源热泵的经济性分析

    一项新技术的应用在很大程度上是受经济性影响的，地源热泵系统也不例外，其发展的历史就是一个很好的例证。分析其经济性应从系统构成、系统效率、能源价格体系、所服务的建筑类型、环境因素等方面来综合考虑。

    在目前的价格体系下，若全国建立以工业废水(18～20℃)作为低位热源的热泵站，其经济效益是合理的，以河水(5～6.6℃)为低位热源的热泵站宜在长江流域及长江以南的地区建立[3、6]。此处热泵站经济性的确定标准是水温， 以水为换热工质的水源热泵系统可以此为参考。进一步考虑环境因素，如空调系统对大气环境和水环境等的影响进行评价，可以更为全面和客观地分析其经济性能。

    以土壤作为低位热源的土壤源热泵系统的造价与地下蓄能系统的埋管有关；若埋管深，地下土壤的温度以系统的运行性能较稳定，钻孔占地面积较少，但是会相应带来钻孔、钻孔设备的经费和高承压PVC管的造价增加。文献[7]中分析的是一学校建筑(共14864m²)，将其供冷和供热系统改造成地源热泵系统，并在系统中对水泵采用变流量技术，改造后每年节省的费用为37000元，占总能耗的26.62%；系统因改造而增加的费用为197000元，整个地源热泵系统的回收期是5～6年。