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摘要：我国正处于城市化快速发展时期，建筑业的快速发展使得建筑能耗不断增加。我国已将能源、城镇化和城市发展确定为优先领域，并将可再生能源低成本规模化开发利用、建筑节能与绿色建筑作为优先主题。作为民用建筑能耗中的大户，暖通空调系统的节能有很大潜力，对实现节能减排有着重要而深远的意义。热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的装置。本文结合具体工程详细阐述了地源热泵的工作原理及运行技术经济分析。
关键词：地源热泵；高效节能；冷热源；回灌量；经济性
一、地源热泵空调系统概述
（一）工作原理
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（包括地下水、土壤或地表水等的能量）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统，其工作原理如下：
当夏季热泵制冷时，该系统将大地作为排热场所，将室内热量及压缩机耗能通过埋地盘管系统以热交换的形式传给地下土壤或者地下水、地表水，再通过土壤的导热和土壤中水分的迁移把热量扩散出去；当冬季热泵制热时，该系统将大地及相关媒介作为热泵机组的低温热源，通过埋地盘管系统获取土壤中的热量，为室内供热。两个换热器既可作冷凝器又可作蒸发器，只因季节不同而功能不同。
（二）技术优势
1、使用清洁可再生能源，环保效果好
地源热泵利用的是地表中清洁可再生的太阳能，制热无需锅炉，无燃料燃烧时产生的污染物；制冷不需冷却塔，避免了冷却塔运行时的噪声污染、功耗和水的损耗。与土壤或者水源之间只有热量交换，不消耗水资源不污染地下水环境，不污染地下土壤。
2、高效节能，运行费用低
冬季地下土壤或水體温度比环境温度高，夏季比环境温度低，且始终保持较为稳定的状态，浅层地下水基本为恒温状态。由于这一特点，地源热泵机组的运行能效比或性能系数可维持在较高的恒定水平。
3、一机多用，服务面广，水体适用性广泛
地源热泵机组既可供暖、制冷，还可提供生活热水，一套设备可以替代原来的锅炉或者换热机组加冷水机组两套设备，并结合现有的控制技术及程控管理技术。地源机组可利用的水体不仅仅为地下水，还包括江河湖水、水库水、海水、城市中水、工业尾水、坑道水等各类水资源。
4、运行稳定可靠，寿命长
无论是寒冬还是酷暑，由于土壤或水体的温度较为稳定，机组都在较为稳定的工况下运行，保证了机组的高效性，并有利于延长其使用寿命。
5、系统简单，维护费用低
地源热泵中央空调系统组成简单，地下或室外部分几乎不需维护。室内部分的末端系统与传统空调采暖系统的末端系统相同或者兼容，操作规程相同，维护操作人员无需特殊培训。
二、地源热泵空调系统的工程应用分析
（一）工程概况
某工程公共建筑面积约8500平方米，工程地点为新疆石河子市，属严寒地区；全年采暖天数为146天；采暖室外计算温度-25℃；室外平均温度-8.0℃；采暖办公室及标准间设计温度20℃。冷热源采用地源热泵空调系统，热源为场地内160米地下水。设计内容包含地源热泵中央空调水系统、热泵主机系统、末端风机盘管系统（夏季使用）、末端低温地辐射采暖系统（冬季使用）及生活热水的制备。地质勘察报告表明砂粘土层厚度仅1.2米左右，以下为戈壁卵砾石层。
（二）设计原则
1、舒适性原则
本方案按舒适性空调设计，满足室内对空气品质如温度、湿度、清洁度、清新度的要求。
2、可靠性原则
对空调、采暖冷、热负荷精确计算，合理设计空调设备的型号和安装位置，合理设计室内气流组织。
3、节约性原则
在满足空调效果的前提下，利用本研究优化技术，系统进行了优化设计；水泵运行等采用变频技术，降低运行费用。
（三）设计参数选择
夏季总制冷量为547kw（制冷面积7250平方米）；冬季制热热负荷556KW，建筑内客房标准间+单人间共98间，按196人计算，卫生热水计算指标60升/人每天，温差按32℃计算，总需热水负荷为56kw；夏季制冷选用两台GSHP310制冷功率为QL=310KW，制热功率为QR=390KW带热回收功能）的热泵机组，夏季机组为空调提供循环冷冻水供回水温度12/7℃，并提供卫生热水；冬季工况单独选用1台GSHP75TF热泵机组及相关设备保证热水供应；冬季两台GSHP310机组同时运行，为低温地辐射采暖系统提供循环热水，供回水温度45-35℃。地下水恒温14℃±1℃。冬季回灌温度10℃，夏季回灌温度20℃。
（四）冷热源方案选择
1、本方案需打井三眼，一口为抽水井，一口为回灌井，一口井备用。为主机提供14℃冷却水/蒸发，采用优化管井技术措施。按照地勘部门要求完成抽水试验，试验应稳定延续12h，出水量不应小于设计出水量，降深不应大于5m。回灌试验应稳定延续36H，回灌量应大于设计回灌量。这样不仅可以减少深井潜水泵的耗功率，而且能防止井水出水量的不足。在机组处于不同负荷运行状态时，根据不同的需水量，潜水泵变频运行。
2、机组为水-—水热泵机组，制冷时，把从取水井中取出的水作为冷却水，流经机组冷凝器，带走热量，温度升高后，排至回灌井；空调系统循环水则流经蒸发器，温度降低后，流回空调系统。取暖时，把从取水井中取出的水作为热源水，流经蒸发器，释放热量，温度降低后，排至回水井；空调系统循环水流经冷凝器，温度升高后，流回空调系统。所选机组采用控制冷（热）水温度的方法根据负荷的变化自动调节输入功率，既满足了室内空调或采暖末端系统的要求，又大大节省了电能。
3、能源系统设计
能源系统设计如下图所示。
夏季供冷时，热泵机组中的制冷剂按实线箭头方向流动，换热器2作为循环中的冷凝器，将从压缩机出来的高温高压制冷剂蒸汽冷凝成高压液体，经过热力膨胀阀隆压，在换热器1中蒸发，吸收热量，将流经换热器1中的水或空气冷却，提供空调冷源，而流经换热器2的地下水源带走制冷剂释放的热量。 冬季供暖时，热泵机组中的制冷剂按虚线箭头方向流动，压缩机出来的高温高压制冷剂蒸汽流经作为冷凝器的换热器1，释放热量，将流经换热器1的水或空气加热，提供空调热源，而流经换热器2的地下水源向制冷剂提供热量，完成供热循环。
（五）运行经济性分析
1、运行方式
主机根据冷（热）水回水温度智能控制输出冷（热）量和输入功率，精确控制空调水系统的流量和温度，保证空调设备良好运行，实现室内空气参数的精确控制。地下水系统采用变频控制，通过流量调节控制地下水的进回水温度差，节约潜水泵的耗电能，确保机组的安全运行。
2、环保优势
地源热泵系统在冬季供暖时，无需锅炉，无燃烧产物排放，无直接温室气体排放。夏季制冷时，没有任何气体排放到大气中，无城市热岛效应且无冷却塔运行造成的噪音污染情况。因此，地源热泵系统环保优势明显。
3、工程造价低，性能优越
与传统中央空调系统相比（夏季：水冷中央空调机组；冬季：锅炉+换热站）节约设备购置及安装工程造价约20%，同时节省了锅炉房、冷却塔等占用的建筑面积。热泵机组夏季能效比达到2.8-3.0，冬季能效比达到3.2-3.6。
4、系统运行可靠
由于地下水温较恒定，系统工作状态稳定，使用寿命长。从投入使用至今近三年无停机检修状况，机组运行中根据室外计算温度变化自动控制系统运行正常、精准。
三、地源热泵空调系统的推广分析
地源热泵空调系统进行冷暖供应可比空气源制冷、燃煤锅炉供暖降低能耗约50%以上，可大幅度减少能源消耗，也减少了对环境的废气、废渣排放，对缓解城市的能源负荷、创造良好的城市环境均有重要的价值。
地源热泵空调系统推广的关键有如下几方面：系统全面地收集或测取地源能量利用相关的数据和资料；在特色地區建立示范工程，逐步扩大应用范围；建立相应的设计规范和工程标准；制定科学的政策和管理体系，防止在地源热泵空调系统的安装与应用中对地质、生态等造成不利影响，尤其在北方地区以地下水为地源介质时，应采取合理的回灌方案等。
结语
综上，经过多年的研究和实际运行使用，地源热泵系统在技术上己经比较成熟，且其具有节约能源、性能稳定、清洁安全等优点，虽然其初期建设投资（含打井泵房等土建工程）比常规采暖空调系统大，但长期运行可大大节省运行维护费用，因此其具有广阔的发展前景。
参考文献：
[l]刘茁.地源热泵及在我国应用发展[J].科技创新与应用，2012.3.
[2]张勇，杨甫.浅谈地源热泵空调系统的特点和应用前景[J].陕西建筑，2011.9.
[3]付红阳，陈伟，张国辉.基于全寿命周期的地源热泵工程经济性评价[J].建筑经济，2012.4.
[4]门小静.地源热泵空调系统的技术经济动态分析[D].武汉理工大学，2009.
关键词：地源热泵；高效节能；冷热源；回灌量；经济性
一、地源热泵空调系统概述
（一）工作原理
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（包括地下水、土壤或地表水等的能量）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统，其工作原理如下：
当夏季热泵制冷时，该系统将大地作为排热场所，将室内热量及压缩机耗能通过埋地盘管系统以热交换的形式传给地下土壤或者地下水、地表水，再通过土壤的导热和土壤中水分的迁移把热量扩散出去；当冬季热泵制热时，该系统将大地及相关媒介作为热泵机组的低温热源，通过埋地盘管系统获取土壤中的热量，为室内供热。两个换热器既可作冷凝器又可作蒸发器，只因季节不同而功能不同。
（二）技术优势
1、使用清洁可再生能源，环保效果好
地源热泵利用的是地表中清洁可再生的太阳能，制热无需锅炉，无燃料燃烧时产生的污染物；制冷不需冷却塔，避免了冷却塔运行时的噪声污染、功耗和水的损耗。与土壤或者水源之间只有热量交换，不消耗水资源不污染地下水环境，不污染地下土壤。
2、高效节能，运行费用低
冬季地下土壤或水體温度比环境温度高，夏季比环境温度低，且始终保持较为稳定的状态，浅层地下水基本为恒温状态。由于这一特点，地源热泵机组的运行能效比或性能系数可维持在较高的恒定水平。
3、一机多用，服务面广，水体适用性广泛
地源热泵机组既可供暖、制冷，还可提供生活热水，一套设备可以替代原来的锅炉或者换热机组加冷水机组两套设备，并结合现有的控制技术及程控管理技术。地源机组可利用的水体不仅仅为地下水，还包括江河湖水、水库水、海水、城市中水、工业尾水、坑道水等各类水资源。
4、运行稳定可靠，寿命长
无论是寒冬还是酷暑，由于土壤或水体的温度较为稳定，机组都在较为稳定的工况下运行，保证了机组的高效性，并有利于延长其使用寿命。
5、系统简单，维护费用低
地源热泵中央空调系统组成简单，地下或室外部分几乎不需维护。室内部分的末端系统与传统空调采暖系统的末端系统相同或者兼容，操作规程相同，维护操作人员无需特殊培训。
二、地源热泵空调系统的工程应用分析
（一）工程概况
某工程公共建筑面积约8500平方米，工程地点为新疆石河子市，属严寒地区；全年采暖天数为146天；采暖室外计算温度-25℃；室外平均温度-8.0℃；采暖办公室及标准间设计温度20℃。冷热源采用地源热泵空调系统，热源为场地内160米地下水。设计内容包含地源热泵中央空调水系统、热泵主机系统、末端风机盘管系统（夏季使用）、末端低温地辐射采暖系统（冬季使用）及生活热水的制备。地质勘察报告表明砂粘土层厚度仅1.2米左右，以下为戈壁卵砾石层。
（二）设计原则
1、舒适性原则
本方案按舒适性空调设计，满足室内对空气品质如温度、湿度、清洁度、清新度的要求。
2、可靠性原则
对空调、采暖冷、热负荷精确计算，合理设计空调设备的型号和安装位置，合理设计室内气流组织。
3、节约性原则
在满足空调效果的前提下，利用本研究优化技术，系统进行了优化设计；水泵运行等采用变频技术，降低运行费用。
（三）设计参数选择
夏季总制冷量为547kw（制冷面积7250平方米）；冬季制热热负荷556KW，建筑内客房标准间+单人间共98间，按196人计算，卫生热水计算指标60升/人每天，温差按32℃计算，总需热水负荷为56kw；夏季制冷选用两台GSHP310制冷功率为QL=310KW，制热功率为QR=390KW带热回收功能）的热泵机组，夏季机组为空调提供循环冷冻水供回水温度12/7℃，并提供卫生热水；冬季工况单独选用1台GSHP75TF热泵机组及相关设备保证热水供应；冬季两台GSHP310机组同时运行，为低温地辐射采暖系统提供循环热水，供回水温度45-35℃。地下水恒温14℃±1℃。冬季回灌温度10℃，夏季回灌温度20℃。
（四）冷热源方案选择
1、本方案需打井三眼，一口为抽水井，一口为回灌井，一口井备用。为主机提供14℃冷却水/蒸发，采用优化管井技术措施。按照地勘部门要求完成抽水试验，试验应稳定延续12h，出水量不应小于设计出水量，降深不应大于5m。回灌试验应稳定延续36H，回灌量应大于设计回灌量。这样不仅可以减少深井潜水泵的耗功率，而且能防止井水出水量的不足。在机组处于不同负荷运行状态时，根据不同的需水量，潜水泵变频运行。
2、机组为水-—水热泵机组，制冷时，把从取水井中取出的水作为冷却水，流经机组冷凝器，带走热量，温度升高后，排至回灌井；空调系统循环水则流经蒸发器，温度降低后，流回空调系统。取暖时，把从取水井中取出的水作为热源水，流经蒸发器，释放热量，温度降低后，排至回水井；空调系统循环水流经冷凝器，温度升高后，流回空调系统。所选机组采用控制冷（热）水温度的方法根据负荷的变化自动调节输入功率，既满足了室内空调或采暖末端系统的要求，又大大节省了电能。
3、能源系统设计
能源系统设计如下图所示。
夏季供冷时，热泵机组中的制冷剂按实线箭头方向流动，换热器2作为循环中的冷凝器，将从压缩机出来的高温高压制冷剂蒸汽冷凝成高压液体，经过热力膨胀阀隆压，在换热器1中蒸发，吸收热量，将流经换热器1中的水或空气冷却，提供空调冷源，而流经换热器2的地下水源带走制冷剂释放的热量。 冬季供暖时，热泵机组中的制冷剂按虚线箭头方向流动，压缩机出来的高温高压制冷剂蒸汽流经作为冷凝器的换热器1，释放热量，将流经换热器1的水或空气加热，提供空调热源，而流经换热器2的地下水源向制冷剂提供热量，完成供热循环。
（五）运行经济性分析
1、运行方式
主机根据冷（热）水回水温度智能控制输出冷（热）量和输入功率，精确控制空调水系统的流量和温度，保证空调设备良好运行，实现室内空气参数的精确控制。地下水系统采用变频控制，通过流量调节控制地下水的进回水温度差，节约潜水泵的耗电能，确保机组的安全运行。
2、环保优势
地源热泵系统在冬季供暖时，无需锅炉，无燃烧产物排放，无直接温室气体排放。夏季制冷时，没有任何气体排放到大气中，无城市热岛效应且无冷却塔运行造成的噪音污染情况。因此，地源热泵系统环保优势明显。
3、工程造价低，性能优越
与传统中央空调系统相比（夏季：水冷中央空调机组；冬季：锅炉+换热站）节约设备购置及安装工程造价约20%，同时节省了锅炉房、冷却塔等占用的建筑面积。热泵机组夏季能效比达到2.8-3.0，冬季能效比达到3.2-3.6。
4、系统运行可靠
由于地下水温较恒定，系统工作状态稳定，使用寿命长。从投入使用至今近三年无停机检修状况，机组运行中根据室外计算温度变化自动控制系统运行正常、精准。
三、地源热泵空调系统的推广分析
地源热泵空调系统进行冷暖供应可比空气源制冷、燃煤锅炉供暖降低能耗约50%以上，可大幅度减少能源消耗，也减少了对环境的废气、废渣排放，对缓解城市的能源负荷、创造良好的城市环境均有重要的价值。
地源热泵空调系统推广的关键有如下几方面：系统全面地收集或测取地源能量利用相关的数据和资料；在特色地區建立示范工程，逐步扩大应用范围；建立相应的设计规范和工程标准；制定科学的政策和管理体系，防止在地源热泵空调系统的安装与应用中对地质、生态等造成不利影响，尤其在北方地区以地下水为地源介质时，应采取合理的回灌方案等。
结语
综上，经过多年的研究和实际运行使用，地源热泵系统在技术上己经比较成熟，且其具有节约能源、性能稳定、清洁安全等优点，虽然其初期建设投资（含打井泵房等土建工程）比常规采暖空调系统大，但长期运行可大大节省运行维护费用，因此其具有广阔的发展前景。
参考文献：
[l]刘茁.地源热泵及在我国应用发展[J].科技创新与应用，2012.3.
[2]张勇，杨甫.浅谈地源热泵空调系统的特点和应用前景[J].陕西建筑，2011.9.
[3]付红阳，陈伟，张国辉.基于全寿命周期的地源热泵工程经济性评价[J].建筑经济，2012.4.
[4]门小静.地源热泵空调系统的技术经济动态分析[D].武汉理工大学，2009.