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【摘要】在介绍地源热泵技术应用工程实践的基础上，分析地源热泵系统使用方便、可供热（制冷）及最大限度地回收地位热能、节约能源等特点，通过节能效果、经济效益分析，证明地源热泵技术是一种环保、节能、“零”污染、“零”排放的新能源技术。在有条件的地方，可大力推广应用。
【关键词】地源热泵;应用;环保
引言
当今社会，环境污染与能源危机已经成为全人类必须面对冰妖加以解决的重大课题，节能减排、低碳经济任务艰巨，任重而道远。在这种背景下，传统的锅炉取暖、空调制冷不仅排放大量污染物，而且消耗能源。
以环保和节能 为主要特征的绿色建筑及相应的供暖空调系统应运而生，而地源热泵技术正是满足这些要求的比较有代表性的低耗能新型供暖制冷空调技术。
1地源热泵技术原理
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。地源热泵是利用地球上水和土壤中所储存的太阳能资源作为冷、热源，进行转换的空调技术。地球表面浅层水源（一般在1000米以内）和土壤吸收了太阳能射入地球的辐射能。水源（土壤）的温度一般都十分稳定。
地源热泵包括地下水热泵、地表水（江河湖水、水库水、海水、城市中水、工业尾水、坑道水等）热泵以及土壤源热泵。
地源热泵技术工作原理为：地源熱泵通过输入少量的高品位能源（电能），即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。在冬季，把土壤中的热量“取”出来，提高温度后供给室内用于采暖;在夏季，把室内的热量“取”出来释放到土壤中去，并且常年能保证地下温度的均衡。通常地源热泵消耗1KW的能量，用户可以得到4kw以上的热量或冷量。
2地源热泵技术应用实例
2.1项目背景
居民小区位于淄博新区张店区政府南邻。该区块未来将成为新的城市发展增长极和现代城市形象的核心区。区块原来的取暖、制冷方式显然与区域的发展不相匹配。只有新技术的应用才能符合城市可持续发展的要求，所以在小区的建设中采用了地源热泵技术。
经过考察测试，居民小区所在区域有着丰富的地下水资源，为减少能源消耗和环境污染，充分利用自然水资源，决定在紫园小区的多层住宅安装地源热泵系统。目前小区仍在建设中，实例是以紫园一栋使用了两个冬季、夏季多层住宅为例进行分析。
2.2方案确定
2.2.1方案设计
冬季从地下提取热量来计算地埋管数量，按山东淄博地区地埋管单位埋深取热量为45～50W，取其下限值，单位取热量为45W，按每孔埋深120m计算。竖埋管孔距为4m。单孔可提供5.4kW的热量。根据该多层住宅所需的热量165kW，计算需打孔31口，考虑15%的富余量计算，其总共需钻孔36口。
以夏季从地下提取热量来计算地埋管数量，按山东淄博地区地埋管单位埋深取热量为60～70W，取其下限值，单位取热量为60W，按每孔埋深120m计算。竖埋管孔距为4m。单孔可提供7.2kW的热量。根据该多层住宅所需的热量185kW，计算需打孔26口，考虑15%的富余量计算，其总共需钻孔30口。
综合冬季和夏季钻孔数量，确定钻孔36个。
2.2.2系统型式
地源热泵系统分3个子系统：
（1）由地面钻孔的循环水，供至地源热泵机组，通过机组内的循环，将循环水热（冷）能转换到机组。
（2）机组将转换热（冷）能再通过循环传递到耦合器。
（3）耦合换热器将机组热（冷）能传递到采暖（制冷）系统，通过风机盘管放热（冷）到房间。
3个系统独立运行，同时启动。单设备开启台数主要结合室外温度参数确定，通过机组控制系统，实现供热和制冷。
2.2.3系统流程
流程方案为：与土壤能量交换后的水由泵送至耦合式换热器换热后提供二次水由泵经两级地源热泵机组提取热（冷）量，两级热泵机组冷凝侧供回水，由泵送至末端风机盘管，供冬季采暖夏季制冷。
2.3.2运行效果
热泵机组经过2个冬季和夏季的运行，与传统采暖及制冷相比节能效果如下：
（1）采用传统取暖方式取暖，每年需要支付取暖费为24元/㎡，采用热泵机组供暖，取暖期耗电量（以一户建筑面积344㎡为例）实测为：98 kW·h/d×90d=8820 kW·h，折合费用为8820×0.55=4851元。传统取暖费为24×344=8256元。相当于节能41%，效果十分显著。
（2）采用传统空调制冷年需耗电量计算（利用户式中央空调）：
制冷功率：344㎡×150W/㎡÷2.7=19111W≈19kW。
用电量为：19kW×14h/d×45%×90d=10773 kW·h。
折合电费为10773×0.55=5925元
采用热泵机组制冷年耗电量实测为：115kW ÷24h×14h/d×90d =6075kW·h，折合电费为3320元。相当于节能44%，效果十分显著。
2.3.3经济效益
通过实例综合分析，无论夏天制冷还是冬天采暖，采用地源热泵技术节能效果显著，给用户带来了实实在在的经济效益。
2.3.4应用效果
地源热泵机组系统性能稳定，便于操作。
3设计和工程中存在的问题
3.1关于地下水源开采—回灌和土壤换热器的比较
近几年来地源热泵的发展主要形式是地下水源开采—回灌形式的水源热泵系统。这种形式面临的最大问题是回灌问题。华北、华东地区的地下水位下降，地面沉降问题一直很严重，像天津、上海，多年来面临严重的地沉问题。
但如果采用像采用紫园小区竖直埋管的土壤换热器形式，不用开采和回灌地下水，没有破坏自然环境的担忧。另外的优点是系统运行更加稳定、安全，没有需要更新和维修潜水泵的烦恼。
3.2尽量避免冬季采用防冻液介质
很多资料中介绍了防冻液的种类、性能等。但在淄博地区，因为地下温度不是很低，只要设计足够的土壤换热器数量，可以在使用水作为介质的情况下满足需要。尽量不使用防冻液，避免使用不慎造成环境问题和因温度太低降低热泵效率。
3.3系统管线材质
系统的管材质量必须保证合格，所以在工程上采用PE或PB管材以保证管线材质。
4结束语
当今社会对环保的要求越来越高，同时能源也随着经济发展使用量猛增而日益枯竭，这种形势就迫使人们不断开发利用新的能源和更先进节能的运行方案。通过紫园小区的应用实例分析，证明地源热泵技术可将未利用可再生的能源的热能收集后加以利用，是环保、节能、“零”污染、“零”排放的新能源技术，具有广泛的推广价值。
【关键词】地源热泵;应用;环保
引言
当今社会，环境污染与能源危机已经成为全人类必须面对冰妖加以解决的重大课题，节能减排、低碳经济任务艰巨，任重而道远。在这种背景下，传统的锅炉取暖、空调制冷不仅排放大量污染物，而且消耗能源。
以环保和节能 为主要特征的绿色建筑及相应的供暖空调系统应运而生，而地源热泵技术正是满足这些要求的比较有代表性的低耗能新型供暖制冷空调技术。
1地源热泵技术原理
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。地源热泵是利用地球上水和土壤中所储存的太阳能资源作为冷、热源，进行转换的空调技术。地球表面浅层水源（一般在1000米以内）和土壤吸收了太阳能射入地球的辐射能。水源（土壤）的温度一般都十分稳定。
地源热泵包括地下水热泵、地表水（江河湖水、水库水、海水、城市中水、工业尾水、坑道水等）热泵以及土壤源热泵。
地源热泵技术工作原理为：地源熱泵通过输入少量的高品位能源（电能），即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。在冬季，把土壤中的热量“取”出来，提高温度后供给室内用于采暖;在夏季，把室内的热量“取”出来释放到土壤中去，并且常年能保证地下温度的均衡。通常地源热泵消耗1KW的能量，用户可以得到4kw以上的热量或冷量。
2地源热泵技术应用实例
2.1项目背景
居民小区位于淄博新区张店区政府南邻。该区块未来将成为新的城市发展增长极和现代城市形象的核心区。区块原来的取暖、制冷方式显然与区域的发展不相匹配。只有新技术的应用才能符合城市可持续发展的要求，所以在小区的建设中采用了地源热泵技术。
经过考察测试，居民小区所在区域有着丰富的地下水资源，为减少能源消耗和环境污染，充分利用自然水资源，决定在紫园小区的多层住宅安装地源热泵系统。目前小区仍在建设中，实例是以紫园一栋使用了两个冬季、夏季多层住宅为例进行分析。
2.2方案确定
2.2.1方案设计
冬季从地下提取热量来计算地埋管数量，按山东淄博地区地埋管单位埋深取热量为45～50W，取其下限值，单位取热量为45W，按每孔埋深120m计算。竖埋管孔距为4m。单孔可提供5.4kW的热量。根据该多层住宅所需的热量165kW，计算需打孔31口，考虑15%的富余量计算，其总共需钻孔36口。
以夏季从地下提取热量来计算地埋管数量，按山东淄博地区地埋管单位埋深取热量为60～70W，取其下限值，单位取热量为60W，按每孔埋深120m计算。竖埋管孔距为4m。单孔可提供7.2kW的热量。根据该多层住宅所需的热量185kW，计算需打孔26口，考虑15%的富余量计算，其总共需钻孔30口。
综合冬季和夏季钻孔数量，确定钻孔36个。
2.2.2系统型式
地源热泵系统分3个子系统：
（1）由地面钻孔的循环水，供至地源热泵机组，通过机组内的循环，将循环水热（冷）能转换到机组。
（2）机组将转换热（冷）能再通过循环传递到耦合器。
（3）耦合换热器将机组热（冷）能传递到采暖（制冷）系统，通过风机盘管放热（冷）到房间。
3个系统独立运行，同时启动。单设备开启台数主要结合室外温度参数确定，通过机组控制系统，实现供热和制冷。
2.2.3系统流程
流程方案为：与土壤能量交换后的水由泵送至耦合式换热器换热后提供二次水由泵经两级地源热泵机组提取热（冷）量，两级热泵机组冷凝侧供回水，由泵送至末端风机盘管，供冬季采暖夏季制冷。
2.3.2运行效果
热泵机组经过2个冬季和夏季的运行，与传统采暖及制冷相比节能效果如下：
（1）采用传统取暖方式取暖，每年需要支付取暖费为24元/㎡，采用热泵机组供暖，取暖期耗电量（以一户建筑面积344㎡为例）实测为：98 kW·h/d×90d=8820 kW·h，折合费用为8820×0.55=4851元。传统取暖费为24×344=8256元。相当于节能41%，效果十分显著。
（2）采用传统空调制冷年需耗电量计算（利用户式中央空调）：
制冷功率：344㎡×150W/㎡÷2.7=19111W≈19kW。
用电量为：19kW×14h/d×45%×90d=10773 kW·h。
折合电费为10773×0.55=5925元
采用热泵机组制冷年耗电量实测为：115kW ÷24h×14h/d×90d =6075kW·h，折合电费为3320元。相当于节能44%，效果十分显著。
2.3.3经济效益
通过实例综合分析，无论夏天制冷还是冬天采暖，采用地源热泵技术节能效果显著，给用户带来了实实在在的经济效益。
2.3.4应用效果
地源热泵机组系统性能稳定，便于操作。
3设计和工程中存在的问题
3.1关于地下水源开采—回灌和土壤换热器的比较
近几年来地源热泵的发展主要形式是地下水源开采—回灌形式的水源热泵系统。这种形式面临的最大问题是回灌问题。华北、华东地区的地下水位下降，地面沉降问题一直很严重，像天津、上海，多年来面临严重的地沉问题。
但如果采用像采用紫园小区竖直埋管的土壤换热器形式，不用开采和回灌地下水，没有破坏自然环境的担忧。另外的优点是系统运行更加稳定、安全，没有需要更新和维修潜水泵的烦恼。
3.2尽量避免冬季采用防冻液介质
很多资料中介绍了防冻液的种类、性能等。但在淄博地区，因为地下温度不是很低，只要设计足够的土壤换热器数量，可以在使用水作为介质的情况下满足需要。尽量不使用防冻液，避免使用不慎造成环境问题和因温度太低降低热泵效率。
3.3系统管线材质
系统的管材质量必须保证合格，所以在工程上采用PE或PB管材以保证管线材质。
4结束语
当今社会对环保的要求越来越高，同时能源也随着经济发展使用量猛增而日益枯竭，这种形势就迫使人们不断开发利用新的能源和更先进节能的运行方案。通过紫园小区的应用实例分析，证明地源热泵技术可将未利用可再生的能源的热能收集后加以利用，是环保、节能、“零”污染、“零”排放的新能源技术，具有广泛的推广价值。