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摘要： 地源热泵系统是一种利用地下浅层地热资源的高效节能空调系统，地源热是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热源交换作为热泵的冷热源，通过热泵技术获取可供空调使用的冷热水的空调系统。系统架设由于对地质条件有严格的要求，因此对环境的监测格外重要。随着世界范围内绿色节能和可持续发展的日益推进，地源热泵技术在实际生产和生活中的应用越来越广泛。
关键词：地源热泵；经济节能；绿色环保；
中图分类号：TM08 文献标识码：A 文章编号：
一、概述
地源热泵技术，是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，通过消耗一定的电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。地源热泵仅需要消耗少量的能源，就能获得高于输入能量数倍的热能效果，是一种高效、环保、节能的温控系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热，向建筑物供暖；夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。是一种有效地利用能源的方式。地源热泵系统不直接抽取地下水，而是通过地下土壤换热器与地下土壤进行热交换，不会污染地下水，通过冬季和夏季的热交换，达到一个稳态热平衡，保证了地下土壤的自然平衡状态。
地源热泵示意图
二、地源热泵的主要特点：
1、可再生能源
地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能成为清洁的可再生能源的一种形式。
2、高效节能
地能或地表浅层的热资源温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比空气源熱泵系统运行效率要高，比传统空调系统运行效率要高20～40%，因此可节省运行费用。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、更稳定，也保证了系统的高效性和经济性。
3、环保无污染
地源热泵中的传热介质是在一个完全封闭的循环管道内流动，通过管壁导热与岩土进行热量的转换。地源热泵没有任何污染物排放，低噪声，不影响人们的正常生活和工作，并且系统内装有新风装置，改善了室内的空气环境，使人感到更加的舒适。工程系统的安装不改变原建筑物的外观。
4、功能多，应用范围广
地源热泵系统可用于供暖、空调，同时还可用于供卫生热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调两套装置或系统。此系统可应用于几万平米的大型宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，也适合于小型的别墅住宅的采暖、空调。此外，系统地下部分采用耐腐蚀的材料，免维修，可安全使用50年以上，使用寿命长；机组结构紧凑，节省空间；维护费用低；自动控制程度高，可无人值守。
三、 地源热泵结构形式
土壤源热泵系统是一种领先的空调技术，它可以实现水源热泵系统的诸多优点，并且还能节省相当可观的运行费用。土壤源热泵系统解决了地下水源热泵系统的地下水回灌问题（因为本身并不抽取地下水资源），避免了地下水资源对热泵机组使用的影响和地下水被污染的可能性。土壤源热泵系统占地空间小，并且系统的安装和使用不会改变建筑的外观和结构。土壤源热泵系统是通过导热介质溶液在埋入地下的循环系统中流动，实现与大地之间的热交换的。地耦管土壤源热泵系统是一个密闭的闭路循环系统，它保持了地下水水源热泵利用大地作为冷热源的优点，同时又不需要抽取地下水作为传热的介质。地耦管土壤源热泵系统从根本上解决了地下水水源热泵的种种弊端，是一种真正可持续发展的建筑节能的新技术，而且还具有适用范围广、运行费用低、节能和环保效益显著等优点。土壤源热泵系统中的土壤换热器埋管方式可分为：
水平式土壤换热器
水平式水平式土壤换热土壤换热水平地埋管普遍使用在单相运行状态的空调系统中，一般的设计埋管深度在2～4米之间，在只用于采暖时，土壤在整个冬天处于放热状态，沟的深度一定要深，管间距要大。
垂直U型式土壤换热器
垂直U型式土壤换热器是钻孔将U型管深埋在地下，因此与水平土壤换热器的比较具有使用地面面积小、运行稳定、效率高等优点。
垂直套管式土壤换热器
换热器有内套管和外套管的闭路循环系统，水从外套管的上部流入管内，循环时，水沿外套管自上至下的流动，从外套管的底部经内套管上流到顶部出套管。套管式土壤换热器适合在地下岩石深度较浅，钻深孔困难的地表层使用。通过竖埋单管试验，套管式换热器较U型管效率高20～25%。竖埋套管式孔距在3～5m，孔径在150～200mm，外套管直径Ф63～Ф90～Ф120mm，内套管直径Ф25～Ф32mm。
地源热泵主机与节能空调机房的完美配合给整个暖通系统的供热采暖提供整套的解决方案!节能空调机房和地源热泵配套使用，其节能空调机房可为整个空调系统提供动力，它的内部主要构造有两个泵，一个为水源侧的泵，一个用户侧的泵。其水源侧的泵是给地源热泵的地埋侧输送循环水，而用户侧的泵就是为室内末端设备输送循环水，从而达到制冷制热的目的。在室内末端输送时，采用水力平衡分配器大大减少漏水隐患，末端冷热效果均衡。在地源热泵使用的同时，还可以回收制冷工作过程放出的热量，用来制取生活用水。在这一整套系统中，地源热泵主机与节能空调机房、水力平衡分配器，多功能水箱有机地结合在一起，为暖通空调和供热采暖提供一整套解决方案。
四、地源热泵系统发展存在问题分析
我国对地源热泵的研究起步较国外晚, 很多研究工作是借鉴国外的技术和成果的基础上进行的, 但由于地源热泵系统的运行性能受地域性影响较大, 所以在研究和开发地源热泵应注意以下几方面的问题:
1、土壤的热物性对热泵运行效率起关键性的作用, 因此必须了解各种土壤状况下对不同埋地换热器的换热机理。
2、加强土壤源热泵系统自动控制技术的研究, 以及其在建筑物中的合理布置。
3、探讨土壤源热泵系统与其他热源系统和辅助设备联合的情况, 如土壤源热泵系统和冷却塔的联合使用、土壤源热泵系统和太阳能的联合使用或其他辅助设备的联合使用, 来提高系统的运行效率。
解决措施:
1、研究和收集各地区的土壤热物性的相关资料,作为地源热泵设计的参考资料。
2、开发与热泵空调系统相配套的系列管材、管路配件及熔接设备和技术来降低初投资; 研究专门的钻井、下管、封井设备和技术, 并用规范化来缩短施工周期, 从而降低施工费用。
3、选择适当的管间距、系统间隔运行、管群之间交叉运行或增设辅助设备等措施均可缓解地温的变化程度, 保证埋地换热器与周围的土壤有足够的传热温差, 从而不影响土壤与系统的换热过程。
4、对已竣工的地源热泵系统[6]进行归纳、总结, 有利于形成一套成熟、可靠的地源热泵设计方法。
5、需要政府的政策引导、对设计和施工人员的培训以及提高公众对地源热泵技术的了解程度。
五、执行标准
1、产品标准
《水源热泵机组》GB/T19409-2003
《蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组工商业用和类似用途的冷水（热泵）机组》GB/T18430.1-2001
《制冷和供热用机械制冷系统安全要求》GB9237-2001
《冷水机组能效限定值及能源效率等级》GB19577－2004
2、设计标准
《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2
六、结束语
总而言之，节能空调机房、水力平衡分配器、多功能水箱与地源热泵的结合为整个暖通系统增加亮点，同时在安装上便捷了很多，施工时间、采购周期都大大缩短了，人工成本也将低了等等。由此可见节能空调机房与地源热泵的配合是未来暖通行业必然的发展趋势。
关键词：地源热泵；经济节能；绿色环保；
中图分类号：TM08 文献标识码：A 文章编号：
一、概述
地源热泵技术，是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，通过消耗一定的电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。地源热泵仅需要消耗少量的能源，就能获得高于输入能量数倍的热能效果，是一种高效、环保、节能的温控系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热，向建筑物供暖；夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。是一种有效地利用能源的方式。地源热泵系统不直接抽取地下水，而是通过地下土壤换热器与地下土壤进行热交换，不会污染地下水，通过冬季和夏季的热交换，达到一个稳态热平衡，保证了地下土壤的自然平衡状态。
地源热泵示意图
二、地源热泵的主要特点：
1、可再生能源
地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能成为清洁的可再生能源的一种形式。
2、高效节能
地能或地表浅层的热资源温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比空气源熱泵系统运行效率要高，比传统空调系统运行效率要高20～40%，因此可节省运行费用。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、更稳定，也保证了系统的高效性和经济性。
3、环保无污染
地源热泵中的传热介质是在一个完全封闭的循环管道内流动，通过管壁导热与岩土进行热量的转换。地源热泵没有任何污染物排放，低噪声，不影响人们的正常生活和工作，并且系统内装有新风装置，改善了室内的空气环境，使人感到更加的舒适。工程系统的安装不改变原建筑物的外观。
4、功能多，应用范围广
地源热泵系统可用于供暖、空调，同时还可用于供卫生热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调两套装置或系统。此系统可应用于几万平米的大型宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，也适合于小型的别墅住宅的采暖、空调。此外，系统地下部分采用耐腐蚀的材料，免维修，可安全使用50年以上，使用寿命长；机组结构紧凑，节省空间；维护费用低；自动控制程度高，可无人值守。
三、 地源热泵结构形式
土壤源热泵系统是一种领先的空调技术，它可以实现水源热泵系统的诸多优点，并且还能节省相当可观的运行费用。土壤源热泵系统解决了地下水源热泵系统的地下水回灌问题（因为本身并不抽取地下水资源），避免了地下水资源对热泵机组使用的影响和地下水被污染的可能性。土壤源热泵系统占地空间小，并且系统的安装和使用不会改变建筑的外观和结构。土壤源热泵系统是通过导热介质溶液在埋入地下的循环系统中流动，实现与大地之间的热交换的。地耦管土壤源热泵系统是一个密闭的闭路循环系统，它保持了地下水水源热泵利用大地作为冷热源的优点，同时又不需要抽取地下水作为传热的介质。地耦管土壤源热泵系统从根本上解决了地下水水源热泵的种种弊端，是一种真正可持续发展的建筑节能的新技术，而且还具有适用范围广、运行费用低、节能和环保效益显著等优点。土壤源热泵系统中的土壤换热器埋管方式可分为：
水平式土壤换热器
水平式水平式土壤换热土壤换热水平地埋管普遍使用在单相运行状态的空调系统中，一般的设计埋管深度在2～4米之间，在只用于采暖时，土壤在整个冬天处于放热状态，沟的深度一定要深，管间距要大。
垂直U型式土壤换热器
垂直U型式土壤换热器是钻孔将U型管深埋在地下，因此与水平土壤换热器的比较具有使用地面面积小、运行稳定、效率高等优点。
垂直套管式土壤换热器
换热器有内套管和外套管的闭路循环系统，水从外套管的上部流入管内，循环时，水沿外套管自上至下的流动，从外套管的底部经内套管上流到顶部出套管。套管式土壤换热器适合在地下岩石深度较浅，钻深孔困难的地表层使用。通过竖埋单管试验，套管式换热器较U型管效率高20～25%。竖埋套管式孔距在3～5m，孔径在150～200mm，外套管直径Ф63～Ф90～Ф120mm，内套管直径Ф25～Ф32mm。
地源热泵主机与节能空调机房的完美配合给整个暖通系统的供热采暖提供整套的解决方案!节能空调机房和地源热泵配套使用，其节能空调机房可为整个空调系统提供动力，它的内部主要构造有两个泵，一个为水源侧的泵，一个用户侧的泵。其水源侧的泵是给地源热泵的地埋侧输送循环水，而用户侧的泵就是为室内末端设备输送循环水，从而达到制冷制热的目的。在室内末端输送时，采用水力平衡分配器大大减少漏水隐患，末端冷热效果均衡。在地源热泵使用的同时，还可以回收制冷工作过程放出的热量，用来制取生活用水。在这一整套系统中，地源热泵主机与节能空调机房、水力平衡分配器，多功能水箱有机地结合在一起，为暖通空调和供热采暖提供一整套解决方案。
四、地源热泵系统发展存在问题分析
我国对地源热泵的研究起步较国外晚, 很多研究工作是借鉴国外的技术和成果的基础上进行的, 但由于地源热泵系统的运行性能受地域性影响较大, 所以在研究和开发地源热泵应注意以下几方面的问题:
1、土壤的热物性对热泵运行效率起关键性的作用, 因此必须了解各种土壤状况下对不同埋地换热器的换热机理。
2、加强土壤源热泵系统自动控制技术的研究, 以及其在建筑物中的合理布置。
3、探讨土壤源热泵系统与其他热源系统和辅助设备联合的情况, 如土壤源热泵系统和冷却塔的联合使用、土壤源热泵系统和太阳能的联合使用或其他辅助设备的联合使用, 来提高系统的运行效率。
解决措施:
1、研究和收集各地区的土壤热物性的相关资料,作为地源热泵设计的参考资料。
2、开发与热泵空调系统相配套的系列管材、管路配件及熔接设备和技术来降低初投资; 研究专门的钻井、下管、封井设备和技术, 并用规范化来缩短施工周期, 从而降低施工费用。
3、选择适当的管间距、系统间隔运行、管群之间交叉运行或增设辅助设备等措施均可缓解地温的变化程度, 保证埋地换热器与周围的土壤有足够的传热温差, 从而不影响土壤与系统的换热过程。
4、对已竣工的地源热泵系统[6]进行归纳、总结, 有利于形成一套成熟、可靠的地源热泵设计方法。
5、需要政府的政策引导、对设计和施工人员的培训以及提高公众对地源热泵技术的了解程度。
五、执行标准
1、产品标准
《水源热泵机组》GB/T19409-2003
《蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组工商业用和类似用途的冷水（热泵）机组》GB/T18430.1-2001
《制冷和供热用机械制冷系统安全要求》GB9237-2001
《冷水机组能效限定值及能源效率等级》GB19577－2004
2、设计标准
《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2
六、结束语
总而言之，节能空调机房、水力平衡分配器、多功能水箱与地源热泵的结合为整个暖通系统增加亮点，同时在安装上便捷了很多，施工时间、采购周期都大大缩短了，人工成本也将低了等等。由此可见节能空调机房与地源热泵的配合是未来暖通行业必然的发展趋势。