地源热泵空调的系统研究

地源热泵是一项新兴的节能环保、可再生能源利用技术，在建筑供热空调中采用地源热泵技术可以有效地提高一次能源利用率，减少二氧化碳合其他大气污染物的排放。本文就地源热泵空调系统进行系统研究。

1、前言

地源热泵式一种利用浅层合深层的大地能量，包括土壤、地下水、地表水等天然能源作为冬季热源合夏季冷源，然后再由热泵机组向建筑物供冷供热的系统，是一种利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源，实现由低温位热能向高温位热能转移。

2、地源热泵应用概况

地源热泵（GSHPS）是一个广义的术语，它包括了使用土壤、地下水和地表水作为热源和热汇的系统，即地下耦合热泵系统（GCHPS），也叫地下热交换器地源热泵系统；地下水热泵系统（GWHPS）；地表水热泵系统（SWHPS）。

2.1　国外发展情况：地源热泵系统由于采用的是可再生的地热能，因此被称之为：一项以节能和环保为特征的21世纪的技术。这项起始于1912年的技术，美国从1946年开始对GSHP系统进行了十二个主要项目的研究，如地下盘管的结构形式、结构参数、管材对热泵性能的影响等。并在俄勒冈州的波特兰市中心区安装了美国第一台地源热泵系统。

特别是近十年来地源热泵在欧美工业发达国家取得了迅速的发展，已成为一项成熟的应用技术。到2000年底，美国有超过40万台地源热泵系统在家庭、学校和商业建筑中使用，每年约提供8000～11000Gwh的终端能量。

2.2　国内发展应用情况

2.2.1能源消费现状：到2040年，我国一次能源的总消费量将达38.6亿吨标准煤，是现在能源消费量的3倍。而到本世纪末，国内每年最多可供应的一次能源生产量为32亿吨标准煤。因此，我国今后较长期的能源消费年均增长率应控制在2.5%左右，直到2040年能源消费实现零增长目标。

我国已探明的能源总体储量，煤炭储量约占世界储量的11%，原油占2.4%，天然气仅占1.2%，我国人口约占世界人口的20%，人均能源占有量不到世界平均水平的一半。我国是煤炭大国，但世界七大煤炭大国中其余六国的储量比都在200年以上，只有我国的储量不足百年。石油的储量比为四十年，并且中国石油、天然气的平均丰度值也仅为世界平均水平的57%和45%。

面对如此严峻的能源形势，国家总的能源政策还是节能和新能源开发、再生能源利用并重，因此，地源热泵技术的推广应用在我国具有极大的现实意义和广阔的发展前景。

2.2.2地源热泵应用情况：地源热泵空调系统的设计，主要包括两大部分：一是建筑物内的水环路空调系统的设计；二是地源热泵空调系统的地下部分的设计，即地下耦合热泵系统的地下热交换器、地表水热泵系统的地表水热交换器、地下水热泵系统的水井系统的设计。

地下耦合热泵系统最早应用在89年10月投入运行的上海闵行开发区办公楼（4305m2，冷负荷4532KW，热负荷231KW），其技术和设备均由美国提供，使用情况良好。135个深35米的垂直竖管井，埋管为聚丁烯管。国内的大专院校均进行了相关的垂直或水平埋地管的试验研究和小型的工程应用，并建立了地埋管的传热模型。各地的地质条件不同，土壤的温度和热物性参数都不一样，因此，地下耦合热泵的应用还有待进一步的实验验证和实验数据的积累。

地下水热泵系统：综合上述情况可以看到，目前在我国来说，技术上比较成熟、利用可行性较大、实施的工程项目较多的还是地下水热泵系统。目前国内生产水源热泵机组的厂家也已达到二、三十家。因为国内还没有颁布水源热泵机组的生产技术标准，国内厂家生产的产品质量差别较大，从有些厂家的产品样本来看，技术参数不完整、不准确。因为很多生产厂家没有实测手段，采用水源热泵机组所需要的很多数据不能提供，甚至不排除某些技术力量差的厂家根本就没有弄清楚水源热泵机组和常规冷水机组的技术差异，直接就拿常规冷水机组来作为水源热泵机组推销到市场。目前就笔者所接触到的厂家来看，只有一家国外公司能够提供专用电脑软件选型数据，可以根据设计工况选择合理和可信的机组配置和各种性能数据。

3、需要注意的问题

地源热泵从开始研究到应用的过程中，虽然它是一种环保、节能、先进的空调方式，但仍然存在一些需要注意的问题：

3.1水资源利用的问题：水资源的利用应建立在合理的基础之上。对于地下水的使用问题，国家已经有相关的法律、法规、标准出台，应严格执行《中华人民共和国水法》和《城市地下水开发利用保护管理规定》等法规，确保水资源不受污染，不对地质造成灾害。

3.2采取可靠的回灌手段：大量的开采地下水而不采取可靠回灌手段的话，后果将不堪设想。应加强对井水抽取后进行回灌，还要对水井进行维护，增加水井的使用寿命。回灌水还不应污染地下水源。

3.3设计过程中要注意水文地质问题：利用地下水源时，要了解地源热泵系统设计的基础资料。要在当地完成对工程所在地的井深、水温、水量、水质等原始资料的采集，并保证这些资料的有效性和正确性，对这些资料进行分析研究。这是一项很重要的工作，可是经常在工程实践中被忽视，从而造成了系统的失败。在某工业城项目中，可行性报告中列出的单井每小时出水量实际上是单井每天出水量，这使得工程最后不得不采用其他的方式进行补救。

3.4水质处理问题：如果水质不适合直接用于地源热泵机组，则需要采取相应的水处理措施。比如用过滤器、水处理仪、沉淀池等装置处理后再用于地源热泵机组。一般情况下地下水不能直接用于供暖，因为地下水一般含有一定数量的碳酸盐、硫酸盐、腐蚀性气体及泥沙等物质。可以经过板式换热器间接利用地下水，从而延长机组使用寿命，减少维修费用。

3.5地下换热器的设计：地下换热器的设计要注意对建筑负荷、回填材料、土壤地层特性等进行精确的勘测和分析。

4、结束语

地源热泵作为一种环保节能的空调方式，应该得到研究工作者对其进行更为深入的研究，探索其关键性技术。目前在国内地源热泵机组的设计、安装、运行、维护等各个方面还没有成型的行业标准和规范，其推广应用还有待时日。作为一门新技术，它为我国的可持续发展带来了契机，在不远的将来，随着国富民强，经济实力的提高和生活水平的进步，研究和技术人员的努力，它在中国一定有广阔的市场前景。

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