摘要：热泵是从自然界中通过获取空气、水或土壤中的低品位热，经过能量转化，输出可用的高品位热能的过程，是一种清洁、高效的供能技术。由于热泵是是当今最清洁、经济的能源方式，因为它效率高，提取自然界中能量，没有任何污染物排放。本文介绍了地源热泵的特点及分类，并就目前地源热泵在世界范围内的发展现状和市场前景进行深入剖析。
关键词：地源热泵 节能 土壤源热泵
作为我国最传统的供热方式燃煤锅炉，一方面造成严重的大气污染；另一方面能源利用率低，资源浪费严重。然而随着时代的进步以及节能减排的推广，燃煤锅炉在一些城市中正在逐渐消失，而燃油和燃气锅炉因为运行成本较高根本不能实行。社会经济的发展大大提升了居民的生活质量，社会各界已开始关注公共建筑和住宅的供暖和制冷技术研究。不断扩张的市场需求，使地源热泵在技术、经济等方面的优势更加凸显，它能较好地解决供热和空调问题，满足人们的日常生产和生活的需要。
1 地源热泵的特点及分类
1.1 地源热泵技术特点
环保：没有外挂机，不产生噪音污染，工作不需冷却，不存在热岛效应，不需要向周围环境释放热量；不需要抽取地下水，不破坏地下水资源，使用电力驱动，对周围环境零污染零排放，根本没有燃烧过程。
性能稳定：实行全电脑控制，或者电话遥控，甚至可以进行新风配送和温湿度控制。
使用寿命长：使用寿命至少为20年，是分体式或窗式空调器的2-4倍。
一机多用：夏季制冷、冬季供暖以及全年供应生活热水。
1.2 地源热泵的分类
在我国，地源热泵亦称地热泵，根据地热源的利用方式及种类，可以分为：地下水热泵（GWHP）、土壤源热泵或称土壤耦合热泵（GCHP）、地表水热泵（SWHP）三类。
1.2.1 地下水热泵系统
现阶段，地下水热泵系统被广泛应用在商业建筑中。它最常用的形式是：一侧走热泵机组进行水冷却；另一侧走地下水，利用水-水式板式换热器。在土壤源热泵逐渐推广应用以前，地下水热泵系统已成为欧洲常用的地源热泵系统。
1.2.2 土壤源热泵
对于土壤源热泵系统，热泵的换热器埋于地下，它是以大地作为热源或者热汇，与大地之间进行冷热交换。土壤源热泵系统主机通常采用水-水、热泵机组、水-气热泵机组进行工作。土壤源热泵系统按照地下热交换器的布置形式，分为水平埋管、垂直埋管和蛇行埋管三类。
1.2.3 地表水热泵系统
地表水热泵系统主要有开路和闭路系统。在寒冷地区，只能采用闭路系统，开路系统并不适用。但是，管道或水中的其他设备在公共用的河中容易受到腐蚀和损害。另外，如果湖泊过小或过浅，就会产生效率降低，制冷或供热能力降低的后果，因为湖泊的温度会随着室外气候发生较大的变化。总的来说，地表水热泵系统具有造价低廉、相对泵耗能低、维修率低以及运行成本低等优点。
2 地源热泵的由来及发展
从20世纪40年代后开始应用的地源热泵，可以说是一项相当古老的技术。只是随着近些年科学技术的进步，该技术的应用逐渐变成商业化。地源热泵的名称首次出现在1912年瑞士的一份专利文献中，20世纪50年代该技术的应用在欧洲掀起了一股浪潮。地下埋管换热器的线热源理论，由Ingersoll和Plass在此期间根据Kelvin线源概念提出，但此系统因过高的造价与过低的能源价格之间的矛盾而未得到普及与推广。70年代突发石油危机，人们开始广泛关注节能课题。此时，塑料管已取代金属管被广泛应用在地下埋管供能系统中，自此，地源热泵的发展达到全盛时期。在此时期，人们在冬季供暖中大面积应用水平埋管换热器的地源热泵。20世纪80年代初，冷暖联供地源热泵的研究和应用成为美国、加拿大等业界学者的热点课题。很多文献中都记载了地源热泵不同形式地下埋管换热器的传热过程及模型，同时附有部分工程的运行总结及性能比较。
美国的环境保护署与能源部共同认定，用于取暖、热水、制冷的地源热泵系统是现阶段效率最高且有利于环境保护的供能系统。具体来讲，该系统通过地下土壤或岩石的相对稳定温度，为地源热泵用户的取暖及空调系统减少了20-50%的电费，在全年都能维持高效运行。
多区顶风系统、单区顶风系统、冷水变风系统、多区地源热泵系统的效率比从一些文献的计算结果可以看出，分别为1.54kw/ton、1.40kw/tom、1.23kw/ton和0.88kw/ton，kw/ton表示千瓦耗电/吨制冷量。由此可见，传统的空调系统的工作效率已远远落后于地源热泵系统。除此以外，建筑物若采用了地源热泵系统，相同条件下的维护费用大大减少。地源热泵系统比较耐用，其元部件多安装在室内或地下埋设，很少受外界环境影响，因此其无需进行过多的机械运动。经验证，该系统的地上部分和地下部分的服务年限分别为30年和50年，无需进行过多的维护，是免维护空调，在三年左右用户的投资即可回收。
与普通空调系统相比，地源热泵系统的运行费用要少得多。亚特兰大市一家用户每年只需支出826美元的费用，每年只需支出397美元便可满足全年的地源热泵系统的日常使用，而普通空调系统则需支付686美元。
除上述优势以外，地源热泵系统中的制冷剂全部经专业的生产厂家密封加工，保证不泄露，因而减少了对臭氧层的破坏，用户任何时候均不必添补制冷剂。该系统可在新建筑施工时安装，在面积不同、结构各异的居民建筑，以及就建筑物的改造中可广泛应用，其极具弹性特点的设计理念对追求系统质量的空调用户具有强大的吸引力。地源热泵非常适合于夏季炎热而潮湿的气候，因其在去湿方面有特别的长处，因而若在地源热泵系统的空气配送装置上加装空调器，便能更加凸显其去湿功能。由此可见，采用地源热泵系统也可以达到室内空气质量标准。
3 地源热泵在中国的发展现状及前景
近几年来，我国已逐渐推广应用地下水热泵系统。而土壤源热泵系统的研究仍停留在探索阶段。
我国自1998年起进入土壤源热泵的研发阶段。国内已有多家学术机构已建立起土壤源热泵实验台，主要开展对地下换热器和地面热泵设备长期联合运行的研究。国内从2000年开始，济南、重庆、米泉、长春和温州纷纷建立起土壤源热泵系统示范工程。土壤源热泵系统越来越多地被房地产商所关注和采用。
我国建设部门自2001年10月起正式实施的《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中，对此项技术的研究和发展作了推荐。北京市政府机构会同相关科研部门以2008年奥运会为契机通力协作，基于国内外专家学者关于“绿色奥运、科技奥运”的提议，我国在2008年北京奥运会上特别指定采用地源热泵中央空调作为中央空调型式。
早在毛主席纪念堂等国家建筑中就开始应用地源热泵供能系统。国家分别将北京、天津、沈阳三个城市做为地源热泵试点城市。现在这三个城市，甚至全国，大力发展地源热泵。
4 结束语
随着科学技术的进步，地源热泵工程技术的研究也不断产生新的突破。该供能系统在节能与环保方面具有传统空调系统无法比拟的优势，外界环境几乎不影响系统稳定运行，可见其市场前景多么广阔。可以说，该系统的研究和应用是现阶段人们利用低温热能的最先进的技术研究，在全社会倡导能源节约的今天，热泵技术这种最具竞争力的空调方式必将受到全世界的广泛关注。
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