地源热泵全解析

随着经济的发展和人民生活水平的提高，公共建筑和住宅的供热和空调已成为普遍的需求。矿物燃料燃烧产生的大量污染物，包括大量SO2、NOX等有害气体以及CO2等温室效应气体，大量燃烧矿物燃料所产生的环境问题已日益成为各国政府和公众关注的焦点。我国的供热已经历了一家一户的小煤炉到燃煤锅炉的转变，现在又进一步禁止在城镇建设中小型燃煤锅炉房，体现了政府对保护大气环境的高度重视。因此，除了集中供热的型式以外，急需发展其他的替代供热方式。热泵就是能有效节省能源、减少大气污染和CO2排放的供热和空调新技术。

1 使用热泵的重要性

热泵（制冷机）是通过作功使热量从温度低的介质流向温度高的介质的装置。建筑的空调系统一般应满足冬季的供热和夏季制冷两种相反的要求。

通过直接燃烧矿物燃料（煤、石油、天然气）产生热量，并通过若干个传热环节最终为建筑供热，但是，燃烧矿物燃料通常可产生1500-1800℃的高温，是高品位的热能，而建筑供热最终需要的是20-25℃的低品位的热能，直接燃烧矿物燃料为建筑供热意味着大量可用能的损失。

如果先利用燃烧燃料产生的高温热能发电，然后利用电能驱动热泵从周围环境中吸收低品位的热能，适当提高温度再向建筑供热，就可以充分利用燃料中的高品位能量，大大降低用于供热的一次能源消耗。

采用燃料发电再用热泵供热的方式，在现有先进技术条件下一次能源利用率可以达到200%以上。

因此，采用热泵技术为建筑物供热可大大降低供热的燃料消耗，不仅节能，同时也大大降低了燃烧矿物燃料而引起的CO2和其他污染物的排放。

热泵利用的低温热源通常可以是环境（大气、地表水和大地）或各种废热，由热泵从这些热源吸收的热量属于可再生的能源。

2 热泵空调的分类

地源热泵又可进一步分为地表水热泵、地下水热泵，地下耦合热泵。地下水热泵系统可称为地温空调，而地下耦合热泵则称为土壤源热泵或直接称为地源热泵。

利用大地（土壤、地层、地下水）作为热源，可以称之为“地源热泵”。由于较深的地层中在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度，远高于冬季的室外温度，又低于夏季的室外温度，因此地源热泵可克服空气源热泵的技术障碍，且效率大大提高。

地下水源热泵系统的热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。经过换热的地下水可以排入地表水系统，但对于较大的应用项目通常要求通过回灌井把地下水回灌到原来的地下水层。

地表水热泵系统的一个热源是池塘、湖泊或河溪中的地表水。在近江河湖海等大体量自然水体的地方利用这些自然水体作为热泵的低温热源是值得考虑的一种空调热泵的型式。

地下耦合热泵通常也称之为“闭路地源热泵”以区别于地下水热泵系统“地源热泵”。它通过循环液（水或以水为主要成分的防冻液）在封闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的传热。

3 经济分析

地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统，系统紧凑，省去了锅炉房和冷却塔，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。

地源热泵系统的另一个显著的特点是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效节能的优点。地源热泵比传统空调系统运行效率要高约40-60%。

另外，地源温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，整个系统的维护费用也较锅炉－制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。

由于地源热泵运行费用低，增加的初投资可在3-7年内收回，地源热泵系统在整个服务周期内的平均费用将低于传统的空调系统。

4 总结

在建筑供热空调中采用热泵技术可以有效地提高一次能源利用率，减少温室效应气体CO2和其它燃烧产生的污染物的排放，是一种可持续发展的建筑节能新技术。
地源热泵（地下耦合热泵系统）适用范围广，运行费用低，节能和环保效益显著。

空调和供热已成为普通百姓的基本需求，并逐渐向农村和南方扩展，市场前景很好，通过政府部门、科研机构和工程技术人员的共同努力，借鉴国外的成功经验，我国的地源热泵应用将得到较快的推广和发展。