1、地源热泵技术应用现状研究摘要:地源热泵作为新型节能环保可再生能源，减排效果显著且具有供能稳定可靠，不受燃料短缺和价格波动影响等特殊优势。本文结合实际，通过对地源热泵技术应用现状进行分析，进一步探索地源热泵施工方法，为早日实现我国节能环保型社会建设提供有力的技术参考。 关键词:地源热泵；技术应用；施工方法 中图分类号： TU7 文献标识码： A 一、前言 伴随着人们生活水平提高，无论是公共建筑还是私人住宅，供热和空调的使用已经非常普遍，其能耗占据社会总能耗的 30%左右。目前，我国处于发展中国家，资源利用非常广泛，如何有效降低供热空调系统能耗，寻找节能环保供热能源，成为当今建筑业内人士普遍关注的
2、问题。地源热泵技术诞生及迅猛发展为新能源开发注入生机，因此深入研究地源热泵技术在各个领域中的应用和施工方法，具有非常重要的现实意义。二、地源热泵技术应用现状分析 1、国外应用现状 1912 年，瑞士的 HZoelly 率先发现浅层地热能（地源能）可以成为热泵系统热源，标志着地源热泵系统概念的诞生。 但这一时期全球能源较为充足，热泵供暖技术应用较少，从而令热泵技术无法实现更大突破。直至 1948 年， Zoelly 所提地源热泵系统被广泛关注，特别是欧洲和美国。20 世纪 50 年代，美国和欧洲各国逐步加大研究和发展地源热泵，由于当时能源价格不高，热泵系统效益不明显，导致热泵技术未能推广和发展。
3、1974 年后，伴随石油危机，全球环境不断恶化，人们开始更加关注清洁能源的研发和使用问题，地源热泵技术开始被大家所重视。欧洲很多国家开始建立福利资助性地源热泵示范工程，虽然此时的热泵技术应用受限条件较多，但良好的政策环境促使地源热泵技术不断取得突破。当时地源热泵原理如图 2-1 所示： 图 2-1 土壤源热泵的工作原理 直至 20 世纪 90 年代末，美国研发的冷热联供地源热泵技术趋于成熟，并成立地源热泵生产商联合会，同时加大优化工程安装网络，使得美国逐步成为地源热泵机组生产、使用大国。 从图 2-2 可知，1990 年、1995 年和 2000 年地热直接利用中，地源热泵占有 59%，且以年
4、均增长率 7.7%迅猛发展。1997 年已安装 12kW 的地源热泵 4 万台，2000 年 40 万台左右，2010 年总装机量达到 150 万台。据数据统计，美国中西部和南部已经有 600 多万所学校采用地源热泵技术。 图 2-21990 年、1995 年、和 2000 年美国地热直接利用比较 2、国内应用现状 我国地源热泵技术取得了一定的研究成果和应用实例。20 世纪 50 年代，天津大学开始研究地源热泵系统技术，在 1965 年就成功研发了我国第一台水冷式热泵空调机组。在 20 世纪 80 年代，我国开始研究土壤源热泵系统，标志着地源热泵研究工作开始。 虽然我国地源热泵系统应用较晚，但
5、并不影响我国地源热泵系统应用趋势。从地源热泵已列入国家新能源和可再生能源产业发展十五规划至今，中国制冷学会第二专业委员会连续成功开展十届“全国余热制冷与热泵技术学术会议” 。国内多次国际热泵会议中，来自国内外地源热泵专家纷纷看好我国地源热泵发展前景及应用市场。据统计，目前已经有上百家厂商制造地源热泵机组，例如山东富尔达、北京中科能等，并且国外诸多公司已进驻我国，我国地源热泵工程已经出现猛增趋势。 由于我国地源热泵发展和应用还未规范、研究工作有待加强、企业间交流合作不多等原因，地源热泵技术广泛应用仍有不小的阻力。北京奥运会时，体育场馆及运动员村都大力推广使用太阳能和地热能技术，说明我国用能方式已
6、有转变，其不仅能够大大推动北京地区用能方式逐步改变，同时也为国内其它地区大力推广使用地源热泵等清洁技术提供示范。 三、地源热泵技术的施工方法 （一）浅层地热的勘探方法 浅层地热勘探工作与水文地质、地基基础或矿产资源勘探的不同点主要有以下几个方面： 1、开发浅层地热时，必须与油气钻井开采区分开。开发浅层地热须用较轻的移动钻机，从而保证作业时候能够回转钻进及潜孔锤钻进工作，这样可以节省钻进费用，若使用螺旋钻机则成本至少高出一倍。 2、浅层地热勘探较多采用分离钻井液中岩屑获取岩样表征地质现状、硬度，并通过记录钻井液量，确定地层渗透性或是否有裂隙存在以及水文地质参数，最后根据上述基础数据下入滤水管后进
7、行泵水试验，从而确定水力性能参数。 （二）水源热泵系统的钻井与完井 当地下水水质很好且充足时，优选水源热泵系统。该系统具有安装成本低、可满足冷热负荷较大的构筑物等特点。然而水源热泵系统常采用生产井和注水井双系统，且钻孔直径较大，为保证岩屑排除和孔壁稳定，钻进大直径水井时，多采用反循环钻进法。水源热泵完井方法据地层而定，多采用裸眼和填砾两种方法。 （三）软土层中地下换热器的安装 软土层和非固结层中地下换热器可以直接压入或夯入，见表 1。其优点在于：不存在孔壁稳定问题；换热管与地层接触良好，不需要回填；安装一步完成。这种形式安装地热交换器，深度限于 10m 之内，简易、迅速、经济合算。但要求软土层
8、厚度小于 10m，而且没有大的砾石或岩块存在。 表 1 软土层中地下换热器的安装方法 （四）地源热泵与太阳能联合技术 地源热泵技术在南方地区应用相对简单，而对于北方地区，尤其是到了冬季，土壤温度普遍较低，可能无法满足室内热能需求，因此普遍存在冬季与夏季热量不均衡的现象。为了避免这种不平衡现象对于取暖的影响，可以利用太阳能辅助设备供热，可大为提高地源热泵系统效率。如图 3 所示，2006 年吉林大学在已建立地源热泵实验平台，通过安装聚焦式同步跟踪太阳能集热器，建立了联合供暖系统实验平台，并针对中国北方气候特点，对联合系统的设计供热负荷分配、运行模式及循环介质流速设定等参数进行了优化分析，配备整套
9、自动控制系统和数据采集系统。同时，建立起整个联合系统的动态仿真模型，对系统进行数值模拟。该研究为北方地区地源热泵推广应用提供了理论基础，具有重要的指导意义和实用价值。 四、结束语 总之，我国地源热泵技术已具备较完善的技术手段，浅层地热的勘探技术、钻孔热反应技术、高效地下热交换技术及其与太阳能联合技术，都已经初具规模而且不断更新。为推广地源热泵技术，我国政府应该积极出台扶持政策。例如：一、对采用地源热泵系统供热（制冷）项目，按民用电价收费，缓收水资源费。二、科学利用专项资金的同时，凡应用地源热泵技术供热区域，均享受市政府给予应用燃煤供热区域的全部优惠政策。三、成立地源热泵系统推广应用的咨询机构，提供技术保证。四、政府加强对利用地源热泵技术从事供热、制冷经营企业，提供简化办事程序，实行特事特办等服务，不断提高办事效率。相信在不远的未来，随着我国地源热泵技术不断发展，将会更广泛的适应实际情况，为尽早实现节能环保型社会增添一份力量。 参考文献： 1刘建龙.地源热泵优化控制系统研究D.北方工业大学,2011.12. 2张淮建,黄靖博.淮北矿区建筑节能发展的潜力探讨J.江西能源,2010(2). 3马宏权，龙惟定，朱东凌.地源热泵的应用进展J.建筑热能通风空调，2010（06）. 4刘学来，李永安，张耀鹏.地埋管地源热泵空调系统设计施工中应注意的问题J.建筑技术，2010（11）.
