1、地源热泵技术发展研究及在我国的应用情况状况综述摘要：随着社会的发展，全球范围内对能源的需求和对环境的影响越来越大，而非再生性能源的有限性和地球环境的日益恶化使得这一矛盾更加突出，因此许多国家政府越来越重视可再生能源的利用和节能减排工作。而利用地源热泵技术就可能成为实现节能减排的一种有效途径。关键词：地源热泵 技术经济评价 Abstract：Along with the development of the society, the requirement of energy become more and more urgent all over the world, and because
2、of the limitary of the non-renewable resources and the deteriorate of the environment, the crisis of energy has been stand out for a long time, so many stations give more prominence to the exploitation of the renewable resource to save energy, lower energy consumption and reduce pollutants. The use
3、of ground source heat pump technology may be a efficient way to solve the solution. Keywords: Ground Source Heat Pump Techno-economical Assessment 中图分类号：TK22 文献标识码：A 文章编号： 1 引言 在我国传统的空调系统中，北方一般以燃煤锅炉供热解决建筑物冬季供暖问题，但燃煤以及天然气等燃料都不是可再生资源，且会造成较为严重的污染排放。在这种情况下，以清洁、可再生的地热源为能源的地源热泵这一绿色建筑技术自然吸引了人们的关注。 2 地源热泵系统
4、的组成及分类 地源热泵系统一般均由以下四个主要部分组成：室外地能换热系统（包括土壤、地表水和地下水的换热） 、循环系统（主要以水和空气为循环介质） 、地源热泵机组系统和建筑物采暖、空调系统。系统的组成如图 1 所示。 图 1 地源热泵系统的组成 按照冷热源的不同可以把地源热泵系统分成三种类型：第一种是土壤源热泵，它利用土壤作为冷热源，因此也叫地下热交换器热泵系统，或者叫地下耦合热泵系统，或直接叫“地源热泵” ；第二种是地下水热泵系统，它利用地下水作为冷热源；第三种是地表水热泵系统，它利用地表水作为冷热源的。 3 地源热泵技术在我国的应用情况状况 地源热泵技术目前在欧美发展的相对较为成熟。地源热
5、泵这个概念最早为瑞士的 H. Zoelly1于 1912 年首次提出，他认为可以利用浅层地热能作为热泵系统低温热源，通过传热介质（水）的循环将土壤中的热量“提取”到建筑物中但在此之后的很长一段时间内，由于地源热泵的高初始投入，此项技术并没有得到较好的推广，对此进行的研究也没有太多的突破，基本都停留在实验阶段。直到 1973 年第二次中东战争爆发产生世界范围内能源危机，地源热泵技术才重新引起了西方各国政府以及学者的重视。到了上世纪 90 年代，微电脑控制及自动化技术的加入使得热泵机组的设计安装更加简单方便，系统运行也更加高效。而此时的研究多集中在地下埋管换热器的设计和改进上，到目前为止，可查询到
6、的地下埋管换热器的设计计算模型，据不完全统计约有 30 种2，现在部分已经企业可以通过一维、二维、三维有限差法以及二维有限元法建立动态的地下埋管计算模型，并以此为依据进行地源热泵系统的地埋管设计与施工。 我国于上世纪 50 年代开始了对热泵的研究，相对国外起步比较晚。1965 年，我国最早开展热泵方面研究的天津大学热能研究所吕灿仁教授等，成功研制了第一台国产水冷式热泵空调机。但由于那个时候我国的能源价格以及人们的节能意识等原因的影响，此阶段有关地源热泵的研究并没有太大的进展。直到 90 年代末，随着我国数家大学地源热泵技术试验装置的创立，地源热泵技术的研究进入到一个新的阶段，凭借这些试验装置，
7、埋管形式、埋管间距、埋管深度、埋管材料等因素对埋管道换热效率影响得到了充分而细致的研究3。 进入二十一世纪以后，随着研究的不断深入，在地源热泵的换热理论、设备匹配以及新型制冷剂的使用等领域的研究上都取得了不少研究成果。目前，变负荷状况下的地源热泵的运行工况、地下地质状况对换热器的传热影响，地下渗流对换热器的传热影响等问题是学术界研究的热点 4。目前，国内有清华大学、中国科学院广州能源研究所、天津大学等多家科研机构在对地源热泵系统进行研究。近年来该项技术已成热门课题，同时，热泵产品也层出不穷来并开始大规模应用于工程中，“地热空调”的热潮正在兴起。而在地源热泵的应用上，最早是在 1987 年，该地
8、源热泵系统是由美国设计制造，运抵上海后安装在上海的一幢办公楼中，用于制冷与供热5。1997 年，中美两国签署了一个地热能开发应用的协议，双方合作在中国建立地源热泵的工程项目作为示范。 至今，在各地方政府的大力支持下，我国已在北京、山东、河南、辽宁、河北、江苏、浙江、湖北、上海和西藏等地相继建成了地源热泵工程。而且北京、上海、成都、青岛麦城、呼和浩特政府新区等地的项目都进入了建设部和财政部拟订共同支持的“十一五”节能与可再生能源科技市级示范项目。其中几个典型的示范工程有：北京 2008 年奥运会项目；广州市 2010 年亚运城；青岛市正在研究地源热泵替代供热站的可行性。北京市为例，2000 年利
9、用浅层地能的面积仅为 17 万 m2，2005 年初达到 5000 万 m2。至此，仅北京市浅层地能利用面积达 800 万 m2，全国地源热泵系统的应用面积已经接近 3000 万 m26。现有工程从空调供热（制冷）面积来看，10000 m2 以下的约占 42，在 10000m250000 m2 的约占 42，50000 m2 以上的项目约占 16；从项目投资的情况来看，500 万元以下的项目超过一半，达到了 62，500 万1000 万元的项目占了 21，而 1000 万元以上的项目只占了 17。这说明整个行业以中小项目为主。 总的来说，地源热泵技术比较适用于三北（东北、西北、华北） 、两流（
10、黄河流域和长江流域）等广大地区，也可在夏季有冷量需求而冬季无热量需求的部分南方地区应用地源热泵技术，尤其适合在那些不能用燃煤、用电、燃气进行采暖和制冷的地区推广运用。 4 地源热泵应用表现评价的研究现况 目前在国内地源热泵技术正在不断应用推广，而经济性和运行性能是两个主要的评价指标，在这两个指标的基础上，后来逐渐发展成为一套较为成熟的技术经济评价体系，具有代表性的研究的有：燕山大学张永贵利用热泵技术供热系数 COP、一次能源利用系数 PER 作为评价指标，对地源热泵的节能效率评价进行了理论上的推导，并结合工程实例进行了运用。北京建筑工程学院的研究从节能分析出发，结合工程实例，对地源热泵系统即地
11、下水热泵系统和土壤源热泵系统与风冷热泵系统在技术性能和经济性能方面进行了对比。分析表明地源热泵系统性能参数比风冷热泵系统有较大提高；初始投资和运行费用比风冷热泵系统节省 2430%左右。有必要在现有的技术经济评价方法的基础上，找到更好的能体现地源热泵节能减排效益的手段，并将其有效的融入经济评价的量化评价体系中，使得评价结果能够更加的客观全面。 5 结论 地源热泵技术近些年来在国内得到了较快的应用和发展，应用地源热泵的项目数量和建筑面积逐年增加，但不同地区、不同项目应用后效果也大不一样。那么对地源热泵系统的应用进行技术经济及节能效益评价，对适用、高效地的利用地热能并加快地源热泵技术的推广就显得尤
12、为必要。 参考文献 1.刘宪英，胡鸣明，魏唐棣. 地热源热泵地下埋管换热器传热模型的综述D. 中国建筑科学研究院，1999，21(4). 2.曾森. 地源热泵地下换热器换热计算模拟和试验研究D. 重庆建筑大学. 2008. 3.余乐渊. 地源热泵 U 型地理管换热器传热性能与实验研究D. 天津大学. 2003：14. 4.卢继龙，彭建国，杨光. 土壤源热泵的研究与现状J. 制冷与空调，2007，21（3）. 5.吕悦，杨立平等. 国内地源热泵应用情况调查报告R. 工程建设与设计 2005（6）：510. 6.ZhiweiLian, Seon-ryong park, HenianQi. Analysis On energy consumption of water-loop heat pump system in China J. Applied Thermal Engineering, 2005, (25): 7475.
