地源热泵是一种利用地下浅层地热资源

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地能，包括地下水、土壤或地表水等)。由于地热温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷或制热工作性能系数均可达到3.5～4.4，与空气源热泵(空气-空气或空气-水热泵)相比，要高40%左右。因此，近五年来，地源热泵空调系统在北美，如美国、加拿大及中北欧，如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，我国地源热泵市场也正在日趋活跃。水源热泵，夏季作“制冷机”应用时，通过冷却塔与空气进行热(湿)交换，最终的高温热汇，与空气热源热泵一样，仍为大气。但其效率因利用空气的特征——湿球温度低于干球温度，而高于空气-空气或空气-水热泵;可是，冬季作“热泵”应用时，如该场合中，无废热可利用，又不利用太阳能，则需另设辅助热源，其效率又低于空气-空气或空气-水热泵。地源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地能，包括地下水、土壤或地表水等)。由于地热温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷或制热工作性能系数均可达到3.5～4.4，与空气源热泵(空气-空气或空气-水热泵)相比，要高40%左右。因此，近五年来，地源热泵空调系统在北美，如美国、加拿大及中北欧，如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，我国地源热泵市场也正在日趋活跃。水源热泵，通常指整体式水源热泵，即以一台机组的形式，向环境(水热源)放热或吸热，而以水(或者其他液态媒质)或空气，间接或直接地冷却(或加热)被控对象;水源热泵，又发展为分离式水源热泵，即以多台机组组合，通过水环路向环境(水热源)放热或吸热，同样以水(或者其他液态物质)或空气，间接或直接地冷却(或加热)被控对象。该类水源热泵又谓：水环路热泵。水源热泵在制冷工况时，其最终的高温热汇仍可为大气;在制热工况时，其最终的低温热源又可以是大气、太阳、废热、或辅助热源等。因而，水源热泵的应用是有一定地域与场合的限制。地源热泵，其最终的高温热汇或低温热源均是地热。只是在制冷工况时，以地热为高温热汇，向地热放热;在制热工况时，以地热为低温热源，向地热吸热。地源热源的不同形式，又使该类热泵之构成有所差异：如以地表水为热源，可以直接(或间接——通过热交换器)排放(或吸取)热量;如以地下水为热源，需设置取水井与回灌井排放(或吸收)热量;如以土壤为热源，需设置地下水平(或垂直)埋管排放(或吸取)热量。因而，前二种形式比后一种形式，在初投资和施工，以及应用过程中热量交换之速率上，都有一定优胜，也是目前国内在很多地区正在实验的形式。但是如果地下水应用不当，会造成地面下沉和地下水污染。土壤地源热源除初投资和施工问题外，城市土地紧缺，地下埋管不足，土壤传热性能又差，容易造成夏季土壤热量难以散失，损及持久运行;冬季土壤热量不易吸取与补充，土壤会形成冻结，破坏地下结构，损及建筑基础。因而，地源热泵的应用也是有一定地域与场合的限制。从制冷行业的产品发展史看，以水为高温热汇的制冷机，先于以空气为高温热汇的制冷机;以空气为低温热源的热泵，又先于以水为低温热源的热泵;其后，才出现以地热热源为低温热源的热泵。我国制冷空调制造行业基本也遵循上述过程发展的。中国最早在上世纪50年代，就曾在上海、天津等地尝试夏取冬灌的方式抽取地下水制冷，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。目前，国内的清华大学、天津大学、重庆建筑大学、天津商学院、中国科学院广州能源研究所等多家大学和研究机构都在对水源热泵进行研究。其中清华大学在多工况水源热泵经过多年的研究已形成产业化的成果，已建成数个示范工程。以水源(地源)热泵产品切人家用与大中型中央空调市场，不仅为前几年的实践所证明是十分有效的措施，也是许多生产厂之未来打算。国内的水源热泵制造厂商中清华同方人工环境设备公司、山东海阳富尔达是比较早的水源热泵制造厂家，但目前也有相当多的制冷空调厂家将其普通的水冷机组改造为水源热泵。通过利用地下水这一大地耦合方式，采用抽水回灌方式节约能源。山东际高以蒸发冷凝方式，引进瑞典专利技术，生产小型水冷冷水机组，在北方市场销路良好。广州中宇开发水环路分离式水源(地源)热泵空调系统，在两广与浙江地区得到广泛应用。美国能源部和中国科技部于1997年11月签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书，其中主要内容之一是“地源热泵”，该项目拟在中国的北京、杭州和广州3个城市各建一座采用地源热泵供暖空调的商业建筑，以推广运用这种“绿色技术”，缓解中国对煤炭和石油的依赖程度，从而达到能源资源多元化的目的。据称“华亭嘉园”即是此项目的应用。2000年6月19至23日在北京由国家科学技术部高新技术开发与产业化司召开了中美地热泵技术交流会，会议的主题就是“提供运用地热泵技术为住宅小区或公用楼宇采暖制冷，大幅降低运行费用的节能解决方案”的主题。在未来的几年中，中国面临着巨大的能源压力。一方面，中国的经济要保持较高速度的增长，另一方面，又必须考虑环保和可持续发展问题。所以要求提高能源利用效率，要求能源结构调整。能源利用效率提高，会鼓励各种节能设备和技术的推广，能源结构调整的方向就是从以煤为主转为以燃气，直至以电为主。在中国的能源消耗中，建筑耗能的比例相当高。为了适应市场要求和参加国际竞争，我们必须加快中国品牌的水源热泵的产业化研究开发。目前中国水源热泵推广应用中存在的问题是：水源热泵作为一种新型的制冷供暖方式，从技术的角度，尤其是热泵机组的角度上看应当是相当成熟、没有问题的。但考虑到中国的国情，以及将水源热泵制冷供暖作为一个整体的系统来推广应用时，还是存在一些问题：1)水源的使用政策我国目前为了保护有限的水资源，制订了《中华人民共和国水法》，各个城市也纷纷制订了自己的《城市用水管理条理》。这些政策均强调用水审批，用水收费。而审批的标准中对类似水源热泵技术的要求没有规定，所以水源热泵很容易被用水指标所限制。即使通过了用水审批，由于有些地方将水源的抽取和排放两次受费，受费的标准全国又不统一，所以结果可能导致水费偏高，使得水源热泵的运行节能费用不足增加的水费，水源热泵的经济性变查。所以水源热泵的推广需要政府从可持续发展的角度，综合能源环保和资源各个方面的考虑，调整水源热泵水源使用的政策，需重新确定水源如何管理和收费，才能促使其大规模的发展。2)水源的探测开采技术和费用在中国，目前对水源，尤其是城市水源的的探测开采技术应当提高，水源热泵的应用的前提之一就是必须了解当地的水源的情况，在水源热泵使用的前期，必须实地对水源的状况进行调查，地下水量是否有水、水量是否会足够，场地是否适合打井和回灌。而探测开采的技术的提高和费用的降低，会推动水源热泵机组的更好应用。3)地下水的回灌技术水源热泵若利用地下水，必须考虑水源的回灌，对于回灌技术，必须结合当地的地质情况来考虑，来考虑回灌技术方式。我们对不同地区的地质结构了解的还不多，这也制约了水源热泵机组的推广使用。4)整体系统的设计水源热泵系统的节能作为一个系统，必须从各个方面考虑，如果水源热泵机组可以做到利用较小的水流量提供更多的能量，但系统设计对水泵等耗能设备选型不当或控制不当，也会降低系统的节能效果。同样，若机组提供了高的水温，但设计的空调系统的末端未加以相应的考虑，也可能会使整个系统的效果变差，或者使得整个系统的初投资增加。所以，水源热泵的推广应用，需要更多的各个专业各个领域的人来共同努力共同配合，从政府政策、主机设计制造、系统的设计和运行管理等各个方面都来共同参与。