摘要：经济的发展带动了科学技术的进步，地源热泵系统被工作者们运用，地源热泵是一种利用地下浅层地热资源，可以达到制冷和制热效果的新型系统，该系统具有节能和环保的优点，完美的弥补了普通系统的缺陷，国内的地源热泵系统技术还存问题，本文将就地源热泵系统的研究和发展前景进行了论述。
关键词：地源热泵；技术；系统；前景.
一、前言
近些年，随着世界范围内的能源紧张，同时可再生能源应用获得的国家的政策扶持，地源热泵行业发展迅速。地源热泵（GSHP）技术以大地中的低品位热源为冷热源，是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地表水、岩土体、地下水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统，具有节能环保的特点。该系统把浅层岩土体作为热泵系统的热（冷）源或热汇，即在在冬季供热过程中，流体从土壤中收集热量，再通过系统把热量带到室内，夏季把室内的热能取出来储存到低于地表环境温度的土壤中，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。本文接下来将多方面介绍地源热泵系统在我国的发展和应用情况，希望能够帮助人们更加深入的了解地源热泵技术。
二、地源热泵的分类及特点
（一）、闭式系统
闭式系统采用埋于地下的高强度塑料管作为热交换器，管路中充满介质，通常是水或防冻水溶液，当然也可用其他的介质。闭式系统利用泵作为循环动力，由于环路是封闭的，所以热交换器介质和地下水不直接接触，不受矿物质影响。闭式系统又可分为水平式、螺旋式、垂直式、淹没式四种。
1.水平管闭式系统
水平管闭式系统。当有足够土地表面可利用时，可用此系统。塑料管水平埋设在沟壕中，一般埋设深度1.2～3m，每个沟槽中有1～6根管子。虽然一个沟槽中埋设多根管道需更大的沟槽空间，但沟槽数量较少，因此成本也降低了。沟槽长度取决于土壤状况和沟壕里管子的数量。该系统常用于住宅建筑。优点：挖沟槽比打井的成本低，安装灵活。缺点：需大量土地面积，由于埋设深度浅，土壤温度易受季节影响；土壤热特性随季节、降雨量、埋设深度而波动。
2.螺旋管闭式系统
螺旋管闭式系统。它是水平环路的一个变体，在沟壕内螺旋状放置；另一种螺旋环路系统则将螺旋状管放入狭窄垂直的沟壕。螺旋环路系统通常需很长的管子，但沟壕的数量少于上述水平环路系统。它同样适用于土地面积较大的场所。优点：比水平环路占地少，安装成本相对较低。缺点：所需管子较长；需要相对大的土地；土壤温度易受季节影响；比水平系统需更大的泵，耗能大；在填埋过程中易损坏管路。
3.垂直环路闭式系统
垂直环路闭式系统。当土地面积受限制时可考虑此种方式。封闭管路插入垂直的井中，根据土壤及温度条件，确定管长，设计中，一般需多个井。垂直系统有三种热交换器基本类型：U型管式、分置式、 同心管式。 优点：所需管材较其它闭式系统省，泵的能耗最小，土地面积要求最少，土壤温度不易受季节变化的影响。缺点：要求钻井设备，钻井费用高。
4.淹没环路闭式系统
淹没环路闭式系统。如附近有适宜的水塘或湖泊，可采用此系统。需足够大的水面和足够深的深度来满足供冷或供热要求。优点：所需管长最短，费用较少。缺点：需要较大的水域。
（二）、开式系统
开式系统利用地下水直接作为换热介质。这种系统也称为“地下水源热泵”。开式系统主要由抽水井、回灌井或表面水系组成。只有抽水井的开式系统、 有抽水井和回水井的开式系统和表面水系的开式系统三种布置形式。以设抽水井和回灌井的形式较为常见，该方式因将使用过的废水回灌地下，不会影响地下水水位。开式系统比较经济，但必须考虑下面三个因素：水质；水量；对废弃水的处理。优点：设计简单；比闭式系统的钻井费用少；传热性能好；若废弃的地下水还用于其他用途，如灌溉，则不需设回灌井，费用还会更低。缺点：受当地水文条件及法律条款的限制（如是否允许开采地下水）；需水量大，不一定能有合适的水源；对水质有要求，热泵的热交换器易受悬浮物、腐蚀物、水垢、细菌微生物的影响；需高功率泵，泵的能耗大；对当地地下水的水质多少有一点影响。
（三）、直接膨胀系统
直接膨胀系统。它不需传热介质、流体-制冷剂热交换器和循环泵。铜制盘管埋在地下，制冷剂直接与土壤进行热交换，因而提高了传热性质和热动力学性质。由于埋入地下的盘管是金属的，所以会腐蚀（土壤的PH值应该在5.5～10之间）。若土壤有过电现象，必须有阴极保护装置。在设计中，得注意：在冬天供热运行中，较低的土壤温度会造成土地结冰，冰膨胀会导致土壤起翘，因此，为了防止结冰危险，盘管应远离地下水位线；在夏季供冷运行中，盘管高温会蒸发土壤水气，改变土壤传热特性。这种系统用得较少，目前只有美国才有使用直接膨胀式地源热泵系统的例子。优点：高效；不需要循环泵。缺点：为了有效的换热面积需要大型管沟；盘管周围的土壤容易结冻（会引起地表弯曲和引起周围水管结冻 ；由于植物根系会损坏盘管，铜管不能埋在大树附近；压缩机油路系统较复杂 ；有渗漏危险；安装要求和费用高；需要更多的制冷剂。
三、地源热泵系统的前景
地下热平衡问题在土壤源热泵系统设计与使用过程中必须受到足够重视，一个不考虑热平衡方案的设计是一个不完善甚至冒险的设计，长期运行后不仅会出现效率地下，而且还会对生态环境造成难以预测的影响。地下热平衡问题作为土壤源热泵应用上的一个技术难题，完全可以在正确认识土壤源热泵工作原理实质的基础上，通过前期的优化设计与后期规范化的运行管理来缓解与解决，这可以通过政府主管部门的政策制度、业内的正确宣传及设计部门、施工部门与运行管理部门的共同配合来实现。为了保护地下的地质环境和地下水资源、保护业主与用户的利益，及时地发现问题并纠正错误实现真正的可持续发展，2002 年起国土资源部、国家发改委等部门及各省市陆续颁布了关于规范浅层地热能和地源热泵利用的相关文件。在当前全地源热泵系统工程建设正朝着规模化发展和区域性利用的时刻，需要主管部门对地源热泵系统工程推行与实施监测管理合鼓励研发机制。
在国家科技部、住建部的支持下，“十一五”规划就已经安排了对浅层专项研究如：地源热泵对环境的影响、节能优化方法、系统检测技术等。国家之所以不断的加大对地源热泵技术的研究和探索，是因为地源热泵技术应用可以调整我国能源结构、降低传统能源能耗符合长期能源规划战略。“十二五”规划针对目前对浅层地热能开发利用的现状和问题，再次要求综合考虑资源、地质、地下空间利用及应用条件等因素，在开展浅层地热能资源调查与评价基础上，研究开发利用管理机制，编制技术规程，稳妥积极地开展地热能开发利用。鼓励在有条件的公共建筑以及大型居住社区、商务区和新城规划建设中，科学合理地开发利用浅层地热能。
四、结束语
当前，我国的地源热泵工程技术的研究在不断的发展和创新。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，其市场前景广阔。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，必将受到广泛的关注和发展。
参考文献：
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