摘 要：随着人们生活水平的不断提高，供暖制冷系统和热水系统等在建筑能耗中所占的比例越来越大。传统的供暖制冷系统在工作中会消耗大量能源，造成很大的污染。而利用地源热泵为用户供暖和制冷，可以减少运行成本和环境污染，是目前最清洁、高效、经济的空调技术。本文介绍了地源热泵的工作原理、分类及其特点，比较了地源热泵与传统供暖制冷系统的区别，并简要分析了地源热泵在我国市场的发展前景，以此促进地源热泵的应用与推广。
关键词：地源热泵；特点；发展前景
中图分类号： TU833 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-01-0144-02
一、引言
地源热泵结合了中央空调、家庭取暖、生活热水三者的优势，是一种节约能源、经济环保的建筑供暖制冷新技术。并且因其高效、环保、节能的特点，解决了困扰世界的能源浪费和环境污染问题。地源热泵是利用媒介物质来获取相对稳定的土壤内能量的装置，一年四季都可以为建筑物提供舒适的条件，满足了人们的生产和生活需求。这种供暖制冷技术没有能量的转换，只是一种能量“搬运”过程，因此工作效率高、成本更低，在世界范围内引起了广泛关注。在传统供暖制冷系统消耗大量能源，造成很大的污染的情况下，研究开发地源热泵技术是十分必要的。
（一）地源热泵的工作原理、分类及特点
1、地源热泵的工作原理。地源热泵的工作原理是通过获取地能、地下水、土壤等浅层地热资源，为建筑物供热和制冷的节能环保空调技术。地源热泵在冬天将地能作为供热的热源，夏天将地能作为制冷的冷源。在通有少量能源如电能的情况下，可以将低温位热能向高温位热能转移[1]。地源热泵空调系统主要由室外地能换热系统、地源热泵机组和室内空调末端装置系统组成，水循环在这三个系统间作为热量传递介质。
2、地源热泵的分类。根据利用热源方式和种类的不同，可以将地源热泵分为地下水热泵（GWHP）、土壤源热泵（GCHP）和地表水热泵（SWHP）三类。地下水热泵系统是欧美国家最常用的地源热泵系统，主要用于商业建筑中，一般采用水-水式板式换热器，一侧走地下水，一侧走热泵机组冷却水。土壤源热泵的换热器埋在地下，一般采用水-水热泵机组或水-气热泵机组，可以和大地进行冷热交换。地表水热泵系统分为开路系统和闭路系统两种，寒冷地区不适用开路系统，具有价格低廉、维修成本低且泵能损耗低的特点，但在公用河水或湖泊较浅的地方，系统管道容易遭到破坏，影响其工作效率和供暖制冷能力。
3、地源热泵的特点。地源热泵是环保和节能中首选的空调方式，在建筑领域具有广泛应用。其特点表现在：（1）地源热泵具有节能环保、经济适用的优点，工作过程中进行水循环时不会消耗和污染水，同时电力消耗量也相对较小。我国在2003年对地源热泵的节能技术成果进行了推广，对节能减排、环境保护起到了积极作用。（2）地源热泵可以同时满足供暖、制冷和提供生活热水的要求，结合了中央空调、家庭取暖、生活热水三者的功能，实现了一机多用。（3）地源热泵机组的工况稳定，运行部件相对更少因此维修成本较低。（4）地源热泵利用转移地能来实现室内的冬暖夏凉，减少了向环境中排放的能量，没有因燃烧过程产生的热岛反应，可以有效维持生态平衡。（5）地源热泵埋在地下的管道为聚乙烯和聚丙烯塑料管，使用寿命至少为45年[2]。（6）可以实现电话遥控和全电脑控制，也可以对室内的温湿度和换气进行调节。
二、地源热泵与传统供暖制冷系统的区别
普通中央空调系统的风冷热泵主机必须通风良好，因此设计中一般放在屋顶或设置于地面，严重影响了建筑的整体美观。如果采用锅炉和冷水机组作为冷热空调，锅炉和冷水机组的设置也是很大的问题。而土壤源热泵主机的设置就不会受这些影响，可以将其设置在建筑物的任何位置。
普通中央空调系统的主机组受天气条件的影响非常大[3]。在建筑物室内需要供暖或制冷时，往往会出现供暖或制冷不足的情况。同时风冷热泵在冬季会出现冲霜等问题，需要专门的设施进行控制。而地源热泵通过“搬运”大地的热量，不受天气等因素的影响，使用效率更高。地源热泵相对传统的供暖制冷系统来说，更加绿色环保，不管是夏天还是冬天都不会污染外界环境。此外，地源热泵主机的输入功率较小，运行费用相对更低，既可以实现供暖制冷，又能为用户提供生活热水。
三、地源热泵在我国市场中的发展前景
近年来，地源热泵技术在欧美等国家取得了较快发展。地源热泵技术在我国也逐渐得到了推广和使用，但对土壤热泵系统的研究还不是很深入，真正取得地下水热泵工程成功的并不多。自1998年至今，我国很多专家学者在土壤热泵系统的研究中投入了大量精力。目前已有很多研究者建立了相关试验台，对地下换热器和地面热泵设备进行研究，很多房地产商也在一些城市建立了土壤热泵系统示范工程。2001年我国建设部门实施的相关文件对地源热泵技术的研究和发展进行了阐述[4]。北京市政府同相关研究机构合作，结合国内外相关专家的“绿色奥运”提议，在2008年北京奥运会上选择使用了地源热泵中央空调。
我国幅员辽阔，具有丰富的浅层地能[5]。目前我国发布的相关文件中明确提出，要在建筑用能中加大浅层地能等可再生利用资源的使用比例，浅层地能等可再生利用资源也已经纳入我国的能源发展规划中。目前地源热泵在我国沿海地区和北方地区有广泛的应用，很多商品房都使用了地源热泵设备。通过初步统计，每年我国地级以上城市浅层地能的使用量，大于90亿吨标准煤的燃烧量。未来五年，我国计划完成地源热泵供暖制冷三亿平方米以上，我国整个地热市场的开发利用规模预计在七百亿元。从2010年世界地热大会的统计数据可知，与2005年相比，地源热泵年利用能量在5年中的年增长率超过百分之十九，地源热泵的设备容量也以每年百分之十八的速度增长。随着我国地下热泵工程技术的不断改进，以及专业安装队伍的发展，加上热泵技术的节能环保优势，地源热泵的应用具有广阔的市场，势必成为空调方式中最有竞争力的技术。
2002年我国铁道部率先在沈阳铁路局职工培训学校开展了地源热泵技术示范工程建设，并进一步推广了地源热泵技术的示范和应用。实践证明：地源热泵技术可以为铁路建筑供热和制冷，具有几百平方米到数万平方米的应用范围且安装灵活、使用便捷，正好适合铁路系统中大大小小的独立建筑；其低廉的运行费用使铁路能源费用支出突增的势头得到了明显的遏制；其冬季供暖、夏季制冷并提供生活热水的设施彻底改善了职工的工作、生活条件，体现了 “以人为本，共建和谐社会”的原则。也减少了一次性投资；同时没有任何污染和废弃物排放，这种运行方式有效的保护了铁路周边的生态环境，为建设铁路绿色通道打下了坚实的基础。
四、结语
地源热泵相比传统空调系统有很大优势，由于其环保节能、受外界环境影响、系统稳定性好、使用寿命长等特点，是目前最有效的供暖制冷空调技术，具有十分广阔的市场前景。相信在科学技术不断发展和社会倡导节能环保的今天，地源热泵技术的研究会取得更大突破，这种具有竞争优势的技术也将在世界广泛推广和使用。
参考文献：
[1]孙士辛，凌武.地源热泵的工作原理及技术经济性分析[J].机械制造与自动化，2011，10（03）：78-79.
[2]于化伦，戴昕.地源热泵技术及经济性分析[J].建筑节能，2011，09（02）：56-57.
[3]张俊巧，尚百师，陆曼.地源热泵系统运行管理节能潜力分析[J].中国住宅设施，2011，07（02）：102-103.
[4]张晓明，吴建坤.土壤源热泵系统的应用与经济性分析[J].沈阳建筑大学学报（社会科学版），2011，11（01）：58-59.
[5]胡璋，徐菱虹，刘云霞，胡平放.土壤源热泵空调系统在武汉地区的经济性研究[J].流体机械，2010，06（04）：72-74.
