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【摘要】本文首先介绍了地源热泵的分类，然后重点探究了地源热泵系统的应用、地源热泵系统的施工方法、地源热泵技术在推广过程中可能遇到的问题，最后谈论了应用前景及建议。
【关键词】环保节能；地源热泵技术；应用
中图分类号： TE08文献标识码： A
一、前言
经济的快速发展推动了我国各行业的发展，同时给环境带来危害，造成资源匮乏。环保节能成为时代的主题，人们越来越关注环保节能，环保节能地源热泵技术近年来得到了广泛应用，我们应该加强进一步的研究。
二、地源热泵的分类
依据《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2009，地源热泵系统是指以岩土体、地下水、地表水作为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、以及建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统的不同，将地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统，以及地表水地源热泵系统。
1、地埋管地源热泵系统
地埋管地源热泵系统是利用地下岩土体温度相对恒定的特点，将岩土体作为空调冷热源的热泵系统。地埋管换热器埋于地下，与大地进行冷热交换。它通过循环液（水或以水为主要成分的防冻液）在密闭地下埋管中的流动，实现热泵系统与岩土体之间的热量传递。冬季供热时，流体从地下吸收热量，再通过系统把热量提升到适当的温度后给建筑物供暖。夏季制冷时系统逆向运行，即从室内带走热量，再通过系统将热量排放到地下岩土层中。地下热交换器的布置形式主要有垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管3类。
2、地下水地源热泵系统
地下水地源热泵系统的低温热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。最常用的系统形式是采用一侧连接地下水，一侧连接热泵机组（板式换热器）。早期的地下水系统采用单井系统，即将地下水经过板式换热器换热后直接排放。其缺点是既浪费地下水资源，又容易造成地层塌陷，甚至引起地质灾害。后来产生了双井系统，即一个井抽水，一个井回灌。地下水热泵使用最多的是深为30m到300m以内的浅井，其优点是造价比土壤源热泵低、水井与水井之间很紧凑、占地面积小、技术比较成熟。缺点是可供的地下水有限、水处理要求严格、抽取的地下水全部回灌并且不能受到污染。现在更多采用的是1抽2回或2抽3-4回技术，这种技术目前沈阳等城市采用较多。
3、地表水地源热泵系统
地表水地源热泵系统的热源是江海湖泊、以及城市生活污水、工业废水等。地表水地源热泵系统主要分为闭路系统和开路系统。地表水地源热泵具有造价相对低廉、泵耗能低、维修方便以及运行费用少等优点。但这种地表水源热泵系统也受到自然条件的限制。在公用的河流中、管道或水中的其他设备容易受到损害。如果河流、湖泊过小或过浅，水的温度会随气候发生较大的变化，容易产生效率降低、制冷或供热能力降低的后果。这种技术沿海城市采用得较多。
三、地源热泵系统的应用
1、地源热泵系统的适用条件
凡是具有可靠地冷热源、如丰富的地下、地表水或充足的布置地埋管面积，同时建筑物具有冬夏供暖空调需求的工程，都具有使用地源热泵空调系统的条件。
2、地源热泵技术应用优势
（1）可持续发展
充分利用绿色能源浅层地热能。地表浅层可以吸收百分之四十七的太阳能，它等同于巨大的太阳能集热器作用，甚至超过于人类五百倍年使用能量。使得地源热泵本身具有可持续发展，绿色环保的优点。
（2）绿色环保
地源热泵通过利用大地自身的蓄热功能，把夏季多余太阳能热排入大地内因而可以留作冬季备用，又可以把冬季多余冷能留给夏季备用，从根本上铲除了空调系统带来的热岛的效应。地源热泵是污染物排放超低的系统，其用的制冷剂呈完全密封状态，且无泄漏问题，因此不必添加制冷剂，极大地减少了对臭氧层的破坏。
（3）运行稳定可靠且使用寿命长
传统的空调系统不论是水冷还是风冷，换热环境均为大气，由于它的换热器必须置于暴露的空气中，故不可避免地受到环境条件变化的影响，降低换热效率和使用寿命，并且影响了建筑物的外观；而地源热泵以土壤作为热源的主要优点在于土壤温度的相对稳定，基本不受外界环境的影响；埋管热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的能耗；热泵系统设计简单，运动部件比常规系统少，且安装在室内，自动控制程度高，可无人值守；系统安全无燃烧设备，不存在爆炸、燃烧的隐患；由于系统不暴露在风雨中，因而维护简便，机组使用寿命均在20a以上，地埋管换热器寿命可达40-50年；地源热泵系统的供冷、供热平稳，降低了停、开机的频率和空气过热和过冷的峰值；把地源热泵换热器埋于地下，也不会破坏建筑物的外观。
四、地源热泵系统的施工方法
1、浅层地热的勘探方法及特点
浅层地热的勘探工作基本上与水文地质的勘探相同。但有自己的特点，主要表现在以下几个方面。
(1)开发浅层地热与油气钻井不同，尽量选用轻型可移式钻机，既可用于回转钻进，又可用于潜孔锤钻进，以降低钻进成本，如用安装于拖拉机上的螺旋钻机等。通常钻孔费用占地源热泵安装总费用的1/3。
(2)大多数情况下，浅层地热的勘探仍使用回转钻进方法。钻进中通过从钻井液中分离岩屑获取岩样，用以描述地层地质情况。同时，观察机械钻速与回转速度和钻压的关系，以确定地层的相对硬度。通过观察钻井液的漏失(或增加)来确定地层的渗透性或是否有裂隙存在，同时测量钻井液的漏失量，确定水文地质(水力性能)参数。在钻进水井时，根据上述基础数据下入滤水管后，进行泵水试验，最后确定水力性能参数。
(3)对于地下埋管换热系统，如果钻进硬岩层(稳定地层，火成岩或变质岩)，最好使用冲击钻进方法(潜孔锤)。这种情况下，从空气排出口分离岩样，用以描述地层岩性及矿物成分。与回转钻进类似，通过考察机械钻速可以确定地层变化位置、相对硬度和裂隙位置。由于使用空气，可以连续记录水的涌入速度，并可以采取水样做化学分析。
(4)为获得准确地质数据或者需要大直径岩样来确定岩层的热物性能或水力性能时，需要取心钻进，此时可以考虑绳索取心钻进方法。
2、水源热泵系统的钻井与完井。当地层可以提供足够的地下水，且水质很好时，应该优选以地下水为热源的水源热泵系统，该系统的优点是可以满足冷热负荷较大的建筑物，同时安装成本较低。相对而言，水源热泵系统钻孔直径较大。钻进大直径水井时，为保证岩屑的排除和孔壁的稳定，应该考虑反循环钻进方法。水源热泵的完井方法根据地层情况而定，主要采用自然(裸眼)和填砾两种方法。对于水源热泵系统，常采用生产井和注水井双井系统，其完井方法基本相同。对于地下水蓄能系统，水井作为生产井和注水井交替使用。
3、软土层中地下换热器的安装。软土层和非固结地层中地下换热器可以直接压入或夯入。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。
4、地下埋管换热系统钻孔方法。地下埋管换热系统利用地层(土壤)作为冷热源，其钻孔方法可根据地层有多种选择，埋(下)管时应注意下列问题:
(1)钻进硬岩层有利于下管，如果地层含有大量石砂，地层的导热性能好。
(2)如果孔内充满了粘稠的泥浆，而且为了保持孔壁稳定，不能完全替换，则应采取下列措施下管:在换热管底部挂上重物；利用钢管(如钻杆)下管。
五、应用前景建议
1、应用前景
在建筑供热空调中采用热泵技术可以有效地提高一次能源利用率，减少温室效应和其它燃烧产生的污染物的排放，是一种可持续发展的环保节能新技术。在几种主要的热泵系统中，空气源热泵的初投资最少，但效率较低，且应用条件受一定的限制，不符合北方冬季严寒的特点，只能在部分冬季气候温和的地区得到應用。地下水热泵和地表水热泵系统受水资源条件的制约，应用范围也受到限制。地源热泵适用范围广，运行费用低，节能和环保效益显著，是一种成熟的技术。应用热泵技术的主要制约因素曾经是电力供应不足和人民群众消费水平较低，对热泵空调系统的市场需求尚未形成。随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，以上两个制约因素已不复存在，市场前景很好。通过科研机构和工程技术人员的共同努力，借鉴国外的成功经验，地源热泵应用将得到较快的推广和发展。
2、对我国发展地源热泵的建议
地源热泵在我国约有十五年的工程实践，积累了一定的经验，但还需要进行大量基础性研究，包括地质学、气象学和地形学的基础勘查；为了更有效地推广该技术，还应研究制定系统标准和工作技术手册。美国与欧洲等许多国家已开发使用地源热泵许多年，他们成熟的技术经验能帮助开发我国的地源热泵市场，加快地源热泵技术在中国的运用。减少温室气体的排放，有利于全球的环境保护。因此，应加强国际间的合作，以促进地源热泵市场的开发，为改善能源结构，保护环境做出贡献。
六、结束语
随着时代的发展，人们越来越关注环保节能技术，同时更多的环保节能技术应用于我们的生活，推动着人们生活的进一步发展。地源热泵技术是一种清洁而高效节能的安全技术，具有广阔的发展前景，加强对其的研究是很有意义的。
参考文献
[1]张旭.热泵技术[M].北京:化学工业出版社，2007.
[2]吴治坚,叶枝全.新能源和可再生能源的利用[M].北京：机械工业出版社，2006.
[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，2008(06)．
【关键词】环保节能；地源热泵技术；应用
中图分类号： TE08文献标识码： A
一、前言
经济的快速发展推动了我国各行业的发展，同时给环境带来危害，造成资源匮乏。环保节能成为时代的主题，人们越来越关注环保节能，环保节能地源热泵技术近年来得到了广泛应用，我们应该加强进一步的研究。
二、地源热泵的分类
依据《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2009，地源热泵系统是指以岩土体、地下水、地表水作为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、以及建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统的不同，将地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统，以及地表水地源热泵系统。
1、地埋管地源热泵系统
地埋管地源热泵系统是利用地下岩土体温度相对恒定的特点，将岩土体作为空调冷热源的热泵系统。地埋管换热器埋于地下，与大地进行冷热交换。它通过循环液（水或以水为主要成分的防冻液）在密闭地下埋管中的流动，实现热泵系统与岩土体之间的热量传递。冬季供热时，流体从地下吸收热量，再通过系统把热量提升到适当的温度后给建筑物供暖。夏季制冷时系统逆向运行，即从室内带走热量，再通过系统将热量排放到地下岩土层中。地下热交换器的布置形式主要有垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管3类。
2、地下水地源热泵系统
地下水地源热泵系统的低温热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。最常用的系统形式是采用一侧连接地下水，一侧连接热泵机组（板式换热器）。早期的地下水系统采用单井系统，即将地下水经过板式换热器换热后直接排放。其缺点是既浪费地下水资源，又容易造成地层塌陷，甚至引起地质灾害。后来产生了双井系统，即一个井抽水，一个井回灌。地下水热泵使用最多的是深为30m到300m以内的浅井，其优点是造价比土壤源热泵低、水井与水井之间很紧凑、占地面积小、技术比较成熟。缺点是可供的地下水有限、水处理要求严格、抽取的地下水全部回灌并且不能受到污染。现在更多采用的是1抽2回或2抽3-4回技术，这种技术目前沈阳等城市采用较多。
3、地表水地源热泵系统
地表水地源热泵系统的热源是江海湖泊、以及城市生活污水、工业废水等。地表水地源热泵系统主要分为闭路系统和开路系统。地表水地源热泵具有造价相对低廉、泵耗能低、维修方便以及运行费用少等优点。但这种地表水源热泵系统也受到自然条件的限制。在公用的河流中、管道或水中的其他设备容易受到损害。如果河流、湖泊过小或过浅，水的温度会随气候发生较大的变化，容易产生效率降低、制冷或供热能力降低的后果。这种技术沿海城市采用得较多。
三、地源热泵系统的应用
1、地源热泵系统的适用条件
凡是具有可靠地冷热源、如丰富的地下、地表水或充足的布置地埋管面积，同时建筑物具有冬夏供暖空调需求的工程，都具有使用地源热泵空调系统的条件。
2、地源热泵技术应用优势
（1）可持续发展
充分利用绿色能源浅层地热能。地表浅层可以吸收百分之四十七的太阳能，它等同于巨大的太阳能集热器作用，甚至超过于人类五百倍年使用能量。使得地源热泵本身具有可持续发展，绿色环保的优点。
（2）绿色环保
地源热泵通过利用大地自身的蓄热功能，把夏季多余太阳能热排入大地内因而可以留作冬季备用，又可以把冬季多余冷能留给夏季备用，从根本上铲除了空调系统带来的热岛的效应。地源热泵是污染物排放超低的系统，其用的制冷剂呈完全密封状态，且无泄漏问题，因此不必添加制冷剂，极大地减少了对臭氧层的破坏。
（3）运行稳定可靠且使用寿命长
传统的空调系统不论是水冷还是风冷，换热环境均为大气，由于它的换热器必须置于暴露的空气中，故不可避免地受到环境条件变化的影响，降低换热效率和使用寿命，并且影响了建筑物的外观；而地源热泵以土壤作为热源的主要优点在于土壤温度的相对稳定，基本不受外界环境的影响；埋管热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的能耗；热泵系统设计简单，运动部件比常规系统少，且安装在室内，自动控制程度高，可无人值守；系统安全无燃烧设备，不存在爆炸、燃烧的隐患；由于系统不暴露在风雨中，因而维护简便，机组使用寿命均在20a以上，地埋管换热器寿命可达40-50年；地源热泵系统的供冷、供热平稳，降低了停、开机的频率和空气过热和过冷的峰值；把地源热泵换热器埋于地下，也不会破坏建筑物的外观。
四、地源热泵系统的施工方法
1、浅层地热的勘探方法及特点
浅层地热的勘探工作基本上与水文地质的勘探相同。但有自己的特点，主要表现在以下几个方面。
(1)开发浅层地热与油气钻井不同，尽量选用轻型可移式钻机，既可用于回转钻进，又可用于潜孔锤钻进，以降低钻进成本，如用安装于拖拉机上的螺旋钻机等。通常钻孔费用占地源热泵安装总费用的1/3。
(2)大多数情况下，浅层地热的勘探仍使用回转钻进方法。钻进中通过从钻井液中分离岩屑获取岩样，用以描述地层地质情况。同时，观察机械钻速与回转速度和钻压的关系，以确定地层的相对硬度。通过观察钻井液的漏失(或增加)来确定地层的渗透性或是否有裂隙存在，同时测量钻井液的漏失量，确定水文地质(水力性能)参数。在钻进水井时，根据上述基础数据下入滤水管后，进行泵水试验，最后确定水力性能参数。
(3)对于地下埋管换热系统，如果钻进硬岩层(稳定地层，火成岩或变质岩)，最好使用冲击钻进方法(潜孔锤)。这种情况下，从空气排出口分离岩样，用以描述地层岩性及矿物成分。与回转钻进类似，通过考察机械钻速可以确定地层变化位置、相对硬度和裂隙位置。由于使用空气，可以连续记录水的涌入速度，并可以采取水样做化学分析。
(4)为获得准确地质数据或者需要大直径岩样来确定岩层的热物性能或水力性能时，需要取心钻进，此时可以考虑绳索取心钻进方法。
2、水源热泵系统的钻井与完井。当地层可以提供足够的地下水，且水质很好时，应该优选以地下水为热源的水源热泵系统，该系统的优点是可以满足冷热负荷较大的建筑物，同时安装成本较低。相对而言，水源热泵系统钻孔直径较大。钻进大直径水井时，为保证岩屑的排除和孔壁的稳定，应该考虑反循环钻进方法。水源热泵的完井方法根据地层情况而定，主要采用自然(裸眼)和填砾两种方法。对于水源热泵系统，常采用生产井和注水井双井系统，其完井方法基本相同。对于地下水蓄能系统，水井作为生产井和注水井交替使用。
3、软土层中地下换热器的安装。软土层和非固结地层中地下换热器可以直接压入或夯入。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。
4、地下埋管换热系统钻孔方法。地下埋管换热系统利用地层(土壤)作为冷热源，其钻孔方法可根据地层有多种选择，埋(下)管时应注意下列问题:
(1)钻进硬岩层有利于下管，如果地层含有大量石砂，地层的导热性能好。
(2)如果孔内充满了粘稠的泥浆，而且为了保持孔壁稳定，不能完全替换，则应采取下列措施下管:在换热管底部挂上重物；利用钢管(如钻杆)下管。
五、应用前景建议
1、应用前景
在建筑供热空调中采用热泵技术可以有效地提高一次能源利用率，减少温室效应和其它燃烧产生的污染物的排放，是一种可持续发展的环保节能新技术。在几种主要的热泵系统中，空气源热泵的初投资最少，但效率较低，且应用条件受一定的限制，不符合北方冬季严寒的特点，只能在部分冬季气候温和的地区得到應用。地下水热泵和地表水热泵系统受水资源条件的制约，应用范围也受到限制。地源热泵适用范围广，运行费用低，节能和环保效益显著，是一种成熟的技术。应用热泵技术的主要制约因素曾经是电力供应不足和人民群众消费水平较低，对热泵空调系统的市场需求尚未形成。随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，以上两个制约因素已不复存在，市场前景很好。通过科研机构和工程技术人员的共同努力，借鉴国外的成功经验，地源热泵应用将得到较快的推广和发展。
2、对我国发展地源热泵的建议
地源热泵在我国约有十五年的工程实践，积累了一定的经验，但还需要进行大量基础性研究，包括地质学、气象学和地形学的基础勘查；为了更有效地推广该技术，还应研究制定系统标准和工作技术手册。美国与欧洲等许多国家已开发使用地源热泵许多年，他们成熟的技术经验能帮助开发我国的地源热泵市场，加快地源热泵技术在中国的运用。减少温室气体的排放，有利于全球的环境保护。因此，应加强国际间的合作，以促进地源热泵市场的开发，为改善能源结构，保护环境做出贡献。
六、结束语
随着时代的发展，人们越来越关注环保节能技术，同时更多的环保节能技术应用于我们的生活，推动着人们生活的进一步发展。地源热泵技术是一种清洁而高效节能的安全技术，具有广阔的发展前景，加强对其的研究是很有意义的。
参考文献
[1]张旭.热泵技术[M].北京:化学工业出版社，2007.
[2]吴治坚,叶枝全.新能源和可再生能源的利用[M].北京：机械工业出版社，2006.
[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，2008(06)．