工程实践地源热泵应用的技术分析与思考颜爱斌（天津城市建设学院热能工程系，天津300384）使用效率的原则和有效方法。

　　热泵是以消耗一部分高质能（机械能、电能、高位热能等）为代价，通过热力循环将热能从低温物体传向高温物体的能量利用装置。按热源形式分，一般有空气源热泵、水源热泵、地源热泵等几种形式。地源热泵是指利用土壤或地下水的低温位热能和它们的蓄热性能的一种热泵系统，在夏天制冷工况下，将埋地换热器作为冷凝器，向地下蓄热，冬天制热工况下，将埋地换热器则作为蒸发器从地下取热，这样既可以充分利用土壤的低位地热资源，又能将夏天的热量储存在地下，以供冬季使用，不但有良好的节能环保效益，也有非常可观的经济效益。因此，地源热泵是一种很有前途的可再生能源技术。

　　地源热泵技术的提出始于美英两国，美国从1946年开始对地源热泵系统展开研究，并在俄勒同州成功运行了台地源热泵系统，由此掀起了美国应用地源热泵系统的高潮，目前，美国已安装了40万台以上的地源热泵系统，并以每年1的速度增长。至2000年，美国利用地源热泵采暖节能源费用达4. 2亿美元。

　　在我国，地源热泵的应用还处于起步阶段，目前还只有很少的地源热泵机组成功运行，地源热泵机组的设计、安装、运行等诸方面还没有成型的标准和行业规范，其推广应用还处于探索期间，随着人们对环保、节能的日益重视，地源热泵在我国必将有广阔的发展前景。

　　1地源热泵的特点地源热泵系统的原理如所示。

　　1-压缩机；2-蒸发器；3-令凝器；4-节流阀；512-阀门；13-风机盘管；14-埋地换热器地源热泵系统原理678阀门，打开9101112阀门，用户端和热泵系统蒸发器换热，冷冻水给用户供冷，埋地换热器通过冷凝器向地下蓄热以备冬用；科天工况时，打开5678阀门，关闭9101112阀门，用户端被切换到热泵冷凝器侧，此时，热泵系统给用户供热，埋地换热器从地下取出热量，相当于向地下蓄存冷量以备夏季使用。

　　浅，但需要较大的埋地面积；垂直式不需要很大的埋地面积，但需要另外钻井。开式系统又有双井系统和单井系统主要是利用地下水的低位热能厕统技术简单，但容易造成地表水热污染和地下水位失调，双井系统没有地表水热污染和地下水位失调的问题，但初投资较单井系统大，回灌井技术难度较大。采用何种方式，应因地制宜。有一种较好的方法是将埋地换热器置于建筑物地基的埋桩中，在浇筑埋桩之前先将埋地换热器置于井下，然后浇筑埋。这样不但可以节约大量初投资，而且可以一定程度上改善埋地换热器的换热性能。

　　（a）土壤埋管（闭路系统）（b）地下水系统（开路系统）埋地换热器形式闭式系统埋地换热器一般采用套管式和U型管式。套管式一般有较高的效率，但也容易出现热短路现象。U型管式的热短路现象可以忽略。

　　换热器的优化主要从流量换热器材料、长度及形式等几个方面进行。具体应依据当地的土壤状况确定。当地土壤的热物性资料，包括土壤的密度、热导率、导温系数、含水率温度等必须尽可能掌握，并在此基础上根据建筑物冷热负荷确定埋地换热器的形式、数量及安装形式。一般认为，较大的流量可以减少换热器侧的可用能损失，能有效的提高系统效率。

　　22优化热泵工质采用合理的热泵工质能有效的提高热泵的性能系数。由于地源热泵需要较高的冷凝温度和较大的温度变化，目前的人工合成工质如R22等从技术性能方面来讲并非理想工质，另一方面，根据蒙特利尔公约，目前广泛使用的R22等氯氟烃工质引起对臭氧层的强烈破坏作用将逐渐限制和停止使用。因此寻求适合的热泵工质优十分重要的意义。

　　23优化驱动设备目前热泵的主要驱动力有电力驱动和燃气驱动两种，在燃气驱动方，又有燃气直接驱动和燃气发电驱动两种。目前电力驱劝普遍采用变频电机以适应空调的负荷变化以节约能源。

　　比例（1996年约为78）。以煤炭作为主要能源会造成严重的大气污染，目前我国的C2排放已仅次于美国，居世界第二。因此清洁能源如天然气在能源结构中的比重的提高，已成为我国能源结构调整战略的一部分。西气东输工程的启动将为燃气热泵的使用开辟广阔的前景。燃气发动机驱动热泵直接利用一次能源做工并能充分利用尾气余热，省略了电力这一中间过程，分析表明燃气发动机驱动热泵系统供冷时的一次能源使用效率可达1.3以上。另外，燃气发动机驱动热泵能方便地实现无级调速以适应空调的负荷变化，应该说是一种很好的热泵驱动方式。

　　24优化热泵的智能控制系统热泵的智能控制系统是保证系统高效、稳定运行的关键，采用完善的智能控制系统实现无人值守，能大幅度地节约人力成本及机组运行费用。

　　3结论地源热泵在我国的研究与应用还处于起步阶段，热泵工质的研制和开发还需要进一步深入进行，各地区的地下热源状况土壤热物性资料还需要进一步搜集和整理，埋地换热器特别是桩埋换热器的传热规律和强化传热还值得进一步进行实验研究和分析，地源热泵的系统性能优化和经济性分析也尚待深化。随着社会的发展能源问题日益突出以及人们的环保意识增强，地源热泵在我国必将得到广泛的应用，相关应用技术领域的研究也必将得到进一步的深化。