1 地源熱泵原理與組成

　　隨著經濟的發展和生活水平的提高，公共建筑和住宅的供熱和空調已成為普遍的需求。在發達國家中，建筑能源耗費量大約占總能耗的三分之一，其中供熱和空調的能耗可占到建筑能耗的65%。在全球能源形勢日趨緊張的今天，空調http://.變得尤其重要。而且大量燃燒礦物燃料所產生的環境問題也已成為各國政府和公眾關注的焦點。因此，除了集中供熱以外，急需發展其他的替代供熱方式。地源熱泵就是能有效節省能源、減少大氣污染的供熱和空調新技術。

　　地源熱泵是利用大地（土壤、地層、地下水）作為熱源。地源熱泵系統一般由地熱能交換系統、水源熱泵機房系統和建筑內末端散熱系統三部分組成。其中，地熱能交換系統可以說是地源熱泵與其它傳統中央空調系統{wy}和{zd0}的區別。

　　2 地源熱泵分類

　　以建筑物的空調（包括供熱和制冷）為目的的熱泵系統有許多種。就性質來分，通常可分為空氣源熱泵和地源熱泵兩大類。地源熱泵又可進一步分為地表水熱泵、地下水熱泵和地下耦合熱泵。下面主要就地源熱泵做詳細介紹。

　　2.1 地下水熱泵

　　地下水源熱泵系統的熱源是從水井或廢棄的礦井中抽取的地下水。經過換熱的地下水可以排入地表水系統，但對于較大的應用項目通常要求通過回灌井把地下水回灌到原來的地下水層。水質良好的地下水可直接進入熱泵換熱，這樣的系統稱為開式環路。實際中更多采用閉式環路的熱泵循環水系統，即采用板式換熱器把地下水和通過熱泵的循環水分隔開，以防止地下水中的泥沙和腐蝕性雜質對熱泵的影響。由于地下水溫常年基本恒定，夏季比室外空氣溫度低，冬季比室外空氣溫度高，且具有較大的熱容量，因此地下水熱泵系統效率比空氣源熱泵高，COP值一般在3-4.5，并且不存在結霜等問題。最近幾年地下水源熱泵系統在我國得到了迅速發展。

　　2.2 地表水熱泵

　　地表水熱泵系統的一個熱源是池塘、湖泊或河溪中的地表水。在靠近江河湖海等大體量自然水體的地方利用這些自然水體作為熱泵的低溫熱源是值得考慮的一種空調熱泵的形式。熱泵與地表水的換熱可采用開式循環或閉路循環的形式。開式循環是用水泵抽取地表水在換熱器中與熱泵的循環液換熱后再排入水體。其缺點是水質較差時在換熱器中產生污垢，影響傳熱，甚至影響系統的正常運行。更常用的地表水熱泵系統采用閉路循環，即把多組塑料盤管沉入水體中，熱泵的循環液通過盤管與水體換熱，可以避免水質不良引起的污垢和腐蝕問題。當然，這種地表水熱泵系統也受到自然條件的限制。

　　2.3 地下耦合熱泵

　　地下耦合熱泵系統是利用地下巖土中熱量的閉路循環的地源熱泵系統。通常稱之為“閉路地源熱泵”，以區別于地下水熱泵系統，或直接稱為“地源熱泵”。它通過循環液（水或以水為主要成分的防凍液）在封閉地下埋管中的流動，實現系統與大地之間的傳熱。地下耦合熱泵系統在結構上的特點是有一個由地下埋管組成的地熱換熱器。地熱換熱器的設置形式主要有水平埋管和豎直埋管兩種。水平埋管形式是在地面開1-2米深的溝，每個溝中埋設2、4或6根塑料管。豎直埋管的形式是在地層中鉆直徑為0.1-0.15 m的鉆孔，在鉆孔中設置1組（2根）或2組（4根）U型管并用灌井材料填實。鉆孔的深度通常為40-200 m。現場可用的地表面積是選擇地熱換熱器形式的決定性因素。豎直埋管的地熱換熱器可以比水平埋管節省很多土地面積，因此更適合中國地少人多的國情。

　　3 地源熱泵的http://.原理

　　由于較深的地層中在未受干擾的情況下常年保持恒定的溫度，遠高于冬季的室外溫度，又低于夏季的室外溫度，因此地源熱泵在冬季可以把大地中的熱量升高溫度后對建筑供熱，同時使大地中的溫度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用；夏季把建筑物中的熱量傳輸給大地，對建筑物降溫，同時在大地中蓄存熱量以供冬季使用。這樣在地源熱泵系統中大地起到了蓄能器的作用，進一步提高了空調系統全年的能源利用效率。

　　在能源形勢日趨緊張的今天，地源熱泵技術具有極大地推廣價值，原因就在于地下有替代一次性能源（煤、石油、天然氣等）的巨大資源。地源熱泵的性能系數（COP）通常大于4，即地源熱泵每輸入1kW的電能，能輸出4kW的冷熱能量，扣除過程損耗因素，性能系數仍然在3.5以上，其{gx}的原因在于借助了3kW的地熱能源，比燒煤、燒油、用電的效率高出很多。地源熱泵系統即使把電廠污染也算到熱泵頭上，總體看也非常節能。另外，通過與傳統的中央空調系統的對比也可以看出地源熱泵系統的節能性。

　　3.1 夏季制冷時

　　由于傳統的中央空調系統是通過冷卻水（冷卻塔）與大氣進行能量交換來釋放制冷機組制冷所釋放的熱量；而地源熱泵系統是通過水與溫度穩定的地熱能交換系統（土壤、地下水、地表水）進行能量交換來釋放水源熱泵機組制冷所產生的熱量。眾所周知，進行能量交換的兩種物質的溫差越大，交換效果越好，而溫度穩定的地熱能交換系統（土壤、地下水、地表水）與水之間的溫差明顯要大于大氣與水之間的溫差，所以地源熱泵系統比傳統的中央空調系統提取能量時能耗低，效率高。從夏季制冷上來說，其性能系數（COP值）比普通家用空調效率高一倍以上，比大型中央空調高20%以上。

　　3.2 冬季供暖時

　　傳統的中央空調系統最終是以市政熱力、燃煤或直接用電作為熱源。經計算，地源熱泵的性能系數（COP值）遠遠高于直接燃煤的0.7制熱系數和直接用電供暖的1.0左右的制熱系數。如果將地源熱泵所耗電能還原為煤，與傳統的鍋爐供暖比較，可直接節約燃煤30%以上。