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【摘要】本文从地源热泵技术原理及其发展入手，介绍了地源热泵技术（GSHP）的分类及应用在此基础上讨论了供热系统方案比较。重点介绍了地源热泵在空调节能改造应用中的技术优势和经济可行性分析。
【关键词】基坑；开挖；事故；设计；措施
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
随着当今社会能源的日益紧缺，节能成为一个世界性的问题。地源热泵技术在暖通空调节能中的运用，为实现空调节能提供了一个可能性。而且地源热泵技术较传统能源更为经济节能、清洁高效，因而，具有十分广阔的应用前景。
二、地源热泵技术原理及其发展
地源热泵技术是一种利用地球表面浅层的地热能资源进行供热、制冷的高效、节能、环保的系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源—电能，实现低温热能向高温热能的转移，工作原理见图1。地热能在冬季作为热泵供热的热源;在夏季作为热泵制冷的热源。即在冬季，把地热能中的热量“取”出来，提高温度后，向室内供给热量;夏季，把室内的热量“取‘’出来，“排放”到地下可缓解城市热岛效应。通常热泵消耗 1kw的能量用户可以得到 5kw的热量或冷量。
图 1 地源热泵技术工作原理
地源热泵系统是成熟的技术在设计合理的情况下可以可靠、稳定、经济地运行。地源热泵系统的特点是取“热‘’不取“水”，因此不会造成地层沉降。由于循环水在完全封闭的地下管路中流动，故对地下环境无任何污染。
传统的空调系统通常需分别设置冷源(制冷机)和热源(锅炉)。燃煤锅炉是最主要的大气污染源，中小型燃煤锅炉在城市中已被逐步淘汰;燃油和天然气的锅炉虽然减轻了对大气的污染但排放的CO2仍造成了环境问题，而且运行费用很高。随着不可再生能源的逐渐开采能源危机及可持续发展战略已成为全球性的重要问题。地源热泵技术采用的是洁净的可再生的地热能，是一项以节能和环保为特征的技术。
三、地源热泵技术（GSHP）的分类及应用
地源热泵最早源于1912年瑞士的一个专利，而其真正意义上的商业应用迄今也不过十多年，但是到2001年止，美国已达到了每年安装40 万台地源热泵，可降低温室气体排放100万吨，年节约能源折合4.2亿美元。我国政府也在积极推广运用这项“绿色技术”，以减少煤耗、节约一次能源和改善环境。
地源热泵可以直接提供生产生活热水和用于采暖，也可以与电节能热泵和直接加热设备锅炉等联合使用，对减少一次能源用量、环保和缓解用电峰谷差等都有好处。根据地源热泵所采用热源的形式不同，可将其大致分为大地耦合式热泵（GCHP）、地下水热泵（GWHP）和地表水热泵（SWHP）。
四、地源热泵在暖通空调应用中存在的问题
当然，地源热泵也并非十全十美，主要存在以下不足：初投资比较高，主要是钻孔费和地下埋管材料费较高，约占总投资一半以上，同时需要占用一定的地下面积；安装工艺要求较高，施工工期较长，如果设计和安装不合理，将难以充分体现其优越性，收不到应有的节能效果；易受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响；冬夏季排取总热量存在不平衡性，使得土壤年吸、释热量不平衡，连续多年运行后易造成热泵机组运行效率下降；采用地下水的利用方式，会受到当地地下水资源的制约，易导致地下水氧化，产生一系列的水文地质化学变化、生物变化等问题。
五、供热系统方案比较
方案一: 冬季采用以城市集中供热为热源的室内散热器采暖；
方案二: 以土壤源热泵为冷、热源，末端采用地板辐射系统( 推荐方案) 。
地源热泵利用的是浅层地热能，浅层土壤温度常年保持恒定，热泵的热效率高，属于绿色的可再生能源利用。
在建筑围护结构节能前提下，采用地板辐射水系统，利用地源热泵机组与垂直埋管的土壤换热系统及地板辐射系统相耦合。冬季利用地源热泵提取浅层地热能供暖，以达到给建筑供热的目的(见图2)
图 2 地源热泵采暖、生活热水系统工作原理示意图
地源热泵系统具有很高的能效比，该系统供热的一次能源效率可达到 1.3，而家用分体空调为 0.77。分体空调单位建筑面积的装机功率为 40 W ～50 W。
地源热泵主要有三种系统形式: 土壤热交换器地源热泵系统; 地下水地源热泵系统; 地表水地源热泵系统。
土壤热交换器地源热泵:该系统包括一个土壤耦合地热交换器，它或是水平地安装在地沟中，或是以 U 形管状垂直安装在竖井当中，不同的管沟或竖井中的热交换器并联连接，再通过不同的集管进入建筑中与建筑物内的水环路相连接。
地下水地源热泵系统: 地下水地源热泵系统是将地下水直接供应到每台热泵机组，之后将井水回灌地下，由于可能会导致管路阻塞，或管路腐蚀的发生，故通常不建议采用这种系统，有时可根据项目具体情况采取水源辅助的形式。
地表水地源热泵系统: 地表水地源热泵系统( 由潜在水面以下、多重并联的塑料管组成的地下水热交换器取代土壤热交换器) ，与土壤热交换地源热泵一样被连接到建筑物中，在北方地区需要进行防冻处理。
六、地源热泵在空调节能改造应用中的技术优势和经济可行性分析
1、技术优势
根据宾馆原空调系统情况，本项目结合当今世界先进的再生能源技术采用了地源热泵系统+热回收系统+太阳能集热板的组合方案，充分利用项目所在地区的自然环境中所蕴含的空调能源，以先进的技术方案实现本项目节能改造目标。分析本项目技术方案，具有以下技术优势:
(1)环保洁净。无燃烧少排放运用地热资源提高能效比，无冷却塔，减少冷却塔水污染，杜绝“军团病菌”对人体损害。
（2）节水省地。以土壤为源体吸收或放出能量，既不消耗水资源也不会造成污染:省去了锅炉房、冷却塔及附属的油罐、蓄热水箱等面积，节约机房空间。
(3)节能经济。能源利用率为传统方式的3-4倍，投入 1kw的电能可得到4-5kw的制冷或供热的能量。运行费用可节省1/2-1/3。减少电增容30%，可节约增电成本。(4)灵活安全。真正做到“一机两用”。利用地源热泵冬季向建筑物供暖、夏季向建筑物供冷，提高了设备的利用率。机组可灵活地安置在任何地方，节约空间系统末端亦可作多种选择：无储煤、储油罐等生活及安全隐患。自动化程度高:无需专业人员操控。
2、经济可行性分析
(l)投资估算。根据方案估算。其中机房部分报价包括阀门配件、管道及人工安装费用，不包括电气部分。水泵选配根据主机而定。实际报价需要根据设计图纸和方案重新计算。
(2)费用分析比较。根据节能改造前后空调运行的不同情况，比较(冷水机组十地源热泵系统)与(冷水机组十燃气锅炉系统)不同情况下的运行费用，其中，中央空调系统按夏季运行120d，冬季运行 90d，每天运行24h;电价按0.8元/kwh，燃气按3.8元/m，计算同时使用系数按0.7计算。
（3）减排量分析。对系统改造的目标不能仅仅停留在节能省电上，同时也要考虑到对环境的污染物排放量。在实质上地源热泵对大气环境并非零排放.地源热泵系统对大气的排放量来源于其所耗电能在火电厂发电时所排放的污染物.故严谨的减排t计算=燃煤锅炉排放l一地源热泵耗电量的等值发电厂排放量。每年减排量为二氧化碳19 t二氧化硫10.3t氮氧化物8.9t。
七、结束语
地源热泵技术在暖通空调节能中的运用，对于实现节能减排，保护环境有着十分重要的作用。在实践中对于如何有效的实现地源热泵技术在暖通空调节能中的运用还需要不断的探索研究。
參考文献
[1] 赵军,季新国,等.地源热泵的工程应用与环保节能特性分析[J].全国热泵和空调技术交流会论文集，2008．
[2] 魏唐棣，胡鸣明，等.地源热泵冬季供热测试和传热模型[J].暖通空调,2010.
[3] 徐金泉.加强建筑节能标准化，为建筑节能工作服务[J]，建筑节能，2010.
[4] 赵军，张寿雷，王健，等.地源热泵在实际工程中的应用与研究[J].天津建设科技，2003.
【关键词】基坑；开挖；事故；设计；措施
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
随着当今社会能源的日益紧缺，节能成为一个世界性的问题。地源热泵技术在暖通空调节能中的运用，为实现空调节能提供了一个可能性。而且地源热泵技术较传统能源更为经济节能、清洁高效，因而，具有十分广阔的应用前景。
二、地源热泵技术原理及其发展
地源热泵技术是一种利用地球表面浅层的地热能资源进行供热、制冷的高效、节能、环保的系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源—电能，实现低温热能向高温热能的转移，工作原理见图1。地热能在冬季作为热泵供热的热源;在夏季作为热泵制冷的热源。即在冬季，把地热能中的热量“取”出来，提高温度后，向室内供给热量;夏季，把室内的热量“取‘’出来，“排放”到地下可缓解城市热岛效应。通常热泵消耗 1kw的能量用户可以得到 5kw的热量或冷量。
图 1 地源热泵技术工作原理
地源热泵系统是成熟的技术在设计合理的情况下可以可靠、稳定、经济地运行。地源热泵系统的特点是取“热‘’不取“水”，因此不会造成地层沉降。由于循环水在完全封闭的地下管路中流动，故对地下环境无任何污染。
传统的空调系统通常需分别设置冷源(制冷机)和热源(锅炉)。燃煤锅炉是最主要的大气污染源，中小型燃煤锅炉在城市中已被逐步淘汰;燃油和天然气的锅炉虽然减轻了对大气的污染但排放的CO2仍造成了环境问题，而且运行费用很高。随着不可再生能源的逐渐开采能源危机及可持续发展战略已成为全球性的重要问题。地源热泵技术采用的是洁净的可再生的地热能，是一项以节能和环保为特征的技术。
三、地源热泵技术（GSHP）的分类及应用
地源热泵最早源于1912年瑞士的一个专利，而其真正意义上的商业应用迄今也不过十多年，但是到2001年止，美国已达到了每年安装40 万台地源热泵，可降低温室气体排放100万吨，年节约能源折合4.2亿美元。我国政府也在积极推广运用这项“绿色技术”，以减少煤耗、节约一次能源和改善环境。
地源热泵可以直接提供生产生活热水和用于采暖，也可以与电节能热泵和直接加热设备锅炉等联合使用，对减少一次能源用量、环保和缓解用电峰谷差等都有好处。根据地源热泵所采用热源的形式不同，可将其大致分为大地耦合式热泵（GCHP）、地下水热泵（GWHP）和地表水热泵（SWHP）。
四、地源热泵在暖通空调应用中存在的问题
当然，地源热泵也并非十全十美，主要存在以下不足：初投资比较高，主要是钻孔费和地下埋管材料费较高，约占总投资一半以上，同时需要占用一定的地下面积；安装工艺要求较高，施工工期较长，如果设计和安装不合理，将难以充分体现其优越性，收不到应有的节能效果；易受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响；冬夏季排取总热量存在不平衡性，使得土壤年吸、释热量不平衡，连续多年运行后易造成热泵机组运行效率下降；采用地下水的利用方式，会受到当地地下水资源的制约，易导致地下水氧化，产生一系列的水文地质化学变化、生物变化等问题。
五、供热系统方案比较
方案一: 冬季采用以城市集中供热为热源的室内散热器采暖；
方案二: 以土壤源热泵为冷、热源，末端采用地板辐射系统( 推荐方案) 。
地源热泵利用的是浅层地热能，浅层土壤温度常年保持恒定，热泵的热效率高，属于绿色的可再生能源利用。
在建筑围护结构节能前提下，采用地板辐射水系统，利用地源热泵机组与垂直埋管的土壤换热系统及地板辐射系统相耦合。冬季利用地源热泵提取浅层地热能供暖，以达到给建筑供热的目的(见图2)
图 2 地源热泵采暖、生活热水系统工作原理示意图
地源热泵系统具有很高的能效比，该系统供热的一次能源效率可达到 1.3，而家用分体空调为 0.77。分体空调单位建筑面积的装机功率为 40 W ～50 W。
地源热泵主要有三种系统形式: 土壤热交换器地源热泵系统; 地下水地源热泵系统; 地表水地源热泵系统。
土壤热交换器地源热泵:该系统包括一个土壤耦合地热交换器，它或是水平地安装在地沟中，或是以 U 形管状垂直安装在竖井当中，不同的管沟或竖井中的热交换器并联连接，再通过不同的集管进入建筑中与建筑物内的水环路相连接。
地下水地源热泵系统: 地下水地源热泵系统是将地下水直接供应到每台热泵机组，之后将井水回灌地下，由于可能会导致管路阻塞，或管路腐蚀的发生，故通常不建议采用这种系统，有时可根据项目具体情况采取水源辅助的形式。
地表水地源热泵系统: 地表水地源热泵系统( 由潜在水面以下、多重并联的塑料管组成的地下水热交换器取代土壤热交换器) ，与土壤热交换地源热泵一样被连接到建筑物中，在北方地区需要进行防冻处理。
六、地源热泵在空调节能改造应用中的技术优势和经济可行性分析
1、技术优势
根据宾馆原空调系统情况，本项目结合当今世界先进的再生能源技术采用了地源热泵系统+热回收系统+太阳能集热板的组合方案，充分利用项目所在地区的自然环境中所蕴含的空调能源，以先进的技术方案实现本项目节能改造目标。分析本项目技术方案，具有以下技术优势:
(1)环保洁净。无燃烧少排放运用地热资源提高能效比，无冷却塔，减少冷却塔水污染，杜绝“军团病菌”对人体损害。
（2）节水省地。以土壤为源体吸收或放出能量，既不消耗水资源也不会造成污染:省去了锅炉房、冷却塔及附属的油罐、蓄热水箱等面积，节约机房空间。
(3)节能经济。能源利用率为传统方式的3-4倍，投入 1kw的电能可得到4-5kw的制冷或供热的能量。运行费用可节省1/2-1/3。减少电增容30%，可节约增电成本。(4)灵活安全。真正做到“一机两用”。利用地源热泵冬季向建筑物供暖、夏季向建筑物供冷，提高了设备的利用率。机组可灵活地安置在任何地方，节约空间系统末端亦可作多种选择：无储煤、储油罐等生活及安全隐患。自动化程度高:无需专业人员操控。
2、经济可行性分析
(l)投资估算。根据方案估算。其中机房部分报价包括阀门配件、管道及人工安装费用，不包括电气部分。水泵选配根据主机而定。实际报价需要根据设计图纸和方案重新计算。
(2)费用分析比较。根据节能改造前后空调运行的不同情况，比较(冷水机组十地源热泵系统)与(冷水机组十燃气锅炉系统)不同情况下的运行费用，其中，中央空调系统按夏季运行120d，冬季运行 90d，每天运行24h;电价按0.8元/kwh，燃气按3.8元/m，计算同时使用系数按0.7计算。
（3）减排量分析。对系统改造的目标不能仅仅停留在节能省电上，同时也要考虑到对环境的污染物排放量。在实质上地源热泵对大气环境并非零排放.地源热泵系统对大气的排放量来源于其所耗电能在火电厂发电时所排放的污染物.故严谨的减排t计算=燃煤锅炉排放l一地源热泵耗电量的等值发电厂排放量。每年减排量为二氧化碳19 t二氧化硫10.3t氮氧化物8.9t。
七、结束语
地源热泵技术在暖通空调节能中的运用，对于实现节能减排，保护环境有着十分重要的作用。在实践中对于如何有效的实现地源热泵技术在暖通空调节能中的运用还需要不断的探索研究。
參考文献
[1] 赵军,季新国,等.地源热泵的工程应用与环保节能特性分析[J].全国热泵和空调技术交流会论文集，2008．
[2] 魏唐棣，胡鸣明，等.地源热泵冬季供热测试和传热模型[J].暖通空调,2010.
[3] 徐金泉.加强建筑节能标准化，为建筑节能工作服务[J]，建筑节能，2010.
[4] 赵军，张寿雷，王健，等.地源热泵在实际工程中的应用与研究[J].天津建设科技，2003.