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摘要：随着我国经济的发展，科学技术水平也取得了飞速的进步，地源热泵系统被工作者们运用，地源热泵是一种利用地下浅层地热资源，可以达到制冷和制热效果的新型系统，该系统具有节能和环保的优点，完美的弥补了普通系统的缺陷，但是，就目前而言，国内的地源热泵系统技术还存在着一些不足，本文将就地源热泵系统的研究和发展前景，做以简要分析和阐述。
关键词：地源热泵环保热能
中图分类号：P754.1 文献标识码：A 文章编号：
1 前言：作为一种新型能源系统，地源热泵的优势众多，地能分别在冬季作为热泵供暖的热源，同时蓄存冷量，以备夏用；而在夏季作为冷源，同时蓄存热量，以备冬用。在我国，地源热泵技术还处于探索和发展的阶段，笔者从事相关工作，有着较为丰富的经验，就地源热泵分类、特点以及发展前景等几个大类做以分析和叙述。
2 地源热泵分类的以及特点
地源热泵的地耦系统（地下热交换器）根据敷设形式不同分为闭式、开式和直接膨胀式。
设计者可根据当地地理条件，正确选用适合的地源热泵地耦系统。
2.1 闭式系统
闭式系统采用埋于地下的高强度塑料管作为热交换器，管路中充满介质，通常是水或防冻水溶液，当然也可用其他的介质。闭式系统利用泵作为循环动力，由于环路是封闭的，所以热交换器介质和地下水不直接接触，不受矿物质影响。闭式系统又可分为水平式、螺旋式、垂直式、淹没式四种。
2.1.1水平管闭式系统
水平管闭式系统如图1所示。当有足够土地表面可利用时，可用此系统。塑料管水平
埋设在沟壕中，一般埋设深度1.2～3m，每个沟槽中有1～6根管子。虽然一个沟槽中埋设多根管道需更大的沟槽空间，但沟槽数量较少，因此成本也降低了。沟槽长度取决于土壤状况和沟壕里管子的数量。该系统常用于住宅建筑。优点：挖沟槽比打井的成本低，安装灵活。缺点：需大量土地面积，由于埋设深度浅，土壤温度易受季节影响；土壤热特性随季节、降雨量、埋设深度而波动。
2.1.2螺旋管闭式系统
螺旋管闭式系统如图2所示。它是水平环路的一个变体，在沟壕内螺旋状放置；另一种螺旋环路系统则将螺旋状管放入狭窄垂直的沟壕。螺旋环路系统通常需很长的管子，但沟壕的数量少于上述水平环路系统。它同样适用于土地面积较大的场所。优点：比水平环路占地
少，安装成本相对较低。缺点：所需管子较长；需要相对大的土地；土壤温度易受季节影响；比水平系统需更大的泵，耗能大；在填埋过程中易损坏管路。
2.1.3垂直环路闭式系统
垂直环路闭式系统见圖3。当土地面积受限制时可考虑此种方式。封闭管路插入垂直的井中，根据土壤及温度条件，确定管长，设计中，一般需多个井。垂直系统有三种热交换器基本类型：U型管式、分置式、 同心管式。 优点：所需管材较其它闭式系统省，泵的能耗最小，土地面积要求最少，土壤温度不易受季节变化的影响。缺点：要求钻井设备，钻井费用高。
2.1.4淹没环路闭式系统
淹没环路闭式系统如图4所示。如附近有适宜的水塘或湖泊，可采用此系统。需足够大的水面和足够深的深度来满足供冷或供热要求。优点：所需管长最短，费用较少。缺点：需要较大的水域。
2.2 开式系统
开式系统利用地下水直接作为换热介质。这种系统也称为“地下水源热泵”。开式系统主要由抽水井、回灌井或表面水系组成。图5、6、7显示了只有抽水井的开式系统、 有抽水井和回水井的开式系统和表面水系的开式系统三种布置形式。
以设抽水井和回灌井的形式较为常见，该方式因将使用过的废水回灌地下，不会影响地下水水位。开式系统比较经济，但必须考虑下面三个因素：水质；水量；对废弃水的处理。优点：设计简单；比闭式系统的钻井费用少；传热性能好；若废弃的地下水还用于其他用途，如灌溉，则不需设回灌井，费用还会更低。缺点：受当地水文条件及法律条款的限制（如是否允许开采地下水） ；需水量大，不一定能有合适的水源；对水质有要求，热泵的热交换器易受悬浮物、腐蚀物、水垢、细菌微生物的影响；需高功率泵，泵的能耗大；对当地地下水的水质多少有一点影响。
2.3 直接膨胀系统
直接膨胀系统如图8所示。它不需传热介质、流体-制冷剂热交换器和循环泵。铜制盘管埋在地下，制冷剂直接与土壤进行热交换，因而提高了传热性质和热动力学性质。由于埋入地下的盘管是金属的，所以会腐蚀（土壤的PH值应该在5.5～10之间）。若土壤有过电现象，必须有阴极保护装置。在设计中，得注意：在冬天供热运行中，较低的土壤温度会造成土地结冰，冰膨胀会导致土壤起翘，因此，为了防止结冰危险，盘管应远离地下水位线；在夏季供冷运行中，盘管高温会蒸发土壤水气，改变土壤传热特性。这种系统用得较少，目前只有美国才有使用直接膨胀式地源热泵系统的例子。优点：高效；不需要循环泵。缺点：为
了有效的换热面积需要大型管沟；盘管周围的土壤容易结冻（会引起地表弯曲和引起周围水管结冻） ；由于植物根系会损坏盘管，铜管不能埋在大树附近；压缩机油路系统较复杂 ；
有渗漏危险；安装要求和费用高；需要更多的制冷剂。
3 地源热泵辅助系统
针对不同的场合，合理地设置地源热泵辅助系统可以额外节约能耗或节省安装费用，常见的有以下三种。
3.1 冷却塔补偿系统
地耦系统是土源热泵系统安装费用中最大的部分。在以供冷为主要设计目标的南方或热负荷大的商业建筑中，可以通过设置冷却塔补偿来减小闭式地耦系统的尺寸，如图9所示。通过一个换热器（通常是板式换热器），冷却塔将地耦环路的上游流体预冷，这样就降低了地耦系统的负荷。由于减少了地耦系统的尺寸，设置冷却塔可以降低整个系统安装费用。这种形式的冷却塔补尝系统已成功运用在多个商用建筑中。
3.2 太阳能辅助系统
在气候比较寒冷的北方，设计目的主要是供热。采用太阳能板可以减少地耦系统的尺寸。设计用来提供热水的太阳能板安装在环路中（直接或通过热交换器），如图10所示。太阳能板向传热介质供热。这种太阳能辅助系统的设计可以减少埋管占地面积，提高热泵效率。
3.3 热水回收系统
利用热泵提供热水，即在制冷环路中安装热交换器来从过热的制冷剂蒸汽获得高温热源。由于效率高，所以这种技术的应用十分经济。热水回收系统可以补充甚至替代传统的热水供应系统。在热泵供冷模式下，热水回取系统提高了系统运行效率并且利用废热提供热水。在供热模式下，与其他系统相比，热泵供热并提供热水仍然具有较高的经济性。
4 地源热泵在中国的应用前景
中国目前仍然是以燃煤为主发展中国家，这种不合理的能源结构已造成了极为严重的环境污染。寻找既能环保，又可持续发展的能源，是我国广大科技工作者共同的任务。热泵是提供清洁环保能量的一种最有效技术，其能量来源是低温热源，对环境没有污染，效率高，能够很好地适应制冷和供热的节能环保要求，因此近年来热泵在我国的应用日趋广泛，特别是在南方地区家用空调上已经普及。目前为止，地源热泵技术及设备已引进中国市场，这将促使我国地源热泵的研究开发及生产产业化迅速跟上国际先进水平。
结束语：在国外，地源热泵技术已经得到了广泛的应用，我国投入大量资金，对地源热泵技术进行了探索和研究，使得我国在这一方面也有了基础，但就目前而言，国内的技术水平和国外差距较大，不过，我国资源富庶，地源热泵市场前景广阔，相信假以时日，定会在这项技术方面取得重大的成就。
参考文献:
[1] 赵军， 地源热泵系统 [J]. 太阳能， 2008，(1).
[2] 王东，地缘热泵在国内的应用.2010.4
关键词：地源热泵环保热能
中图分类号：P754.1 文献标识码：A 文章编号：
1 前言：作为一种新型能源系统，地源热泵的优势众多，地能分别在冬季作为热泵供暖的热源，同时蓄存冷量，以备夏用；而在夏季作为冷源，同时蓄存热量，以备冬用。在我国，地源热泵技术还处于探索和发展的阶段，笔者从事相关工作，有着较为丰富的经验，就地源热泵分类、特点以及发展前景等几个大类做以分析和叙述。
2 地源热泵分类的以及特点
地源热泵的地耦系统（地下热交换器）根据敷设形式不同分为闭式、开式和直接膨胀式。
设计者可根据当地地理条件，正确选用适合的地源热泵地耦系统。
2.1 闭式系统
闭式系统采用埋于地下的高强度塑料管作为热交换器，管路中充满介质，通常是水或防冻水溶液，当然也可用其他的介质。闭式系统利用泵作为循环动力，由于环路是封闭的，所以热交换器介质和地下水不直接接触，不受矿物质影响。闭式系统又可分为水平式、螺旋式、垂直式、淹没式四种。
2.1.1水平管闭式系统
水平管闭式系统如图1所示。当有足够土地表面可利用时，可用此系统。塑料管水平
埋设在沟壕中，一般埋设深度1.2～3m，每个沟槽中有1～6根管子。虽然一个沟槽中埋设多根管道需更大的沟槽空间，但沟槽数量较少，因此成本也降低了。沟槽长度取决于土壤状况和沟壕里管子的数量。该系统常用于住宅建筑。优点：挖沟槽比打井的成本低，安装灵活。缺点：需大量土地面积，由于埋设深度浅，土壤温度易受季节影响；土壤热特性随季节、降雨量、埋设深度而波动。
2.1.2螺旋管闭式系统
螺旋管闭式系统如图2所示。它是水平环路的一个变体，在沟壕内螺旋状放置；另一种螺旋环路系统则将螺旋状管放入狭窄垂直的沟壕。螺旋环路系统通常需很长的管子，但沟壕的数量少于上述水平环路系统。它同样适用于土地面积较大的场所。优点：比水平环路占地
少，安装成本相对较低。缺点：所需管子较长；需要相对大的土地；土壤温度易受季节影响；比水平系统需更大的泵，耗能大；在填埋过程中易损坏管路。
2.1.3垂直环路闭式系统
垂直环路闭式系统见圖3。当土地面积受限制时可考虑此种方式。封闭管路插入垂直的井中，根据土壤及温度条件，确定管长，设计中，一般需多个井。垂直系统有三种热交换器基本类型：U型管式、分置式、 同心管式。 优点：所需管材较其它闭式系统省，泵的能耗最小，土地面积要求最少，土壤温度不易受季节变化的影响。缺点：要求钻井设备，钻井费用高。
2.1.4淹没环路闭式系统
淹没环路闭式系统如图4所示。如附近有适宜的水塘或湖泊，可采用此系统。需足够大的水面和足够深的深度来满足供冷或供热要求。优点：所需管长最短，费用较少。缺点：需要较大的水域。
2.2 开式系统
开式系统利用地下水直接作为换热介质。这种系统也称为“地下水源热泵”。开式系统主要由抽水井、回灌井或表面水系组成。图5、6、7显示了只有抽水井的开式系统、 有抽水井和回水井的开式系统和表面水系的开式系统三种布置形式。
以设抽水井和回灌井的形式较为常见，该方式因将使用过的废水回灌地下，不会影响地下水水位。开式系统比较经济，但必须考虑下面三个因素：水质；水量；对废弃水的处理。优点：设计简单；比闭式系统的钻井费用少；传热性能好；若废弃的地下水还用于其他用途，如灌溉，则不需设回灌井，费用还会更低。缺点：受当地水文条件及法律条款的限制（如是否允许开采地下水） ；需水量大，不一定能有合适的水源；对水质有要求，热泵的热交换器易受悬浮物、腐蚀物、水垢、细菌微生物的影响；需高功率泵，泵的能耗大；对当地地下水的水质多少有一点影响。
2.3 直接膨胀系统
直接膨胀系统如图8所示。它不需传热介质、流体-制冷剂热交换器和循环泵。铜制盘管埋在地下，制冷剂直接与土壤进行热交换，因而提高了传热性质和热动力学性质。由于埋入地下的盘管是金属的，所以会腐蚀（土壤的PH值应该在5.5～10之间）。若土壤有过电现象，必须有阴极保护装置。在设计中，得注意：在冬天供热运行中，较低的土壤温度会造成土地结冰，冰膨胀会导致土壤起翘，因此，为了防止结冰危险，盘管应远离地下水位线；在夏季供冷运行中，盘管高温会蒸发土壤水气，改变土壤传热特性。这种系统用得较少，目前只有美国才有使用直接膨胀式地源热泵系统的例子。优点：高效；不需要循环泵。缺点：为
了有效的换热面积需要大型管沟；盘管周围的土壤容易结冻（会引起地表弯曲和引起周围水管结冻） ；由于植物根系会损坏盘管，铜管不能埋在大树附近；压缩机油路系统较复杂 ；
有渗漏危险；安装要求和费用高；需要更多的制冷剂。
3 地源热泵辅助系统
针对不同的场合，合理地设置地源热泵辅助系统可以额外节约能耗或节省安装费用，常见的有以下三种。
3.1 冷却塔补偿系统
地耦系统是土源热泵系统安装费用中最大的部分。在以供冷为主要设计目标的南方或热负荷大的商业建筑中，可以通过设置冷却塔补偿来减小闭式地耦系统的尺寸，如图9所示。通过一个换热器（通常是板式换热器），冷却塔将地耦环路的上游流体预冷，这样就降低了地耦系统的负荷。由于减少了地耦系统的尺寸，设置冷却塔可以降低整个系统安装费用。这种形式的冷却塔补尝系统已成功运用在多个商用建筑中。
3.2 太阳能辅助系统
在气候比较寒冷的北方，设计目的主要是供热。采用太阳能板可以减少地耦系统的尺寸。设计用来提供热水的太阳能板安装在环路中（直接或通过热交换器），如图10所示。太阳能板向传热介质供热。这种太阳能辅助系统的设计可以减少埋管占地面积，提高热泵效率。
3.3 热水回收系统
利用热泵提供热水，即在制冷环路中安装热交换器来从过热的制冷剂蒸汽获得高温热源。由于效率高，所以这种技术的应用十分经济。热水回收系统可以补充甚至替代传统的热水供应系统。在热泵供冷模式下，热水回取系统提高了系统运行效率并且利用废热提供热水。在供热模式下，与其他系统相比，热泵供热并提供热水仍然具有较高的经济性。
4 地源热泵在中国的应用前景
中国目前仍然是以燃煤为主发展中国家，这种不合理的能源结构已造成了极为严重的环境污染。寻找既能环保，又可持续发展的能源，是我国广大科技工作者共同的任务。热泵是提供清洁环保能量的一种最有效技术，其能量来源是低温热源，对环境没有污染，效率高，能够很好地适应制冷和供热的节能环保要求，因此近年来热泵在我国的应用日趋广泛，特别是在南方地区家用空调上已经普及。目前为止，地源热泵技术及设备已引进中国市场，这将促使我国地源热泵的研究开发及生产产业化迅速跟上国际先进水平。
结束语：在国外，地源热泵技术已经得到了广泛的应用，我国投入大量资金，对地源热泵技术进行了探索和研究，使得我国在这一方面也有了基础，但就目前而言，国内的技术水平和国外差距较大，不过，我国资源富庶，地源热泵市场前景广阔，相信假以时日，定会在这项技术方面取得重大的成就。
参考文献:
[1] 赵军， 地源热泵系统 [J]. 太阳能， 2008，(1).
[2] 王东，地缘热泵在国内的应用.2010.4