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摘要：介绍了地源热泵的概念，分类和辅助设备及现在仍然存在的技术问题。着重介绍了国内外地源热泵的应用和研究现状。虽然地源热泵还有很多问题，但是在工程实践中它表现了突出的节能和环保的特点，可以说地源热泵在我国有很好的发展前景。
关键字：地源热泵节能绿色换热器
中图分类号：TE08文献标识码： A
1引言
随着经济的日益发展，我国的能源消耗总量日益增加。在我国，主要的能源消耗是煤炭。但随着经济结构的转变，煤炭的使用比例仍占四分之三以上，这其中建筑物供热采暖用煤比例约占百分之70以上。1990-2013年能源消耗比例见表1。由图可以看到各地都在积极采取措施控制煤炭的使用量，但由于运输费用，技术等问题煤炭的使用量仍然居高不下，使能源危机，大量排放二氧化碳的问题日益严重[1]。绿色节能逐渐引起了全世界的关注，热泵作为一种消耗少量高品质能源，将热量从低品位向高品位的一种特殊装置。无论从资源问题和排放二氧化碳的方面，地源热泵都是一个很好的选择。
表1能源消费比例
地源热泵是以地源能（土壤，地下水，地表水，低温低热水和尾水）作为热泵夏季制冷的冷却源，冬季供暖供热的低温热源，同时是实现供暖，制冷和供热的模式，是作为国内地热能利用的一种新发展方向[2]。
地源热泵可以根据地耦系统敷设形式的不同可以有以下分类：闭式地源热泵，开式地源热泵和直接膨胀式地源热泵。针对不用的工况，常用的地源热泵辅助系统包括冷却塔补偿系统，太阳能补偿系统，热水回收系统等[3]。
2研究及其成果
2.1地源热泵研究
1912年，在瑞士最早出现了地源热泵这个概念，早在20世纪中期，由于当时石油，煤炭等能源价格比较低廉，人们并没有重视地源热泵的开发。20世纪五十年代，地源热泵开始初步进入美国及其其他欧洲市场。1946年，美国开始对地源热泵进行系统的研究，第一个真正完整的地源热泵系统在俄勒冈州建成，并且运行十分正常，从此欧洲地区掀起了一股地源热泵的商用高潮。据统计，到1985年，在美国无论商用还是自用的地源热泵台数达到了14000台，在欧洲很多国家里，商用地源热泵已经占到了空调所有量的25%以上，并且还有增长的趋势。20世纪末，由于人类的开发利用，全球出现石油危机，石油资源短缺，石油价格飙升，导致地源热泵技术得到了迅速发展，并且迅速运用到工程上来。目前为止，美国的地源热泵台数已经达到了500000台，并且每年仍在以15%的速度增长。在美国，地源热泵安装最多的地方还是在学校和办公大楼，大约有将近700万所学校安装了地源热泵，主要集中在中西部和南部地区[4]。我国很多高校和研究机构早在20世纪50年代就开始研究地源热泵。我国最早的地源热泵研究机构是天津大学的热能研究所，我国第一台真正意义上的热泵机组产生于1965年。20世纪八十年代，我国开始组建各种热泵研究院和研究组织，他们的研究方向主要是由国内知名大学辅助完成。我国研究地源热泵是比较晚的国家，但是我国对热泵研究大力支持，将地源热泵发展列入十五规划政策之中。20世纪九十年代开始，每一届全国暖通制冷学术年会上都有“热泵应用”的专题。2000年宁波召开了全国热泵和空调技术会议，吸引了全世界的热泵专家开始关注中国的热泵市场[5]。近几年来，国内自行研发地源热泵机组的大小公司达到上百家，同时内外知名的很多地源热泵生产公司，也在我国开设了分公司，可见我国济源热泵的研究已经有了很大进步。但从总体来看，我国地源热泵的发展还是不够成熟和规范，行业内仍然缺少必要的交流，并且仍缺少适应我国状况的地源热泵技术。随着2008年北京奥运会，2010年亚运会等一系列举世瞩目的大型活动在我国举行，我国在准备过程中注重采用太阳能，地热能等可再生资源，并且尽量采用高效，节能的常规能源利用技术，其产生的影响直接导致我国未来可再生能源利用防线，对我国地源热泵的发展产生了积极的作用。
2.2地源热泵的发展现状
2.2.1国外研究成果
国外对地源热泵的研究主要集中在地下换热器。1950年，美国开启了一系列关于地下换热器的研究项目，包括研究地下半管的几何尺寸，关键距等在不同的土壤温度下对传热性能的影响。20世纪50年代初，英国安装了用于住宅供暖的地源热泵系统。20世纪70年代，美国进行了多种形式的地下换热管测试，并且引入了太阳能集热器，组成混合土壤源热泵系统[6]。目前，国外对土壤源热泵的研究仍主要在地下换热器的性能测试上，对地下换热器模型的建立，主要是在求解岩土温度场的动态变化上。
2.2.2国内研究成果
20世纪80年代，水源热泵开始在我国应用。1984年，上海研究所设计，并且在上海市建造了第一套用于加热锅炉水的热泵，这套加热系统采用由地下水，太阳能辅助系统和热泵组成，其COP值达到5-6.到了20世纪末期，我国开始批量生产水-热泵，多以河水为低品质的热源，通过阀门的启闭来改变水路中水的流动方向，实现机组的供冷工况与制热工况的转换。截止到2000年，我国陆续在山东，广东，河北，辽宁等第建立地源热泵工程，其总的供热面积达到150余万平方米。其中交友代表性的工程有：廣东和平医院综合大楼，山东某办公大楼，烟台政府办公大楼，河北高丽饭店，辽宁某国际外语学校等。土热源系统开始商用于我国于20世纪80年代末，河北省石家庄市中国银行办公大楼，该工程采用的是垂直封闭循环系统，其从1985年开始筹划，到1989年投入使用。目前，国内热泵产品主要以风冷热泵和地源热泵为主，输出温度基本大于60摄氏度[7]。目前我国对地源热泵的研究主要集中在一下几个方面：地下埋管换热器的传热研究，瞬时工况热泵装置与部件仿真模拟的研究，地源热泵空调系统制冷工质的替代研究等方面。
3 地源热泵研究的问题
影响地源热泵推广应用的主要原因有：
（1）地下换热器优化问题，地下换热器是地源热泵的重要组成部分，设计的合适与否对地源热泵总体性能来说，影响很大。在今年研究中，研究人员已经是推导出了关于地热换热器的二维和三位的传热计算公式，这些理论的研究成果为地下换热器的研究提供了更加精准的理论解和计算方法，为地下换热器设计指明了方向，使设计优化[8]。
（2）土壤特性的影响。地源热泵的性能的好坏与土壤特性有密切的关系。土壤含水量大小对地下换热量的大小有重要影响。一般状况下，地下换热管的导热系数会随着含湿量的增加而增加。对土壤的热特性研究主要包括土壤的能量平衡，热工性能，土壤中的传热与传湿以及环境对土壤热五星的影响等。
（3）回填材料对热泵性能的影响。回填材料对埋管换热器的传热效果有直接影响作用，适合的回填材料可以防止在环境突变条件下土壤性能的改变保持环境的稳定，是换热器保持良好的状态工作。现在对地热空调的研究仍然集中在换热器的性能是否适应环境的问题上，忽视了填充材料问题。
（4）热泵技术与其他技术配合的问题：地源热泵技术是暖通空调技术和钻井技术结合的综合技术，两者工作人员配合与否决定着工程是否能顺利进行，这决定了暖通空调技术人员与工程的操作人员必须协调工作[9]。
（5）地下水的回灌问题。地下水的回灌技术仍然不完善。理论上说，回灌能力与抽水能力是相当的，也就是说出水量大的热源井它的出水量也大。但是实际情况是复杂的，由于回灌时，水中夹杂着空气和细小颗粒等杂质，影响着抽水的流量，长时间同样影响回灌能力。关于回灌技术问题，在一定程度上影响着地源热泵的推广[10]。
4 地源热泵在国内的前景
煤炭燃烧仍是我国主要的发展方式，在能源危机的今天，這样的发展是完全不科学的。发展和应用节能绿色可再生能源是科技工作者的任务。地源热泵技术是提供洁净环保的一种最有效的技术。热泵作为一种消耗少量高品质能源，将热量从低品位向高品位的一种特殊装置，正好符合未来能源发展趋势。因此地源热泵的发展在我国的发展日益广泛。
我国南北气候差异很大。在我国中部及北方地区，冬季室外温度达到0℃一下，热泵设备及其辅助设备需要增加除霜装置，使系统性能降低，在东北地区根本无法使用空气源热泵。但是土壤性能稳定，土壤温度常年保持十几摄氏度恒温，所以时候安装土壤热泵系统。在我国长江以南地区，其气候特点是夏季炎热（平均温度在25℃—30℃），冬季不太冷（平均温度在2℃—7℃），其冬季，夏季的天数都为2—3个月，因此供冷和供热的天数大致相同，即冷热负荷基本相同，故适合推广地源热泵系统[11]。
我国国内市场一向被外国看好，国外不少公司热泵制造商到国内开设分公司，介绍地源热泵技术。2008年12月份德国能源部和中国科技部部署了可再生能源合作协定书，其主要内容就是在广东，上海等城市合作建立地源热泵商用建筑[12-13]。现行当下，全世界正处于能源危机，全世界科研人员都在寻求开发节能，绿色能源。地热能是典型的清洁环保的可再生能源，地源热泵是利用地热能的重要形式。由此看来，地源热泵必然成为暖通空调界的重要研究课题[14]。
5 结束语
目前，对能源，环境和可以续发展的问题吸引了全世界的目标，以煤炭燃烧为主的发展方式早已经过时。地源热泵作为应用地热能的主要形式，符合当下人们的要求。同时，经过多年的研究，我国已经有了自己独特的地源热泵理论，并且经过工程实践的应用证明，地源热泵具有节能，环保，舒适，安全，清洁等许多优点，具有良好地发展前景。
参考文献
[1] 王金峰.能源结构的调整与优化必须以煤炭为基础[N].中国经济导报，2003
[2] 闫爱斌.地源热泵应用的技术分析与思考[J].天津城市建设学院学报，2002,8 （2）：120-122
[3] 丁勇，刘显英，等.地热源热泵系统实验研究综述[C].见：现代空调（3).北京：中国建筑工业出版社，2001:11-13
[4] 刘显英，丁勇.潜埋竖管换热器地热源热泵夏季供冷试验研究[J].暖通空调，
2000,32（3）：106-109
[5] 付祥钊，王勇，等.两种地质气候条件对岩石换热器的影响[J].暖通空调，2002,32（3）：108-110
关键字：地源热泵节能绿色换热器
中图分类号：TE08文献标识码： A
1引言
随着经济的日益发展，我国的能源消耗总量日益增加。在我国，主要的能源消耗是煤炭。但随着经济结构的转变，煤炭的使用比例仍占四分之三以上，这其中建筑物供热采暖用煤比例约占百分之70以上。1990-2013年能源消耗比例见表1。由图可以看到各地都在积极采取措施控制煤炭的使用量，但由于运输费用，技术等问题煤炭的使用量仍然居高不下，使能源危机，大量排放二氧化碳的问题日益严重[1]。绿色节能逐渐引起了全世界的关注，热泵作为一种消耗少量高品质能源，将热量从低品位向高品位的一种特殊装置。无论从资源问题和排放二氧化碳的方面，地源热泵都是一个很好的选择。
表1能源消费比例
地源热泵是以地源能（土壤，地下水，地表水，低温低热水和尾水）作为热泵夏季制冷的冷却源，冬季供暖供热的低温热源，同时是实现供暖，制冷和供热的模式，是作为国内地热能利用的一种新发展方向[2]。
地源热泵可以根据地耦系统敷设形式的不同可以有以下分类：闭式地源热泵，开式地源热泵和直接膨胀式地源热泵。针对不用的工况，常用的地源热泵辅助系统包括冷却塔补偿系统，太阳能补偿系统，热水回收系统等[3]。
2研究及其成果
2.1地源热泵研究
1912年，在瑞士最早出现了地源热泵这个概念，早在20世纪中期，由于当时石油，煤炭等能源价格比较低廉，人们并没有重视地源热泵的开发。20世纪五十年代，地源热泵开始初步进入美国及其其他欧洲市场。1946年，美国开始对地源热泵进行系统的研究，第一个真正完整的地源热泵系统在俄勒冈州建成，并且运行十分正常，从此欧洲地区掀起了一股地源热泵的商用高潮。据统计，到1985年，在美国无论商用还是自用的地源热泵台数达到了14000台，在欧洲很多国家里，商用地源热泵已经占到了空调所有量的25%以上，并且还有增长的趋势。20世纪末，由于人类的开发利用，全球出现石油危机，石油资源短缺，石油价格飙升，导致地源热泵技术得到了迅速发展，并且迅速运用到工程上来。目前为止，美国的地源热泵台数已经达到了500000台，并且每年仍在以15%的速度增长。在美国，地源热泵安装最多的地方还是在学校和办公大楼，大约有将近700万所学校安装了地源热泵，主要集中在中西部和南部地区[4]。我国很多高校和研究机构早在20世纪50年代就开始研究地源热泵。我国最早的地源热泵研究机构是天津大学的热能研究所，我国第一台真正意义上的热泵机组产生于1965年。20世纪八十年代，我国开始组建各种热泵研究院和研究组织，他们的研究方向主要是由国内知名大学辅助完成。我国研究地源热泵是比较晚的国家，但是我国对热泵研究大力支持，将地源热泵发展列入十五规划政策之中。20世纪九十年代开始，每一届全国暖通制冷学术年会上都有“热泵应用”的专题。2000年宁波召开了全国热泵和空调技术会议，吸引了全世界的热泵专家开始关注中国的热泵市场[5]。近几年来，国内自行研发地源热泵机组的大小公司达到上百家，同时内外知名的很多地源热泵生产公司，也在我国开设了分公司，可见我国济源热泵的研究已经有了很大进步。但从总体来看，我国地源热泵的发展还是不够成熟和规范，行业内仍然缺少必要的交流，并且仍缺少适应我国状况的地源热泵技术。随着2008年北京奥运会，2010年亚运会等一系列举世瞩目的大型活动在我国举行，我国在准备过程中注重采用太阳能，地热能等可再生资源，并且尽量采用高效，节能的常规能源利用技术，其产生的影响直接导致我国未来可再生能源利用防线，对我国地源热泵的发展产生了积极的作用。
2.2地源热泵的发展现状
2.2.1国外研究成果
国外对地源热泵的研究主要集中在地下换热器。1950年，美国开启了一系列关于地下换热器的研究项目，包括研究地下半管的几何尺寸，关键距等在不同的土壤温度下对传热性能的影响。20世纪50年代初，英国安装了用于住宅供暖的地源热泵系统。20世纪70年代，美国进行了多种形式的地下换热管测试，并且引入了太阳能集热器，组成混合土壤源热泵系统[6]。目前，国外对土壤源热泵的研究仍主要在地下换热器的性能测试上，对地下换热器模型的建立，主要是在求解岩土温度场的动态变化上。
2.2.2国内研究成果
20世纪80年代，水源热泵开始在我国应用。1984年，上海研究所设计，并且在上海市建造了第一套用于加热锅炉水的热泵，这套加热系统采用由地下水，太阳能辅助系统和热泵组成，其COP值达到5-6.到了20世纪末期，我国开始批量生产水-热泵，多以河水为低品质的热源，通过阀门的启闭来改变水路中水的流动方向，实现机组的供冷工况与制热工况的转换。截止到2000年，我国陆续在山东，广东，河北，辽宁等第建立地源热泵工程，其总的供热面积达到150余万平方米。其中交友代表性的工程有：廣东和平医院综合大楼，山东某办公大楼，烟台政府办公大楼，河北高丽饭店，辽宁某国际外语学校等。土热源系统开始商用于我国于20世纪80年代末，河北省石家庄市中国银行办公大楼，该工程采用的是垂直封闭循环系统，其从1985年开始筹划，到1989年投入使用。目前，国内热泵产品主要以风冷热泵和地源热泵为主，输出温度基本大于60摄氏度[7]。目前我国对地源热泵的研究主要集中在一下几个方面：地下埋管换热器的传热研究，瞬时工况热泵装置与部件仿真模拟的研究，地源热泵空调系统制冷工质的替代研究等方面。
3 地源热泵研究的问题
影响地源热泵推广应用的主要原因有：
（1）地下换热器优化问题，地下换热器是地源热泵的重要组成部分，设计的合适与否对地源热泵总体性能来说，影响很大。在今年研究中，研究人员已经是推导出了关于地热换热器的二维和三位的传热计算公式，这些理论的研究成果为地下换热器的研究提供了更加精准的理论解和计算方法，为地下换热器设计指明了方向，使设计优化[8]。
（2）土壤特性的影响。地源热泵的性能的好坏与土壤特性有密切的关系。土壤含水量大小对地下换热量的大小有重要影响。一般状况下，地下换热管的导热系数会随着含湿量的增加而增加。对土壤的热特性研究主要包括土壤的能量平衡，热工性能，土壤中的传热与传湿以及环境对土壤热五星的影响等。
（3）回填材料对热泵性能的影响。回填材料对埋管换热器的传热效果有直接影响作用，适合的回填材料可以防止在环境突变条件下土壤性能的改变保持环境的稳定，是换热器保持良好的状态工作。现在对地热空调的研究仍然集中在换热器的性能是否适应环境的问题上，忽视了填充材料问题。
（4）热泵技术与其他技术配合的问题：地源热泵技术是暖通空调技术和钻井技术结合的综合技术，两者工作人员配合与否决定着工程是否能顺利进行，这决定了暖通空调技术人员与工程的操作人员必须协调工作[9]。
（5）地下水的回灌问题。地下水的回灌技术仍然不完善。理论上说，回灌能力与抽水能力是相当的，也就是说出水量大的热源井它的出水量也大。但是实际情况是复杂的，由于回灌时，水中夹杂着空气和细小颗粒等杂质，影响着抽水的流量，长时间同样影响回灌能力。关于回灌技术问题，在一定程度上影响着地源热泵的推广[10]。
4 地源热泵在国内的前景
煤炭燃烧仍是我国主要的发展方式，在能源危机的今天，這样的发展是完全不科学的。发展和应用节能绿色可再生能源是科技工作者的任务。地源热泵技术是提供洁净环保的一种最有效的技术。热泵作为一种消耗少量高品质能源，将热量从低品位向高品位的一种特殊装置，正好符合未来能源发展趋势。因此地源热泵的发展在我国的发展日益广泛。
我国南北气候差异很大。在我国中部及北方地区，冬季室外温度达到0℃一下，热泵设备及其辅助设备需要增加除霜装置，使系统性能降低，在东北地区根本无法使用空气源热泵。但是土壤性能稳定，土壤温度常年保持十几摄氏度恒温，所以时候安装土壤热泵系统。在我国长江以南地区，其气候特点是夏季炎热（平均温度在25℃—30℃），冬季不太冷（平均温度在2℃—7℃），其冬季，夏季的天数都为2—3个月，因此供冷和供热的天数大致相同，即冷热负荷基本相同，故适合推广地源热泵系统[11]。
我国国内市场一向被外国看好，国外不少公司热泵制造商到国内开设分公司，介绍地源热泵技术。2008年12月份德国能源部和中国科技部部署了可再生能源合作协定书，其主要内容就是在广东，上海等城市合作建立地源热泵商用建筑[12-13]。现行当下，全世界正处于能源危机，全世界科研人员都在寻求开发节能，绿色能源。地热能是典型的清洁环保的可再生能源，地源热泵是利用地热能的重要形式。由此看来，地源热泵必然成为暖通空调界的重要研究课题[14]。
5 结束语
目前，对能源，环境和可以续发展的问题吸引了全世界的目标，以煤炭燃烧为主的发展方式早已经过时。地源热泵作为应用地热能的主要形式，符合当下人们的要求。同时，经过多年的研究，我国已经有了自己独特的地源热泵理论，并且经过工程实践的应用证明，地源热泵具有节能，环保，舒适，安全，清洁等许多优点，具有良好地发展前景。
参考文献
[1] 王金峰.能源结构的调整与优化必须以煤炭为基础[N].中国经济导报，2003
[2] 闫爱斌.地源热泵应用的技术分析与思考[J].天津城市建设学院学报，2002,8 （2）：120-122
[3] 丁勇，刘显英，等.地热源热泵系统实验研究综述[C].见：现代空调（3).北京：中国建筑工业出版社，2001:11-13
[4] 刘显英，丁勇.潜埋竖管换热器地热源热泵夏季供冷试验研究[J].暖通空调，
2000,32（3）：106-109
[5] 付祥钊，王勇，等.两种地质气候条件对岩石换热器的影响[J].暖通空调，2002,32（3）：108-110