论地源热泵技术运用和理由

【摘 要】随着地球不可再生能源储存量的急剧下降，人们逐渐开始转向研究可再生能源的利用方法，所谓可再生能源是指太阳能、风能、水能、地能等可以循环利用的自然资源。可再生能源的利用就是指不破坏既有资源，又能充分利用能源的新型能源技术。在新能源的利用中，地源热泵技术是其中一项重要的技术成果。但由于一些技术性或非技术性因素的限制，使得地源热泵技术并没有得到大面积的推广与应用。本文就通过阐述地源热泵技术的相关概念和工作原理，分析了当前地源热泵技术的应用现状，并对制约其发展推广的主要问题进行了探讨。
【关键词】地源热泵；可再生能源；工作原理；应用推广
在社会经济快速发展的进程中，我国的能源消耗量的增长速度也是非常惊人的，长期以来，人们对于能源的消耗并不重视，导致大量的能源资源被白白浪费掉。直到近年来能源短缺状况加剧，才引起了人们对能源利用的普遍关注。地源热泵技术是一种新型的能源利用技术，是利用丰富的地能来实现冬季取暖，夏季采凉的先进技术。由于地能具有清洁无污染、能源取之不竭等特点，因此，地源热泵技术的开发和应用必将成为未来能源利用技术中的主要组成部分。

1.地源热泵技术

1.1地源热泵的工作原理

地源热泵是通过埋地热交换器从土壤吸热或向土壤放热。夏季空调时，室内的余热经过热泵转移，并通过地埋换热器释放到土壤中，同时为冬季蓄存热量；冬季供暖时，通过地埋换热器从土壤中取热，经过热泵将热量供给用户，同时，在土壤中蓄存冷量，以备夏季空调用。

1.2热泵的节能和能效

热泵的节能主要是体现在它可以将较低的能量转换成较高的能量，在地源热泵技术的应用中主要表现在消耗较少的电能，再利用热泵转换出较多的热能，以供用户取暖。据相关研究显示，当热泵消耗1单位的电能时，就可以产生3-5单位的热能，这不仅能使能源利用率得到很大提升，也具有更高的经济性。

1.3地源热泵系统的组成与作用

地源热泵空调系统，一般由地埋管换热器、地源热泵机组和室内空调末端系统三部分组成。在夏季，地埋管的传热介质（水或防冻液）通过水泵送入冷凝器，将热泵机组排放的热量带走，并释放给地层（地层为蓄热）。蒸发器中产生的冷水，通过循环水泵送至空调末端设备，对房间进行供冷。在冬季，热泵机组通过地下埋管吸收地层的热量（向大地吸热，地层为蓄冷）。冷凝器产生的热水，则通过循环水泵送至空调末端设备对空间进行供暖。

2.地源热泵技术应用的发展历程

地源热泵技术的产生是在全球资源紧缺，国家大力扶持清洁可再生能源利用的情况下发展而来的。地源热泵技术是自上世纪90年始研究开发的，美国是最新实现成功利用地源热泵技术进行地能资源利用的国家，我国在1997开始引进该技术，并在建筑节能技术中得到了很大的推广与应用。然而在发展的过程中由于受自然条件和社会因素的影响，地源热泵技术的推广受到了一定的阻碍，产生了应用市场衰退的现象。

3.影响地源热泵技术推广应用的原因

虽然地源热泵技术在我国已经具有一定的市场规模，且发展前景也较为广阔，但并没有真正实现全面普及，来替代现有的空调应用。那么是什么在制约着地源热泵技术的应用于推广呢？笔者在基于我国当前国情现状出发，分析了能源结构的分布特点，并对地源热泵技术进行了深入研究，总结出当前制约地源热泵技术全面普及推广的主要原因可以分为技术性因素和非技术性因素这两种情况，具体如下所示：

3.1技术性因素。

（1）土壤特性问题。地源热泵系统的

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性能好坏与当地土壤热特性密切相关，地热源的最佳间隔和深度取决于当地土壤的热物性和气候条件。而当前的地源热泵技术对于土壤的要求还相对较高，在很多地区，都由于土壤特性不能达到地源热泵技术应用的要求而不能实施该技术。
（2）地下换热器传热机理的理论研究繁多，但缺乏理论与实践的有效结合，缺乏多环境下应用技术的系统研究以及实际有效的强化传热方法。
（3）不同冷、热负荷下，地下换热器与热泵系统最佳匹配技术的研究不够。当前地热空调技术的研究热点依然集中在地热能换热器的换热机理、强化换热及热泵系统与地热能换热器匹配等方面。与前一阶段单纯采用“线源”传热模型不同，最新的研究更多地开始关注相互耦合的传热、传质模型以更好地模拟地热能换热器的真实换热情况。
（4）地源热泵技术与其它技术的配合不协调。地源热泵技术是暖通空调技术与钻井技术相结合的综合技术，两者缺一不可，这要求工程组织者和工程技术人员能够合理协调、做好充分的技术经济分析。而目前的技术水平还不能很好的满足这一要求。
（5）目前地下水的回灌技术不完善，在一定程度上会影响以水为低位热源的地源热泵的进一步推广；此外土壤源热泵空调系统钻井对土壤热、湿及盐分迁移的影响研究有待进一步深入，如何使不利因素减少到最小是必须考虑的问题。

3.2非技术性因素

所谓非技术因素就是指制约地源热泵技术发展的相关社会因素，主要可以从国家宏观管理，专业技术人才的匮乏和质量评定体系的建立几方面来分析。
（1）目前我国虽然在大力支持地源热泵技术的推广与应用，但相关部门却没有出台完善的地源热泵技术产品制造的规范标准和相关法律法规，对于目前使用地源热泵技术的工程只注重其设备机组的节能而没有真正实现系统节能的现状没有加以引导，没有设立专门的管理部门对地源热泵技术的应用进行科学管理。
（2）由于地源热泵技术是一门新兴的能源技术，针对这一技术进行深入研究的专业人员较少，也就是有关地源热泵技术的专业人才严重匮乏，没有形成一定的专业培养体系。没有专业的人员指导施工，也是制约该技术推广的主要原因。
（3）当前安装一套地源热泵技术所需费用较高，且没有权威的质量评定部门来确定该技术的节能效果，这就使得很多人不敢轻易尝试这种新技术，对于地源热泵技术的应用市场也缺乏一定的准入制度。

4.加强地源热泵技术推广的措施

从有效保护地下热资源和实用性出发，地源热泵技术的推广必须要兼顾地下热平衡的问题。在方案上，要保证整个区域的热平衡，使系统长期可靠地运行使用。在系统上，提倡地源热泵系统加辅助冷热源的设计方式。中国具有应用地源热泵技术的广阔市场与条件，加之地源热泵技术本身具有节能、环保的优势，地源热泵技术的应用前景十分广阔。我们要充分利用当前国家能源政策，真正实现经济效益、社会效益和环境效益的有效结合[3]。
5.结语
地源热泵技术是一项高效节能，清洁安全的先进科技技术，在目前的技术基础上，还应该不断完善热泵技术，培养更多的专业人才，使地源热泵技术能够适应更多地区的土质特点。从目前地源热泵技术的发展现状来看，加强地源热泵技术的应用和发展对于我国经济、社会和环境发展的重要意义。
【参考文献】
马宏权，龙惟定，朱东凌.地源热泵的应用进展[J].建筑热能通风空调，2008（06）.
刘学来，李永安，张耀鹏.地埋管地源热泵空调系统设计施工中应注意的问题[J].建筑技术，2010（11）.
[3]曾宪斌，李娟.地源热泵的地域特性及热平衡问题[J].能源技术，2007（06）.