李宏峰

摘要：地源热泵在国外发达国家应用已经成熟，但在中国还处于引进试用阶段。中国地源热泵应用存在着一些问题，对这些问题应采用的解决方式。

关键词：地源热泵应用；优势；国家政策；系统设计；施工规范

【中图分类号】TV211.1+2【文献标识码】A【文章编号】2236-1879（2017）12-0267-02

地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源指地下水、江河湖水、水库水、海水、城市中水、工业尾水、坑道水等各类水资源以及土壤源，它们吸收的太阳能、地热能远远超过人类每年利用能量。它不受地域、资源等限制，是储存于地表浅层量大面广、近乎可无限利用的清洁可再生能源。

地源热泵不是能量的制造者，而是能量的搬运工。地源热泵只是在大地和室内之间“转移”能量，利用极小的电力来维持室内所需要的温度。在冬天，使用电力将土壤或水源中热量送入室内。在夏天，过程相反，室内的热量被热泵转移到土壤或水中，使室内得到凉爽的空气。如此周而复始，将建筑空间和大自然联成一体。以最小的低价获取了最舒适的生活环境。它利用地层特定深度保持恒温的特性，制热能效比达到4.0以上。也就是说消耗1KWh的能量，用户可得到4KWh以上的热量或冷量。地源热泵系统是目前效率最高、对环境最有利的热水、取暖和制冷系统。如果考虑到包括环境效益、能源保障和长期利用在内，地源热泵系统是最好、技术含量最高的替代产品。地源热泵供暖空调的优势使其成为近年来世界可再生能源利用及建筑节能领域中增长最快的产业之一。

从地源热泵应用情况来看，北欧国家主要偏重于冬季采暖，而美国则注重冬夏联供。由于美国的气候条件与中国很相似，因此美国的地源热泵应用情况对我国地源热泵的发展有着借鉴意义。美国每年新建独立家庭住宅（别墅）中，超过40%使用了地源热泵系统。到2005年为止，美国的地源热泵安装数量已经达到100万台。

跟传统中央空调相比，地源热泵系统具有显著的优势。

优势一：一机三用，地源热泵系统可以满足中央空调、地板采暖、生活热水三个功能需求。

优势二：高效节能，稳定可靠，地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比室外环境空气温度高，夏季比室外环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高，可节能和节省运行费用30%-50%左右，且系统运行不受外界气候影响，运行稳定可靠。它比燃油锅炉采暖节能50%；比电采暖节能70%。

优势三：舒适度高，使用寿命长，地源热泵系统的运行不受外界气候变化的影响，不管是夏天炎热的天气还是冬季雨雪天气，地源热泵系统都能非常稳定运行，保证制冷、采暖的效果，这是传统空调无法比拟的优势。

优势四：地源热泵系统的能量来源于太阳能，它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。

在中国地源热泵的应用取得了不小成绩，但是也存在着不少问题。当然，这些问题是怎么样把该系统用得更好，而不是质疑该系统是否有效。

1地源热泵推广应用会受到政策支持的影响

比如说地源热泵常见的一种换热方式是利用地表水源。水源热泵工作中需要持续的抽水、排水，收费管理需要涉及到调整相应城市用水管理条例；如果收费偏高，会影响地源热泵的推广。地源热泵常见的另一种换热方式是利用地表土壤。土壤垂直埋管式地源热泵需要通过垂直钻孔将闭合换热系统埋置在几十米至上百米深的岩土体与土壤进行冷热交换。土壤水平埋管式打井埋管受场地限制比较大，必须有足够的面积用于打井和埋管。规划土壤换热式埋置管道的面积和深度都需要城市規划部门进行认可审批。地源热泵布局要合理，避免破坏水文地质环境。

在西方发达国家，对待地源热泵应用是颁布法规，要求在公用建筑中推广应用地源热泵系统，并采用给予政策补贴方式推广，一直到其应用成熟为止。地源热泵系统一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同，一般用户越多分摊下来每人的运行费用就越低。因为它的换热管道需要预埋在地下，一般在建筑设计阶段前就要同步考虑设计了。

虽然地源热泵应用能在后期运行给用户和社会带来诸多节能好处，但是初期产生的投资不小，而且不能直接为房地产商创造利润。如果国家不给予政策补贴鼓励推广，仅靠设备生产厂家推广肯定无法大面积实施。国家及各省应出台行业标准及优惠政策，促使这个行业健康发展。

2地源热泵系统跨越了多个学科领域，涉及到建筑、暖通、地质学、热力学、流体力学、自动化控制、机械设备等多个学科，要有综合的知识、系统集成

建设和管理涉及到规划、建设、国土、水务、环保等多个职能部门，各省建设部门需要从全局的角度出发，加强地源热泵系统的技术研究指导工作，为其建设与安全运营提供可靠的技术支撑。地源热泵系统涉及到勘探、设计、施工、监理、后续运行等各个不同环节，必须由具有相关资质的单位承担，并由专家组根据相关技术法规进行论证和审批。

地埋管换热器的设计是决定地源热泵系统成功的关键之一，设计出现偏差可能导致系统运行效率降低甚至无法正常运行。影响换热器的主要方式是地质因素，如地层土的物理化学性质、地下水位深度、水量、地质是否适合打井和回灌等。换热器的换热形式和热泵选型取决于地质或水文条件。这些水源地质的勘探、资源评估工作由政府部门出面组织更合适。

3地源热泵应用中设计的不足

有些项目设计单位缺乏热泵设计师，对地下换热器这一系统关键缺乏了解。在没有进行地质水务进行勘查情况下，不进行科学实验，仅凭经验数据盲目设计。

设计常见的问题有：（1）地下水回灌的技术问题。地源热泵系统采用地下水方式换热时，通常理论上要求通过回灌井把地下水回灌到原来的地下水层。但目前国内地下水回灌技术设计不规范，在很多地质条件下回灌的速度大大低于抽水的速度，从地下抽出来的水经过换热器后很难再被全部回灌到含水层内，造成地下水资源的流失，有可能引起地面沉降。这是地源热泵应用失败的一个常见原因。造成这种现象的原因是设计时抽水井群与回灌井群数量布局不合理，一般为了保证回灌效果，抽水井群与回灌井群比例不得低于1∶2。通常地下水回灌成本比抽水成本高，速度慢，所以設计中对回灌井数量、间距要充分考虑。在国外西欧国家回灌技术应用是成熟的，但是中国以前没有行业技术标准强制要求其执行，才导致设计时只考虑降低眼前成本，不考虑长远运行。

（2）要考虑冷热负荷平衡问题。地源热泵工程采用土壤式换热法，需要采用可靠的试验设备，通过地下岩土准确测试地埋管施工地区岩土的热物性参数、从而测算确定每延米地埋管换热孔的换热量，为地源热泵系统地下换热器设计、换热孔钻凿施工工艺等提供必要的基本依据。我国地域广阔，南方地区以供冷为主，常年向地下注入热量；北方地区冬季供暖需求大，从土壤中大量吸热，长年运行后将导致土壤温度失衡，影响周围生态，比如引起土壤开裂。设计及运行中对全年冷热平衡有较大要求，如果采用土壤式换热方式要做到夏季往地下排放的热量与冬季从地下取用的热量大体平衡。换句话来说，有些地源热泵设计中为节省成本，不按要求做地热平衡实验井施工测试，地埋式换热孔数量少，间距及深度不足加上使用不合理，全年冷热负荷不平衡，引起地质灾害，最后导致地源热泵系统停止使用。从技术上说，采用地表水换热方式不需考虑冷热负荷平衡问题，采用冷却塔方式可以改向空气释放热量。

（3）在水源热泵应用之前需要调查当地的水源情况。水源原则性要求有：水量充足，水温适度，水质适宜，供水稳定。地下水热泵系统的经济性与地下水层的深度有很大的关系。如果地下水位较低，不仅成井的费用增加，运行中水泵的耗电将大大降低系统的效率。水源开采技术和费用会制约着地源热泵整个系统的应用。

4地源热泵施工中不规范

有些施工企业没有资质，安装施工质量不规范；有些公司降低设备选型与质量，恶性竞争，运行管理不规范。

按照2009年颁布的地源热泵技术规范，埋设的管材和管件必须符合设计要求，有相应的质监报告和生产厂家合格证。回填材料必须符合质量要求。安装施工必須由有资质的公司进行。以往由于管材质量不合格、回填料不合格及施工质量不合格导致管路堵塞报废的例子时有发生。

地源热泵作为一个系统，必须从综合方面考虑，比如水泵等设备必须匹配系统要求。由于气候和地理的差异，北方的地埋管出水温度比南方的低很多，因此，蒸发温度就要提高，所配的地源热泵机组容量就应该有所区别。设备生产厂家可以根据地源热泵系统不同地域的实际情况，做出更多的配套满足系统要求。预埋地下的管网必须使用好的材料，管网重建的成本很高。如果设计地源热泵系统寿命是三十年，而地下管网寿命只有十年。那么就会出现不匹配现象，整个系统使用寿命只有十年。

5加强整个系统设计，从设计、施工、验收要严格地源热泵系统技术规范要求

我们看到，前面列舉的地源热泵应用中出现的问题有些是技术方面的，有些是管理方面的，都是可以克服的。从节能角度出发，地源热泵从开始运行到回收系统成本需要5-7年。从技术上来说，系统需要经历多年春、夏、秋冬四季的气候状况和多种工况考验，均能满足热水、采热、供冷需要，才能证明系统运行技术成熟。为促使地源热泵承包商正视质量问题，应立法提高地源热泵系统的保修期。要求承包商对地源热泵系统按照规定的参数承担10年以上的维修义务，并由保险公司进行质量保险。保修期的延长，意味着承包商在必须从整个系统进行把好质量关，这样才不至于保修期间被返修，增大成本。提高保修期准入门槛，可以把一些质量不合格的公司淘汰掉，有利于壮大素质优秀的公司队伍。保险公司在利益驱动下，肯定会雇佣强大的专家团队，对整个过程进行合理监督，优化管理方案，降低整个系统维护费用。

要从国家层面上加强地源热泵的行业技术交流，加大从业人员的技术培训，实行严格的地源热泵设计师制度。地源热泵系统是地下隐蔽工程，系统运行要求长期安全可靠，其技术管理复杂性超过主体工程，应建立专门部门进行统一管理。虽然欧美等发达国家地源热泵技术应用已经成熟，考虑到中国地理地质条件的不同，注定地源热泵系统工程具有不可复制性。由于该技术才进入中国十几年，这需要我们在以后应用中由国家出面投入大量资金进行研究、技术积累，形成符合中国要求的技术规范。

地源热泵的推广需要各个专业领域的人员来共同配合、共同参与！

参考文献

[1]李文良，河北地源热泵应用现状存在问题及建议.