郑全新 ，常 艳

（1.荆楚理工学院，湖北荆门 448000；2.湖北省漳河工程管理局，湖北荆门 448000）

地源热泵空调技术是一种利用可再生能源，实现供暖或制冷的新技术，在目前环境治理，节能降耗，发展新型清洁能源形势下，具有广阔发展空间。其研究对象是指利用地下水、河流和湖泊等地球表面浅层水源或土壤中的热能，将热泵技术与空调技术相结合，实现冬季供热夏季制冷。

1 浅层地源热泵技术在空调工程中应用原理

常用的空调是以室外空气作为室内与室外热交换的谋介，属于空气源热泵空调。一般来说26℃左右为让人感觉较为舒适的温度，由于空气温度波动较大，冬季远低于人体的舒适温度，有的地区气温低达-20℃，甚至更底，夏季又远高于人体的舒适温度，有的地区气温高达+40℃，甚至更高。为获取人体的舒适空气温度，常用热泵促使室内空气与室外空气进行热交换，把室内空气加工成适宜人类生存的舒适温度，此为空气源热泵空调的原理。浅层地源热泵空调则是利用热泵，促使室内空气与地下水、水库、湖泊等地球表面浅层水源或土壤进行热交换，把室内空气加工成适宜人类生存的舒适温度。

2 浅层地源热泵技术在空调工程中应用的特点

2.1 能源可再生

地表浅层土壤和水体是巨大的太阳能收集器，每年接收的太阳能是人类利用能量的500多倍，而且能保持能量的接受与发散相对平衡，是一个巨大的能量动态平衡系统；同时，地表浅层收集的太阳能可被无限循环使用，是一种真正意义上的可再生能源；再者，气候因素对地层浅表太阳能收集影响与深层的地热相比，最大优势就是不受地质结构和资源条件影响。浅层地源热泵利用地球吸收的太阳能作为温度源，与室内空气进行能量交换，是一种利用清洁可再生能源技术，使得利用储存于地表面浅层土壤和水体中的巨量太阳能或地热能为人类服务变为现实。

2.2 节能高效

一方面，地球是最大的太阳能载体，地表6米以下的地下水或土壤的温度常年保持在16-18℃，几乎不受气温的影响。根据能量不灭定律，无论是冬季制热还是夏季制冷，采用空调技术将16-18℃物体的温度转换成26℃左右的温度，要比将-20℃或+40℃物体的温度转换成26℃左右的温度容易得多，节能得多。评价空调系统的节能性，最直接的方法是比较空调机源侧的输人载体的温度和输出载体的温度差，温差越小空调系统就越节能。以室内温度设定值26℃为例，比较空气源热泵空调和地源热泵空调的节能性能，只需比较输入载体的温度差即可，温差每降低1℃，节能效率约提高3%。如果空气源热泵空调输入载体温度为35℃，地源热泵空调输入载体温度为18℃，前后相差 17℃，如此计算，应用地源热泵空调系统比应用空气源热泵空调系统节能约51%。

另一方面，土壤浅层温度比较稳定，受季节更替变化不会太大，热泵的动载荷波动不大，运行比较稳定，使用寿命长达到20左右，不仅满足节能要求，同时经济效益也较为理想。在冬季，土壤浅层以及地下水温度在16～18℃，江河、水库、湖泊等容量较大的地表水，温度也在6～14℃之间，比空气温度要高出很多，地源热泵与空气源热泵相比，能效比明显提升，压缩比明显降级低，最多可以节约一半能耗。在夏季，土壤表层与地下水温度在18～20℃，江河、水库、湖泊等容量较大的地表水，温度也在22～26℃，比空气温度要低很多，采用地源热泵空调比一般制冷空调冷凝压力大大降低，可以节约一半电能以上。

具统计，将浅层地源热泵技术应用于空调工程中，消耗1KW的电能，制热量可达到4KW以上，制冷量可达到5KW以上。应用地源热泵空调，不会污染水体，不需要锅炉、冷却塔和堆放燃料废物的场地，清洁节能效果显著，比空气源热泵空调节能40%以上，比电热供暖节能70%左右，比燃气锅炉的效率高50%左右，比燃油炉的效率高75%左右。

2.3 适用范围广

浅层地源热泵空调适应用于酒店、宾馆、小区、公寓、生产车间、商场、会堂、图书馆等需要大面积提供冷气或暖气的场所。制冷的同时还可提供生活用热水，一机多用。对于有同时供暖和供冷需求的建筑物，应用浅层地源热泵系统优势尤为明显。例如，冬天使用该空调系统供暖时，系统中的循环水可以将冷能储存到地表浅层的土壤或地下水中，被储存的冷能又可在夏季需供冷时使用，如此循环利用能源，不仅可大大降低运行费用，还减少了系统建设投资。

2.4 运行维护费用低

浅层地源热泵空调相较空气源热泵空调的运行维护费用要低得多。一方面是因为相对空气源热泵空调，地源热泵空调机械运动部件较少；另一方面是因为地源热泵空调所有部件不是埋在地下便是安装在室内，能有效避免恶劣环境影响，地下部分使用寿命长达50年，地上部分使用寿命也可达30年，几乎是一种免维护系统；再者，使用地源热泵空调与使用空气源热泵空相比，可以大大节省电能。具统计，用户安装使用浅层地源热泵空调，5年节省的运行维护费用即相当于投资成本。

3 浅层地源热泵空调技术创新研究

3.1 水源热交换系统应用研究

水源换热系统分为地下水换热系统和地表水换热系统，适切地应用水源热换热系统，能够大幅提升浅层地源热泵空调的运行效率。不管是利用地下水还是利用地表水，均应优化水源换热系统设计。一方面是分析当地的水源状况，了解其特点及使用的基本要求，准确检测各季节不同深度水源的温度，把握其应用效果，确保其在浅层地源热泵空调中充分发挥“源”的作用；另一方面是水源的高效利用问题，内陆地区尽量应用等量回灌的方式，对于沿海地区，海水热“源”丰富，可将海水应用于换热系统。

3.2 土壤换热系统应用研究

如何以土壤作为热交换介质，需要深入地研究。土壤换热系统应用的主要技术措施，是采用埋设管式换热器，做好埋设管式换热器施工设计，成为土壤换热系统研究的重要内容。研究的重点是管式换热器的敷设方式与敷设位置，提升敷设的可靠性与合理性。应充分考虑应用区域的岩土条件及其对地埋的管换热器可能产生的影响，确保管式换热器能最大限度地发挥其换热效果，从而提高空调系统的运行效率。通常，为了提高土壤换热系统的热传替效率，可以增设辅助性热源装置，提升地源热泵空调的应用价值。

3.3 末端系统的优化设计

对地源热泵空调末端系统进行优化设计的目的是扩展其应用范围。优化设计的方向，主要考虑采用“风机盘管供冷+地板辐射供暖”方式，弥补以往中央空调末端系统应用的缺陷，提高地源热泵空调的应用适应性和价值。

4 结束语

空调作为电力能源消耗的大户，如果将地源热泵技术应用于空调工程，从节能减排和开发利用可再生能源等方面具有重要意义。随科学技术的不断进步，地源热泵空调必然会取代传统的空调设备，成为利用清洁、高效、可再生能源的高新技术设备。