1 前言
　　地源熱泵系統(tǒng)按其循環(huán)形式可分為：閉式循環(huán)系統(tǒng)、開式循環(huán)系統(tǒng)和混合循環(huán)系統(tǒng)。對于閉式循環(huán)系統(tǒng)，大部分地下?lián)Q熱器是封閉循環(huán)，所用管道為高密度聚乙烯管。管道可以通過垂直井埋入地下150-200英尺深，或水平埋入地下4-6英尺處，也可以置池塘的底部。在冬天，管中的流體從地下抽取熱量，帶入建筑物中，而在夏天則是將建筑物內(nèi)的熱能通過管道送入地下儲存;對于開式循環(huán)系統(tǒng)，其管道中的水來自湖泊、河流或者豎井之中的水源，在以與閉式循環(huán)相同的方式與建筑物交換熱量之后，水流回到原來的地方或者排放到其它的合適地點;對于混合循環(huán)系統(tǒng)，地下?lián)Q熱器一般按熱負(fù)荷來計算，夏天所需的額外的冷負(fù)荷由常規(guī)的冷卻塔來提供。
　　地源熱泵技術(shù)目前在國外得到廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在美國的家庭、銀行、醫(yī)院、機(jī)場、連鎖旅客、超市、辦公樓和學(xué)校等均有一定比例的建筑使用地源熱泵，根據(jù)美國地源熱泵系統(tǒng)，根據(jù)美國每年安裝約4萬套地源熱泵系統(tǒng)，這個速度意味著每年可以節(jié)約8.79×1011瓦的能量，同時每年減少150萬噸溫室氣體的排放。美國近年來對地源熱泵方面進(jìn)行了大量推廣工作，美國政府也充分肯定了地源熱泵的潛力，鼓勵使用這種壽命周期費用低，溫室氣體排放量少的空調(diào)技術(shù)。美國國家*認(rèn)為地源熱泵的效率在加熱和冷卻設(shè)備中居于前列。美國能源部和*已經(jīng)開始聯(lián)合成立了地源熱泵中心，籌集了1億多美元資助科研項目和市場開發(fā)，目前，美國生產(chǎn)的地源熱泵的公司數(shù)量達(dá)數(shù)十家。
　　盡管目前在中國也有多家研究機(jī)構(gòu)對地源熱泵技術(shù)的一些技術(shù)性能進(jìn)行了研究，也有部分由國外公司完成的實際工程，在國內(nèi)人們對這項技術(shù)還是比較陌生。這項技術(shù)是否適合中國的實際情況，發(fā)展前景究竟如何?這是一個非常值得討論的問題。因此我們在對地源熱泵進(jìn)行技術(shù)方面研究和積累有關(guān)數(shù)據(jù)的同時，有必要對該項技術(shù)在中國應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行系統(tǒng)的研究和分析。
　　2 地源熱泵技術(shù)的發(fā)展及其優(yōu)點
　　地源熱泵實際上是一項非常古老的技術(shù)，四十年代便有應(yīng)用，只是近五年來相關(guān)技術(shù)發(fā)展，使其迅速商業(yè)化。地源熱泵的名稱zui早出現(xiàn)在1912年瑞士的一份文獻(xiàn)中，20世紀(jì)50年代歐洲出現(xiàn)了利用地源熱泵的*次高潮。在此期間，Ingersoll和Plass根據(jù)Kelvin線源概念提出了地下埋管換熱器的線熱源理論，但當(dāng)時由于能源價格低，系統(tǒng)造價高，沒有得到廣泛應(yīng)用。70年代，石油危機(jī)把人們的注意力集中到節(jié)能、益使用能源，使地源熱泵的發(fā)展進(jìn)入了高潮階段，此時地下埋管已由早期的金額管改為塑料管。這個時期歐洲建立了不少水平埋管換熱器的地源熱泵，但主要用于冬季供暖。80年代初開始，美國、加拿大開展了冷暖聯(lián)供地源熱泵方面的研究工作，不少文獻(xiàn)報道了地源熱泵不同形式地下埋管換熱器的傳熱過程及模型，并有部分工程的運行總結(jié)和性能比較。
　　美國能源部（DOE）和美國環(huán)境保護(hù)署（EPA）均已確認(rèn)，地源熱泵系統(tǒng)是目前效率zui高、對環(huán)境zui有利的熱水、取暖和制冷系統(tǒng)。一方面它利用地下土壤或巖石的相對穩(wěn)定溫度使取暖和空調(diào)系統(tǒng)在全年都能維持運行，為地源熱泵用戶節(jié)省電費20-50%，另一方面，在同等條件下，采用了地源熱泵系統(tǒng)的建筑物能夠減少維護(hù)費用。地源熱泵非常耐用，它的機(jī)械運動部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安裝在室內(nèi)，從而避免了室外的惡劣氣候，其地下部分可保證50年，地上部分可保證30年，因此地源熱泵是免維護(hù)空調(diào)，節(jié)省了維護(hù)費用，使用戶的投資在三年左右即可回收。對林肯城和內(nèi)布拉斯加這兩處地方和20所學(xué)校進(jìn)行了有關(guān)空調(diào)系統(tǒng)維護(hù)費用的調(diào)查。這20所學(xué)校采用了4種不同的供冷方式：地源熱泵系統(tǒng)（GHP）、帶有熱水鍋爐的空氣冷卻器（ACC/GHWB）、帶有熱水鍋爐的水冷卻器（WCC/GHWB）、帶有蒸汽鍋爐的水冷卻器（WCC/GSB）。調(diào)查表明，地源熱泵系統(tǒng)的運行費用相對于其它空調(diào)系統(tǒng)來說是相當(dāng)?shù)偷摹?
　　更重要的一點是，地源熱泵系統(tǒng)所使用的制冷劑在工廠里注入并被*密封，使用過程中*泄漏，用戶任何時候均不必添補(bǔ)制冷劑，因而減少了對臭氧層的破壞。該系統(tǒng)可用于不同結(jié)構(gòu)、不同面積的居民建筑上，可在新建筑施工時安裝，也可用于舊建筑的改造，其在設(shè)計中的彈性使得它成為一個非常吸引人的空調(diào)選擇。地源熱泵在去濕方面有特別的長處，因而非常適合于夏季炎熱而潮濕的氣候，如果在空氣配送裝置上加上空調(diào)器，地源熱泵在這一點上的特點將更加突出，因此若要達(dá)到室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，地源熱泵系統(tǒng)也是一個非常好的選擇。
　　地源熱泵正是有以上優(yōu)勢、政府辦公樓、公寓和餐館等等。根據(jù)民用美國阿可拉荷馬州電力公司在紅河谷所作的用戶調(diào)查：如果要1分至10分之內(nèi)打分，99%的地源熱泵空調(diào)用戶對其在夏天的制冷能力打8分以上，73%的用戶打了滿分10分。
　　3 地源熱泵技術(shù)在中國的發(fā)展優(yōu)勢
　　3.1 初期投資費用少
　　隨著改革開放的不斷深入，人們生活水平的不斷提高，持續(xù)的高速經(jīng)濟(jì)增長導(dǎo)致人們對舒適生活的追求，從而使地源熱泵這項嶄新的技術(shù)在中國具有巨大的市場潛力。同時我們也要注意到，我國城市的建設(shè)步伐存在加快，每年城鎮(zhèn)新建住宅2.4億m2。而在建設(shè)新建筑之前并入集中地源熱泵系統(tǒng)，其成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于舊建筑的改造（甚至可以低于一般空調(diào)系統(tǒng)!）這對我們這個“嚴(yán)寒”與“寒冷”采暖無幾乎占了國土面積的70%和全國總建筑面積的50%的國家而言，節(jié)省的費用是巨大的。在美國，由于能源相對的便宜（與中國相近），而人工費用很高，一般一個家庭的安裝費用在3000至5000美元左右，地源熱泵仍然具強(qiáng)的市場競爭力。而我國由于人工費用比較低，與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國的基建費用低。基建費用是地源熱泵zui主要的成本增加部分。由此可見，我國與國外發(fā)達(dá)國家相比，初期投資相對要少一些。
　　3.2 能夠提高城市環(huán)境質(zhì)量
　　隨著人們生活水平的提高，對生活質(zhì)的要求越來越高，環(huán)保意識增強(qiáng)，人們開始認(rèn)識到高品質(zhì)的空氣是人類健康的保障。目前居民對空氣污染的關(guān)注程度越來越高，城市（包括室內(nèi)）對人們生活以及身體的影響日益受到重視，在碰到身體不適的時候，很多居民開始考慮空氣因素的影響。根據(jù)《1997年中國環(huán)境狀況公報》，我國城市空氣質(zhì)量仍處于較重的污染水平。據(jù)統(tǒng)計，世界大氣污染zui嚴(yán)重的10座城市空氣質(zhì)量不容樂觀，加強(qiáng)空氣治理，已經(jīng)到了刻不容緩的時候。目前我國的能源結(jié)構(gòu)中有一個zui為不利的因素，即長期以來在能源的生產(chǎn)和消費中煤炭的比例占70%左右。圖3是有關(guān)我國1997年的能源消費結(jié)構(gòu)。
　　為了*整治環(huán)境，減少溫室氣體排放，我國政府正在規(guī)劃改變以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。北京等城市正在考慮以電代煤的為解決城市污染的問題。每千瓦電能速寫為3至4千瓦熱量的地源熱泵將是競爭力的技術(shù)。由于電力是地源熱泵的*動力，因此沒有燃料分散燃燒所造成的大氣污染。與此同時由于廠家密封制劑。使用過程中不泄露，不補(bǔ)充，減少了對臭層的破壞。分析和調(diào)查表明，地源熱泵的應(yīng)用對臭氧層的破壞。分析和調(diào)查表明，地源熱泵的應(yīng)用對降低溫室效應(yīng)起了積極作用。可見，這項技術(shù)的應(yīng)用對降低溫室效應(yīng)起了積極作用。可見，這項技術(shù)應(yīng)用于中國將緩解城市空氣污染問題。
　　3.3 能夠緩解能源緊張問題
　　進(jìn)入新世紀(jì)，在生產(chǎn)力高速發(fā)展的條件下，人們越來越認(rèn)識到地球上的資源和能源日益匱乏。我國能源短缺是一個爭的事實，與此同時，我國又存在能源率低的矛盾。據(jù)統(tǒng)計，我國總的能源利用率約為30%，這僅相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家50年代的水平。我國建筑耗能約占總耗能的25%，其中供熱采暖能耗約占一半。能源短缺導(dǎo)致中國的能源價格越來越接近發(fā)達(dá)國家的水平。我國要在能源每年增長率僅為3%-5%的條件下滿足國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)每年增長8%-9%，就必須重視節(jié)能技術(shù)和節(jié)能產(chǎn)品的開發(fā)利用，這決定了我國必須在竅門和取暖這一耗能大項上有所改進(jìn)。就地源熱泵技術(shù)而言，由于熱泵僅僅用來傳輸熱量，而不是產(chǎn)生熱量，所需要的熱量有70%來自地下，夏天制冷時，用來將建筑物中的熱量傳入地下所消耗的電力也非常少，因此地源熱泵這項節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于我國可以在一定程度上緩解我國的能源壓力。
　　3.4 受到國家相關(guān)政策的支持
　　為了減少我國由于冬季采暖所造成的大氣污染，減低國內(nèi)現(xiàn)有制冷空調(diào)的能源消耗，尋求新的低能耗、無污染的供暖制冷空調(diào)技術(shù)，國家*與美國能源部分別代表兩國政府簽署了中美兩國政府地源熱泵合作協(xié)議，引進(jìn)和推廣美國*的地源熱泵技術(shù)。這對地源熱泵技術(shù)在中國的推廣起到巨大的推動作用。
　　八屆人大常委會第二十八次會議審議并通過了《中華人民共和國節(jié)約能源法》，其中第三十九條將熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)列入國家鼓勵發(fā)展的通用技術(shù)，這也將促進(jìn)地源熱泵事業(yè)的發(fā)展。自從我國實施《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》后，提高了建筑隔熱保溫性能，降低了建筑采暖能耗，結(jié)果是大幅度降低了地源熱泵采暖方式的年運行費用，增加了地源熱泵與集中供熱采暖方式的競爭能力。
　　4 結(jié)束語
　　地源熱泵技術(shù)為我們帶來了巨大的契機(jī)，它能夠減少能量消耗，降低環(huán)境污染，同時能保證業(yè)主空調(diào)系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。盡管這項技術(shù)在中國的推廣應(yīng)用剛剛開始，但由于其*的優(yōu)勢，必將引起廣大用戶、科技人員以及政府部門的高度關(guān)注。綜合以上的分析，我們認(rèn)為地源熱泵技術(shù)在中國有廣闊的市場前景。