摘要：发展地源热泵系统是保证我国能源结构调整的需要。从我国的基本国情和经济条件出发，我国长期以来一直注重煤炭采暖。由于我国北方地区污染严重，能源效率低下，发展地源热泵技术是减少环境污染，保障能源安全的重要保证。地源热泵系统的开发是利用可再生能源的重要技术手段。基于此，本文主要对我国地源热泵技术现状及发展趋势进行分析探讨。
关键词：我国地源热泵；技术现状；发展趋势
1、前言
地源热泵技术是当今世界较先进的供热制冷新技术，它利用浅层常温地热能解决供热制冷问题，具有三大优点：一是节能，与其他常规供暖技术相比可节能50%~60％；二是环保，使用该技术的工程不排放任何废弃物，属于可再生能源利用技术；三是运行成本低，可比传统供暖技术节约成本30%~70%。近年来，随着能源短缺与环境问题日益突出，许多国家政府出台政策扶持地源热泵技术，世界地源热泵市场规模正以年均两位数的速度增长，在数十个国家得到推广。
2、地源热泵技术的研究现状
典型的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。此类热泵主要包括三套系统：室外管网系统、热泵工质循环系统及室内空调管网系统。
2.1地埋管地源热泵系统
地埋管地源热泵系统是由传热介质通过竖直或水平土壤换热器与岩土体进行热交换的地源热泵系统，也称为地耦合系统。近年来，地下埋管换热器类型、土壤换热器传热分析、土壤热物性参数有效性测试及施工工艺称为地埋管热泵系统的热点研究内容。
国内地埋管热泵系统施工工艺研究主要集中在钻井成井工艺、回填材料选择、洗井技术及回填工艺等方面。钻井工艺在近年来有了长足的发展，各种新型钻探工艺如反循环钻探、冲击钻探、浅孔锤钻探、欠平衡钻探等纷纷出现并得到了应用。
2.2地表水地源热泵系统
地表水源热泵系统（SWHPs，SurfaceWaterHeatPumpssystem）是地源热泵的一种系统方式。它是利用地球表面水源如河流、湖泊或水池中的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。地表水水源包括江水、湖水、海水、水库水、工业废水、污水处理厂排出的达到国家排放标准的废水、热电厂冷却水等。根据不同的地表水水源，地表水源热泵系统可分为污水源热泵系统（也称为再生水源热泵系统）、海水源热泵系统以及淡水源热泵系统。地表水换热系统分为两种：开式地表水换热系统和闭式地表水换热系统。开式地表水换热系统是将地表水在循环泵的驱动下，处理后直接流经水源热泵机组或通过中间换热器进行热交换的系统。闭式地表水换热系统是将封闭的换热盘管按照特定的排列方法放入具有一定深度的地表水体中，传热介质通过换热管管壁与地表水进行热交换的系统，与土壤源热泵一样，冬季北方地区应进行防冻处理。近年来，地表水水体的温度变化规律、地表水热泵系统的换热研究、针对不同地表水特定设备研发逐渐成为研究的热点内容。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.3地下水地源热泵系统
地下水源热泵系统（GroundWaterHeatPumpsystem，GWHPs）是采用地下水作为低品位热源，并利用热泵技术，通过少量的高位电能输入，实现冷热量由低位能向高位能的转移，从而达到为使用对象供热或供冷的一种系统。地下水源热泵系统适合于地下水资源丰富，并且当地资源管理部门允许开采利用地下水的场合。近年来，地下水的水质处理及地下水的回灌技术成为研究的主要内容。
2.4复合式地源热泵系统
对于冷热负荷差别比较大，或者单纯利用地源热泵系统不能满足冷负荷或热负荷需求时，经技术经济分析合理时，可采用复合式地源热泵系统。其研究热点主要集中在地源热泵复合系统可行性研究，地源热泵复合系统经济性分析研究，地源热泵复合系统运行特性实验研究和数值模拟，复合式地源热泵系统运行策略研究以及新型的复合式地源热泵系统开发等。典型的复合式地源热泵系统主要包括地源热泵与太阳能复合式系统、地源热泵与冰蓄冷复合式系统、地源热泵与冷却塔复合式系统、地源热泵热水系统等。
3、地源热泵研究的一些问题
影响地源热泵推广应用的主要原因为：
①土壤特性问题。地源热泵系统的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。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物性的影响等。
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。90年代以来，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；同时开始研究采用热物性更好的回填材料，以强化土壤埋管在土壤中的导热过程，从而降低系统用于安装土壤埋管的初投资；为进一步优化系统，国外有关地热能换热器与热泵装置的最佳匹配参数的研究也在开展。
④热泵技术与其它技术的配合问题：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。
⑤对环境的影响问题：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。
4、未来发展趋势
随着国家对可再生能源应用以及建筑节能的不断重视，地源热泵这项技术必将引起政府更高层次的重视，地源热泵的使用将保持快速增长趋势，总量持续增长，技术含量不断提高，热源类型不断增加，产业规模持续扩大，市场价格逐渐降低为节能减排的贡献率不断增加。总体而言，地源热泵系统发展存在以下发展趋势。
（1）地下水源热泵越来越少，而土壤源热泵、地表水源热泵、工业余热等热泵系统不断增加；（2）更高层次的专家整合，更详细的专业划分；（3）地方政府协调机构更加专业；（4）地源热泵系统稳步发展，实现从数量的稳步增长到质量稳步提升跨越；（5）国际间合作不断增强，不断成熟完善的国际新技术出现；（6）专注地源热泵系统设计、施工、运行的专业化公司出现，产业规模不断扩大；（7）新型热泵系统不断出现。
5、结语
随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，高效环保节能的供热和制冷空调已成为城镇居民的基本生活需求，市场前景很好。另外，由于形式多样，安装灵活，地源热泵将为我国中小城市，甚至广大农村人民生活质量的提高做出贡献。在地源热泵技术的应用中，尽管还有许多技术问题需要解决，但由于其技术上的优势和节能、环保、可持续发展的优点，是建筑物供暖和制冷的合理可行选择方案之一。在能源可持续发展战略中，地源热泵将倍受人们的重视与青睐。
参考文献：
[1]徐伟.地源热泵技术手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.
[2]韩传璞.开式地表水源热泵系统动态性能研究[D].重庆建筑大学.重庆：2010.
[3]宋应乾，范蕊，龙惟定.闭式地表水换热器冬季换热效果分析[J].建筑热能通风空调，2011，30（6）：17~20
论文作者:徐效民
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/7/31
标签：源热泵论文; 系统论文; 地表水论文; 土壤论文; 技术论文; 换热器论文; 热泵论文; 《防护工程》2019年8期论文;