促进可再生能源的开发利用，改善能源结构，保护环境，实现经济社会的可持续发展，已经成为我国一项基本国策。地源热泵系统作为可再生能源应用的主要途径之一，地源热泵技术作为一种新型的绿色高效能源技术近几年在我国发展迅速,在诸多领域得到了广泛的应用。

现在随着经济的发展和人们生活水平的提高，公共建筑和住宅的供暖和空调已经成为普遍的要求。作为中国传统供热的燃煤锅炉不仅能源利用率低，而且还会给大气造成严重的污染，因此在一些城市中燃煤锅炉在被逐步淘汰，而燃油、燃气锅炉则运行费用很高。地源热泵就是一种在技术上和经济上都具有较大优势的解决供热和空调的替代方式。

地源热泵技术绿色、环保的性质已经得到了全球许多国家的肯定和认可。它在全球的覆盖率已经占据了40%，例如美国、瑞士、奥地利、丹麦等科技水平和生活水平极高的国家，都在使用这类产品，那么地源热泵技术到底是何方神圣呢？也许说到地源热泵人们就想到了空调,是的,这两者似乎从诞生之日开始就已经息息相关了。两者一定要分个差别出来,那就是不得不提到地源热泵技术了,在国外,特别是欧美市场,地源热泵技术已经发展的非常成熟了,美国还在1998年为此颁布了相关法律,可见地源热泵技术的重要性。

地源热泵技术是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源，即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。在冬季，把土壤中的热量“取”出来，提高温度后供给室内用于采暖；在夏季，把室内的热量“取”出来释放到土壤中去，并且常年能保证地下温度的均衡。

在我国《采暖通风与空气调节术语标准》（GB50155-92）中，对“热泵”的解释是“能实现蒸发器和冷凝器功能转换的制冷机”；在《新国际制冷词典（NewInternationalDictionaryofRefrigeration）》中，对“热泵”的解释是“以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统”。可见，热泵在本质上是与制冷机相同的，热泵（制冷机）是通过作功使热量从温度低的介质流向温度高的介质的装置，它们的区别只是运行工况不同。其工作原理是：由电能驱动压缩机，使工质（如R22）循环运动反复发生物理相变过程，分别在蒸发器中气化吸热、在冷凝器中液化放热，使热量不断得到交换传递，并通过阀门切换使机组实现制热（或制冷）功能。在此过程中，热泵的压缩机需要一定量的高位电能驱动，其蒸发器吸收的是低位热能，但热泵输出的热量是可利用的高位热能，在数量上是其所消耗的高位热能和所吸收低位热能的总和。热泵输出功率与输入功率之比称为热泵性能系数，即COP值（Coefficientof Performance）。

地源热泵技术的特点使用电力，没有燃烧过程，对周围环境无污染排放；不需使用冷却塔，没有外挂机，不直接向周围大气环境排热，没有热岛效应，没有噪音；不抽取地下水，不破坏地下水资源。一机三用:冬季供暖、夏季制冷以及全年提供生活热水。使用寿命长：使用寿命20年以上，是分体式或窗式空调器的2-4倍。全电脑控制，性能稳定，可以电话遥控，可以进行温湿度控制和新风配送。

地（水）源热泵机组的工作原理

地（水）源热泵是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。具有高效节能、经济环保、安全可靠、可自动运行等优点。

地源热泵技术的可再生、经济有效、环境效益显著、一机多用，应用范围广，系统维护费用低等优点也是它可以昂首面对这个世界的前提，随着绿色、环保的理念不断深入，地源热泵技术受欢迎程度一定会加深。

地源热泵与空气源热泵比较

空气源热泵以室外空气为一个热源。在供热工况下将室外空气作为低温热源，从室外空气中吸收热量，经热泵提高温度送入室内供暖；其性能系数（COP）一般在2～3。空气源热泵系统简单，初投资较低。空气源（风冷）热泵目前的产品主要是家用热泵空调器、商用单元式热泵空调机组和风冷热泵冷热水机组。

空气源热泵的主要缺点是在夏季高温制冷和冬季寒冷天气制热时效率大大降低。此外，其所必需的室外机或冷却塔对建筑物有一定的影响。空气源热泵的制热量随室外空气温度降低而减少，这与建筑热负荷需求趋势正好相反。因此当室外空气温度低于热泵工作的平衡点温度时，需要用电或其他辅助热源对空气进行加热。而且，在供热工况下空气源热泵的蒸发器上会结霜，需要定期除霜，这也消耗大量的能量。在寒冷地区和高湿度地区热泵蒸发器的结霜可成为较大的技术障碍。在夏季高温天气，由于其制冷量随室外空气温度升高而降低，同样可能导致系统不能正常工作。空气源热泵不适用于寒冷地区，在冬季气候较温和的地区，如我国长江中下游地区，已得到相当广泛的应用。

地源热泵系统的分类及其优缺点

3.1地下水源热泵系统(Groundwaterheatpumps,GWHPs)

地下水源热泵系统也就是通常所说的深井回灌式水源热泵系统，通过建造抽水井群将地下水抽出，通过二次换热或直接送至水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下。

其最大优点是非常经济，占地面积小，但要注意打井区域必须符合下列条件：1.水质良好；2.水量丰富；3.回灌可靠；4.符合标准。

图2 地下水源热泵系统示意图

3.2地下耦合热泵系统（Ground-coupleheatpumps，GCHPs）

地下耦合热泵系统也称埋管式土壤源热泵系统，还有另外一个术语叫Groundheatexchanger，即地下热交换器地源热泵系统。这一闭式系统方式，通过中间介质（通常为水或者是加入防冻剂的水）作为热载体，使中间介质在埋于土壤内部的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行热交换的目的。

3.2.1 水平埋管地源热泵系统（Horizontalground-coupledheatpump）

对于水平式埋管系统，其优点有：安装费用比垂直式埋管系统低，应用广泛，使用者易于掌握，其缺点有：占地面积大，受地面温度影响大，水泵耗电量大。

图3.1 串联式水平埋管示意图

图3.2 并联式水平埋管示意图

3.2.2 垂直埋管地源热泵系统（Verticalboreholeground-coupledheatpump）

对于垂直式埋管系统，其优点有：较小的土地占用，管路及水泵用电少；其缺点是钻井费用较高；

垂直埋管地源热泵系统有一种特殊形式叫：桩基换热器（或叫做能量桩，Energy Piles），即在桩基里布设换热管道。

图3.3 垂直埋管示意图

3.3 螺旋埋管地源热泵系统（slinky ground-coupled heat pump）

3.3.1长轴水平布置的螺旋埋管地源热泵系统

图3.4长轴水平布置的螺旋埋管地源热泵系统示意

3.3.2长轴竖直布置的螺旋埋管地源热泵系统（盘旋布置埋管地源热泵系统）

图3.5长轴竖直布置的螺旋埋管地源热泵系统示意

3.3.3螺旋埋管地源热泵系统有一种特殊布置形式叫：沟渠集水器式螺旋埋管地源热泵系统，也有学者把它归到多层水平埋管地源热泵系统。

图3.6沟渠集水器式螺旋埋管地源热泵系统示意

3.2 地表水热泵系统（Surface-waterheatpumps,SWHPs）

通过直接抽取或者间接换热的方式，利用包括江水、河水、湖水、水库水以及海水作为热泵冷热源。归属于水源热泵方式。

其优点有：在10米或更深的湖中，可提供10℃的湖水直接制冷，比地下埋管系统投资要小，水泵能耗较低，高可靠性，低维修要求、低运行费用，在温暖地区，湖水可做热源。

其缺点有：在浅水湖中，盘管容易被破坏，由于水温变化较大，会降低机组的效率。

图3.7地表水直接抽取示意图

3.8地表水间接换热示意

2.4单井换热热井(Standingcolumnwellheatpumps,SCW)

也就是单管型垂直埋管地源热泵，在国外常称为"热井"。这种方式下，在地下水位以上用钢套作为护套，直径和孔径一致；地下水位以下为自然孔洞，不加任何固井设施。热泵机组出水直接在孔洞上部进入，其中一部分在地下水位以下进入周边岩土换热，其余部分在边壁处与岩土换热。换热后的流体在孔洞底部通过埋至底部的回水管被抽取作为热泵机组供水。这一方式主要应用于岩石地层，典型孔径为150mm，孔深450m。

该系统适用于岩石地质地区，该地区岩石钻孔费用高，而与岩石直接换热，大大提高换热效率，节省钻孔、埋管费用。须得注意分析具体地质情况，做好隔热、封闭、过滤、实际换热量测算等具体工作。

3.9单井换热热井示意图