摘要:地源热泵适用范围广，运行费用低，节能环保效益显著。在城市建设时地源热泵地埋管的常规安装位置是楼宇的基础下方和四周，这些远远不够，一个国际性的大都市，市政建设要占用相当多的土地，被暂用的土地，除了地铁以外几乎全部只是使用的土地资源的表层，深度一般不超过6m。在这表层地下有那么多的空间被闲置，这是一大浪费。今天小编为大家推荐《地源热泵节能减排论文(精选3篇)》仅供参考，希望能够帮助到大家。
地源热泵节能减排论文 篇1：
地源热泵空调节能减排的经济效益
摘?要：地源热泵中央空调系统是利用浅层地温能为室内活动场所提供冷热源的清洁节能新型中央空调系统。该空调系统与传统中央空调系统利用水冷或者风冷螺杆机搭配锅炉的方式相比较，大大节省了能源的消耗。本文通过一个成都地区实例项目分析比较，以证明地源热泵空调系统通过节能所产生的经济效益十分显著，在运行费用上与传统中央空调相比优势明显。地源热泵中央空调系统将在未来的节能减排工作中发挥更大作用。
关键词：地源热泵?水源热泵空调?传统中央空调?运行费用?节能减排
地源热泵系统是以岩土体、地下水或地表水中的浅层地温能资源作为建筑物冬季热源和夏季冷源，由热泵机组向建筑物供冷供热的系统，是一种利用可再生资源、既可供暖又可制冷、能够“节能减排”的新型中央空调系统。
该系统由水源热泵机组、浅层地温能热交换系统、建筑物内部中央空调系统组成[1]。地源热泵技术具有明显减排温室气体的特点。由于地源热泵供暖70%以上的能源来自于土壤中的能量，30%以下的能源来源于电能，所以用它替代冬季采暖锅炉，至少可减排温室气体70%以上。另外，地源热泵技术利用的能源是常温土壤或水中的低位能量，并不需要特殊的地热田或地下热水。它只要有足够进行热交换的浅层土壤就可满足地源热泵所要求的技术条件，同时它不消耗也不污染地下水。并且，地源热泵空调具有高效节能，运行费用低的特点。在供暖时，地源热泵技术可将土壤中的能量“搬运”至室内，其能量70%以上来自土壤，制热系数高达5.0，而锅炉仅为0.7～0.9，可比锅炉节省70%以上的能源和40%～60%的运行费用；制冷时要比普通空调节能40～50%，运行费用降低40%以上。
本文将以成都地区某2万m2商业办公楼项目为例，分析对比水源热泵空调与传统中央空调（水冷螺杆式机+燃气锅炉）的节能减排经济效益。
1 基本参数
1.1 空调室外计算参数
冬季：干球温度6.0℃；平均最冷月相对湿度：80%；夏季：干球温度31.6℃；湿球温度：26.7℃；平均最冷月相对湿度：85%；
1.2 空调室内计算参数
冬季室内设计温度t=20～22℃，室内相对湿度φ≤55%。夏季室内设计温度t=24～28℃，室内相对湿度φ≤60%
1.3 设计负荷
整个空调面积约为20000m2，根据成都地区经验数据，商业区经验冷指标为140W/m2，经验热指标为120W/m2，估算得空调系统的冷负荷为2800kW，热负荷为2400kW。
2 方案设计
2.1 水源热泵中央空调系统
本方案拟建设一个热源井沿建筑物周围均匀布置，通过管网输送给各末端采暖制冷用之热（冷）媒即热水或冷水，机组设置于地下室。室内末端设备采用风机盘管+新风系统。
设计用2台水源热泵机组（30HXC-400AH-HP1）满足供热制冷需求。根据所选择的水源热泵机组，所需的最大用水量为244m3。根据区域水文地质资料[2]，设计单井出水量40m3/h，共设计取水井6口；设计单井回灌量20～30m3/h，共设计回灌井12口。热源井的单井初步设计深度为40m[3]。主要设备选型及技术参数如下：
30HXC 400AH-HP1水源热泵机组性能参数：
制热量1356KW，水源侧温度15/7℃；冷热水温度40/45℃；冷冻水流量263m3/h，水源侧流量132m3/h，耗电量318KW。
制冷量1528kW，水源侧温度18/29℃，冷热水温度12/7℃；冷冻水流量234m3/h，水源侧流量122m3/h，耗电量211kW。
2.2 水冷螺杆式冷水机+燃气锅炉
本方案拟建设一个集中供冷站和一个集中供热站，供冷站及供热站设置于地下室，冷却塔设置于空地上。通过管网输送给各末端采暖制冷用之热（冷）媒即热水或冷水，制冷时管路切换至水冷螺杆机系统，制热时切换至锅炉系统。室内末端设备采用风机盘管+新风系统。
3 经济性比较
3.1 初投资比较
3.2 年运行费用比较
制冷时间按120d，每天12h运行计算；供热时间按100d，每天12h计算。电费按1.0元/度计，天然气按2.2元/Nm3计。【运行耗能=制冷量（制热量）/EER（COP）×运行时间】
根据每天环境温度的变化情况以及《公共建筑节能设计标准》（GB 50189-2005）、《居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2001）规定空调运行时间：夏季为120d；冬季为100d；空调每天运行12h，其中：
100%满负荷运行时间为2.3%，75%部分负荷运行时间为41.5%
50%部分负荷运行时间为46.1%，25%部分负荷运行时间为10.1%
水源热泵系统夏季EER为4.8，冬季COP为3.6；水冷螺杆冷水机夏季EER为3.5，冬季燃气锅炉COP为0.85，
通过计算，水源热泵中央空调系统运行费用为：夏季耗电量495602kW·h，年运行费用为49.56万元；冬季耗电量485490kW·h，年运行费用为48.55万元，运行管理维护费用包括人工费及系统维护费等，为15万元，年运行总费用为113.11万元；传统中央空调运行费用为：夏季耗电量660798kW·h，年运行费用为49.56万元；冬季耗电量169920kW·h+耗气量237948Nm3，年运行费用为48.55万元，运行管理维护费用18万元，年运行总费用为：153.43万元。每平米运行费用为水源热泵中央空调56.56元，传统中央空调76.72元。
4 结语
由上述实例可以看出，虽然地源热泵中央空调系统修建的初投资费用较高，为1000万元，比传统中央空调（水冷螺杆式冷水机+燃气锅炉系统）的修建费用830万多出170万，增加的投资比例约为20%。但是在运行费用上，地源热泵中央空调系统所节省的能耗及其所产生的经济效益是巨大的，节省能耗为26%。投资回收期仅需4.22年，运行20年后的纯收益为636.24万元。由此可见，地源热泵在节能减排方面，具有非常大的优势，并且有显著的经济效益。地源热泵技术是一项非常有发展前途和推广价值的可再生能源利用技术，这项技术目前已经具备了城市级区域推广的条件，必将在我国的节能工作中发挥更大的作用[4]。
参考文献
[1] 周念沪.地热资源开发利用实务全书[M].北京：中国地质科学出版社，2005：11-39.
[2] 刘俊贤.成都市水文地质工程地质环境地质综合勘察报告[R].四川省地质矿产局.1990.
[3] 武晓峰，唐杰.地下水人工回灌与再利用[J].工程勘察，1998（4）：37-40.
[4] 周道炯.地源热泵技术在城市节能中将发挥更大作用[J].地源热泵专栏.
作者：谢静 陈睿智
地源热泵节能减排论文 篇2：
西安地区推广使用地源热泵可行性分析
摘要:地源热泵适用范围广，运行费用低，节能环保效益显著。在城市建设时地源热泵地埋管的常规安装位置是楼宇的基础下方和四周，这些远远不够，一个国际性的大都市，市政建设要占用相当多的土地，被暂用的土地，除了地铁以外几乎全部只是使用的土地资源的表层，深度一般不超过6m。在这表层地下有那么多的空间被闲置，这是一大浪费。我们完全可以将这些资源利用起来，那就是在这里搞垂直式地源热泵地埋管施工。要想很好的发挥市政建设用地深层空间的利用价值，应将地源热泵地埋管换热器施工纳入城市规划里。时将地源热泵列入市政建设的必建项目。
关键词：地源热泵 节能高效 水资源丰富 国家政策
0 引言
现代技术倡导环保，节能的设计理念，地源热泵是一种利用地表浅层地热资源(也称地能，包括地下水、土壤和地表水等携带的能量)的再生利用系统。该系统没有燃烧，没有排烟及废弃物，清洁环保，无污染。地源热泵通过输人少量的高品位能源(如电能)，实现低温位或高温位的能量转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源。
1 西安市的气候和水文条件
西安地区属暖温带半湿润大陆季风气候，四季分明，夏季炎热伏旱突出，最热月7月平均气温26.4℃，冬季寒冷风小、多雾、少雪雨，最冷月1月平均气温-0.9℃。地形平坦，降水充沛，河流众多，地表浅层水资源丰富。西安地区常年取暖、制冷时间较长。
西安地区现在冬季取暖大多是采用锅炉将燃料或其他能源的热能，把水加热成为高温热水或蒸汽，通过市政管网为生产和生活提供所需要的热量。锅炉承受高温高压，十分危险；在生产过程中消耗煤炭、重油、天然气等不可再生资源，成本较高。产生的烟气中所含粉尘(包括飞灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都，污染严重。另一种是采用空调采暖，空调取暖消耗的是高质量的电能，电能的获得是由其他形式能量的转换而来，电能主要的转换方式是利用内能（俗称热能、火力发电）转换，转换时也需要消耗大量不可再生资源，成本较高，污染严重。
夏季制冷是通过空调系统完成的，空调制冷消耗的还是电能，同样存在成本较高、污染严重的问题。目前，随着一次不可再生能源不断枯竭，节能减排研发新型能源逐渐成为全世界普遍观注的话题。一些节能的设备生产方式也受到人们普遍关注和重视，在采暖、制冷、生活热水供给方面，地源热泵越来越受到人们的青睐。
2 地源热泵的优点
地源热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热，经过电力做功，输出可用的高品位热能的设备，地源热泵机组的性能系数COP(指其制热量与所消耗的电能的比值)达到3.8-5.4，即消1kW的能量可以得到4kW以上的热量或制冷量，是一种高效供能技术。热泵技术在空调领域的应用可分为空气源热泵、水源热泵以及地源热泵三类，其中地源热泵效率最高。由于热泵是提取自然界中能量，节能、高效、零维护费用、健康舒适、安全、性能可靠、寿命长、可一机多用、可再生、节约用水、控制方便、整体美观、节省占地面积、没有任何污染物排放，是当今最清洁、经济的能源方式。在资源越来越匮乏的今天，作为人类利用低温热能的最先进方式，热泵技术已经在全世界范围内受到广泛关注和重视。
地源热泵与锅炉（电、燃料）和空气源热泵的供热系统相比，地源热泵的优点很自然的显现出来。锅炉供热只能将70%～90%的燃料内能或90%～98%的电能转化成热量，所以从节能的角度出发，地源热泵所耗费的电能只占電锅炉加热所耗费的电能的三分之一，而与燃料锅炉相比，地源热泵只需耗费一半的能量；正常情况下，地源热泵的热源温度全年都在10～25℃之间，其制冷系数和制热系数高达3.5～4.4，其工作效率至少为传统空气源热泵的40%，但地源热泵运行所需的费用只占普通中央空调的一半多一点。所以，近些年来，特别是是最近五年间，美国、加拿大等北美国家，以及瑞士、瑞典等欧洲国家都普遍开始使用水源热泵空调系统。
3 地源热泵的发展及国家政策支持
随着经济的发展，公共建筑和住宅的供热和空调已成为普遍的要求。1946年，美国第一台地源热泵系统在俄勒冈州的波兰特市中心区安装成功。在发达国家，供热和空调的能源可占到社会总能耗的25%-30%。1997年，美国能源部（DOE）与中国科技部签署了《中美能效与可再生能源合作议定书》，“地源热泵”项目的合作就是该协议中的一个主要内容，地源热泵技术开始引入中国。
我国非常注重可再生能源开发和利用，早在2006年1月1日起就在本国开始实施《中华人民共和国可再生能源法》；在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中，又将大力发展新能源和可再生能源并逐渐使其规模化，作为能源领域优先发展主题。除此之外，我国的战略发展和中央立法上也适当侧重于该领域的研究和发展。
日前，国家财政部、建设部发文《关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》、《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》，明确提出“十一五”期间，可再生能源应用面积占新建建筑面积的比例至少为25%，到2020年，可再生能源应用面积占新建建筑面积的比例为必须超过50%，这为我国水源热泵的发展提供了良好的环境和强劲的动力。
西安是西部的龙头，西部大开发的“桥头堡”。1999年国家启动了西部大开发战略，2000开始实施，目前西安市已经成功的建成了西高新技术开发区，经开区，曲江新区，正在建设的西咸开发区、泾渭开发区也初见成效，沣渭新区已扬起风帆。西安未来将建成包括西安市整个行政辖区、渭南富平县城、咸阳市秦都、渭城、泾阳、三原“两区两县”至建设期末，建设用地的面积将达到1329平方公里，人口达到1250万人的大西安。新建成的城区道路宽广、高楼林立、绿化到位、环境优美，公园与住宅小区相间布置，届时西安将会发生翻天覆地的变化。同时也将有1329平方公里被占用。为了提高土地的利用效率，降低一次能源对环境的污染，提高西安人们的生活质量，在城市规划中，要充分考虑人们生活对生活热水、取暖和制冷的需求，在不影响土地表面使用功能的前提下，推广使用地源热泵这一节能高效的技术，实现土地多重利用从中创造更多的效益。
4 地源热泵应用范围及施工注意事项
地源热泵的重要组成部分地埋管换热器施工时地源热泵施工的关键工序，实现与大地进行能量交换的地埋管换热器，水平安装时可不设坡度。最上层埋管顶部应在冻土层以下0.4m，且距地面不宜小于0.8m。竖直地埋管换热器埋管深度宜大于20m，钻孔孔径不宜小于110mm，钻孔间距应满足换热需要，间距宜为3~6m。水平连接管的深度应在冻土层以下0.6m，且距地面不宜小于 1.5m。我们可以经地地源热泵地埋管换热器埋在路面、绿化广场、公园的地面下，然后通过集分水器将能量收集。源源不断的输往住宅等需要采暖制冷热水的地方。
在城市建设时地源热泵地埋管的常规安装位置是楼宇的基础和四周。这些远远不够，一个国际性的大都市，市政建设要占用相当多的土地，被占用的土地，出来地铁以外几乎全部只是使用的土地资源的表层，深度一般不超过6m。在这表层地下有那么多的空间被闲置，这是一大浪费。我们完全可以将这些资源利用起来，那就是在这里搞垂直式地源热泵地埋管施工。要想很好的发挥市政建设用地深层空间的利用价值，应将地源热泵地埋管换热器施工纳入城市规划里。时将地源热泵列入市政建设的必建项目。
地埋管设计前，应根据地质勘测结果评估地埋管换热系统实施的可行性及经济性。埋管区域与建筑之间的距离，应符合地下构筑物与建筑物间距的相关要求。根据管施工时严禁损坏其他地下管线及建筑物。地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小、热膨胀小的高密度聚乙烯管。高密度聚乙烯管工称压力不得小于1.0Mpa。工作温度应在-20~50摄氏度范围内。
地埋管换热系数施工前应了解地埋管场地已有地下管线、其他地下构筑物的功能及其准确位置，并应进行地面清理，铲除地面杂草、杂物和浮土，平整场地。地埋管应远离水井及室外排水设施。垂直地埋管换热器U型弯管接头。垂直钻孔时可根据现场岩石类型，考虑钻孔费用等因素调整钻孔位置及深度。
地埋管换热器施工前应掌握埋管区域的工程勘察、设计文件和施工图纸等资料。完成施工组织设计。地埋管换热系统施工前应了解埋管场地内已有地下管线、其他地下构筑物的功能及其准确位置，并应进行地面清理，铲除地面杂草、杂物，平整地面。地埋管换热器施工过程中，应严格检查并做好管材保护工作。
在市政建设时，考虑到虽然可以利用的土地资源很多，但是考虑到节约土地资源和城市的能量消耗需求，以及经济效果，应采用竖埋管的方案进行地埋管施工。施工的第一步是根据要求深度分阶段进行土方开挖，开挖深度符合要求后，根据竖埋管间距要求进行钻井定位，定位完成后，进行钻井施工。钻井打穿多层地下水时，应采取回填封闭措施。垂直钻井的垂直度应不大于2.5%。当钻井处土壤不牢固时或者存在孔洞的时或存在洞穴成孔比较困难时，应设壁套管。孔钻好孔壁加固完成后应立即下管，下管时，U型管内应充满水。垂直地埋管换热器安装完毕后，应灌浆封孔，直至密实无空腔。竖直地埋管换热器插入钻孔前，必须进行第一次水压试验。在试验压力下，稳压至少15min,稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象;将其密封后，在有压状态下插人钻孔，完成灌浆之后保压lh。水平地埋管换热器放人沟槽前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压至少15min，稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象。试验压力:当工作压力小于等于1.0MPa时，应为工作压力的1.5倍，且不应小于0.6MPa；当工作压力大于1.0MPa时，应为工作压力加0.5MPa。当埋管深度超过40M时，灌浆回填应在周围临近钻孔均钻凿完毕后进行。竖直地埋管换热器灌浆回填料宜采用膨润土和细砂 (或水泥)的混合浆或专用灌浆材料。当地埋管换热器设在密实或坚硬的岩土体中时，宜采用水泥基料灌浆回填。环路集管与机房分集水器连接完成后，回填前应进行第二次水压试验。在试验压力下，稳压至少2h，且无泄漏现象。
地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗、排气及回填完成后，应进行第三次水压试验。在试验压力下，稳压至少12h，稳压后压力降不应大于3%，水压试验宜采用手动泵缓慢升压，升压过程中应随时观察与检查，不得有渗漏；不得以气压试验代替水压试验。
集水器将所有的地埋管的回水端连接，分水器将地埋管的进水端连接。这样集分水器将是两个庞大的积分水系统，地源热泵地埋管集分水器可以考虑安装在市政地沟内。为了便于在地沟内进行检修、分割使用区域，在积分水器上安装闸阀。也可以在路边建集分水器井，将地源热泵地埋管分点汇集。
埋地管道应采用热熔或电熔连接。聚乙烯管道连接应符合国家现行标准埋《地聚乙烯给水管道工程技术规程》CIJ101的相关规定；竖直地埋管换热器的U形弯管接头，不要选用直管道偎制弯头，而是采用定型的U形弯头成品件；竖直地埋管换热器U形管的组对长度应能满足插人钻孔后与环路集管连接的要求，组对好的U形管的两开口端部，应及时密封。
地源热泵系统建成后必须经过严格的试运转和调试验收，合格后才允许交付使用。在系统试运转和整体调试前，负责调试的人员应该提前编制整体运转和调试方案，报送专业监理工程师审核批准后再进行实际操作；水源热泵机组进行水系统及风系统平衡调试，确定系统循环总流量、各分支流量及各末端设备流量均达到设计要求再进行试运转；水力平衡调试完成后，应进行水源热泵机组的试运转，并填写运转记录，运行数据应达到设备技术要求；水源热泵机组试运转正常后，应进行连续24h的系统试运转，同时做好运转记录；可按冬夏两季的时间规律来调试地源热泵系统调试，经调试的系统必须满足设计要求。调试完成后编写调试报告和运行操作规程，由甲方确认并存档。
地源热泵系统整体验收前，应进行冬、夏两季运行测试，并对地源热泵系统的实测性能作出评价。地源热泵系统整体运转、调试与验收除应符合本規范规定外，还应符合现行国家标准通《风与空调工程施工质量验收规范》GB50243和制《冷设备、空气分离设备安装工程施工及验 收规范》GB50274的相关规定。
参考文献：
[1]刁乃仁，方肈洪.《建筑热能通风空调》地源热泵—建筑节能新技术23卷第期.
[2]曾和义，方肈洪.《U型埋管地热换热器中介质轴向温度的数字模型》山东建筑工程学院学报2002年01期.
作者：代长安
地源热泵节能减排论文 篇3：
土壤源热泵的研究现状与发展前景
摘要：本文概述了地源热泵系统的分类及特点，重点分析了土壤源热泵在国内外的研究及发展现状，提出了土壤源热泵技术在我国发展所面临的问题及发展前景。
关键词：土壤源热泵 地埋管 研究现状 发展前景
0 引言
随着常规能源日益短缺，可再生能源的开发与利用日益引人关注。可再生能源是指能够持续生长而可供人类长期使用的能源，包括：太阳能、风能、海洋能、水力发电、生物质能、地热能、生物燃料及氢能等。其中地热能是指地球表面浅层土壤通过吸收太阳辐射能或地球内部物质发生衰变放出热量等从而形成的较低品位的热能资源。浅层土壤在一年内温度基本恒定，通常为18℃左右，因此，在夏季可作为空调系统的冷源，而在冬季又可作为采暖系统的热源。利用地能的主要设备就是地源热泵。
1 地源热泵的类型、工作原理及特点
地源热泵是一种高效节能环保既可制冷又可供暖的新型空调系统，它利用地下浅层地能资源（主要是地下水、地表水、土壤等），为建筑物提供热量或冷量。地源热泵系统通过输入少量的高品位能源（如电能），在冬季，将地下的热量取出来，由低温热源传向高温热源，给室内供热；而夏季的热量传递方向则相反，将室内的热量取出，释放到地下，从而使室内温度降低达到空调效果。根据使用的低品位热源的来源或种类不同，地源热泵可分为地下水源热泵、地表水源热泵及土壤源热泵三种。
1.1 地下水源热泵
地下水源热泵是通过钻井由水泵将地下水抽出作为冷、热源，经过热交换后再回灌入地下。地下水一年四季温度基本稳定，夏季比外界环境温度低，冬季比外界环境温度高，是良好的冷源和热源。水作为世界最为宝贵的资源之一，任何对水资源的浪费和污染都是不允许的。国外对使用地下水要求也越来越严格，因而地下水源热泵的应用越来越少，我国一些大中城市不允许打井取水；而且如果水硬度过大也会造成换热器表面结垢，热泵系统的传热性能下降。地下水源热泵的钻井有单井和多井两种，典型单井的直径为150mm，井深450m。多井系统的抽水井和回灌井分别是两组井，为避免井井之间的热干扰，两井之间要保持一定距离，一般为50m，抽水井和回灌井定期交换使用有利于保持两井的出水和回水性能[1]。
1.2 地表水源热泵
地表水源热泵是以河流、池塘、湖泊或城市污水作为热泵的低温热源，将蒸发器置于水中，制冷剂直接蒸发吸热。该热泵只有在靠近江、河、湖、海等大容量自然水体的地方，才有条件利用这些自然水体作为热泵的低温热源。地表水源热泵初投资较低，运行较稳定，但与空气源热泵类似，地表水受环境温度影响较大，当环境温度越低时，热泵的供热量越小，热泵系统的性能系数会显著降低。此外，地表水水质可能使换热器表面结垢甚至腐蚀换热器，使传热性能下降。
1.3 土壤源热泵
土壤源热泵是利用地下土壤作为冷、热源，将换热管直接埋于地下一定深度的土壤中，管内的水通过管壁与土壤换热后，将土壤中的热量或冷量输入热泵系统。文献表明[2]，地下5米以下的浅层土壤温度基本保持不变，约为当年的年平均气温，夏季比外界环境温度低，冬季比外界环境高，是很好的冷、热源，并且运行过程中不破坏地下水质。
1.3.1 土壤源热泵工作原理
土壤源热泵系统主要有三部分组成：地埋管换热器、土壤源热泵机组和室内空调末端。夏季，地埋管换热器中的水与土壤进行热交换，水释放热量后，通过水泵进入冷凝器，在冷凝器中吸取制冷剂的热量，然后再循环将热量传给地下土壤；同时冷凝器中的制冷剂被冷却，通过膨胀阀进入蒸发器；在蒸发器中制冷剂吸收室内空调系统中循环水的热量，从而降低循环水的温度；循环水与室内空气进行热交换，从而降低室内空气温度，达到人们舒适的温度值；制冷剂吸收热量后，进入压缩机压缩，之后进入冷凝器，如此循环。
1.3.2 土壤源热泵的特点
土壤源热泵的优点：
①机房占地面积小，节省空间与投资，可设在地下。土壤源热泵系统节省了空间和土地，因为它没有集中式空调集中占地问题，没有冷却塔和其他室外设备。②高效节能。土壤源热泵系统的COP值一般为3~6，每年运行费用可节约40%左右，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右。③利用可再生能源。土壤源热泵技术利用储存于地表浅层近乎无限的地能，地表浅层地热资源(地能)作为冷热源进行能量转换，它既是可再生能源，也是清洁能源。④一机多用，既可供暖，又可制冷，最大限度地利用了能源，利用制冷时产生的余热还可提供热水。⑤自动化程度高。机组内部及机组与系统均可实现自动化控制，达到最佳节能效果，同时节省了人力物力，它可根据室外温度变化及室内温度要求控制机组启停。⑥绿色环保、无污染。没有燃烧、没有排烟及废弃物，土壤源热泵系统只是利用地表浅层地热资源。
土壤源热泵存在的主要缺点：①土壤热导率较小，传热量较小。②连续运行时热泵的冷凝温度或蒸发温度随土壤温度的变化发生波动。③土壤的热工性能、能量平衡、土壤中的传热与传湿对传热有较大影响，埋地换热器受土壤影响较大。
1.3.3 土壤源热泵地下埋管形式
土壤源热泵地埋管换热器有水平和垂直两种方式。水平地埋管换热器初投资较低，但是占地面积较大，并且由于埋得较浅，因此受外界环境影响较大，造成系统运行不稳定；垂直地埋管换热器占地面积小，运行稳定，应用最为广泛，但是由于埋管较深（通常为30m以上），钻井费用高，使系统初投资较高，成为制约土壤源热泵推广的瓶颈。
①水平埋管换热器
水平埋管热泵埋管系统有单层和双层之分，可采用U型、螺旋型等形式。单层是最早也是最常使用的形式，一般设计埋管深度为0.5~2.5m。双层埋管第一层深度约为1.2m，第二层深度约为1.9m，双层敷设降低了挖掘土方量和回填砂石量，相对单层来讲较为经济。
②垂直埋管换热器
垂直埋管换热器有浅埋和深埋两种，浅埋一般为8~10m。深埋根据地质条件与经济条件一般为30~180m。垂直埋管又有不同的形式，主要有垂直U型管式、垂直套管式、桩基式等。
2 土壤源热泵的研究现状
2.1 国外研究现状
1912年瑞士Zoelly首次提出了利用地下土壤作为热泵系统低温热源的概念，并申请了专利。直到20世纪50年代，该技术才逐渐引起了人们的注意，欧美各国开始研究土壤源热泵。土壤源热泵有许多基础性的理论如“开尔文线源理论”及其数学模型都是当时开发的[3]。
19世纪70年代，出现了世界能源危机，地源热泵又受到重视，激起人们对其研究的兴趣。1974年，欧洲开始了30个工程开发研究项目，发展地源热泵的设计方法、安装技术并积累运行经验。瑞典安装了6000个水平地下埋管系统；德国也有大量的此类工程出现，所有的地源热泵系统都只用于供暖，且主要安装水平埋管；美国自1977年开始，重新开始了对土壤源热泵的大规模研究，最显著的特征就是政府积极支持与倡导。
2.2 国内研究现状
20世纪80年代，地源热泵在我国逐渐兴起。1983年在北京召开的中国制冷学会地源热泵与热泵技术会议发表了我国在这方面的研究成果，并指出必须进一步探讨利用热泵提高能源利用率的问题。从20世纪90年代开始，每届全国暖通制冷学术年会上都会有“热泵应用”的专题。1998年是我国在该领域的一个里程碑，国内专家建立地源热泵试验台，研究换热效率。1998年重庆建筑大学在国家自然科学基金资助下建立了包括浅埋垂直地埋管换热器和水平埋管换热器在内的实验台[4]。同年湖南大学建设了水平理管土壤源热泵实验装置[5]。2003年，曾和义等[6]采用准三维模型对于对称布置的双U型埋管地热换热器钻孔内的传热情况进行了分析研究。宋小飞等人采用CFD仿真模拟软件对U形地埋管换热器系统中的流动和传热进行了数值模拟，研究了地埋管换热器的换热效率与管间距、回填材料导热系数的关系[7]。袁艳平等人对地源热泵地埋管换热器的传热研究进行了综述，介绍了地埋管换热器的分析解(包括线性源理论和圆柱源理论)、数值解的研究情况，分析了埋管之间的热干扰、地下水、回填材料以及管内循环流体的流量对地源热泵运行特性的影响[8]。
3 土壤源热泵的发展前景
土壤源热泵在发展过程中还存在以下问题：
①土壤特性方面，不同地点的土壤特性有所差别，我们需进行重新研究或者相应的修正，在一个地区的研究结果可能不适用于另外一个地区。
②地下换热器与热泵系统最佳匹配技术研究的不够，造成整个系统的COP值不够高，地下换热器传热机理研究方面较多，但是缺乏与实践的有机结合。
③在初投资方面，由于钻井费用较高，可能会占到整个系统初投资的20%-50%，初投资较高，影响其发展。
④在观念方面，人们在选择土壤源热泵时会有阻力，担心有技术风险，主要是由于空气源热泵等的技术相对成熟。
我国不但能源短缺，而且能源利用率较低，据统计，我国总的能源利用率约为34%，仅相当于发达国家20世纪80年代的水平。就土壤源热泵而言，所需的热量有70%来自于地下，系统运行时所消耗的电能较少，因此，土壤源热泵技术的应用在一定程度上能缓解我国的能源压力。
长期以来，在我国能源的消费中，煤炭占70%左右，能源结构有待改善。土壤源热泵没有燃料燃烧时所排放的污染物，减少了大气污染，这项技术能缓解我国城市空气污染问题，对我国实现可持续发展起到促进作用。随着环境保护更加深入人心及节能意识的增强，具有节约常规能源、充分利用可再生能源、减少环境污染等优点的热泵必将备受青睐。
我国地域广阔，蕴藏着丰富的土壤热能，有发展地源热泵的潜力。这项技术的应用可以在一定程度上调整我国能源结构不合理的局面，并且是降低常规能源能耗的有效方法。我国的地源热泵应用处于起步阶段，但发展迅速，随着政府及群众的重视，这项技术将有广阔的发展空间。因地制宜选择地源热泵的形式可以提高对现有地热源的利用率，是目前开发低温热能的重要手段，将对中国节能减排工作起到促进作用。
参考文献：
[1]周政平.水源热泵空调应用.浙江建筑，1998，（1）：34-38.
[2]吕丽霞.地源热泵地下换热埋管传热特性研究[D].大连理工大学，2005.
[3]Bose J E，Parker J D.Ground-coupled heat pump research[J].ASHRAE Transactions，1983，89(2):375-390.
[4]王勇，刘宪英，付祥钊.地源热泵及地下蓄能的实验研究[J].暖通空调，2003，33(5):21-23.
[5]魏先勋，李元旦，林玉鹏等.土壤源热泵的研究[J].湖南大学学报，2003，27(2):62-65.
[6]曾和义，方肇洪.双u型埋管地热换热器的传热模型[J].山东建筑工程学院学报，2003，18(1):11-17.
[7]宋小飞，温治，司俊龙.地源热泵U型管地下换热器的CFD数值模拟[J].北京科技大学学报，2007，29(3):329-333.
[8]袁艳平，雷波，余南阳等.地源热泵地埋管换热器传热研究[J].暖通空调，2008，38(4):25-32.
作者：姚伟 等