摘要：介绍了地源热泵技术的概念及工作原理，对地下水热泵系统、地表水热系统等三种地源热泵空调的应用方式作了阐述，经与传统的中央空调作比较，提出了国内外地源热泵的发展前景。
   1 概述
   随着经济建设的发展及人民生活水平的提高，建筑物的总能量消耗及按人口面积的能量消耗也随之逐年增长。世界各国在实际经验中逐步认识到暖通、空调、制冷系统的能量占总能量消耗的比重越来越大，同时又多次受到能源危机的冲击，特别是随着可持续发展和公众环保意识的提高，世界和中国能源利用的结构都在发生变化，在20世纪如年代以后，对于空调方式开始有新的尝试和探讨，提出了地源热泵技术是利用可再生能源的一种技术，是国家能源部和建设部明令推广使用的能源之一。
   2 地源热泵技术的概念和工作原理
   地源热泵(也称地热泵)是利用地下常温土壤和地下水相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水，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与建筑物完成热交换的一种技术。
   地球是一个巨大的蓄热体，一年四季其地表5m以下的土壤温度十分稳定，是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源。地源热泵机组工作原理就是在夏季从土壤或地下水中提取冷量，由热泵原理通过空气或水作为载热剂降低温度后送到建筑物中，而冬季，则从土壤或地下水中提取热量，由热泵原理通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中，从而实现的热交换过程。需要特别指出的是：地热泵中的冷热源不是指地下的热汽或热水，而是指一般的常温土壤、地表水、地下水。 
   3 地源热泵空调的应用方式 
   3.1 地下水热泵系统  
   水源热泵机组通过板式换热器与由水泵抽取的深层地下水进行热交换一吸热(采暖)和排热(制冷)，经过热交换的地下水再排入或加压泵入地下水层中。即水源热泵空调机组加二到三眼浅井为系统提供冷(热)源，末端选用风机盘管系统。夏季供冷(7℃一12℃冷水)，冬季供热(45℃一52℃热水)。 
   在没有空地或水域的情况下，这种系统可提供一种解决方案，而且可应用于各种不同大小制冷供暖面积的建筑物上，但该系统易受地下水资源变化的影响，且需考查当地地下水资源的情况及地质条件是否适合打井。 
   3.2 地表水热泵系统 
   水源热泵机组通过铺设在水底的盘管内部的流体(水或防冻剂)与江河、湖泊、海水进行热交换——吸热(采暖)和排热(制冷)。当建筑物周围有较大的河流或水域时，此种系统是一种初投资较小的空调方案，并可根据需要适合不同制冷供暖面积的建筑物。
   3.3 地耦管热泵系统 
   以导热好、抗腐蚀、强度高且可绕曲的材料制成管路，内有导热流体(水或防冻剂)同土壤直接换热后，进入水源热泵机组的热交换器与其换热。当制冷供暖面积较小、周围有较大空地时，采用水平敷设地锅管路系统较合理，初投资较小；当制冷供暖面积较大、周围有一定空地时，可采用垂直敷设地锅管路系统，但其初投资相对较大。 
   4 与传统的中央空调比较 
   燃煤锅炉对环境的污染严重，而燃油及电锅炉采暖造价及运行费用皆较高，让人难以承受，也不符合国家长期发展的能源政策，而地源热泵空调技术是国家科技部重点推广的项目，也是国家节能设计手册优先选用的冷(热)源方式。因此，近十几年来，尤其是近五年来，中国的地源热泵市场日趋活跃。 
   通常消耗l kw的电能或获取4kw的热量或冷量，与锅炉(电、燃料)和空气源热泵的供热系统相比，锅炉供热只能将90％一98％的电能或70％一90％的燃料内能转化为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省2／3以上的电能，比燃料锅炉节省l／3以上的能量；由于水源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10℃一25℃，其制冷、制热系数可达3.5—4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40％左右，其运行费用为普通中央空调的50％一60％。 
   地源热泵系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物，地源热泵有着明显的优点，不仅节省了大量能源，而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求，减少了设备的初投资。 
   地源热泵的应用会受到以下因素的制约：1)可利用的资源条件限制；2)投资的经济性。由于受不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，地源的基本条件不同，一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。 
   5 国内外地源热泵的发展历史及前景
   在中国传统的空调系统概念中，在过去相当长的时期，南方以水冷机组解决夏季制冷问题，中、北方以燃煤锅炉解决冬季取暖问题。20世纪80年代以后，出现了演化铿机组、风冷机组，90年代以后，从原有的煤、石油取暖过渡到以天然气及电等清洁能源。但是，替代能源虽然可以部分解决大气污染的问题，可是天然气和石油等都属于不可再生的能源，且采暖造价及运行费用皆较高，因此必须寻找可以再生的能源，从而提出了地源热泵空调新技术。 
   在国外，地源热泵真正意义的商业应用也只有近十几年的历史，但发展相当迅速。如美国，截止1985年全国共有14000台地源热泵，而1997年就安装了45000台，而且每年以10％的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19％，其中新建筑中占30％ 
   与美国有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管(埋深小于400m深)的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计，在家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96％，奥地利为38％，丹麦为27％。
   中国最早在20世纪50年代，就尝试夏取冬灌的方式抽取地下水制冷，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。目前，国内多家大学和研究机构都在对地源热泵进行研究，其中清华大学的多工况水源热泵已形成产业化的成果，建成数个示范工程。美国能源部和中国科技部于1997年11月签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书，其中主要内容之一是“地源热泵”，推广运用这种绿色技术，缓解中国对煤炭和石油的依赖程度，从而达到能源资源多元化的目的。
   在未来的几年中，中国面临着巨大的能源压力。一方面，中国的经济要保持较高速度的增长，另一方面，又必须考虑环保和可持续发展问题。所以要求提高能源利用效率和进行能源结构调整。为了适应市场要求和参加国际竞争，必须加快中国品牌的地源热泵的产业化研究开发。