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摘 要 随着城市规模快速发展，集中供热也得到了迅速发展。然而由于传统集中供热热源日趋紧张，同时环保要求力度增大，越来越多的集中供热项目把目光投向新能源、可再生能源。地源热泵系统就是其中之一，它是利用浅层地热能源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等的能量）的既可供热又可制冷的高效节能系统。本文就地源热泵实际应用中的效果以及出现的相关问题进行简单的探讨和分析。
关键词 地源热泵 应用 问题 分析
1 概述
2006年3月开始施行的《中华人民共和国可再生能源法》和2007年10月修订的《中华人民共和国节约能源法》，这两部能源法鼓励、支持采用太阳能、地热能等可再生资源供暖、制冷、制备生活热水，为地源热泵的推广和实际应用提供了法律保障。近几年，地源热泵系统经过不断发展，在技术和应用上有了新的突破，但是也出现了不少新的问题。
2 地源热泵系统的成功应用
地源热泵系统，是通过输入少量的高品位的电能，实现由低品位热能向高品位热能转移的技术系统。一般在空调系统中，地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。地源热泵根据热源不同，又可分为以下几种形式：一、是以地下水为热源（冷汇）的地源热泵技术，需要打口井从地下抽取地下水，经过热泵提取（释放）热量后回灌入另一口井；二、是以地表水为热源（冷汇）的地源热泵技术可以利用江、河、湖、泊或生活污水等作为热源（冷汇）；三、是以土壤为热源（冷汇）的地源热泵技术，是采用地下埋管（约120米深）的方式，水在管道中循环，在土壤中获得（释放）热量，水经过热泵机组时经过提取向外供应热（冷）量。
目前已有很多项目采用地源热泵技术用于供热和供冷，河北省警卫局采用了土壤源热泵实现了供热供冷；常州朗诗国际住宅小区项目采用土壤源热泵实现了冬季供暖；上海世博园采用地表水地源热泵，以黄浦江江水作为冷热源，实现了世博园的供热、供冷；天津市诺恩温泉宫项目采用海水源热泵系统，实现了该项目的冷热供应。这些项目的应用充分验证了地源热泵技术是可以实现供热、供冷的，其节能效果也十分可观。
3地源热泵系统在应用中需要注意的几个问题
3.1技术问题
以地下水为热源（冷汇）的地源热泵在抽水及回灌的过程中，会造成井中砂的移动，当大量的井砂移出后，往往会造成抽水井的塌陷，同时也造成了回水井的堵塞，缩短了井的寿命，实际无法达到100%回灌。井水回灌不暢，不但浪费水资源，更会造成地下水位下降，地面下沉。即使完全回灌，大量的抽取和回灌地下水，必然造成地下水位的不平衡，影响当地的地质构造，有可能危害地上的建筑物。鉴于此，包括石家庄在内的很多城市已禁止打井用于地源热泵的热源（冷汇）。
与采用地下水相比较，以地表水为热源（冷汇）的地源热泵的危害要小很多，但在规模化应用过程中大量的冷量和热量排入水中。还是会对特定的区域水体温度场分布产生影响，进而对水环境造成一定的污染。例如水温升高，会降低水中的溶解氧含量，加速有机污染物的分解，增大耗氧，也会使水体中某些毒物的毒性提高，影响水生物生存环境。这种影响具体有多大，影响水域范围有多广，还需要进一步研究。目前已有一些项目的取（排）水处出现了水生物异常的现象。上海世博园地表水地源热泵项目以黄浦江江水作为冷热源，对黄浦江水环境造成一定程度的热污染。天津市诺恩温泉宫项目，本项目采用海水源热泵系统，发现附近海水藻类有增多的迹象。
从水资源保护的角度，以土壤为热源（冷汇）的地源热泵要优于前两种方式，但也存在一定问题。10米以下的底层温度可稳定在10度以上，土壤中的热量都来自太阳，对于热泵来讲是非常稳定的热源。地源热泵夏天将热量从房间转移到土壤里，冬天将热量从土壤里转移到房间里，如果这两个热量是基本平衡的，系统是安全和高效的，如果两个热量不平衡，轻则导致系统的能效比下降，重则导致系统崩溃，无法正常制冷和制热。地表面吸收太阳能后，向地下土壤、卵石与岩石的传热，地下含水层的热迁移都是十分缓慢的，单纯依靠太阳能补充热量或地面自然向外散发热量都是不能满足需要的，如果我们不遵守年热平衡原则，倘若真的每年冬季累计向地下吸热量大于夏季累计释热量，即使该地区地下恒温带每年只降低0.5℃，10年后该地源热泵系统就不能有效正常工作了。目前已出现一些项目因冷、热不平衡造成设备效率逐年下降的现象。河北省警卫局土壤源热泵项目，第一个采暖期达到设计要求，由于其夏季释热量较小，在第二个采暖期出现个别房间室温达不到设计要求，地埋管换热器换热量已出现3%-5%的衰减。常州朗诗国际项目，仅冬季供暖，目前供热量已出现一定衰减，若不能实现夏季回补，冬季衰减将逐年增加，为系统正常运行造成很大影响。
3.2运行安全性问题
3.2.1设备寿命尚存在疑问
根据某地源热泵生产厂家介绍，热泵机组的平均使用寿命约为20年。而根据调查，地源热泵机组的设备寿命和设备质量、操作水平、运行工况都有着直接的关系，它实际在我国的推广时间不超过5年，是否能够达到20年，使用中的维护成本是否较高都存在疑问，只能依靠时间来检验。
3.2.2埋地管质量难以把握
目前地源热泵所用地埋管采用PE塑料管，一部分厂家声称能够使用70年，但根据我国目前的市场情况调查，该产品市场价格相差10倍以上，有的产品价格甚至低于原料价格，质量堪忧，能够使用的年限很难预测。作为隐蔽工程，且很多是不可维修更换的隐蔽工程，若出现问题，很难再进行返工维修。目前已发现有地源热泵项目出现漏水现象。
3.2.3初投资较高且风险较大
与集中供热比较，其投资较大，达到200元/平方米（仅热源站投资），而集中供热成本约为80元/平方米（含锅炉房、市政管网建设和热力站建设）。如此高的投资，若出现设备质量问题，需要进行二次投资，若地埋管出现质量问题便无法进行二次敷设，将会出现无法挽回的损失，投资风险较大。
3.3 用电和用地问题
3.3.1 用电问题
举例来说，如果一座城市有1000万平方米建筑取暖采用地源热泵系统，建筑采暖热指标为50瓦/平方米，COP值按照3来计算，采用地源热泵每个采暖期需耗电约4800亿度电，需要175兆瓦的发电机组进行电力保障。在城市中大范围的推广使用地源热泵系统，稳定的电力保障是需要考虑的一个重要问题。
3.3.2用地问题
地源热泵中最为环保的是土壤源热泵，但这种方式占地面积很大，即使采用最少占地的垂直埋管方式，每100平方米的建筑面积需要的土壤面积在25平方米以上。我国大部分城市中多为集中高层建筑群，高层住宅底部多为全开挖设计，地下为车库，基本无法进行埋管。若在建筑下进行埋管将存在很大的风险，管道无法维修、更换。因此，若要采用地源热泵系统取暖，在进行规划时就要考虑用地问题。
4 结论与建议
虽然地源热泵系统在节能、环保上的优势比较突出，但是由于以上的可能会出现的各种问题，地源热泵的应用受到一些限制，特别是对于我们这个人多地少的国家，城市人口密度大，分布相对集中，大面积推广存在一定难度。以热电联产为热源的集中供热仍应作为当前集中供热的主要方式，不会马上被地源热泵系统所替代，热电联产供热系统只需在环保措施上再加强即可减少其大气环境影响。在冷、热负荷较接近的建筑，充分考虑以上几个问题后，采用地源热泵系统还是比较可行的。
参考文献
[1]张永 缪小平 朱正亮.解放军理工大学工程兵工程学院. 《洁净与空调技术》2010年 第4期
[2]张建忠谈中国地源热泵行业的发展.中国地源热泵网2011年09月
[3]马最良，吕锐.地源热泵系统设计与应用[M].机械工业出版社， 2007。
[4]陈北领.南华大学 2007年.土壤源热泵空调系统应用研究
关键词 地源热泵 应用 问题 分析
1 概述
2006年3月开始施行的《中华人民共和国可再生能源法》和2007年10月修订的《中华人民共和国节约能源法》，这两部能源法鼓励、支持采用太阳能、地热能等可再生资源供暖、制冷、制备生活热水，为地源热泵的推广和实际应用提供了法律保障。近几年，地源热泵系统经过不断发展，在技术和应用上有了新的突破，但是也出现了不少新的问题。
2 地源热泵系统的成功应用
地源热泵系统，是通过输入少量的高品位的电能，实现由低品位热能向高品位热能转移的技术系统。一般在空调系统中，地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。地源热泵根据热源不同，又可分为以下几种形式：一、是以地下水为热源（冷汇）的地源热泵技术，需要打口井从地下抽取地下水，经过热泵提取（释放）热量后回灌入另一口井；二、是以地表水为热源（冷汇）的地源热泵技术可以利用江、河、湖、泊或生活污水等作为热源（冷汇）；三、是以土壤为热源（冷汇）的地源热泵技术，是采用地下埋管（约120米深）的方式，水在管道中循环，在土壤中获得（释放）热量，水经过热泵机组时经过提取向外供应热（冷）量。
目前已有很多项目采用地源热泵技术用于供热和供冷，河北省警卫局采用了土壤源热泵实现了供热供冷；常州朗诗国际住宅小区项目采用土壤源热泵实现了冬季供暖；上海世博园采用地表水地源热泵，以黄浦江江水作为冷热源，实现了世博园的供热、供冷；天津市诺恩温泉宫项目采用海水源热泵系统，实现了该项目的冷热供应。这些项目的应用充分验证了地源热泵技术是可以实现供热、供冷的，其节能效果也十分可观。
3地源热泵系统在应用中需要注意的几个问题
3.1技术问题
以地下水为热源（冷汇）的地源热泵在抽水及回灌的过程中，会造成井中砂的移动，当大量的井砂移出后，往往会造成抽水井的塌陷，同时也造成了回水井的堵塞，缩短了井的寿命，实际无法达到100%回灌。井水回灌不暢，不但浪费水资源，更会造成地下水位下降，地面下沉。即使完全回灌，大量的抽取和回灌地下水，必然造成地下水位的不平衡，影响当地的地质构造，有可能危害地上的建筑物。鉴于此，包括石家庄在内的很多城市已禁止打井用于地源热泵的热源（冷汇）。
与采用地下水相比较，以地表水为热源（冷汇）的地源热泵的危害要小很多，但在规模化应用过程中大量的冷量和热量排入水中。还是会对特定的区域水体温度场分布产生影响，进而对水环境造成一定的污染。例如水温升高，会降低水中的溶解氧含量，加速有机污染物的分解，增大耗氧，也会使水体中某些毒物的毒性提高，影响水生物生存环境。这种影响具体有多大，影响水域范围有多广，还需要进一步研究。目前已有一些项目的取（排）水处出现了水生物异常的现象。上海世博园地表水地源热泵项目以黄浦江江水作为冷热源，对黄浦江水环境造成一定程度的热污染。天津市诺恩温泉宫项目，本项目采用海水源热泵系统，发现附近海水藻类有增多的迹象。
从水资源保护的角度，以土壤为热源（冷汇）的地源热泵要优于前两种方式，但也存在一定问题。10米以下的底层温度可稳定在10度以上，土壤中的热量都来自太阳，对于热泵来讲是非常稳定的热源。地源热泵夏天将热量从房间转移到土壤里，冬天将热量从土壤里转移到房间里，如果这两个热量是基本平衡的，系统是安全和高效的，如果两个热量不平衡，轻则导致系统的能效比下降，重则导致系统崩溃，无法正常制冷和制热。地表面吸收太阳能后，向地下土壤、卵石与岩石的传热，地下含水层的热迁移都是十分缓慢的，单纯依靠太阳能补充热量或地面自然向外散发热量都是不能满足需要的，如果我们不遵守年热平衡原则，倘若真的每年冬季累计向地下吸热量大于夏季累计释热量，即使该地区地下恒温带每年只降低0.5℃，10年后该地源热泵系统就不能有效正常工作了。目前已出现一些项目因冷、热不平衡造成设备效率逐年下降的现象。河北省警卫局土壤源热泵项目，第一个采暖期达到设计要求，由于其夏季释热量较小，在第二个采暖期出现个别房间室温达不到设计要求，地埋管换热器换热量已出现3%-5%的衰减。常州朗诗国际项目，仅冬季供暖，目前供热量已出现一定衰减，若不能实现夏季回补，冬季衰减将逐年增加，为系统正常运行造成很大影响。
3.2运行安全性问题
3.2.1设备寿命尚存在疑问
根据某地源热泵生产厂家介绍，热泵机组的平均使用寿命约为20年。而根据调查，地源热泵机组的设备寿命和设备质量、操作水平、运行工况都有着直接的关系，它实际在我国的推广时间不超过5年，是否能够达到20年，使用中的维护成本是否较高都存在疑问，只能依靠时间来检验。
3.2.2埋地管质量难以把握
目前地源热泵所用地埋管采用PE塑料管，一部分厂家声称能够使用70年，但根据我国目前的市场情况调查，该产品市场价格相差10倍以上，有的产品价格甚至低于原料价格，质量堪忧，能够使用的年限很难预测。作为隐蔽工程，且很多是不可维修更换的隐蔽工程，若出现问题，很难再进行返工维修。目前已发现有地源热泵项目出现漏水现象。
3.2.3初投资较高且风险较大
与集中供热比较，其投资较大，达到200元/平方米（仅热源站投资），而集中供热成本约为80元/平方米（含锅炉房、市政管网建设和热力站建设）。如此高的投资，若出现设备质量问题，需要进行二次投资，若地埋管出现质量问题便无法进行二次敷设，将会出现无法挽回的损失，投资风险较大。
3.3 用电和用地问题
3.3.1 用电问题
举例来说，如果一座城市有1000万平方米建筑取暖采用地源热泵系统，建筑采暖热指标为50瓦/平方米，COP值按照3来计算，采用地源热泵每个采暖期需耗电约4800亿度电，需要175兆瓦的发电机组进行电力保障。在城市中大范围的推广使用地源热泵系统，稳定的电力保障是需要考虑的一个重要问题。
3.3.2用地问题
地源热泵中最为环保的是土壤源热泵，但这种方式占地面积很大，即使采用最少占地的垂直埋管方式，每100平方米的建筑面积需要的土壤面积在25平方米以上。我国大部分城市中多为集中高层建筑群，高层住宅底部多为全开挖设计，地下为车库，基本无法进行埋管。若在建筑下进行埋管将存在很大的风险，管道无法维修、更换。因此，若要采用地源热泵系统取暖，在进行规划时就要考虑用地问题。
4 结论与建议
虽然地源热泵系统在节能、环保上的优势比较突出，但是由于以上的可能会出现的各种问题，地源热泵的应用受到一些限制，特别是对于我们这个人多地少的国家，城市人口密度大，分布相对集中，大面积推广存在一定难度。以热电联产为热源的集中供热仍应作为当前集中供热的主要方式，不会马上被地源热泵系统所替代，热电联产供热系统只需在环保措施上再加强即可减少其大气环境影响。在冷、热负荷较接近的建筑，充分考虑以上几个问题后，采用地源热泵系统还是比较可行的。
参考文献
[1]张永 缪小平 朱正亮.解放军理工大学工程兵工程学院. 《洁净与空调技术》2010年 第4期
[2]张建忠谈中国地源热泵行业的发展.中国地源热泵网2011年09月
[3]马最良，吕锐.地源热泵系统设计与应用[M].机械工业出版社， 2007。
[4]陈北领.南华大学 2007年.土壤源热泵空调系统应用研究