地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是利用地下淺層地?zé)豳Y源進(jìn)行供熱、供冷的、無(wú)污染、可再生的新能源節(jié)能技術(shù)，本文就其背景、原理、優(yōu)點(diǎn)、安裝等角度展開(kāi)分析與研究，從低碳節(jié)能、環(huán)保、安全、便捷等方面，對(duì)于地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，從而達(dá)到對(duì)地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用。

　　1.地源熱泵工作原理

　　地源熱泵（也稱(chēng)地?zé)岜茫┦怯行У睦�用土壤的良好蓄熱及蓄冷特性進(jìn)行的熱力學(xué)逆循環(huán)即利用地下常溫土壤和地下水相對(duì)穩(wěn)定的特性，通過(guò)深埋于建筑物周?chē)�的管路系統(tǒng)或地下水，采用熱泵原理，通過(guò)少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移與建筑物完成熱交換的一種工程應(yīng)用技術(shù)技術(shù)。

　　地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分：室外地能換熱系統(tǒng)、水源熱泵機(jī)組系統(tǒng)和室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)。其中水源熱泵機(jī)組主要有兩種形式：水-水型機(jī)組或水-空氣型機(jī)組。三個(gè)系統(tǒng)之間靠水或空氣換熱介質(zhì)進(jìn)行熱量的傳遞，水源熱泵與地能之間換熱介質(zhì)為水，與建筑物采暖空調(diào)末端換熱介質(zhì)可以是水或空氣。

　　地源熱泵工作原理是：在夏季供冷時(shí)，地源熱泵技術(shù)利用地下環(huán)境溫度較低的特點(diǎn)，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對(duì)冷媒做功，使其進(jìn)行汽-液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。通過(guò)冷媒/空氣熱交換器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)將室內(nèi)空氣循環(huán)所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時(shí)再通過(guò)冷媒/水熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝，由循環(huán)水路將冷媒中所攜帶的熱量吸收，最終通過(guò)室外地能換熱系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至地下水或土壤里。在室內(nèi)熱量通過(guò)室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)、水源熱泵機(jī)組系統(tǒng)和室外地能換熱系統(tǒng)不斷轉(zhuǎn)移至地下的過(guò)程中，通過(guò)冷媒-空氣熱交換器，以冷風(fēng)的形式為房供冷。地源熱泵與冷凝器直接與空氣環(huán)境進(jìn)行熱交換的普通空調(diào)器制冷相比，比普通空調(diào)節(jié)能50%以上。在冬季供熱時(shí)，地源熱泵系統(tǒng)通過(guò)埋藏在地下的管道將儲(chǔ)存在地下的熱能通過(guò)傳熱介質(zhì)吸收，作為逆循環(huán)中的低溫?zé)嵩�，通過(guò)輸入少量的高位電能使熱泵壓縮機(jī)完成逆循環(huán)，并向用戶(hù)提供高品位的熱能。根據(jù)地?zé)峤粨Q系統(tǒng)形式的不同，地源熱泵系統(tǒng)分為地下水地源熱泵系統(tǒng)和地表水地源熱泵系統(tǒng)和地埋管地源熱泵系統(tǒng)。

　　2.地源熱泵優(yōu)點(diǎn)

　　2.1 地源熱泵技術(shù)屬可再生能源利用技術(shù) 地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源（通常小于400米深）作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地?zé)豳Y源可以稱(chēng)之為地能（Earth Energy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽(yáng)能、地?zé)崮芏�蘊(yùn)藏的低溫位熱能。地表淺層是一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，收集了47％的太陽(yáng)能量，比人類(lèi)每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無(wú)處不在。這種儲(chǔ)存于地表淺層近乎無(wú)限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。

　　2.2 地源熱泵屬經(jīng)濟(jì)有效的低碳節(jié)能技術(shù)

　　地能或地表淺層地?zé)豳Y源的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高40%，因此要節(jié)能和節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用40%左右。另外，地能溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。據(jù)美國(guó)環(huán)保署EPA估計(jì)，設(shè)計(jì)安裝良好的地源熱泵，平均來(lái)說(shuō)可以節(jié)約用戶(hù)30～40％的供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用。

　　2.3 地源熱泵環(huán)境效益顯著

　　地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40％以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70％以上，如果結(jié)合其它節(jié)能措施節(jié)能減排會(huì)更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25％的充灌量；屬自含式系統(tǒng)，即該裝置能在工廠車(chē)間內(nèi)事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏機(jī)率大為減少。據(jù)測(cè)算，若安裝地源熱泵40萬(wàn)臺(tái)，和采用“化石能源”比，相當(dāng)于降低溫室氣體排放100萬(wàn)噸，和50萬(wàn)輛汽車(chē)的污染排放物。同時(shí)，熱泵空調(diào)在每個(gè)房間都有單獨(dú)的能量分配器，可以自主調(diào)節(jié)溫度。

　　2.4 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用低

　　在同等條件下，采用地源熱泵系統(tǒng)的建筑物能夠減少維護(hù)費(fèi)用。與鍋爐（電、燃料）供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70%～90%的燃料內(nèi)能為熱量，供用戶(hù)使用，因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量；由于地源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10～25℃，其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.5～4.4，其運(yùn)行費(fèi)用為普通中央空調(diào)的50～60%.地源熱泵的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安裝在室內(nèi)，從而避免了室外的惡劣氣候，其地下部分可保證50年，地上部分可保證30年，因此地源熱泵是免維護(hù)空調(diào)，節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用。

　　3.地源熱泵室外地埋管系統(tǒng)安裝

　　地源熱泵室外地埋管一般選用垂直埋管方式，也叫直埋式。直埋式地源熱泵施工時(shí)所需場(chǎng)地小，節(jié)省建筑空間，是一種經(jīng)濟(jì)、對(duì)環(huán)境無(wú)害的綠色能源利用方式。它運(yùn)行時(shí)無(wú)噪聲，可靠、持久，供熱/ 制冷效果好，舒適感好，是一種值得推廣的能源利用新技術(shù)。安裝過(guò)程如下：

　　3.1 鉆孔

　　直埋式地源熱泵需要用鉆機(jī)進(jìn)行施工，要求鉆機(jī)的鉆進(jìn)深度達(dá)到150～200m，鉆頭的直徑根據(jù)需要在100～150mm之間。由于鉆孔深度較淺，一般采用常規(guī)的正循環(huán)鉆進(jìn)方法。在我國(guó)，可以選用普通的工程勘察鉆機(jī)、巖心鉆機(jī)，如DKⅢ-300型鉆機(jī)、DPP100型車(chē)裝鉆機(jī)等。鉆孔施工完成后孔壁必須保持完整。如果施工區(qū)地層土質(zhì)比較好，可以采用裸孔鉆進(jìn)；如果是砂層，孔壁容易坍塌，則必須下套管。裸孔鉆進(jìn)時(shí)，要求泥漿的密度在1125g/cm3左右，以保證形成比較穩(wěn)定的孔壁并逐漸降低泥漿濃度（加清水）；成孔時(shí)，要求最后上返泥漿的密度1108g/cm3左右，且泥漿中基本不含砂粒。

　　3.2 U型管的制備

　　按照事先設(shè)計(jì)好的接管方式，把PVC型管制備好，要求盡可能讓U型彎接頭的熔接作業(yè)在室內(nèi)進(jìn)行，以保證接頭熔接的可靠性。在場(chǎng)地內(nèi)展開(kāi)U型管，以使其最好地下入孔內(nèi)。注入防凍液。防凍液可以增加U型管的整體重力，使下管更加容易，并作為傳熱介質(zhì)。確保防凍液無(wú)泄漏后，在PVC管的U型接頭處捆綁配重。配重一般選用a8～15mm的鋼筋，長(zhǎng)度為215m左右，根據(jù)下入PVC管的根數(shù)決定配筋的數(shù)量，一般下入3根PVC管配1根筋，下入5根PVC管配2根筋。

　　3.3 下U 型管

　　U型管的下放是工程的關(guān)鍵，因?yàn)橄氯險(xiǎn)型管的深度決定著采取熱量總量的多少，所以必須保證下入U(xiǎn)型管的深度。按照熱交換原理，計(jì)算下入U(xiǎn)型管的深度，是以下管的長(zhǎng)度計(jì)算，而不是按垂直距離計(jì)算。下U型管的方法十分簡(jiǎn)單。一般采用人力下管，一方面人的感覺(jué)可以判斷U型管的完好與否；另一方面，人力也足以使其完全地下入孔內(nèi)。在施工過(guò)程中，由于孔內(nèi)情況復(fù)雜，下入U(xiǎn)型管時(shí)可能會(huì)遇到很大的阻力（主要來(lái)自孔壁對(duì)U型管的摩擦阻力），可以采用如下方法進(jìn)行下管：在PVC管上套上粗麻繩，輔以扶正機(jī)構(gòu)，通過(guò)加力杠桿作用于粗麻繩上，以便下管。實(shí)踐證明，這種方法很有效，一般可以增加下管深度10～20m. 3.4 灌注 注漿是為了填充U型管與鉆孔孔壁間的間隙，使其具有更好的傳熱性能。填充材料的選擇決定了傳熱率的大小，選擇一種熱阻抗比較小的材料，是提高整個(gè)系統(tǒng)效率的有效途徑。美國(guó)、加拿大、日本等國(guó)的觀點(diǎn)認(rèn)為，最好是把鉆孔所取出的巖土體進(jìn)行回填，但是這在工程上實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，所以一般選用特殊物質(zhì)制成的專(zhuān)門(mén)的灌注材料。注漿時(shí)，必須保證注漿的連續(xù)性，否則會(huì)降低傳熱效果，影響工程質(zhì)量。

　　4.結(jié)束語(yǔ)

　　在我國(guó)，從90年代起，就興起了地?zé)嶂苯永�用的高潮，尤其在高緯度寒冷的三北（東北、華北、西北）地區(qū)，加大了以地?zé)峁┡癁橹鞯拈_(kāi)發(fā)力度。這項(xiàng)工作的開(kāi)展不僅減少了大量有害物質(zhì)的排放，而且還能取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。除此之外，目前北京、天津、西安等地正在利用熱泵技術(shù)等多種形式進(jìn)行示范工程并逐漸推廣。東南沿海地區(qū)在發(fā)展旅游業(yè)的同時(shí)利用地?zé)徇M(jìn)行制冷和烘干。需要特別加以指出的是隨著熱泵技術(shù)的發(fā)展和采用，中低溫?zé)崴�在全�?guó)正以強(qiáng)勁勢(shì)頭向規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化方向健康發(fā)展。

　　如今能源成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“指南針”。國(guó)際能源專(zhuān)家普遍認(rèn)為，新能源和可再生能源是21世紀(jì)將得到快速發(fā)展的能源。我國(guó)地?zé)豳Y源豐富，應(yīng)該抓住這一良遇，加速地?zé)岬拈_(kāi)發(fā)，為我國(guó)可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)做出積極貢獻(xiàn)。