熱泵是一種利用大自然中蘊(yùn)藏著大量的較低溫度的低品位熱能（也稱自然能源，包括大氣、地表水、海水，地下水、土壤等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。實(shí)際上，全國存在大量的自然能源未得到充分利用，這些自然能源與建筑能源的溫度非常接近，因此大面積推廣熱泵技術(shù)，使這些自然能源能夠得到大規(guī)模利用，對(duì)緩解我國的能源緊張形勢(shì)，推進(jìn)我國的建筑節(jié)能事業(yè)，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
建筑能源三大特性--建筑能源具有以下三個(gè)特點(diǎn)：
1、低品位能源。熱能根據(jù)其溫度的高低可分為低品位能源和高品位能源。建筑采暖空調(diào)所需熱（冷）能的溫度小于100℃，屬低品位能源。我國著名能源專家早在1980 年就提出用能的基本原則是“溫度對(duì)口，梯級(jí)利用”。因此建筑能源應(yīng)優(yōu)先選擇低品位能源，而盡量避免采用直接燃燒化石能源的方式進(jìn)行采暖和空調(diào)。
2、狹窄的溫度范圍。建筑空調(diào)冷凍水的溫度一般為5～12℃，供熱熱水溫度在45～60℃左右，地板供暖溫度在40℃以下。由此可見，建筑能源的溫度范圍非常狹窄。
3、與自然能源溫度接近。北京地溫全年約14 ℃左右；污水溫度一般在16℃左右；空氣溫度一般為－20～40℃；江河湖水溫度夏季28～35℃，冬季3～5℃；我國四大海域50～100m 范圍內(nèi)全年維持在20℃左右。這些自然能源的溫度與建筑能源非常接近，只需利用熱泵將其溫度提高和降低，就能滿足建筑采暖空調(diào)的需要。建筑能源的三個(gè)特點(diǎn)決定了我們應(yīng)該大規(guī)模利用建筑自然能源。事實(shí)上，這些自然能源在我國分布廣泛，蘊(yùn)藏量豐富，如在沿海地區(qū)可以充分利用海水，在沿河沿湖地區(qū)可充分利用河水、湖水，城市污水處理站附近區(qū)域可充分利用污水資源，低密度建筑可充分利用土壤的能量。值得指出的是，自然能源雖與建筑能源的溫度比較接近，但它很難直接利用，必須借助熱泵技術(shù)才能滿足建筑采暖空調(diào)的需要。
熱泵技術(shù)節(jié)能環(huán)保
熱泵是通過做功使熱量從溫度低的介質(zhì)流向溫度高的介質(zhì)的裝置。建筑的空調(diào)系統(tǒng)一般應(yīng)滿足冬季的供熱和夏季制冷兩種相反的要求。傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)通常需分別設(shè)置冷源（制冷機(jī)）和熱源（鍋爐）。而一套建筑物熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)可以代替原來的采暖鍋爐和制冷機(jī)兩套裝置。而且系統(tǒng)緊湊，省去了鍋爐房和冷卻塔，不但節(jié)省了初投資，也節(jié)省了建筑空間，而且全年僅采用電力這種清潔能源，大大減輕了供暖造成的大氣污染問題。采用熱泵為建筑物供熱可以大大降低一次能源的消耗。燃燒礦物燃料通?？僧a(chǎn)生1500-1800℃的高溫，是高品位的熱能，而建筑供熱最終需要的是20-25℃的低品位的熱能。這種低溫?zé)崮苋羰峭ㄟ^電鍋爐加熱或礦物燃料燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)崮軄慝@得，則意味著大量可利用的高品位能源的流失。把高品位的能量當(dāng)作低品位能量使用，是“能質(zhì)不匹配”，也是一種不可忽視的常規(guī)能源的浪費(fèi)。熱泵是以大自然中蘊(yùn)藏著大量的較低溫度的低品位熱能為熱源，通過壓縮機(jī)的工作從這些熱源中吸取其中蘊(yùn)藏著的大量較低溫度的低品位熱能，并將其溫度提高后再傳給高溫?zé)嵩?。供熱用熱泵的能效比（COP 值，即建筑所獲得的熱能與熱泵壓縮機(jī)所消耗的電能之比)可達(dá)3 －6，即當(dāng)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的功率為1kW 時(shí)，可望在高溫?zé)嵩刺幍玫? －6kW 的熱能。所以，采用熱泵技術(shù)為建筑物供熱可節(jié)省燃料和電能的消耗，降低運(yùn)行費(fèi)用，節(jié)能效果突出。
供能技術(shù)成熟先進(jìn)
一般來說，先進(jìn)的技術(shù)并不成熟，成熟的技術(shù)并不先進(jìn)，但熱泵技術(shù)則是一項(xiàng)成熟先進(jìn)的供能技術(shù)。高效節(jié)能、環(huán)保的熱泵技術(shù)其成熟性主要體現(xiàn)在該技術(shù)在國外已得到大規(guī)模應(yīng)用并且已明確列入我國的國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和政策文件中。《中華人民共和國節(jié)約能源法》、建設(shè)部《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》、國家經(jīng)貿(mào)委《2000-2015年新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃要點(diǎn)》、各氣候區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、《可再生能源法》等國家法律法規(guī)和國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中都明確提出要推廣使用熱泵技術(shù)，尤其是地源熱泵技術(shù)。熱泵是世界可再生能源利用中增長最快的產(chǎn)業(yè)之一。在過去的10 年中，大約30 個(gè)國家的熱泵年增長率達(dá)到了10％。熱泵發(fā)展最快的是歐洲和美國，其他國家如日本和土耳其也正在積極發(fā)展地源熱泵產(chǎn)業(yè)。目前世界安裝的熱泵系統(tǒng)的總?cè)萘亢彤a(chǎn)熱量達(dá)9500 MW 和52000TJ/yr（14400GWh/yr），實(shí)際安裝熱泵的數(shù)量為80 萬套。
據(jù)美國地源熱泵聯(lián)合會(huì)的統(tǒng)計(jì), 1985 年美國共有1.4 萬套地源熱泵，以后地源熱泵系統(tǒng)的安裝穩(wěn)步增長，目前已增長到5萬套/年，而且每年以10％的速度穩(wěn)步增長，到2010 年將達(dá)到12 萬套/ 年。歐洲地源熱泵研究開發(fā)已有20 年的歷史，該項(xiàng)技術(shù)的可持續(xù)性已在歐洲到了普遍認(rèn)可，并且歐洲有完善的設(shè)計(jì)和安裝標(biāo)準(zhǔn)。90 年代以來，歐洲地源熱泵安裝進(jìn)入了快速增長時(shí)期。歐洲熱泵主要集中于北歐和中歐，如奧地利、法國、瑞典、瑞士、德國、丹麥等。瑞士熱泵技術(shù)年增長率達(dá)到了15％。目前瑞典地源熱泵的安裝總量約有20 萬套, 為是世界上熱泵應(yīng)用人均比例最高的國家。
技術(shù)分類和特點(diǎn)
熱泵一般有六種類型，即土壤源熱泵、地表水水源熱泵，地下水水源熱泵，海水水源熱泵，污水水源熱泵和空氣源熱泵。土壤源熱泵技術(shù)土壤源熱泵是熱泵應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)分支,它是一種利用地下土壤能源資源作為熱泵冷、熱源的熱泵系統(tǒng),通常只要輸入少量的高品位能源,通過土壤源熱泵即可把土壤中所儲(chǔ)存的不能直接使用的低品位能源轉(zhuǎn)化成有用的熱能。與空氣源熱泵相比,由于地下土壤溫度全年相對(duì)穩(wěn)定,土壤源熱泵的性能系數(shù)高于空氣源熱泵,具有明顯的節(jié)能效果;而且埋地?fù)Q熱器無需除霜,可減少冬季除霜的能耗；由于土壤具有較好的蓄能特性，還可與太陽能聯(lián)用改善冬季運(yùn)行條件。土壤源熱泵主要應(yīng)用于空地面積足夠的低密度建筑物，比如別墅、低密度住宅及公共建筑、商用建筑。地表水源熱泵技術(shù)地表水源熱泵就是利用江、河、湖的地表水作為熱泵機(jī)組的熱源。當(dāng)建筑物的周圍有大量的地表水域可以利用時(shí)，可通過水泵和輸配管路將水體的熱量傳遞給熱泵機(jī)組或?qū)岜脵C(jī)組的熱量釋放到地表蓄水體中。地表水源熱泵適用于象江蘇、浙江、湖北等地表水比較豐富的地區(qū)。
地下水源熱泵技術(shù) 以地下水為熱源或冷源的水源熱泵有兩種形式：一是開式環(huán)路，二是閉式環(huán)路。所謂開式系統(tǒng)就是通過潛水泵將抽取的地下水直接送入熱泵機(jī)組；所謂閉式系統(tǒng)就是通過一個(gè)板式換熱器將地下水和建筑物內(nèi)的水系統(tǒng)隔絕開來。由于地下水源熱泵可能導(dǎo)致一些環(huán)境問題, 近年來國外使用得越來越少。國內(nèi)部分地區(qū)也限制開采地下水或收取資源費(fèi)。但此系統(tǒng)的鉆井工程量小,造價(jià)低，在一些地下水豐富的地區(qū)或農(nóng)村地區(qū)仍可以使用。海水水源熱泵技術(shù) 海水在一定的使用條件下是熱泵機(jī)組非常好的熱源形式之一，在25-50 米水深位置海水的溫度基本恒定（5-8℃），主要用于中等規(guī)模及大規(guī)模的熱泵系統(tǒng)中。我國東部沿海地區(qū)海水資源豐富，經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，在資源、技術(shù)、資金等方面都具備了相應(yīng)的發(fā)展條件。引進(jìn)國外先進(jìn)的技術(shù)，開發(fā)大型區(qū)域海水供熱供冷熱泵機(jī)組，特別是在夏熱冬冷地區(qū)，已成為節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的有效途徑。
污水水源熱泵技術(shù) 污水源熱泵采用污水作為水源熱泵的熱源，根據(jù)污水夏季溫度低于室外溫度,冬季高于室外溫度的特點(diǎn),用熱泵利用污水冷熱能。污水源熱泵系統(tǒng)按照其使用的污水的處理狀態(tài)可分為以未處理過的污水作為熱源的污水源熱泵系統(tǒng)、以二級(jí)出水或中水作為熱源的污水源熱泵系統(tǒng);按照熱泵機(jī)組機(jī)房的布置情況可分為集中式、半集中式和分散式的污水源熱泵系統(tǒng)。污水水源熱泵市場(chǎng)目前在國內(nèi)基本屬于空白。國內(nèi)目前僅有高碑店污水處理
廠采用北京工業(yè)大學(xué)污水熱泵技術(shù)，供暖空調(diào)面積3000 平米。隨著政府對(duì)環(huán)保的進(jìn)一步重視及對(duì)污水處理的進(jìn)一步投資，污水熱泵技術(shù)將得到進(jìn)一步發(fā)展?？諝庠礋岜眉夹g(shù) 空氣源熱泵是以空氣作為高溫(低溫) 熱源來進(jìn)行供熱(供冷) 的裝置。相對(duì)于其它熱泵類型而言,我國對(duì)空氣源熱泵的研究起步較早,研究內(nèi)容也較多。以環(huán)境空氣作為低品位熱源,可以取之不盡,用之不竭,處處都有,無償獲取?？諝庠礋岜冒惭b靈活、使用方便、初投資相對(duì)較低,且比較適用于分戶安裝。目前我國室內(nèi)空調(diào)器大都采用的是這種形式。近些年，我國的清華大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)、重慶大學(xué)、山東建筑工程學(xué)院、中國科學(xué)院等一大批科研機(jī)構(gòu)對(duì)熱泵技術(shù)進(jìn)行了長期的研究開發(fā)工作，尤其是北京工業(yè)大學(xué)是唯一一所對(duì)五種熱泵技術(shù)進(jìn)行研究，并建立示范工程的單位。在土壤源熱泵方面，北京工業(yè)大學(xué)在地下溫度場(chǎng)的測(cè)試和模擬、地下?lián)Q熱器性能評(píng)價(jià)和強(qiáng)化傳熱、熱泵機(jī)組的設(shè)計(jì)與制造、地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝方面取得了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究成果，研制了系列熱泵機(jī)組，完成了近十萬平方米的示范工程，在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，從而為熱泵技術(shù)的大規(guī)模推廣提供了技術(shù)保證。
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