無(wú)論是歐系還是美系地源熱泵技術(shù)，都已十分成熟，在中國(guó)的推廣應(yīng)用要本著因地制宜的原則，根據(jù)各地的氣候、水文地質(zhì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r以及工程需要，引進(jìn)適合的地源熱泵技術(shù)體系和產(chǎn)品。

    近十年，作為一種清潔、環(huán)保、節(jié)能的可再生能源技術(shù)，地源熱泵技術(shù)在中國(guó)得到很大發(fā)展。即使在經(jīng)濟(jì)危機(jī)來(lái)臨的日子，地源熱泵的安裝總量仍保持著每年20％以上的增速。目前，地源熱泵系統(tǒng)主要有歐系和美系兩種技術(shù)路線。

    定義與優(yōu)劣勢(shì)

    從學(xué)術(shù)上講，地源熱泵是指一種利用少量高位能，實(shí)現(xiàn)從低位能向高位能轉(zhuǎn)移的熱泵空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)；而通俗意義上，地源熱泵是指一種通過(guò)淺層土壤（或地下水）進(jìn)行熱交換的，既可供暖又可制冷，并可提供生活用水的，高效、節(jié)能、無(wú)污染的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。通常，地源熱泵消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量；同時(shí)，由于以0~200m的淺層巖土體作為低溫?zé)嵩?，并且不排放任何廢氣、廢水、廢渣，地源熱泵是一種理想的“綠色技術(shù)”。從能量轉(zhuǎn)換角度來(lái)說(shuō)，地源熱泵是利用淺層巖土體作為蓄熱體并利用其中的能量，而這些能量主要來(lái)源于太陽(yáng)能和地?zé)崮埽且环N用之不盡的可再生能源。

    地源熱泵節(jié)能節(jié)電，供暖時(shí)可節(jié)能40%~60%，制冷時(shí)可節(jié)電30%~50%；運(yùn)行費(fèi)用低，供暖時(shí)可節(jié)省50%~70%的運(yùn)行費(fèi)用，制冷時(shí)可節(jié)省30%~50%。但是，地源熱泵的初裝費(fèi)較高，并需要可供熱交換用的土壤、地表水或地下水，推廣受到以上條件的限制。

    地源熱泵系統(tǒng)分為室內(nèi)系統(tǒng)和室外系統(tǒng)兩個(gè)部分，其中室內(nèi)系統(tǒng)有分散式和中央式兩類。中央式系統(tǒng)與傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)部分相同，由主機(jī)和末端裝置構(gòu)成，這種室內(nèi)系統(tǒng)在中國(guó)和歐洲被廣泛采用。分散式系統(tǒng)通常沒(méi)有主機(jī)，熱泵系統(tǒng)同風(fēng)系統(tǒng)或水系統(tǒng)合二為一，機(jī)組小型化，分布于各個(gè)空調(diào)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)單獨(dú)工作，這種系統(tǒng)在北美地區(qū)被廣泛使用，2000年后才逐步在中國(guó)得到應(yīng)用。

    根據(jù)換熱方式不同，室外系統(tǒng)可以分為利用土壤換熱的封閉式地源熱泵系統(tǒng)和利用地下水、地表水及人工再生水換熱的開(kāi)放式地源熱泵系統(tǒng)。封閉式地源熱泵系統(tǒng)是指通常所說(shuō)的埋管式地源熱泵系統(tǒng)，開(kāi)放式地源熱泵系則為通常所說(shuō)的水源熱泵系統(tǒng)。

    技術(shù)路線發(fā)展史

    根據(jù)室內(nèi)和室外系統(tǒng)形式不同，目前地源熱泵有兩種技術(shù)路線：美系的土-氣（水）型地源熱泵技術(shù)和歐系的水-水型地源熱泵技術(shù)。

    歐系地源熱泵的歷史可追朔至1912年瑞士的一個(gè)專利，之后在20世紀(jì)60年代逐步發(fā)展成主要用于采暖的水-水型地源熱泵技術(shù)。目前，該技術(shù)主要在中北歐國(guó)家（如瑞典、瑞士、奧地利、德國(guó)等）使用，主要用于室內(nèi)地板輻射供暖及提供生活熱水。

    “能源危機(jī)”的出現(xiàn)成就了美系地源熱泵技術(shù)。20世紀(jì)80年代，美國(guó)在水-水型地源熱泵技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出可以不用地下水的，從淺層常溫土壤中取熱或向其排熱，并能直接轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)或冷風(fēng)的土-氣型地源熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)既解決了冷暖兩用問(wèn)題，提高了節(jié)能效率，大幅降低了運(yùn)行成本，又克服了限制開(kāi)采地下水的障礙。此后，土-氣型地源熱泵系統(tǒng)得到迅速推廣。

    對(duì)中國(guó)來(lái)講，地源熱泵技術(shù)是舶來(lái)品，無(wú)論是美系的封閉式地源熱泵系統(tǒng)，還是歐系的開(kāi)放式地源熱泵系統(tǒng)，都是從國(guó)外引進(jìn)的，但是兩者在引進(jìn)的方法、途徑及推廣方式上有所不同。地源熱泵技術(shù)由系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)構(gòu)成。美系地源熱泵技術(shù)是通過(guò)中美兩國(guó)政府的地源熱泵合作項(xiàng)目引入中國(guó)的，經(jīng)歷了從技術(shù)引進(jìn)到技術(shù)國(guó)產(chǎn)化的過(guò)程。這一過(guò)程的重點(diǎn)首先放在系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的引進(jìn)，在市場(chǎng)成熟到一定程度時(shí)再引進(jìn)產(chǎn)品制造技術(shù)，從而完成該技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。歐系地源熱泵技術(shù)則是通過(guò)國(guó)內(nèi)一些廠商仿造歐洲地源熱泵廠家機(jī)組的方式引入中國(guó)的，是一個(gè)從機(jī)組制造技術(shù)引進(jìn)到機(jī)組國(guó)產(chǎn)化的過(guò)程，重點(diǎn)在機(jī)組仿造上，而不在系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)。

    技術(shù)路線的推廣

    封閉式地源熱泵系統(tǒng)利用土壤溫度常年恒定的特點(diǎn)，通過(guò)埋設(shè)在土壤中的封閉管道內(nèi)的水與土壤進(jìn)行熱交換為室內(nèi)供暖或制冷，不需使用地下水，對(duì)水質(zhì)、地質(zhì)不會(huì)產(chǎn)生任何影響，適用性更廣泛。

    由于封閉式地源熱泵系統(tǒng)的換熱主要是通過(guò)固態(tài)巖土體進(jìn)行的，換熱機(jī)理十分復(fù)雜，同時(shí)巖土體本身的結(jié)構(gòu)與成份也非常復(fù)雜，增加了封閉式換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。完全掌握這類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并在施工時(shí)按相關(guān)規(guī)定正確完成換熱器安裝的技術(shù)難度很大，這也是目前出現(xiàn)很多失敗案例的主要原因。目前，在地質(zhì)條件惡劣的地區(qū)，封閉式地源熱泵系統(tǒng)的室外地耦管部分的施工費(fèi)用偏高，影響了該系統(tǒng)的市場(chǎng)推廣速度。

    開(kāi)放式地源熱泵系統(tǒng)的室外施工費(fèi)用相對(duì)較低，無(wú)需占地，受建筑周圍環(huán)境影響小，機(jī)組換熱效率較高。其中，地下水式系統(tǒng)的室外換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度低，得到較為廣泛的應(yīng)用。盡管開(kāi)放式系統(tǒng)使用流體進(jìn)行換熱，系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，但是對(duì)地下水的水質(zhì)及水量都有較高要求，如果水質(zhì)及水量不能滿足系統(tǒng)要求，將難以達(dá)到良好的換熱效果。而地下水的水質(zhì)和水量情況是由地下水本身的資源狀況決定的，若在未充分了解資源的情況下盲目使用，會(huì)導(dǎo)致水量不夠、回灌不利甚至無(wú)法回灌等情況發(fā)生。另外，開(kāi)放式系統(tǒng)需要使用地下水資源，如果不能嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)定使用，將會(huì)對(duì)地下水造成浪費(fèi)和污染。

    如果地源熱泵系統(tǒng)只提供單一的制冷或供暖，就可能對(duì)巖土體溫度的年度平衡產(chǎn)生影響。從靜態(tài)宏觀角度看，在淺層巖土體中，無(wú)論是太陽(yáng)能還是大地?zé)崃?，都不可能在一個(gè)供暖周期內(nèi)為體積龐大的建筑提供熱能。溫度的自然恢復(fù)是緩慢的，在特定條件下也許是有意義的，但一般情況下遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足大型工程的需要。從動(dòng)態(tài)微觀角度看，對(duì)某一區(qū)域而言，巖土體中的熱量是不斷轉(zhuǎn)移和變化的。在巖土體中的地下水滲流將加速熱的擴(kuò)散，而且地下水滲流在很大程度上決定了地下溫度的恢復(fù)速度。相鄰換熱區(qū)域的巖土體，通過(guò)滲流和傳導(dǎo)機(jī)制為換熱區(qū)域帶來(lái)或帶走大量的熱，這也是某些排熱與取熱非平衡的地源熱泵分散項(xiàng)目能夠安全運(yùn)行多年的重要原因。美國(guó)能源部資助Stockton大學(xué)就地耦管對(duì)地溫的影響，進(jìn)行了為期6年的實(shí)測(cè)，研究結(jié)果表明，埋管地區(qū)土壤溫度變化幅度在0.01℃之內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于太陽(yáng)能對(duì)地溫的影響，地源熱泵使用引發(fā)的巖土體熱量不平衡問(wèn)題可以忽略不計(jì)。

    但是，隨著中國(guó)地源熱泵城市級(jí)應(yīng)用的高速發(fā)展，這種使用風(fēng)險(xiǎn)在日益加大，尤其是相鄰的兩個(gè)或數(shù)個(gè)地源熱泵系統(tǒng)之間的熱干擾，已經(jīng)在一些項(xiàng)目中出現(xiàn)并引起了系統(tǒng)癱瘓的重大事故。地源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是地下?lián)Q熱器，設(shè)計(jì)地下?lián)Q熱器的關(guān)鍵則是年冷熱負(fù)荷的平衡，必須保持全年釋熱量與取熱量的基本平衡。地源熱泵系統(tǒng)利用的“熱”主要來(lái)源于工程上的補(bǔ)充，而不是簡(jiǎn)單的自然儲(chǔ)存或再生熱能。在設(shè)計(jì)上不考慮這些因素的系統(tǒng)，遲早將面臨崩潰的危險(xiǎn)。盡管這種風(fēng)險(xiǎn)是長(zhǎng)期的和非確定的，但必須引起各方的足夠重視。國(guó)土資源管理部門(mén)的研究重點(diǎn)也應(yīng)從淺層地?zé)崮芸偭吭u(píng)估轉(zhuǎn)到加快管理政策制定上來(lái)。

    另外，由于歐系和美系地源熱泵系統(tǒng)源于兩個(gè)不同的技術(shù)流派，系統(tǒng)在機(jī)組制造標(biāo)準(zhǔn)、進(jìn)/出水溫度設(shè)定、壓縮機(jī)和換熱器的選配以及末端裝置的形式上存在很大差異。目前，對(duì)室外地埋管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，無(wú)論是理論，還是設(shè)計(jì)公式和軟件，均來(lái)源于美系地源熱泵系統(tǒng)的理論和設(shè)計(jì)方法。而這些方法和理論都是基于美系分散式系統(tǒng)及其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研發(fā)的。在中國(guó)，很多推廣項(xiàng)目簡(jiǎn)單地把歐系中央式機(jī)組與按美系技術(shù)計(jì)算得來(lái)的地耦管系統(tǒng)結(jié)合使用，造成了不少失敗案例，出現(xiàn)機(jī)組出水結(jié)冰、系統(tǒng)無(wú)法連續(xù)運(yùn)行或運(yùn)行達(dá)不到預(yù)期節(jié)能效果等情況。究其根本原因，是室內(nèi)系統(tǒng)、機(jī)組和室外系統(tǒng)采用的不是同一個(gè)技術(shù)流派的產(chǎn)品，或者設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不一致。

    地源熱泵的市場(chǎng)前景

    歐系和美系地源熱泵技術(shù)并不是對(duì)立的，而是相互補(bǔ)充的。雖然開(kāi)放式水-水型地源熱泵技術(shù)誕生并發(fā)展于西歐和北歐，封閉式土-氣型地源熱泵技術(shù)流行于美國(guó)等北美國(guó)家，但是如今歐洲也在應(yīng)用封閉式地源熱泵技術(shù)，美國(guó)也有開(kāi)放式地源熱泵系統(tǒng)和產(chǎn)品，兩種技術(shù)路線已相互融合為一個(gè)地源熱泵技術(shù)整體。而在其他地區(qū)，如中國(guó)、澳大利亞、日本等國(guó)家，地源熱泵技術(shù)都取得了很大發(fā)展，并出現(xiàn)了適應(yīng)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的技術(shù)改進(jìn)。區(qū)別只在于，在歐洲開(kāi)放式地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用比例大于封閉式地源熱泵系統(tǒng)，而在美國(guó)正好相反，封閉式地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用比例大于開(kāi)放式熱泵系統(tǒng)。

    由于中國(guó)幅員遼闊，各地氣候、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平差異較大，中國(guó)空調(diào)市場(chǎng)在不同區(qū)域呈現(xiàn)不同的發(fā)展態(tài)勢(shì)，這對(duì)地源熱泵的市場(chǎng)潛力的發(fā)揮有較大影響。根據(jù)中國(guó)空調(diào)市場(chǎng)的特殊情況及相應(yīng)的氣候特點(diǎn)，可以將中國(guó)市場(chǎng)劃分為南部市場(chǎng)、中部市場(chǎng)和北部市場(chǎng)。南部市場(chǎng)包括廣東、福建、廣西、貴州、云南和海南，主要為珠江流域省區(qū)；中部市場(chǎng)包括山東、河南、江蘇、安徽、湖北、湖南、重慶、四川、江西、浙江和上海，主要為長(zhǎng)江及淮河流域省區(qū)；北部市場(chǎng)包括北京、天津、河北、山西、遼寧、吉林、黑龍江、內(nèi)蒙古及西北五省，基本為黃河以北省區(qū)。根據(jù)這種劃分方法，華南屬于南方市場(chǎng)，華中、華東及西南一部分屬于中部市場(chǎng)，華北、西北及東北則屬于北方市場(chǎng)。

    從技術(shù)上說(shuō)，無(wú)論是南部亞熱帶氣候、中部夏季酷熱冬季陰冷氣候和北部嚴(yán)寒氣候，還是各種房型、不同用途的建筑物，只要能安裝空調(diào)和暖氣的地方都可以使用地源熱泵，具有非常廣泛的適用范圍。但是，由于外部技術(shù)條件、開(kāi)啟時(shí)間、電價(jià)的不同，地源熱泵在初期投資、安裝費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用等方面的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，雖然在所有適用范圍都能得到體現(xiàn)，但是發(fā)揮程度卻有較大差異。電價(jià)高的地區(qū)，使用時(shí)間越長(zhǎng)，采暖和制冷時(shí)節(jié)省的費(fèi)用越多，用戶受益越大，性價(jià)比越高。

    無(wú)論是歐系還是美系地源熱泵技術(shù)，都已十分成熟，在中國(guó)的推廣應(yīng)用要本著因地制宜的原則，根據(jù)各地的氣候、水文地質(zhì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r以及工程需要，引進(jìn)適合的地源熱泵技術(shù)體系和產(chǎn)品。