地源热泵与空气源热泵的对比浅析

康 磊 么 旭 陈 颖 张 宁 陈 瑞

(1.天津市环境保护科学研究院，天津 300191；2.天津环科环境咨询有限公司，天津 300191)

地源热泵与空气源热泵的对比浅析

康 磊1么 旭2陈 颖1张 宁1陈 瑞1

(1.天津市环境保护科学研究院，天津 300191；2.天津环科环境咨询有限公司，天津 300191)

热泵技术作为一种可再生能源和清洁能源受到了各国的重视。但热泵系统种类繁多，各有优劣。本文介绍了地源热泵与空气源热泵系统的发展历程及现状，从多方面将两系统进行分析比较，并提出热泵技术目前所面临的技术困难，对更好的促进热泵技术发展具有积极意义。

热泵；地源热泵；空气源热泵；清洁可再生能源

目前由于能源危机的加剧，大气污染问题愈发严重，节能环保得到了世界各国的重视。在中国，煤作为主要能源，长期以来在生产消费中占据主导地位，而煤炭是大气污染最为严重的能源之一。从用煤途径上分析，建筑采暖用煤约占75%以上，是最主要的用煤方向[1]。想要解决城市大气污染问题，推广清洁能源势在必行。热泵作为可再生能源和清洁能源的代表，通过消耗少量高品位能源，把低品位热量上升为高品质热量，最大限度的减少常规能源消耗，以其高效节能环保无污染的特点而广受人们青睐。

1 热泵的工作原理

在制冷工况下，低温低压的气态制冷剂进入压缩机，变为高温高压气体，该气体进入冷凝器变为高温高压液体[2]，该液体再通过膨胀阀降压，之后低温低压的液态冷媒进入蒸发器迅速蒸发变成气态，将空气中的热量吸收至冷媒中，空气温度降低，通过风机盘管以冷风的形式向室内供冷。低温低压气态冷媒通过压缩机升温升压后进入冷凝器，相变为高温高压液体，由地下循环水路吸收冷媒所释放的热量，并转移到地下水或土壤内。随后高温高压液态冷媒通过膨胀阀降温降压回流到蒸发器，不断进行蒸发→压缩→冷凝→节流→再蒸发这一热力循环过程，将空气中的热量转移到地下。

空气源热泵与地源热泵的运行原理相类似，二者都是通过少量的高位电能驱动，将低位热能提升成高位热能加以利用的装置[3]。区别在于地源热泵是以土壤、地下水、地表水作为冷热源，可细分为土壤源热泵和水源热泵；空气源热泵则以空气作为冷热源。

2 地源热泵与空气源热泵的发展历程与现状

热泵这项技术的概念最先于1912年由瑞士的专家所提出的，1946年第一台地源热泵系统在美国俄勒冈州波兰特市中心区建成，并成功运行[4]。与此同时，美国也开始生产空气源热泵，我国虽然相对而言起步略晚，但积极开展研究，借鉴他国的丰富经验，引进优良技术，使我国热泵技术发展势头良好。国内地源热泵的研究始于20世纪80年代，上海闵行经济开发区办公楼曾是我国第一个采用土壤源热泵系统工程的建筑。1985年广州能源研究所建造并应用了一套地下水源热泵系统[5]。

空气源热泵冬季制热时受到气候条件的影响，室外温度相对较高时，热泵系统能高效稳定的运行，随着室外温度降低，系统制热量也会随之下降，热泵系统不能正常运行。对此国内外学者提出了相关的解决方案。包括：带经济器的准二级压缩热泵系统或经济器的二级压缩热泵系统，带油冷却的单级压缩热泵系统，带中间冷却器的二级压缩热泵系统，采用变频技术的热泵系统等[4]。对更好的促进空气源热泵的发展具有积极的意义。

3 地源热泵与空气源热泵的对比分析

3.1 经济性分析

我国有很长一段时间煤的价格很低，煤电比约为200∶1，热泵的经济性低，制约了热泵的发展[6]。直到20世纪90年代，煤的价格迅速增长，从1990年至2006年，短短十几年，1吨煤从90元上涨至480元。而电价仅仅翻了一倍，煤电比约为1000∶1了，热泵技术实现了真正的经济节能，得以广泛推广[7]。热泵系统在建筑中应用的总成本包括初投资、年经营费用两部分。

地源热泵的得初投资高于空气源热泵，但年经营成本较低，且地源热泵的使用寿命至少为20年，空气源使用寿命约为15年，相对于空气源热泵所增加的投资能在后续使用中完全回收，更具经济性。

3.2 能效(cop)分析

地下水和土壤全年温度波动小，冬季地下土壤温度也能保持在15℃，夏季温度低于空气温度，冬季温度且比空气温度高，且空气温度随气候变化不稳定，因此地源热泵的运行效率要高于空气源热泵，空气源热泵的COP在2.5～4.0之间，地源热泵的COP在4.0～6.0之间错误!未找到引用源。。地源热泵比空气源热泵节能30%左右。

3.3 环境影响分析

空气源热泵系统在制冷过程中，通过冷凝器冷凝，直接向大气中排出热量，加剧了城市热岛效应，但对水资源无破坏。地源热泵系统则是将冷凝热排放到地下，通过地下的土壤或者地下水进行吸收冷凝热，对缓解城市热岛效应起到一定的作用。

4 地源热泵与空气源热泵面临的技术困难

热泵技术在中国经历了初步尝试，推广普及，快速发展三个阶段，技术逐步成熟，但仍存在一定的问题有待解决。应用区域广泛，不同地区因温度湿度等环境因素影响，应用效果存在差异。

4.1 地源热泵系统施工问题

地源热泵系统的施工主要在于钻井成井、洗井、回填、回灌等方面。对于专门针对地源热泵的打井回灌工作没有相应的培训与资格认证，打井人员技术参差不齐[4]，井深与孔径达不到标准、井内故障难以维修、回灌材料不合格等问题频发。

4.2 空气源热泵系统应用地域限制

中国领土面积约为960万平方公里，地域辽阔，气候存在差异。为了明确气候和建筑两者的科学关系，中国《民用建筑设计通则》GB 50352-2005将中国划分为了严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区等7个主气候区，20个子气候区。

蒸发温度直接影响了空气源热泵的应用效果，在温度过低的地区应用时，易造成以下问题：①环境温度过低，系统运行不佳，能效比过低，且蒸发器表面易结霜；②排气温度升高，压缩机在过热的工况下运行，缩短压缩机寿命错误!未找到引用源。，排气温度达到一定限值后，压缩机自动停机保护，无法正常工作；③热泵系统制热量减少，达不到室内最大采暖热负荷值，影响舒适性。

地源热泵由于利用的地源能温度相对稳定，不受气候、资源、地域、地质结构的限制。所以可应用于所有建筑气候区域。空气源热泵由于受到气候的限制，主要适用于冬冷夏热地区及无集中供热华北、华东、华中等寒冷地区。

5 结束语

综上所述，随着国家对可再生能源应用以及建筑节能的不断重视，政府必将高度重视热泵这项技术，技术不断完善，水平不断提高，热泵的使用将保持快速增长趋势，总量持续增长，热源类型不断增加，产业规模持续扩大，市场价格逐渐降低，为节能减排事业做出贡献。

热泵的种类繁多，各个系统均有利弊，设计应用时应结合当地气候、地质、建筑物等实际情况多方面考虑，科学选用。面对热泵所存在的问题，应积极开展研究。相信热泵技术作为一种清洁可再生能源，必将成为21世纪中央空调发展的主力军。

[1]杨爱，刘圣春.我国地源热泵的研究现状及展望[J].制冷与空调，2009，9(4)：1-6.

[2]仉安娜，唐远明.环保节能地源热泵技术应用研究[J].环境保护与循环经济，2008，28(12)：34-37.

[3]王沣浩，王志华，郑煜鑫，等.低温环境下空气源热泵的研究与展望[J].制冷学报，2013，34(5)：47-54.

[4]吕悦，杨立平，周沫，等.国内地源热泵应用情况调查报告[J].工程建设与设计，2005(6)：5-10.

[5]吕悦，莫然，周沫，等.中国地源热泵技术应用发展情况调查报告(2005～2006)[J].工程建设与设计，2007(9)：4-11.[6]俞丽华，马国远，徐荣保.低温空气源热泵的现状与发展[J].建筑节能，2007，35(3)，54-57.

[7]李素花，代宝民，马一太.空气源热泵的发展及现状分析[J].制冷技术，2014(1)：42-48.

Analysis on Comparison between the Ground Source Heat Pump and Air Source Heat Pump

KANG Lei1YAO Xu2CHEN Ying1ZHANG Ning1CHEN Rui1

(1.Tianjin Academy of Environmental Sciences，Tianjin 300191；2.Tianjin Huanke Environmental Consulting Co.，Ltd.，Tianjin 300191)

As a kind of renewable energy and clean energy，heat pump technology has been paid attention to by many countries. But many kinds of heat pump system，have advantages and disadvantages. Introduces the development history and current situation of ground source heat pump and air source heat pump system，from various aspects of the two system analysis，and put forward the technical difficulties of heat pump technology is currently facing，to better promote the development of heat pump technology has a positive meaning.

Heat pump；ground source heat pump；air source heat pump；renewable energy and clean energy

康磊，硕士，高级工程师，主要从事环境管理工作

X21

A

1673-288X(2017)02-0125-02

引用文献格式：康 磊 等.地源热泵与空气源热泵的对比浅析[J].环境与可持续发展，2017，42(2)：125-126.