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1、地源热泵技术的研究与应用现状1引言目前由于能源消耗的急剧增加,热泵作为一种通过消耗少量高品位能源,把热量由低温级上升到高温级的特殊装置而受到了人们的青睐。地源热泵(Groundsourceheatpump)也称为地热热泵(Geothermalheatpump),它是以地源能(土壤、地下水、地表水、低温地热水和尾水)作为热泵夏季制冷的冷却源、冬季采暖供热的低温热源,同时是实现采暖、制冷和生活用水的一种系统它用来替代传统的用制冷机和锅炉进行空调、采暖和供热的模式,是改善城市大气环境和节约能源的一种有效途径,也是国内地源能利用的一个新发展
2、方向。地源热泵系统根据不同的构成型式有不同的名称:地耦合式热泵、土壤热源热泵、水源热泵、地热热泵、闭环热泵、太阳能热泵、地源热泵等。这些系统的工作原理基本相同。2地源热泵工作原理典型的地源热泵是通过埋地热交换器从土壤吸热或向土壤放热。夏季空调时,室内的余热经过热泵转移,并通过地埋换热器释放到土壤中,同时为冬季蓄存热量;冬季供暖时,通过地埋换热器从土壤中取热,经过热泵将热量供给用户,同时,在土壤中蓄存冷量,以备夏季空调用。此类热泵主要包括三套系统:室外管网系统、热泵工质循环系统及室内空调管网系统。3国内外应用现状3.1国外应用现状191
3、2年,瑞士的H.Zoelly首次提出利用浅层地热能(地源能)作为热泵系统低温热源的概念,但由于当时一次能源充足,用热泵供暖的社会需求不足,导致热泵技术没有得到重视和发展。直到1948年,H.Zoelly的专利技术才真正引起普遍的关注,尤其是欧洲和美国。20世纪50年代,美国和欧洲国家开始研究和利用地源热泵,但当时能源价格较低,使用热泵系统并不经济,因而没有得到推广。1974年以来,由于石油危机的出现和环境的恶化,引发了人们对新能源的开发和利用,因此开始了地源热泵的研究和利用。这一时期欧洲建立了许多采用水平盘管地下换热器的土壤源热泵系统
4、的研究平台。自1974年起,瑞典、瑞士、荷兰等国政府资助的示范工程逐步建立起来,地源热泵技术也日趋完善。从热泵技术来说,此时的地源热泵系统大多直接利用地下水作为冷热源,因此对地下水温度有一定要求,而且当时的技术相对粗糙,甚至不设置回灌井。20世纪70年代末到90年代初,美国开展了冷热联供地源热泵的研究工作。这一时期,地源热泵技术飞速发展并趋于成熟。美国的地源热泵机组生产厂家也十分活跃,成立了全国地源热泵生产商联合会,并逐步完善了工程安装网络,成为世界上地源热泵机组生产和使用的大国。3.2国内应用现状我国具有较好的热泵科研成果与应用基础
5、,20世纪50年代,天津大学的热能研究所最早开展了热泵方面的研究工作,并于1965年研制了我国第一台水冷式热泵空调机组。我国对土壤源热泵的研究始于20世纪80年代,国内的科研工作者相继展开地源热泵的研究和试验工作,各种试验研究工作主要由各大学进行。虽然我国对地源热泵的研究和应用较晚,但发展势头很好,地源热泵发展已列入国家新能源和可再生能源产业发展十五规划。1978年-1999年,中国制冷学会第二专业委员会举办了9届全国余热制冷与热泵技术学术会议,在2001年宁波召开的全国热泵和空调技术交流会和2002年在北京召开的国际热泵会议上,国内
6、外有关人士开始关注中国这个很有发展潜力的大市场。近几年来国内加强了地热源热泵的应用研究力度,自行研究和生产地源热泵机组的厂家已达几十家,如山东的富尔达、北京的中科能等。另外国外很多知名公司已经在中国设立了销售部。目前我国地源热泵工程正逐年增加,并取得了初步效果。但从总体上看,中国地源热泵的发展还不够规范,基础研究上还有待于进一步完善,行业之间缺少必要的合作交流,这些因素都或多或少影响着这项技术的推广。但是根据绿色奥运、科技奥运、人文奥运的要求,2008年的北京奥运会,在体育场馆、运动员村等奥运会建筑中将广泛采用太阳能、地热能等可再生能
7、源,并将采用高效、清洁的常规能源利用技术,将在一定程度上代表了国际上最先进的用能方式,其产生的效应将直接影响北京市未来能源利用的发展方向。同时对国内其他地区地源热泵的发展也将产生一定的积极作用。4国内外研究现状4.1国外研究现状国外对土壤源热泵的研究主要集中在地下换热器,1946年,美国进行了12个地下换热器的研究项目,这些研究项目测试了埋地盘管的几何尺寸、管间距、埋深等,并将热电偶埋人地下,测试了土壤温度随时间变化和受传热过程影响的情况。1953年,美国电力协会的研究表明,以上这些试验还没有提供可用于地下换热器的设计方程。20世纪5
8、0年代初,英国安装了用于住宅供暖的地源热泵系统。1974年,欧洲实施了30个工程开发研究项目,发展了地源热泵的设计、安装技术，并积累了运行经验。1971年—1978年,美国进行了多种形式地下换热器的测试,并引入太阳能集热
