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地源热泵的工作原理及技术经济性分析

一、什么是地源热泵

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包含地下水、土壤或者

地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的

高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热

泵供暖的热源与夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高

温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。热泵机

组的能量流淌是利用其所消耗的能量（如电能）将吸取的全部热能（即电能+汲

取的热能）一起排输至高温热源。而其所耗能量的作用是使制冷剂氟里昂压缩至

高温高压状态，从而达到汲取低温热源中热能的作用。请参见能流图所示。

通常地源热泵消耗1kW的能量，用户能够得到5kW以上的热量或者4kW以上

冷量，因此我们将其称之节能型空调系统。

与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或者70～

90%的燃料内能为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节约三分之

二以上的电能，比燃料锅炉节约二分之一以上的能量；由于地源热泵的热源温度

全年较为稳固，通常为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的

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空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50～60%。因

此，近十几年来，特别是近五年来，地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及

法国、瑞士、瑞典等国家取得了较快的进展，中国的地源热泵市场也日趋活跃，

能够估计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热与供冷空调技术。

二、地源热泵国内外进展近况

地源热泵的历史能够追朔到1912年瑞士的一个专利，欧洲第一台热泵机组

是在1938年间制造的。它以河水低温热源，向市政厅供热，输出的热水温度可

o

达60C。在冬季使用热泵作为采暖需要，在夏季也能用来制冷。1973年能源危

机的推动，使热泵的进展形成了一个高潮。目前，欧洲的热泵理论与技术均已高

度发达，这种“一举两得”同时环保的设备在法、德、日、美等发达国家业已广

泛使用。如美国，截止1985年全国共有14,000台地源热泵，而1997年就安装

了45，000台，到目前为止已安装了400，000台，而且每年以10%的速度稳步

增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19%，其中有新

建筑中占30%。美国地源热泵工业已经成立了由美国能源部、环保署、爱迪逊电

力研究所及众多地源热泵厂家构成的美国地源热泵协会，该协会在近年中将投入

一亿美元从事开发、研究与推广工作。美国计划到2001年达到每年安装40万台

地源热泵的目标，届时将降低温室气体排放1百万吨，相当于减少50万辆汽车

的污染物排放或者种植树1百万英亩，年节约能源费用达4.2亿美元，此后，每

年节约能源费用再增加1.7亿美元。

与美国的地源热泵进展是完全不一致的，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、

德国等国家要紧利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管（埋深400米深）的地源

热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计，为家用的供

热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96%，奥地利为38%，丹麦为27%。

我国的地源热泵事业近几年已开始起步，而且进展势头看好。天津大学、清

华大学分别与有关企业结成产学研联合体开发出中国品牌的地源热泵系统，已建

成数个示范工程，越来越多的中国用户开始熟悉地源热泵，并对其应用产生了浓

厚的兴趣，能