夏熱冬暖地區(qū)應(yīng)用淺層地?zé)崮芄嶂评?/a>的必要性與優(yōu)勢解決環(huán)境污染和能源危機(jī)問題是當(dāng)今全人類的共同課題。在中國能源消耗中，建筑耗能的比例相當(dāng)高，中國傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，北方一般以燃煤鍋爐解決冬季取暖問題，南方以自來水或環(huán)境空氣為冷源的制冷機(jī)組解決夏季制冷問題。根據(jù)近年的統(tǒng)計(jì)，我國采暖和空調(diào)的能耗占建筑總能耗的55％，建筑能耗是相同氣候條件發(fā)達(dá)國家的2-3倍。建設(shè)部提出，我國新建建筑全面執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，建筑能耗減少50%。近年來，空調(diào)負(fù)荷增長迅速，炎夏季節(jié)多數(shù)電網(wǎng)高峰負(fù)荷約有1／3用于空調(diào)制冷，使許多地區(qū)用電高度緊張，拉閘限電頻繁。目前，中國房間空調(diào)器和單元式空調(diào)機(jī)的產(chǎn)量已達(dá)世界第一，中國建筑業(yè)發(fā)展迅速，每年城市新增8-9億平方米的住宅建筑和公共建筑，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高，建筑耗能逐年大幅度上升。如2004年廣西的建筑能耗已經(jīng)超過全社會總能耗的20%，夏季空調(diào)高峰負(fù)荷已相當(dāng)于在建的龍灘水電站540萬千瓦的滿負(fù)荷出力。如果不加控制，廣西2010年的建筑能耗將比2004增加1倍，空調(diào)高峰負(fù)荷將近2個龍灘電站的滿負(fù)荷出力，需要增加電力建設(shè)投資數(shù)百億元。而目前美國每年安裝約4萬套地源熱泵系統(tǒng)，這個規(guī)模意味著每年可以節(jié)約8.79×1011瓦的能量，相當(dāng)于162個龍灘水電站。

 

  1.夏熱冬暖地區(qū)對供熱制冷需求的特點(diǎn)

 

  1.1生活熱水

 

  夏熱冬暖地區(qū)地處亞熱帶，氣候潮濕、冬季氣溫變化大（有時10℃以下數(shù)天后又突然轉(zhuǎn)暖為20℃左右）、夏季炎熱，因此，熱水洗澡天數(shù)占全年80%以上。長期以來，各種熱水鍋爐和家庭熱水器為南方人解決生活熱水問題，既有其便利之處，又有各方面不足和局限。燃煤鍋爐成本低，但污染嚴(yán)重，一些城市已下文禁止使用燃煤鍋爐要求改用燃油鍋爐，但隨著燃油價格的不斷上漲，很多賓館難以承受其運(yùn)行成本；一些小型賓館采用燃?xì)?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/熱水器.html" >熱水器，但其安全性令人擔(dān)憂，出現(xiàn)煤氣中毒造成人員傷亡的事故時有發(fā)生；采用太陽能+電熱輔助的形式，許多單位上了系統(tǒng)但在冬季卻停止了使用，問題的焦點(diǎn)是，夏季氣溫高時熱水用量少，此時太陽能提供的熱水充足有余，到了深秋、冬季、早春季節(jié)氣候寒涼，太陽光照弱，熱水溫度不夠，特別是每年的1、2、3月氣候寒冷潮濕，陰雨連綿，而此時是需要熱水量最多的時期，太陽能幾乎不起作用，卻只能以電加熱為主，但其耗電很大，經(jīng)濟(jì)上讓大家難以承受。1.2夏季空調(diào)制冷夏熱冬暖地區(qū)尤其是兩廣地區(qū)夏季炎熱，制冷空調(diào)已成為城市家庭和辦公的基本設(shè)施，但隨著空調(diào)的普及，溫室氣體的排量越來越大，使得城市的環(huán)境溫度升高，一方面，室外更加酷熱高溫，空氣質(zhì)量下降。另一方面，環(huán)境溫度升高使得空氣源熱泵的能效下降，能耗更大，造成惡性循環(huán)。減排溫室氣體、提高制冷能效比是當(dāng)前節(jié)能環(huán)保的迫切要求。

 

  1.3冬季采暖16攝氏度是人體對寒冷忍受程序的一個界限，低于這一界限，人就感覺舒適性差。進(jìn)入冬季以后，南方絕大多數(shù)地方的氣溫都會降至16℃以下，尤其南方冬季的寒冷，是一種濕冷，使人感到寒冷刺骨。隨著人們生活水平的提高，南方冬季采暖需求越來越旺，近年來電取暖器在南方呈暢銷勢頭。但電取暖器和空氣源空調(diào)取暖能耗都較高，而且舒適性差。但南方取暖負(fù)荷相對北方要小得多，冬季供暖時間也較短。因此，南方地區(qū)采用地源熱泵技術(shù)供暖其成本及實(shí)現(xiàn)條件要求都較低，是較佳的能源利用方式。

 

  1.4農(nóng)業(yè)溫控需求

 

  隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)種養(yǎng)殖技術(shù)的不斷普及和提高，高附加值的養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)發(fā)展越來越快，如溫控農(nóng)業(yè)大棚、牧禽魚養(yǎng)殖等，這些農(nóng)業(yè)技術(shù)，迫切需要能源消耗成本低的溫控系統(tǒng)。因此，尋求能實(shí)現(xiàn)制冷、采暖和供生活熱水的穩(wěn)定的節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)，是南方城市與農(nóng)村發(fā)展的迫切需要。

 

  淺層地?zé)崮?/a>、太陽能屬于低品位能源，按照分級用能原則，最適合滿足生活用能的需要。地源熱泵技術(shù)是既開發(fā)利用了可再生的新能源——淺層地?zé)?/a>源，又顯著節(jié)能的不可多得的新技術(shù)，具有開源和節(jié)能的雙重效果。被稱為二十一世紀(jì)的“綠色空調(diào)技術(shù)”。因此，利用淺層地?zé)崮?/a>（或與太陽能耦合）解決南方建筑制冷采暖空調(diào)、熱水供應(yīng)、溫控農(nóng)業(yè)，對替代常規(guī)商品能源，改善能源結(jié)構(gòu)，保障能源安全，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會以及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。

 

  2.地源熱泵的特點(diǎn)及優(yōu)勢

 

  （1）、可再生能源利用形式利用儲存于地表淺層的低溫熱源和太陽能，它不受地域、資源、季節(jié)、氣候、日夜時段等限制，真正是量大面廣、穩(wěn)定可靠而且清潔無污染的一種可再生能源。符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。

 

  （2）、高效節(jié)能制熱系數(shù)高達(dá)3～4.5，而鍋爐僅為0.7～0.9，可比鍋爐節(jié)省70%以上的能源和30%～50%運(yùn)行費(fèi)用；制冷時要比普通空調(diào)節(jié)能15%～20%。

 

  （3）、美觀傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的換熱器置于暴露的空氣中，破壞建筑的外觀；而地源熱泵把換熱器埋于地下，保持建筑物外觀的完美。

 

  （4）、保護(hù)環(huán)境設(shè)備的運(yùn)行不需鍋爐，沒有燃油、燃煤污染。土壤源地源熱泵只從地下取熱或散熱，不取地下水，沒有地下水位下降、地面沉降等問題，是真正的生態(tài)合理利用可再生能源的方式。

 

  （5）、多功能、系統(tǒng)控制和管理方便—套系統(tǒng)可以替換原有的供熱鍋爐、制冷空調(diào)和生活熱水加熱的三套裝置或系統(tǒng)。

 

  （6）、壽命長、效益顯著熱泵壽命一般15年左右，而地源熱泵的地下換熱器由于采用高強(qiáng)度惰性材料，埋地壽命至少50年。3.地源熱泵的應(yīng)用條件3.1地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵GSHP（ground-sourceheatpumps）技術(shù)是一種利用淺層地?zé)豳Y源的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能的空調(diào)技術(shù)。熱泵的理論基礎(chǔ)源于卡諾循環(huán)，與制冷機(jī)相同，按照逆循環(huán)工作。即熱泵消耗較少量的高質(zhì)能Ｗ通過循環(huán)從低溫環(huán)境(溫度為Ｔ0)中吸取大量的低溫熱ＱL，輸出熱量為ＱH=Ｗ+ＱL(用熱溫度為Ｔ2),從而回收利用了低溫熱ＱL。由于全年地溫波動小，冬暖夏涼，因此，冬季從地表淺層吸取低溫?zé)崃?，夏季向底下排放熱量（吸取冷量），通過循環(huán)把熱量從低溫位提升到高溫位，為用戶提供冬季供暖、夏季制冷以及全年熱水供應(yīng)。系統(tǒng)只需消耗少量的高品位能源（如電能），就能獲得高于輸入能量數(shù)倍的熱能效果，是一種高效、環(huán)保、節(jié)能的溫控系統(tǒng)。地源熱泵系統(tǒng)，由室內(nèi)部分和室外部分組成，室內(nèi)部分包括熱泵機(jī)組和風(fēng)道系統(tǒng)或風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相似。室外部分是地?zé)崮?/a>熱交換部分，有埋地管系統(tǒng)、地表水系統(tǒng)和地下水系統(tǒng)三種形式。埋地管將閉環(huán)循環(huán)水埋于地表淺層土壤中，循環(huán)水經(jīng)水管壁面直接與土壤進(jìn)行熱量交換。夏季循環(huán)水將制冷機(jī)組吸收的熱量向土壤散熱，冬季從土壤吸熱并將熱量經(jīng)熱泵機(jī)組傳遞至室內(nèi)。埋地管系統(tǒng)有垂直埋管、水平埋管和螺紋盤管三種。

 

  3.2我國淺層地?zé)崮苜Y源概況從土壤類型和土壤溫度看，我國具有豐富的低溫環(huán)境資源。1999年，瑞士學(xué)者Rybach指出，中國是世界上直接利用地?zé)?/a>潛力最大的國家，名列世界第一，原因有2個：一是中國國土遼闊，近地表低溫地?zé)豳Y源豐富；二是中國人口眾多，采暖和制冷工業(yè)的基礎(chǔ)相對薄弱，將來需求量無可比擬。

  地源熱泵技術(shù)所利用的能源是常溫土壤中的能量，并不需要特殊的地?zé)崽?/a>或地下熱水。它只要有足夠進(jìn)行熱交換的淺層土壤（-3.5℃以上的土壤或地下水）就可滿足地?zé)?/a>泵所要求的技var cpro_psid ="u2572954"; var cpro_pswidth =966; var cpro_psheight =120;術(shù)條件。中國城市中約有30％～50%的建筑物具備此條件。從氣候區(qū)上看，從寒冷的黑龍江到炎熱的海南島都可使用，尤其南方氣候條件是夏熱冬暖，需要較多的供熱和空調(diào)裝置。3.3夏熱冬暖地區(qū)的土壤特點(diǎn)土壤屬于多孔介質(zhì)，是由礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)構(gòu)成其固相骨架、水和空氣充填其中孔隙的三相體。土壤傳輸地?zé)?/a>的能力及存儲熱能的能力與土壤的含濕量、地下水的流動有很大的關(guān)系。因此土壤的傳熱是由土壤中固相導(dǎo)熱、液相導(dǎo)熱及液體對流傳熱組成。當(dāng)土壤中富含水分和有地下水流動存在時，土壤總的傳熱熱阻大大減小，使得土壤具有較高的熱交換效率。

 

  夏熱冬暖地區(qū)尤其是兩廣地區(qū)，雨水豐富，水源充足。豐富的水資源使得我國南方大部分地域?qū)儆诟凰寥溃寥赖暮蕵O高，且地下水位較高，為土壤熱交換器閉式地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用提供了得天獨(dú)厚的條件。

 

  4.國內(nèi)外地源熱泵技術(shù)應(yīng)用狀況分析4.1國外應(yīng)用狀況美國能源部（ＤＯＥ）和美國環(huán)境保護(hù)署（ＥＰＡ）均已確認(rèn)，地源熱泵系統(tǒng)是目前效率最高、對環(huán)境最有利的熱水、取暖和制冷系統(tǒng)。1998年，美國暖通空調(diào)工程師學(xué)會的ASHRAE技術(shù)獎就頒發(fā)給一地源熱泵系統(tǒng)。

 

  地源熱泵供暖空調(diào)的優(yōu)勢使其成為近年來世界可再生能源利用及建筑節(jié)能領(lǐng)域中增長最快的產(chǎn)業(yè)之一。在過去的10年中，大約30個國家的地源熱泵年增長率達(dá)到了10％。它的主要優(yōu)點(diǎn)是用普通的地溫或地下水溫，這在世界各國都可利用。地源熱泵發(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)。目前世界安裝的地源熱泵系統(tǒng)的總?cè)萘亢彤a(chǎn)熱量達(dá)9500MW和52000TJ/y（14400GWh/yr），實(shí)際安裝地源熱泵的數(shù)量為80萬套，世界主要國家安裝地源熱泵的情況見表1。

 

  1985年美國全國共有1.4萬臺地源熱泵，而1997年就安裝了4.5萬臺，到2001年，美國達(dá)到安裝40萬臺地源熱泵的目標(biāo)，降低溫室氣體(如ＣＯ2等)排放100萬噸，相當(dāng)于減少50萬輛汽車的污染物排放或種植404686公頃(100萬英畝)樹的效果，年節(jié)約能源費(fèi)用可達(dá)4.2億美元。而且每年以10%的速度穩(wěn)步增長。1998年美國商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的19%，其中新建筑中占30%。據(jù)1999年的統(tǒng)計(jì)，在家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例為：瑞士為96%，奧地利為38%，丹麥為27%。

 

  DouglasCane等對25個加拿大和美國的應(yīng)用地源熱泵的實(shí)例進(jìn)行了跟蹤調(diào)查，并按建筑類型統(tǒng)計(jì)了各個實(shí)例的年均費(fèi)用，其中，最早投入運(yùn)營的實(shí)例在1981年，最晚的為1995年，并且有20個實(shí)例是在1990年及之后投入運(yùn)營。與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比，地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行費(fèi)用(主要包括能耗費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用)方面有較大優(yōu)勢。如在商業(yè)應(yīng)用中，節(jié)能達(dá)到17%；住宅應(yīng)用中的能耗則減少32.4%。4.2國內(nèi)應(yīng)用狀況中國地源熱泵的研究和應(yīng)用雖剛剛起步，但其對地方緩解能源壓力、推動經(jīng)濟(jì)的作用正日益受到認(rèn)同，地源熱泵作為生態(tài)環(huán)境保護(hù)、高效節(jié)能和自然資源再利用的21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展的新技術(shù)和建筑環(huán)境供熱制冷系統(tǒng)的換代產(chǎn)品，體現(xiàn)出旺盛市場需求的勢頭。國外的技術(shù)已相當(dāng)成熟，為此，我們一方面要積極借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)和成熟經(jīng)驗(yàn)；另一方面切忌生搬硬套、盲目引進(jìn)，應(yīng)該因地制宜、把握優(yōu)勢合理的利用淺層地?zé)?/a>能，避免出現(xiàn)新的生態(tài)環(huán)境失衡。

 

  我國從<,/SPAN>1995年開始學(xué)習(xí)和引進(jìn)歐洲產(chǎn)品，直到1997年才出現(xiàn)有規(guī)模的地源熱泵采暖工程項(xiàng)目，美國特別看好中國市場，美國能源部和中國科技部于1997年11月簽署了中美能源效率及可再生能源合作議定書，其中一項(xiàng)內(nèi)容就是地源熱泵發(fā)展戰(zhàn)略。該項(xiàng)目擬在中國的北京、杭州和廣州3個城市各建一座采用地源熱泵供暖空調(diào)的商業(yè)建筑，以推廣運(yùn)用這種“綠色技術(shù)”，緩解中國對煤炭和石油的依賴程度，從而達(dá)到能源資源多元化的目的。到1999年底，全國大約有100套供暖/制冷系統(tǒng)，而且全部為開式循環(huán)系統(tǒng)。2000年12月由日本政府無償援助，日本地?zé)?/a>工程株式會社負(fù)責(zé)，長春市地?zé)衢_發(fā)有限公司和吉林大學(xué)參與，在長春完成了一個1000ｍ2建筑面積的地源熱泵供暖/制冷示范項(xiàng)目，為國內(nèi)第一個閉式循環(huán)系統(tǒng)。2001年，重慶大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、山東建筑工程學(xué)院也紛紛建成了各自的封閉循環(huán)系統(tǒng)示范工程。近兩年來，在我國北方，已成功建立了一批上規(guī)模的地源熱泵應(yīng)用示范工程。山東建工學(xué)院、北京工業(yè)大學(xué)等具有較雄厚的理論基礎(chǔ)并建立了典型的示范工程，但這些示范工程以采暖為主；在南方，以廣州能源所為代表，主要以是地下水式地源熱泵應(yīng)用技術(shù)為主，土壤源的地源熱泵應(yīng)用技術(shù)在南方還非常薄弱。

 

  目前，我國實(shí)施地源熱泵工程主要有兩大類：

 

  （1）地下水源方式我國目前實(shí)際應(yīng)用的地源熱泵工程大部分是利用地下水源方式。事實(shí)表明，打井抽水雖然實(shí)施地下水回灌，由于循環(huán)消耗，仍不可避免的要損失相當(dāng)一部分水源，加上抽水時雖有過濾網(wǎng)，但一些細(xì)紗粒移位或隨水一起抽上來，日長月久會破壞地層結(jié)構(gòu)，有些地方在抽水井附近出現(xiàn)了莫名的坍塌。我國一些地方也出現(xiàn)開式地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行短短幾個月，就造成回灌通路細(xì)紗堵塞甚至無法回灌造成廢井的狀況。因此，打井抽水在一些城市是受到嚴(yán)格控制甚至禁止的。

 

  （2）土壤換熱器的閉式系統(tǒng)我國閉式系統(tǒng)的土壤換熱器以垂直U型埋管居多，實(shí)用經(jīng)驗(yàn)還非常有限。北方地區(qū)實(shí)施的大多數(shù)采暖工程屬于貧水土壤，由于干性土壤傳熱性能差，垂直埋管深度一般要超過60米，而換熱量則一般小于50W/m，使得埋管的總埋深較大，往往造成初期投資大，效果不夠理想，一般用戶難以接受。一些地方?jīng)]有經(jīng)過長期地溫變化監(jiān)測，實(shí)施幾萬平方米甚至十幾萬平方米的大型地源熱泵取暖系統(tǒng)，很難預(yù)計(jì)，幾年后或十多年后這樣的系統(tǒng)其效率和對周圍的地溫影響如何，北方已有些系統(tǒng)在運(yùn)行兩三年后出現(xiàn)效率明顯下降的情況。

 

  兩廣地區(qū)土壤源地源熱泵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用情況5.1技術(shù)成果水平2005年3月，廣西科技廳組織專家對廣西大學(xué)完成的“亞熱帶及溫帶地區(qū)地源熱泵供熱制冷節(jié)能系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)”科技項(xiàng)目進(jìn)行了技術(shù)鑒定。專家的鑒定意見為“該項(xiàng)目針對我國南方亞熱帶及溫帶氣候，采用了地源熱泵-冷卻塔混合型冷熱源應(yīng)用技術(shù)，有效地實(shí)現(xiàn)了自然資源的互補(bǔ)利用，在地源熱泵系統(tǒng)配置、能源優(yōu)化和自動控制方面取得了較大的研究進(jìn)展，在對地源熱泵技術(shù)的系統(tǒng)集成與優(yōu)化應(yīng)用方面有較大的創(chuàng)新。該項(xiàng)目針對亞熱帶及溫帶地區(qū)在利用淺層埋管技術(shù)、優(yōu)化埋地?fù)Q熱器及系統(tǒng)節(jié)能方面達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平?！碑a(chǎn)品質(zhì)量檢測單位是國家空調(diào)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，經(jīng)現(xiàn)場檢測，范例工程南寧市三中空調(diào)-熱水系統(tǒng)在運(yùn)行兩年多后，其機(jī)組制熱水工況的能效系數(shù)COP達(dá)4.5，系統(tǒng)的能效系數(shù)COP達(dá)4.0，換熱量大于60w/m。5.2知識產(chǎn)權(quán)情況廣西大學(xué)已申請地源熱泵相關(guān)設(shè)備發(fā)明專利1項(xiàng)，實(shí)用新型專利2項(xiàng)，自主開發(fā)地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件一套。其中“太陽能-地源熱泵空調(diào)熱水設(shè)備”已經(jīng)獲得國家實(shí)用新型專利（專利號：ZL200320101152.8），該技術(shù)有別于國外以太陽能集熱通過儲熱罐方式作為熱泵的輔助熱源的形式，克服其效率低、體積龐大弱點(diǎn)，本專利采用獨(dú)特的太陽能吸熱方式，大大提高太陽能的吸熱效率和減少了集熱面積，而且淺層地?zé)崮?/a>-太陽能互補(bǔ)利用，使系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)，制熱能效比在1：4以上?！岸嘤猛竟?jié)能型熱泵孵化機(jī)”已經(jīng)獲得國家實(shí)用新型專利（專利號；ZL03246721.4），與電熱孵化系統(tǒng)相比節(jié)能50%以上。

         5.3技術(shù)研發(fā)及實(shí)際應(yīng)用情況

2004年12月廣西大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目“地源熱泵-太陽能復(fù)合型節(jié)能環(huán)保冷熱var cpro_psid = "u2787156";var cpro_pswidth = "966";var cpro_psheight = "120";源系統(tǒng)的研究和開發(fā)”立項(xiàng)。2004年5月廣西大學(xué)與廣東工業(yè)大學(xué)簽訂了關(guān)于“地源熱泵復(fù)合型節(jié)能環(huán)保冷熱源系統(tǒng)”項(xiàng)目合作研究協(xié)議和應(yīng)用工程合作協(xié)議。2005年1月廣西大學(xué)與廣東工業(yè)大學(xué)簽定了“共建廣東工業(yè)大學(xué)地源熱泵實(shí)驗(yàn)室”合作研究協(xié)議并掛牌成立，2005年5月實(shí)驗(yàn)室已安裝地源熱泵-冷卻塔混合型空調(diào)-熱水系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)并投入運(yùn)行工作。2005年7月兩?！?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/地源熱泵技術(shù).html" >地源熱泵技術(shù)研究開發(fā)”合作被列為九加二泛珠江三角洲的區(qū)域合作，由兩校校長于在廣州簽定。2005年兩校合作申報(bào)了廣州市科技攻關(guān)引導(dǎo)項(xiàng)目“地源熱泵－太陽能－冷卻塔耦合型節(jié)能環(huán)保聯(lián)供系統(tǒng)”并獲得立項(xiàng)。2006年8月由兩校共建的地源熱泵實(shí)驗(yàn)室實(shí)施廣東工業(yè)大學(xué)龍洞校區(qū)學(xué)生公寓的太陽能+地源熱泵系統(tǒng)示范工程（改造原有的太陽能+燃油鍋爐熱水系統(tǒng)），現(xiàn)工程已安裝完畢，正在調(diào)試運(yùn)行，試運(yùn)行效果表明系統(tǒng)技術(shù)可行，有效實(shí)現(xiàn)了兩種可再生能源的互補(bǔ)利用。目前廣西大學(xué)和廣東工業(yè)大學(xué)根據(jù)南方土壤和氣候?qū)嶋H，已形成了一套由土壤換熱器（同時可靈活組合冷卻塔、太陽能集熱器）、熱泵機(jī)組、控制系統(tǒng)等科學(xué)集成的工程系統(tǒng)技術(shù)。擁有富水土壤換熱器垂直淺埋管技術(shù)、自然能源優(yōu)化互補(bǔ)利用技術(shù)、夏季工況熱量多級分流技術(shù)、自動控制等多項(xiàng)自主創(chuàng)新技術(shù)。不需抽取地下水、因地制宜、設(shè)計(jì)靈活，避免了過度取熱形成凍土或排熱量過大形成干燥土壤所引起的新的生態(tài)環(huán)境失衡等種種弊端。真正體現(xiàn)了可再生能源良性的、生態(tài)的合理利用。

 

  廣西大學(xué)和廣東工業(yè)大學(xué)已在兩廣地區(qū)實(shí)施了近二十項(xiàng)地源熱泵、空氣源熱泵工程，已實(shí)施的典型工程概況見表2。主要技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢如下：（1）充分利用南方富水土壤的傳熱優(yōu)勢，換熱效率高根據(jù)南方亞熱帶及溫帶地區(qū)土壤特性：地下水位高，土壤含水量豐富、液相對流傳熱起重要作用等，提出相應(yīng)的土壤換熱器設(shè)計(jì)理論和方法，實(shí)施土壤換熱器垂直U型管的淺埋方式。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行測試表明：富水土壤垂直U型管的換熱器采用淺埋方式行之有效，在埋管深度比常規(guī)大大減少的情況下（約減少50%），仍獲得換熱效率明顯高于我國北方地區(qū)在干性土壤實(shí)施工程的效果。范例工程——南寧市三中的地源熱泵系統(tǒng)，在埋管深度＜32米時，獲得＞60w/m的換熱量；地源熱泵機(jī)組制熱水工況的性能系數(shù)＞4.5，系統(tǒng)制熱性能系數(shù)達(dá)4.0。制熱水與電鍋爐比節(jié)能70%以上。因此，根據(jù)該項(xiàng)目技術(shù)的優(yōu)勢，項(xiàng)目產(chǎn)品的主要覆蓋范圍為南方亞熱帶地區(qū)，并可依靠廣西的區(qū)位優(yōu)勢擴(kuò)展到東南亞一帶。

 

  （2）充分利用南方暖氣候優(yōu)勢，自然能源互補(bǔ)利用南方常年需要生活熱水，本項(xiàng)目技術(shù)充分利用亞熱帶及溫帶地區(qū)暖氣候優(yōu)勢，系統(tǒng)熱源側(cè)采用垂直管淺埋方式的土壤換熱器并靈活組合冷卻塔、太陽能集熱器等。制熱供暖工況采用土壤熱源與空氣熱源間歇或互補(bǔ)運(yùn)行方式，避免了國內(nèi)一些地源熱泵系統(tǒng)由于過度取熱，運(yùn)行一段時間后出現(xiàn)效率下降的問題。在空調(diào)供冷和供熱水的冷熱聯(lián)供工況下，采取二次能源利用、熱量多級分流技術(shù)，利用部分空調(diào)廢熱制熱水，可顯著降低土壤換熱器的散熱負(fù)荷，綜合能效比達(dá)1：7以上。這樣，根據(jù)全年冷熱動態(tài)負(fù)荷來智能控制及合理匹配系統(tǒng)，不但可有效平衡淺層土壤的冷熱負(fù)荷，解決南方冷負(fù)荷大于熱負(fù)荷問題，而且可減少系統(tǒng)地下埋管換熱長度30%以上。

 

  （3）空調(diào)工況熱量多級分流，能源利用率高南方夏季冷負(fù)荷大，制冷所需的埋地盤管長度要遠(yuǎn)大于加熱所需的盤管長度。本技術(shù)采取熱量多級分流技術(shù)方案，將制冷產(chǎn)生的熱量用于制熱水、向土壤和冷卻塔散熱，空調(diào)工況制熱水不耗能，大大提高了能源利用率，并減少了制冷所需的埋地盤管長度，降低了系統(tǒng)的初期投資。

 

  （4）工程投資成本低由于富水土壤可以采用垂直埋管的淺埋技術(shù)方案和獨(dú)特的回填方式，顯著降低了土壤換熱器的成本，大大降低了實(shí)施難度，擴(kuò)大了市場的可容納程度；系統(tǒng)匹配功率低，例如南寧市三中2500多人的學(xué)生公寓，其地源熱泵熱水系統(tǒng)運(yùn)行匹配功率小于60KW，不到原來設(shè)計(jì)電熱水鍋爐功率的1/10，大大減少了電擴(kuò)容投資。因此，工程投資可比國內(nèi)同類技術(shù)減少10%以上。

 

  （5）運(yùn)行成本低由于綜合采用上述多項(xiàng)技術(shù)，系統(tǒng)節(jié)能效果突出，系統(tǒng)投資通常能在2-3年內(nèi)從節(jié)省的能源開支中回收，以后便進(jìn)入低成本運(yùn)行狀態(tài)，用戶滿意認(rèn)可。

  （6）一機(jī)多用、自動化控制程度高系統(tǒng)集成程度高，一套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了供熱水、采暖和供冷多重功效。系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)實(shí)時數(shù)字顯示，可隨時根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整和監(jiān)控，而且配置遠(yuǎn)程控制接口，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，利于最佳能耗自動控制。

 

  （7）系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、技術(shù)成熟實(shí)施的系統(tǒng)有多個已連續(xù)運(yùn)行幾年，有的長達(dá)4年，反復(fù)經(jīng)歷了春、夏、秋、冬四季各種氣候條件和多種工況的考驗(yàn)，均能滿足生活熱水、采暖及供冷的需要。運(yùn)行效果證明該系統(tǒng)技術(shù)成熟。

 

  （8）環(huán)保性好系統(tǒng)不抽取地下水，不存在影響地下水源和破壞地層結(jié)構(gòu)的問題；沒有向大氣排熱、排冷和排煙等污染問題，真正的綠色環(huán)保能源利用。6、兩廣地區(qū)地源熱泵技術(shù)應(yīng)用實(shí)例6.1土壤換熱器與冷卻塔并聯(lián)的冷熱聯(lián)供混合型地源熱泵系統(tǒng)土壤換熱器與冷卻塔并聯(lián)形成了3種運(yùn)行模式：當(dāng)環(huán)境溫度低于一定溫度時，使用1＃水泵，混合型地源熱泵系統(tǒng)的低溫?zé)嵩粗饕峭寥罒嵩矗饕蚴黔h(huán)境溫度太低冷卻塔無法正常工作；當(dāng)環(huán)境溫度高于一定溫度時，使用2＃水泵，單獨(dú)使用冷卻塔吸收空氣中的熱量，這時冷卻塔的換熱效率高于土壤換熱器。當(dāng)溫度處于一定范圍之內(nèi)時可以同時利用土壤熱源和空氣熱源，可以減少和防止土壤換熱器由于過度取熱而導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。系統(tǒng)夏季每天供應(yīng)50℃左右的生活熱水約65噸，冬季每天供應(yīng)生活熱水量約為110噸。系統(tǒng)于2003年元月開始運(yùn)行，經(jīng)歷了三年多春、夏、秋、冬四季連續(xù)運(yùn)行，系統(tǒng)一直能保持高效運(yùn)行，滿足學(xué)生公寓的生活熱水需要。同時，還能實(shí)現(xiàn)部分房間的冬季供暖和夏季供冷。夏季實(shí)現(xiàn)冷熱聯(lián)供，即利用制熱水產(chǎn)生的冷量給部分房間供冷，實(shí)現(xiàn)能源二次利用，綜合能效比大于1：7。

 

  6.2土壤源與空氣源并聯(lián)的混合型地源熱泵系統(tǒng)系統(tǒng)由一臺熱泵機(jī)組組成，熱泵機(jī)組的額定功率各為5.4KW，制冷劑為R22；循環(huán)水泵的額定功率為0.75KW；土壤換熱器采用U型垂直埋管方式，材料為PPR管φ20ｍｍ×4ｍ；鉆井平均深度為23.87ｍ，地下水位為6m，總鉆井埋深為405.8ｍ。土壤源和空氣源并聯(lián)組成三種運(yùn)行方式：當(dāng)環(huán)境溫度低于一定溫度時，混合型地源熱泵系統(tǒng)的低溫?zé)嵩粗饕峭寥罒嵩矗藭r采用土壤源的制熱能效比高于空氣源；當(dāng)環(huán)境溫度高于一定溫度時，空氣源的換熱效率高于土壤換熱器，所以單獨(dú)使用風(fēng)扇吸收空氣中的熱量；當(dāng)環(huán)境溫度處在一定范圍之內(nèi)時，可以同時綜合利用土壤熱源和空氣熱源。這樣可以防止或減少出現(xiàn)土壤換熱器由于過度取熱而導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降的現(xiàn)象。系統(tǒng)于2004年9月5日開始運(yùn)行，經(jīng)歷了春、夏、秋、冬四季，連續(xù)兩年多的運(yùn)行，均能保持穩(wěn)定高效運(yùn)行，滿足該棟公寓學(xué)生的生活熱水需要。6.3太陽能-冷卻塔耦合型地源熱泵系統(tǒng)采用土壤換熱器與太陽能（或冷卻塔）耦合方式，系統(tǒng)主要由熱泵機(jī)組、太陽能集熱器、冷卻塔保溫水箱等組成，通過自動控制系統(tǒng)，可根據(jù)情況選擇多熱源或單熱源，有效地實(shí)現(xiàn)了太陽能和淺層地?zé)崮?/a>兩種可再生能源的互補(bǔ)利用。熱泵機(jī)組的額定功率為8.2KW，制冷劑為R22。土壤熱器采用U型垂直埋管方式，材料為PPR管φ20ｍｍ×4ｍ，平均鉆井深度為28.67ｍ，地下水位為4.5m，土質(zhì)基本為細(xì)質(zhì)沙土，含水量極為豐富。土壤換熱器總鉆井埋管深度為401.38ｍ。該系統(tǒng)充分利用了南方太陽日照充沛、暖氣候（采用冷卻塔吸熱）和富水土壤的優(yōu)勢，能保證全年不同氣候條件下穩(wěn)定的高換熱效率（COP＞4.0）。7.國家的相關(guān)政策國家大力提倡和鼓勵可再生、可持續(xù)發(fā)展能源—地?zé)?/a>的發(fā)展利用，相繼出臺了一系列法規(guī)和政策。

 

  《中華人民共和國節(jié)約能源法》第四條規(guī)定：“國家鼓勵開發(fā)利用新能源和可再生能源”，而地源熱泵所使用的地?zé)崮?/a>正是屬于可再生能源。建設(shè)部《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》第四條規(guī)定：“國家鼓勵發(fā)展太陽能、地?zé)岬瓤稍偕茉吹膽?yīng)用技術(shù)和設(shè)備”。

 

  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)》指出：“積極推廣地?zé)岵膳?/a>和地?zé)岚l(fā)電技術(shù)”，“加快地源熱泵技術(shù)的引進(jìn)和開發(fā)，加速國產(chǎn)化。要大力開拓地?zé)岵膳?/a>市場，到2005、2010、2015年地?zé)岵膳?/a>面積分別達(dá)到1500萬、2250萬、3000萬平方米。要積極推動地?zé)岬?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/綜合利用.html" >綜合利用”。

 

  夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(JGJ134—2001，J116—2001)第6.0.7條：具備有地面水資源（如江河、湖水等），有適合水資源熱泵運(yùn)行溫度的廢水等水源條件時，居住建筑采暖、空調(diào)設(shè)備宜采用水源熱泵。當(dāng)采用地下井水為水源時，應(yīng)確保有回灌措施，確保水源不被污染，并應(yīng)符合當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)規(guī)定；具備可供地?zé)嵩礋岜脵C(jī)組埋管用的土壤面積時，宜采用埋管式地?zé)嵩礋岜??！?/div>