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文献综述
随着社会的进步以及人们对舒适性环境的要求越来越强烈，空调技术的发展也是日新月异。中国国土面积巨大，城乡建筑面积约有400亿㎡，其中城镇约为160亿㎡，其中能达到建筑节能标准的仅占5%，其余95%都是非节能高能耗建筑。目前我国公共建筑面积大约为45亿平方米，其中采用中央空调的大型商厦等为5～6亿平方米。这些建筑绝大部分为高耗能建筑，其单位面积能耗大约是普通居住建筑的10～15倍。[1]资源的衰竭、生态环境的恶化，迫使人们去寻找一种绿色的空调供热、制冷方式。所以发展高效率、节能、环保型的空调技术是整个社会的共同需求。
本世纪70年代，在工业技术特别是制冷机的发展基础上，国际上热泵有了较快的发展。随着热泵技术的不断成熟，再加上1973年世界能源危机的推动，促成了热泵发展的新时期目前鉴于节能和环保的世界趋势，世界各国均在政策上对热泵的发展给予了一定的优惠和照顾。[2]
地源热泵技术是一种新兴的暖通技术和方式。1912年，瑞士的HeinrichZoelly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。20世纪50年代，欧洲开始了研究和利用地元热泵的第一次高潮，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。直到20世纪70年代初，能源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水平埋管式土壤源热泵系统的研究平台。自1974年起，瑞士、荷兰和瑞典等国政府资助的示范工程开始逐步建立起来，地源热泵生产技术也日趋完善。[3-7]通过地源热泵技术在暖通工程中的利用可以大大降低能源的消耗。地源热泵技术就是将地下浅层的地热资源进行合理的利用，通过对地热资源的应用从而来调节建筑物内的温度起到良好的空调作用。[7]地源热泵技术就是将能量从高温热源到低温热源进行一系列的转移，实现了能量的平衡，为人们提供良好的生活环境。当建筑物内的温度高的时候通过地源热泵技术将能源释放到土壤中去，当建筑物内温度低的时候将能量从土壤中吸取出来从而提高建筑物内的温度[8]。
地源热泵空调系统的特点：1、使用清洁可再生能源；2、运行费用低，每年运行费用可节省30%左右；3、占地面积小，节约水资源；4、绿色环保，工作过程中没有燃烧、排烟以及不产生废弃物；5、自动化程度高，机组以及系统均可实现自动化控制；6、一机多用，可用于供暖、空调以及制取生活热水。7、运行稳定可靠，经久耐用；8、改善建筑外观。[9-10]
我国的地源热泵行业近几年已开始起步而且发展势头良好。北京市是中国地源热泵普及最早的城市,从90年代末开始,地源热泵就在一些住宅项目中得到应用。2005年年底北京市地源热泵应用面积达700万㎡,到2006年年底,超过了900万㎡。截至2007年9月,已有1050万㎡的建筑采用浅层地温能供暖制冷。沈阳市是地源热泵推广力度最大的城市,2006年沈阳市颁布了《关于全面推进地源热泵系统建设和应用工作的实施意见》,意见中明确规定自2008年起,每年建设和应用地源热泵技术不少于1600万㎡,其中新建1000万㎡,改建、改造600万㎡。截止目前,沈阳地源热泵技术应用面积已达5941万㎡,占全市供热总面积近1/3,呈现规模化应用势头,年可节约标煤137万t。天津市颁布《关于加快推进天津市浅层地热能开发利用工作的意见》,意见中规定,未来4年,天津市将有更多学校、医院、酒店、商场以及居民住宅利用浅层地热满足供热或制冷的需求。到2015年,全市开发利用浅层地热能供暖(制冷)面积将达到2000万㎡,较十一五末增加1650万m㎡。江苏省从2008年开始,专门出台了相关的鼓励政策,每年拿出1.1亿的专项资金支持可再生能源利用,补助项目达到了36项,虽然包括了太阳能光的利用,但是地热源项目占的比重很大,2008年和2009年总共的示范面积是400万㎡左右。其中包括地表水项目7个,土壤源1个。湖北省自2000年开始采用地源热泵技术,至今已在武汉市、黄石市、襄樊市、荆州市、宜昌市、黄冈市、恩施州7个市州的60多栋建筑中应用,建筑应用面积达到192.56万m2。通过对已运行示范工程的跟踪观测表明,全省现有的地源热泵系统技术成熟、运行稳定,节能环保效益明显,示范效应显著。随着生态环境保护的深入人心和节能意识的加强，建筑环境和生活水平的不断提高，将有越来越多的人开始认识和熟悉利用广阔的地能资源的供热制冷热泵系统。[11]
但同时，地源热泵也存在一些问题。(1)地源热泵系统对土壤换热器材质的要求较高，埋设换热器需要较大的场地，系统投资也较其它方式要高，所以这种系统一般应用于面积比较小的居住类单体建筑，在大型工程中应用相对困难。(2)对土壤环境的影响。土壤埋管式热泵系统的运行，势必引起土壤环境温度的剧烈变化，在其影响范围内的土壤微生物环境也将出现剧烈变化。土壤换热器的埋置深度的大小，将影响建设投资的大小，同时也决定系统对植物根系、土壤微生物、建筑物基础的影响程度。地下水源热泵系统、地表水源热泵系统对水系统环境的影响也应进行研究。(3)地源热泵系统要有丰富和稳定的地下水资源。采用地下水热泵系统之前，应进行详细的水文地质调查，并先打勘测井，以获取地下温度、地下水深度、水质和出水量等数据。如果地下水位较低，不仅成井的费用增加，水泵的运行能耗也将大大增加。此外，虽然理论上抽取的地下水将回灌到地下水层，但目前国内地下水回灌技术还不成熟，在某些水文地质条件下回灌的速度大大低于抽水的速度，从地下抽出来的水经过换热器后很难再被全部回灌到含水层内，造成地下水资源的流失。(4)地表水源热泵系统受丰水、枯水等自然条件的影响较大。由于地表水温度受气候的影响较大，与空气源热泵类似，当环境温度越低时热泵的供热量越小，而且热泵的性能系数也会降低。一定的地表水体能够承担的冷热负荷与其面积、深度和温度等多种因数有关，需要根据具体情况进行计算。[12]
几种冷热源的比较分析
1.水冷冷水机组 锅炉这种配置，夏季用水冷冷水机组:制冷，冬季用锅炉供热。用水冷冷水机组制冷时消耗电能在设计工况的能效比(制冷量／耗电量)较高。水冷冷水机组要有一个冷却水系统，包括冷却塔和水泵等，机组运行时有一定的耗水量，在水源比较充足的地区使用水冷冷水机组比较合适。国内外均有使用冷却塔造成军团菌感染的情况，冷却塔不能置于新风进口和临近窗处，以免成为军团菌的感染源。冬季的供热锅炉有燃煤、燃油、燃气锅炉和电锅炉，其中燃煤锅炉为多。我国虽然煤的储量较大，但燃煤锅炉运行产生的SO2等有害气体对环境有较为严重的影响，且大量排放的CO气体对地球会产生温室效应。与燃煤相比，燃油燃气对环境的影响较小。但使用燃油锅炉要考虑储油罐安放处的安全问题。对于天然气丰富的地区可适当使用燃气锅炉。根据我国目前的电力供应状况不应提倡使用电锅炉。[13]
2.风冷热泵的主要特点 1、安装在室外，如屋顶、阳台等处，不占有有效建筑面积，节省土建投资。 2、夏季供冷、冬季供热，省去了锅炉房，对城市建设有利。 3、省去了冷却水系统和冷却塔、冷却水泵、管网及其水处理设备，节省了这部份投资和运行费用。 4、冬季供热节电，热泵的COP值为3左右，即热泵供热比用电直接供热要省电三分之二左右。 5、热泵的形式多种，采用低噪声热泵，噪声可控制在50－60dB（A），对周围环境不会产生不利的影响。 6、安全保护和自动控制同时装於一个机体内，运行可靠，管理方便。 7、外部美观，用多层喷漆、烤漆制作或作聚酯外部保护层，符合IP54保护标准，可在一个相当长的时间，如8-10年都不会生锈。 8、独立完整的机组，安装方便，可缩短施工周期。 由于上述优点，近十年来，在风冷热泵机组适宜的地区和场所，得到了广泛的应用，风冷热泵机组由于它本身的特点，应用也受到一些限制。 1、地区问题：由于是空气冷却，冬天在寒冷潮湿地区，应用受到很大的限制。 2、制冷量随室外空气温度升高而降低，制热量随室外空气温度降低而减少，与冷量（热量）需求的矛盾，要按各地区选择合理的平衡点。二、风冷热泵的选型和布置 根据各地区的气象条件和每个工程的实际情况选好风冷热泵和合理的布置，是用好风冷热泵的前提条件。[14]
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