一、引言

地源热泵是地下土壤层为冷（热）源对建筑物进行供暖、供热水和空调供应的技术。众所周知，地层之下一年四季均保持一个相对稳定的温度。在夏季，地下的温度要比地面空气温度低，在冬季却比地面空气温度高。地源热泵正是利用大地的这个特点，通过埋藏在地下的换热器，与土壤或岩石交换热量。地源热泵全年运行工况稳定，不需要其它辅助热源及冷却设备即可实现冬季供热、夏季供冷。所以，地源热泵是一项高效节能型、环保型并能实现可持续发展的新技术，它既不会污染地下水，又不会影响地面沉降。在冬天，管道内的液体将地下的热量抽出，然后通过系统导入建筑物内，同时蓄存冷量，以备夏用；在夏天，热量从建建筑物内抽出，通过系统排入地下，同时蓄存热量，以备冬用。地源热泵一年四季均能可靠的提供高品质的冷暖空气，为我们营造一个非常舒适的室内环境。因此，地源热泵空调得到了广泛的发展，尤其适合作为户式中央空调的冷（热）源。

地源热泵的历史很悠久，美国早在上世纪初就开始了对地源热泵的性能研究，目前在美国地源热泵已经成为了一种成熟的，完全产业化技术。到2001年止，已安装了400000台地源热泵，且还在以每年10%速度稳步增长。在北欧如瑞典这些国家，90%的房屋装有地源热泵。相对而言，我国对地源热泵的研究则要晚得多，直到上世纪80年代才有一些单位对它开始进行系统研究。国内开始对土壤源热泵的探索性研究，但在如何有效地降低系统初投资、保证系统的可靠运行等方面的研究一直没有突破。其主要的原因是已开展的研究绝大多数都局限于对所建立的实验系统进行性能测试并与传统的空气热源热泵性能进行技术经济比较，从而得出土壤源热泵节能的一般性结论。由于缺乏对埋地换热器在土壤中复杂的传热、传质综合传递过程的深入研究，使得这些结论只适用于某一具体实验系统，所提供的基础数据较少而不能作为设计依据。因此在地源热泵机组及系统开发和设计上还有许多尚待解决的问题。本文将对户式水-水式地源热泵机组、土壤热交换器及整个空调系统等的开发与设计进行简单探讨。

二、地源热泵空调系统设计

1．地源热泵系统循环简介及选择

地源热泵系统按其循环形式可分为：闭式循环系统、开式循环系统和混合循环系统。

1.1闭式循环系统

封闭循环系统是指冷（热）源侧的循环水在机组室外换热器与地源换热器间形成封闭循环。管道可以通过垂直井埋入地下150－200英尺深，或水平埋入地下4－6英尺处，也可以置池塘的底部。在冬天，管中的流体从地下抽取热量，带入建筑物中，而在夏天则是将建筑物内的热能通过管道送入地下储存；所用管道为高密度聚乙烯管或其他防腐管道作为输送和地源热交换器材料。大部分地源热泵冷（热）源侧换热系统是采用封闭循环。

1.2开式循环系统

开式循环系统是其管道中的水来自湖泊、河流或者竖井之中的水源，在以与闭式循环相同的方式与建筑物交换热量之后，水流回到原来的地方或者排放到其它的合适地点。

1.3混合循环系统

对于混合循环系统，地下换热器一般按热负荷来计算，夏天所需的额外的冷负荷由常规的冷却塔来提供。

1.4循环系统选择

闭式循环系统是一中比较稳定可靠的常规循环系统，对地下水、地下环境没有污染，一般设计应优先考虑该循环系统。对于地下设计热交换空间不够充分，或垂直埋管困难等地下特殊情况，可考虑设计混合循环系统。

2.系统设计参数讨论

关于（冷）热源侧水流量，要由最大得热量和最大释热量确定的。埋管中水流速的选取取决于埋管循环流程长度、埋管材料、管径大小、当地地源条件以及机组的特性要求。一般，如提高水流速度可适当增加换热系数，强化换热量，减小换热面积和换热管的耗材，但流速太快会增加循环水泵能量消耗。一般可取流速为0.65-1.5m/s。具体可当地条件进行优化分析与设计，其优化设计考虑的参数关系如下。

复合能耗N=f（长度LLT、埋管材料Ma、管径D、地源温度Te，地源热指标Ke，机组特性Type）

在机组选择上，设定地埋管进水温度，根据测井测出的进出水温差推算出地埋管出水温度，进而确定热泵机组中工质冬季的蒸发温度和冷凝温度。总之，我国幅员辽阔，地处温带，在不同地区气候条件差异很大，其负荷也迥然不同。因此不能照搬国外的技术成果，而要开发适合我国气候特点的技术。