【正文】 我國地源熱泵行業(yè)與世界水平相比， 仍處于 起步階段，但發(fā)展勢頭非常強勁。目前許多設計文件都必需單列節(jié)能減排章節(jié)才能通過審查關口。但是這些參數(shù)是非常難以獲取的，很多工程在計算時，都是從一些手冊中選取，計算出來的數(shù)值 可信度難以確認 。上述我國規(guī)范中 介紹 的計算方法列于規(guī)范 (GB503662020)附錄 B 之中。在《地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范》（ GB503662020）中推薦一個計算方法，是參考了國際地源熱泵協(xié)會和美國供熱制冷與空調(diào)工程師協(xié)會共同推薦的方法。從目前研究狀況看，大體有兩 大類研究思路。這一問題是一個核心的問題。 （ 2）分類及埋管形式 按土壤源熱泵系統(tǒng)的地源介質熱交換系統(tǒng)的埋管形式， 可 分為水平埋管和垂直埋管兩大類，當可利用的土地面積大，氣候條件允許時可考慮水平埋管， 否則 利用垂直埋管。 它的熱 交換 原理，與過去武漢的利用防空洞 供電影 院 冷 氣 是類似的。 大地介質土壤和巖石其溫 度 在 一年四季中相對穩(wěn)定， 更 主要的是冬季比外界環(huán)境空氣氣溫度高；夏季比環(huán)境溫度低，這種優(yōu)越 的 溫度特性使得土壤源熱泵系統(tǒng)運行效率高，節(jié)能效果 明顯 。同時還具流量大，具開發(fā)大型供熱供冷供熱水的條件。 世界上 和我國都有許多成功工程實例 可 供 參考 。例如，廣東省 恩 平市良西鎮(zhèn)一 個 度假避暑賓館，利用賓館 旁 78 米 遠 的一條小溪，將盤管 直 接鋪于溪中（見照片） 照片 2 得 到良好的效果，同時解決了供熱、制冷和供衛(wèi)生熱水 ， COP 可達 35。同時設計時，要有“留有余地”的預案，以使彌補充其不足。 設計時，將計算 得 到的總長度按單個盤卷或 排 圈的管長，分成等長的換熱環(huán)路；一般按 10 個單個盤卷 式 排卷為一組；并 聯(lián)接到環(huán)路集管上；同一個集管內(nèi)的連接應該是同程的 布置，每個環(huán)路集 管中， 環(huán)路數(shù)量相同，以保證流量的平衡。見圖 15 28 圖 15 塑料管換熱器外貌 圖 16 塑料管換熱器剖面 排圈盤管見圖 17 圖 17 俄克拉何馬州大學的湖水換熱器 29 換熱盤管平 面 布置示意圖見圖 18 圖 18 換熱盤管布置 2）盤管長度的確定 一般情況下按下表 8 確定進水溫度，從表 8 相對應 查 出供熱或制冷時的盤管長度 ，再根據(jù)總的熱負荷或冷負荷（選擇其中之大者）計算總的管長?？杀Ｗo供水系統(tǒng)不 致結 冰 而 死機。關鍵技術是取水口、排水口設計，其中要論證取水量、水質等方面的技術問題。在武漢利用長江、 漢 水難過的一關是取水口的 選擇 和 堤 防 安全 評估。重慶市已經(jīng)制定出成果性的規(guī)劃。這部分工作一般應由水工專業(yè)或 給 排水專業(yè)去完成。 4)環(huán)境評估問題 24 主要是抽取地下水是否會產(chǎn)生地面沉降，建筑物附加沉降問題，以及 塌陷 地質 災害等，除此之外就是由于地下水溫度變化對生態(tài)的影響還沒有進行深入研究。在地下水的熱調(diào)節(jié)方面可以實現(xiàn)夏儲冬用，冬儲夏用。 補 3） 回灌 問題 回 灌 問題可以解決地下水方面很多問題，例如，抽出的地下水又回送到同一 含水層 ，不影響地下水儲量。 更 簡單的方法是經(jīng)驗的估算法： 地板面積 A（ m2）乘 10 等于每小時所需地下水的容積（ L/ h） 3000 m2的 建筑大約需 30 T/h， 30000 m2建筑大約需 300 T/h.，這個算法顯然是很粗糙的。 ，即是 水 /水熱泵機組的制冷量，不必再加系數(shù)。 在計算水量時要有熱負荷、冷負荷等參數(shù)，在機組已定，運行工況熱性系數(shù)也已確定的情況是可以計算的。 有了對地下水的需求量，再看水文地質勘察成果中的可開采量能是否滿 足機組對地下水的需求量。 夏季可以用以下公式： MC=QC /（ C△ TC） 式中： QC：夏季機組向地下排熱量（ KW），實際上就是冷負荷值； C：水的比熱（ KJ/Kg℃）； MC：夏季所需地下水量（ KG/S）； Δ TC：夏季冷凝器出水與進水的溫差。并應進行地下水資源評估，提交地下 水 主管部門 審批 。 我國主要地區(qū)地下水溫度狀況見表 .2 國內(nèi) 各主要地區(qū)地下水溫度狀況 表 2 城 市 地下水溫度 /℃ 年平均溫度 /℃ 供暖室外設計溫度 /℃ 凍土層深度 /cm 海拉爾 6～ 8 34 242 哈爾濱 8～ 10 26 205 長春 10～ 12 23 169 沈陽 12～ 16 19 148 北京 14～ 20 9 85 上海 16～ 22 2 8 廣州 18～ 24 7 0 武漢地區(qū)地下水基本特征一覽表見下表 3 18 武漢地區(qū)地下水基本特征一覽表 表 3 地下水源熱泵系統(tǒng)，可有分散式分布系統(tǒng)和集中式分布系統(tǒng)，為下圖 19 地下水源熱泵系統(tǒng)，可有分散式系統(tǒng)和集中式系統(tǒng)，如下圖。與傳統(tǒng)的空氣源熱泵系統(tǒng)相比，能效 比 提高 40%可節(jié)能 23—44%。可詳見下圖 9。 在 我國 《地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范 》（ GB503662020）中，把上述分類簡化為地下水 換熱系統(tǒng) 、 地表水換熱系統(tǒng) 、地埋管換熱系統(tǒng)。而低溫熱源是淺層地熱能時，它又是可再生的，所以地源熱泵技術是 21世紀最有發(fā)展前途的節(jié)能技術是 毋庸置疑 的。 Q1是從低溫熱源中被吸出來的 ，并不全是 W 變來的。 我們舉個例子如下 ： 例 1，用熱泵向室內(nèi)供熱溫度 TH=50℃ ，而低溫熱源是 武漢的 地下水，其水溫一般 18℃ ， 即 TL=18℃ 按LHH TT TCoph ?? 式計算。 從溫熵圖上可推導出熱泵的熱性系數(shù) 的計算公式， 式中只與兩個恒溫熱源的絕對溫度有關。 對消耗機械功的蒸汽壓縮式熱泵，其制熱性能系數(shù)定義為制熱量 Q2與輸入功 W 之比 。這個大過程中， 在 TL和 TH兩個 有 溫差的 恒溫體之間 共有兩個等溫膨脹和兩個等 熵壓縮，與理想的卡諾循環(huán)過程組成完全一樣 ，因此熱泵循環(huán)服從于卡諾循環(huán)的規(guī)律 。如此不斷循環(huán)，將 從 TL 中 吸入的熱量不斷地送到高溫熱源 TH中去。 圖 7 壓縮式熱泵 卡諾佐環(huán) 工作原理圖 和其溫熵圖 如圖 7 所示， 從 1 開始 系統(tǒng)中的工質在壓縮機中以蒸氣狀態(tài)被壓 13 縮，壓力由 P1升到 P2，溫度也由 TL升到 TH（ TS 圖上狀態(tài) 1 至 2），然后進入冷凝器，氣態(tài)工質在冷凝器里等壓放熱，即壓力不變（ P2）的情況下，將熱量釋放給比工質溫度低的傳媒水，使傳媒水溫度升高，而氣態(tài)工質由于放出潛熱而凝結成 液態(tài) 。按熱力學學術視點，也可以稱熱泵為：基于卡諾循環(huán)原理進行工作，既可以用來空調(diào)制冷，又可用 來供熱采暖的機組。這個系統(tǒng)中，操作節(jié)制 轉向閥門，即可 使 工質循環(huán) 11 轉向。熱泵機組的熱交換是在一個高溫熱源和一個低溫熱源之間進行的。 節(jié)流閥。 壓縮機，是熱泵機組的心臟，通過動力驅動 （圖上動力為電動機），壓縮 機組中的 工質，使之壓縮 升溫、 升壓，并使工質在全系統(tǒng)中運轉。 由以上可知，實際上地源熱泵系統(tǒng)由地源介質子系統(tǒng)，熱泵機組 10 子 系統(tǒng)，和建筑末端子系統(tǒng)三個子系統(tǒng)聯(lián)合組成，聯(lián)合 它們 的媒體 是水或者是空氣。 圖 4 地埋管示意圖 讓機組循環(huán)水在埋管中流動，通過管壁與土壤或巖石緊密接觸，與土或巖石在地下進行熱交換。 在建筑物制冷空調(diào)的工況下，機組內(nèi)工作的循環(huán)方向逆轉，反向循環(huán)，建筑物 末端則 成為低溫熱源 端 ， 通過 熱泵工 質 循環(huán)， 吸收 建筑物中的熱量，降低建筑物的溫度，使之冷卻降溫，達到制冷空調(diào) 效果 ，把從建筑物中的熱量吸出后，通過熱泵機組傳到地源介質中去，使地源介質 吸熱而 升溫。世界能源聯(lián)合會（ WEC），國際能源機構（ IEA）、國際冷凍技術學會（ JIR）等 組織和權威研究者，普遍認為地源熱泵技術是 21 世紀最有前途的節(jié)能、 減 排的新技術，是國際制熱、制冷行業(yè)中的 前沿課題 之一，是最有前途的節(jié)能裝置和系統(tǒng)。為利用難以聚集的淺層地熱能開創(chuàng)了先河。 這個產(chǎn)業(yè)的主要任務是如何開發(fā)利 用 地殼淺層的這種低位熱能 ，為人類可持續(xù)發(fā)展服務。這些介質絕大部分都是我們巖土工程研究的對象，過去我們關注的問題主要是強度和變形，當 它們作為熱能介質時 ，則 要研究它們的熱 學性質。這些是目前尚未形成定論的學術問題，我們只要知道大約 在 地殼淺層 200— 400m 之內(nèi)是一個巨大的 儲 熱 庫 就行了。提出與以上覌點不同的是 國際地熱協(xié)會副主席 教授 ，他認為： 地殼淺層的地熱能主要仍是深部傳上來的地熱熱流，而太陽能和地熱能共同作用，以太陽能為主的地熱能 只 在很淺的部位上。 而 傳統(tǒng)地熱能 則被稱為深層地熱源。 我們學地質的人都知道：地心是一個 封閉的 高溫體，地核的溫度可達 6000— 8000℃ ，地幔深度處的溫度 可達 3000℃ 左右，它們是由地心物質的熱核反應熱，化學反應熱以及重力熱，體變 轉換熱等 ，在地殼的斷裂處，或其他 薄弱環(huán)節(jié)處傳上來 被人 們 利用。 在可再生能源中太陽能居首位，太陽能儲量每年相當 870000 億噸標準煤，而今世界每年所 需 總能量為 億噸標準煤，太陽能每年儲量是人類每年耗能 量 的 725000 倍， 太陽能利用的技術已日趨成熟，我們可以樂觀的說，只要有太陽存在，能源就不會是人類持續(xù)發(fā)展的瓶頸。 第三方面還要開發(fā)新能源和盡量使用可再生能