建筑节能新话题：地源热泵的规模化应用
日前，建设部确定了今明两年资源节约的工作重点，即大力推广可再生能源在建筑领域的规模化应用，着力解决资源节约与城乡建设中的突出矛盾，努力建设节约型城镇。其中地源热泵、水源热泵在建筑中的推广应用是其部署的六大重点工作之一。地源水源热泵作为一种优化的空调能源方式，能大幅提高建筑物内部的能源利用系数，节能且环保。在提倡可持续能源利用的今天，我们对地源水源热泵的应用需给予充分的关注和认识。
地源热泵的原理、应用形式及优点
地源热泵技术，是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，通过消耗电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。
地源热泵（ground source heat pumps，GSHP）系统包括三种不同的应用形式：以利用土壤作为冷热源的土壤源热泵，也有资料文献成为地下耦合热泵系统（ground-coupled heat pump systems）或者叫地下热交换器热泵系统（ground heat exchanger）；以利用地下水为冷热源的地下水热泵系统（ground water heat pumps）；以利用地表水为冷热源的地表水热泵系统（surface-water heat pumps）。这样的分类在国内的暖通空调界已经达到了共识。
地源热泵不需要人工的冷热源，可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热，向建筑物供暖；夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。地源热泵是一种既可供热又可制冷并提供生活热水的节能环保的先进技术。通常，地源热泵消耗１度电的能量，用户可以得到相当于４度电左右的热量或冷量，其运行费用比传统产品低60%以上、寿命达25年以上，而且具有节省投资、独立计费、无人值守、维护费用较低等特点。采用热泵技术为建筑物供热或制冷可大大降低燃料消耗，不仅节能，还可减少燃烧矿物燃料而引起的二氧化碳和其他污染物的排放。这些特点成为地源热泵取代传统建筑能源的优势。
随着城市化进程的加快和人民生活水平的提高，近几年来城市建筑面积急剧增加。目前，我国现有建筑的总面积约400亿平方米，预计到2020年还将新增建筑面积约300亿平方米，大约每年以18亿—20亿平方米的数量增加。
建筑面积的剧增预示着建筑对供热与制冷能源的需求存在巨大的增长空间。如果按照人均概念来讲，目前我国的需求水平还处在一个比较低的位置。未来，我国建筑能源的需求将增加3.5倍，建筑用能的比重在整体能源需求中将从目前的17％增加到26％。这已成为我国社会今后关注的一个焦点。
值得我们注意的是，传统的建筑能源主要依靠煤来提供，产生了大量的危害气体，由此而形成的环境压力是巨大的。以供热为例，年二氧化碳和二氧化硫的排放量分别为400万吨和4亿吨。如果在供热能源效率方面没有大幅改善的话，供热用煤量和有关的排放量到2020年将增加一倍。
因此，建筑节能是整个社会节能的重点。地源热泵技术高效、节能、环保，有利于可持续发展，在建筑领域的规模化应用不仅可以提高自然资源的利用效率，而且在节能的同时又可保护环境。
地源热泵在国外的发展与应用
地源热泵技术始于1912年瑞士Zoelly提出的“地热源热泵”概念。1946年美国开始对地源热泵进行系统研究，在俄勒冈州建成第一个地源热泵系统，运行很成功，由此掀起了地源热泵系统在美国的商用高潮。1985年美国安装地源热泵14000台，1997年则安装了45000台，目前已安装了40万台以上的地源热泵，并且以每年10％的速度递长。1998年美国商用建筑的地源热泵空调系统已经占到空调保有量的19％以上，其中在新建筑里面占30％。
地(水)源热泵在我国的发展与应用
早在50年代，我国就曾在上海、天津等地尝试夏取冬灌的方式抽取地下水制冷，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。
目前，国内的清华大学、天津大学、重庆建筑大学、天津商学院、中国科学院广州能源研究所等多家大学和研究机构都在对水源热泵进行研究。其中清华大学在多工况水源热泵经过多年的研究已形成产业化的成果，已建成数个示范工程。
以水源(地源)热泵产品切入家用与大中型中央空调市场，不仅为前几年的实践所证明是十分有效的措施，也是许多生产厂之未来打算。国内的水源热泵制造厂商中清华同方人工环境设备公司、山东海阳富尔达是比较早的水源热泵制造厂家，但目前也有相当多的制冷空调厂家将其普通的水冷机组改造为水源热泵。通过利用地下水这一大地耦合方式，采用抽水回灌方式节约能源。山东际高以蒸发冷凝方式，引进瑞典专利技术，生产小型水冷冷水机组，在北方市场销路良好。广州中宇开发水环1997年11月签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书，其中主要内容之一是“地源热泵”，该项目拟在中国的北京、杭州和广州3个城市各建一座采用地源热泵供暖空调的商业建筑，以推广运用这种“绿色技术”，缓解中国对煤炭和石油的依赖程度，从而达到能源资源多元化的目的。“华亭嘉园”即是此项目的应用。
2000年6月19至23日在北京由国家科学技术部高新技术开发与产业化司召开了中美地热泵技术交流会，会议的主题就是“提供运用地热泵技术为住宅小区或公用楼宇采暖制冷，大幅降低运行费用的节能解决方案”的主题。
建设部工作重点的确定，为地源热泵的推广应用奠定了政策基础。地源热泵技术在建筑领域的规模化应用是建筑节能的有力措施。地源热泵的研究应用将步入一个新的阶段。
