文 献 综 述

一、课题背景

地热是一种可再生能源，据估计世界地热资源总量约1.45#215;1026J，相当于标准煤约4.95#215;1015t。如此巨大的能量蕴藏在地下，之所以没有被广泛的开发利用，主要原因就是因为地热资源除了少数的地方地热可直接利用之外，如某些地方的地热水可达50以上，可直接用来冬季供暖，大多数的地热能能源的品位很低，很难直接利用。土壤源热泵就是消耗少量的电能，冬季从土壤中取热，以供房间热量，同时蓄存冷量以备夏季制冷用；夏季将房间热量取出，排到地下，同时蓄存热量以备冬季供热用。十一五规划中指出，要大力发展循环经济，发展可再生能源，而土壤源热泵正是利用大地中之不尽的能量，既不污染环境，又能循环利用，符合国家的产业政策，有很好的发展前景。

二、土壤源热泵的原理

土壤源热泵即为冷热源来自地下土壤的制冷制热形式[1]。如图1 所示，冬季系统以土壤为热源，通过热泵机组从土壤中吸收热量转移到用户端；夏季通过机组把室内的热量带走排到土壤，达到冷却空气的目的。

图1 土壤源热泵的原理图

越来越多的工程选择使用土壤源热泵系统，有人说地下土壤温度冬季高夏季低因而更适合做冷热源，这种观点是否合理，本文采取地埋管换热与冷却塔做对比的方式试着分析了选用土壤源热泵的系统节能性，以及在何种场合下更适合使用这种系统做了详细的阐述分析。

三、土壤源热泵的国外的近况

20 世纪90 年代，土壤源热泵的应用和发展进入了一个新的发展阶段。目前，土壤源热泵在欧美的热泵装置的市场占有份额大约是3%。每年见诸报道的土壤源热泵实际应用工程项目和研究报告不断增加。1993 年成立了国际土壤源热泵协会。1996年该协会专门推出了专门报道土壤源热泵研究的期刊。土壤源热泵还开始应用于大型的商业建筑，其制冷/ 供热量也从几冷吨到几千冷吨不等。对350 多套商用土壤源热泵系统的调查表明[2]:土壤源热泵系统通过与水环热泵（Water Loop HeatPump）的结合使用，可以取得良好的节能效果，为土壤源热泵的的应用开辟了一个良好应用前景。1997 年就授予给了一个采用土壤源热泵系统的实际应用工程[3]。我国在开展土壤源热泵系统的研究与应用方面起步较晚，但到2000 年左右，在各种因素的共同作用下，成为一个非常”热门”的研究课题，虽然这样的热门是处在一个整体水平相对低下的大环境之下。从已有的文献报道来看，国内最早的研究开始于1989 年[4]。当时山东青岛建筑工程学院在国内建立了第一台土壤源热泵系统的试验台，开始主要从事水平埋管的研究工作，后又完成了竖直埋管换热的研究工作。天津商学院几乎在同一的时间开始了土壤源热泵系统的研究，高祖锟等人在结合国外有关的研究数据的基础上，重点对螺旋管埋地换热器作了研究，但研究工作后来没有继续[5]。华中理工大学从90 年代开始，在国家自然科学基金的资助下，进行了水平单管的换热研究，后来又进行了地下浅层井水用于夏季供冷和冬季采暖的研究。但现在这方面的工作也已经停止[6]。同济大学的张旭等人从1999 年开始在联合技术公司（U T C）的资助下，进行了为期多年的一项土壤- 太阳负荷热源的研究，重点针对长江中下游地区含水率较高的土壤的蓄放热特性进行测试[7]。湖南大学从1998 年开始也进行了多层水平埋管的换热特性研究[8]。重庆建筑大学的刘宪英等人从1999 年开始在国家自然科学基金的资助下进行了浅埋竖直管换热器地源热泵的采暖的研究。闭式环路的土壤源热泵系统在国内的应用实例见诸报道的仅有一例[10，11]，据闻2000年在浙江省有一个工程准备采用闭式土壤源热泵系统，但还没有见到公开的报道，实际效果尚无从得知。

四、土壤源热泵的适用性

其主要取决于工程所在地的土壤温度、建筑物负荷情况、地质情况以及是否具备充足的地埋管换热器施工场所。适中的冬夏都可利用的土壤温度、较稳定的冷暖负荷、较少风化岩石和富含流动性好地下水的地质情况是采用土壤源热泵的理想条件。闭式环路的土壤源热泵系统在国内的应用实例见诸报道的仅有一例[12，15]。