我國(guó)地?zé)崮苜Y源非常豐富。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)336個(gè)地級(jí)以上城市淺層地?zé)崮苜Y源年可開(kāi)采量折合標(biāo)煤7億噸，大部分土地面積適宜利用淺層地?zé)崮?，可?shí)現(xiàn)供暖制冷面積326億平方米。但目前，7億噸的年可開(kāi)采量中資源利用量為1600萬(wàn)噸，開(kāi)發(fā)度僅約2%，仍有巨大的潛能等待挖掘。

也正因此，近兩年，隨著技術(shù)進(jìn)步，地源熱泵作為一種兼具環(huán)保、節(jié)能與經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)逐漸受到人們的重視和推廣應(yīng)用。在南方地區(qū)如湖南、湖北、安徽地區(qū)均已開(kāi)展了成功的實(shí)踐應(yīng)用。

那么，地源熱泵技術(shù)好在哪兒?主流的地源熱泵技術(shù)有哪些?利用過(guò)程中需要注意哪些問(wèn)題?

通常來(lái)說(shuō)，地源熱泵技術(shù)利用三種淺層地?zé)豳Y源進(jìn)行供熱或制冷，即土壤、地下水和地表水。由于淺層地面的土壤、水源通常一年四季保持較為恒定的溫度，因此夏季可吸取冷量，冬季可吸取熱量，再通過(guò)熱泵機(jī)組輸送到建筑物，一套系統(tǒng)便能同時(shí)達(dá)到制冷、制熱的效果。

地源熱泵用于城市供暖具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。熱泵的本質(zhì)是一種熱量提升裝置，其本身在工作時(shí)只需消耗較少的電能，從環(huán)境中提取的熱能卻能達(dá)到其消耗電能的數(shù)倍，通過(guò)在淺層地表和室內(nèi)轉(zhuǎn)移能量實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)溫度的作用，因此是一種十分節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。

此外，該技術(shù)屬于可再生能源技術(shù)，其利用的是地表淺層的地?zé)豳Y源，是地表土壤、地下水或河流吸取太陽(yáng)輻射和地?zé)崮芏纬傻臒崮?，可以說(shuō)是取之不盡、用之不竭，擁有巨大的開(kāi)發(fā)潛能。

地源熱泵也具有顯著的環(huán)境效益，在運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有燃燒，不產(chǎn)生大量排放和廢棄物。雖然初次安裝成本較高，但是地源熱泵在后續(xù)使用過(guò)程中維護(hù)成本較低。整套系統(tǒng)中的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件較少，并且設(shè)備主要分布在地下、水下或者室內(nèi)，而不需要暴露在空氣中，能夠避免惡劣天氣造成的設(shè)備損耗。

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要由三部分組成：室外地能換熱系統(tǒng)、地源熱泵機(jī)組和室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)。根據(jù)熱能來(lái)源的不同，主要分為地埋管地源熱泵、地表水地源熱泵和地下水地源熱泵。地埋管地源熱泵是通過(guò)豎直或水平的土壤換熱器，經(jīng)由傳熱介質(zhì)與巖土進(jìn)行熱交換的地源熱泵系統(tǒng)，也稱為土壤源熱泵。

水平埋管方式適用于可利用地表面積大，淺層巖土的熱物性受外界氣候影響較小的區(qū)域。反之，則應(yīng)該采用豎直埋管方式。土壤源熱泵需要附近有足夠打孔和埋管的區(qū)域，因此適用于別墅和容積率不太高的公共建筑和辦公樓，并且需要具備適宜打孔的地質(zhì)條件。因此建筑密度較大的小區(qū)和地質(zhì)條件惡劣、地下巖層比較厚和硬的地方相對(duì)來(lái)說(shuō)不適合于采用土壤源熱泵。從經(jīng)濟(jì)性看，地源熱泵系統(tǒng)往往需要較高的一次性投資費(fèi)用。但后續(xù)能耗、維護(hù)費(fèi)用較低，使用一定年限后，即可在經(jīng)濟(jì)性上超越傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)。

由于相應(yīng)技術(shù)具有一定的特殊性和復(fù)雜性，因此在施工、設(shè)計(jì)方面，如果專業(yè)度不夠則很容易出現(xiàn)問(wèn)題。2004年住建部推出土壤源熱泵資助示范項(xiàng)目，開(kāi)啟了該項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)化推廣應(yīng)用。近十幾年，該項(xiàng)技術(shù)的研究得到了國(guó)家的大力支持，相關(guān)的國(guó)家自然基金資助項(xiàng)目有十幾項(xiàng)，相關(guān)的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究在全國(guó)50多所高校開(kāi)展，在換熱模型系統(tǒng)模擬、適應(yīng)性分析、參數(shù)響應(yīng)等方面取得了大量研究成果，因此該技術(shù)基礎(chǔ)的科學(xué)性問(wèn)題已經(jīng)不再是一個(gè)瓶頸，關(guān)鍵在于應(yīng)用方面的推廣。

湖南省發(fā)改委公布的《湖南省“十三五”地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用規(guī)劃》，明確“十三五”規(guī)劃期內(nèi)，湖南14市開(kāi)展42個(gè)地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用項(xiàng)目。長(zhǎng)沙、株洲等絕大多數(shù)地級(jí)市淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃均重點(diǎn)發(fā)展地埋管地源熱泵項(xiàng)目。北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)、云南寧蒗瀘沽湖機(jī)場(chǎng)、常州國(guó)際機(jī)場(chǎng)等諸多公共建筑也采用了地源熱泵結(jié)合太陽(yáng)能、水蓄能技術(shù)進(jìn)行供熱、制冷。據(jù)測(cè)算，大興機(jī)場(chǎng)的地源熱泵實(shí)現(xiàn)了250萬(wàn)平方米辦公場(chǎng)地的供熱和制冷，每年可減少碳排放1.58萬(wàn)噸以上，提高了建筑的環(huán)保、節(jié)能水平。

地表水地源熱泵利用的是地球表面水源，如河流、湖泊中的熱能資源，換熱系統(tǒng)布置在水底，適合于臨近水邊的建筑物。此外，工業(yè)廢水、經(jīng)過(guò)處理的污水也可以作為熱源。該技術(shù)利用了江水、海水穩(wěn)定的溫度，不需要鉆孔、挖井，初投資相對(duì)較小，也無(wú)需占用土地。但是此方式的局限性在于需要建筑物附近有較大面積的水域。在水系豐富的湖北省，地表水地源熱泵已經(jīng)取得了一定規(guī)模的推廣應(yīng)用。

2020年1月，湖北省首個(gè)江水源可再生能源項(xiàng)目在武漢啟動(dòng)建設(shè)，總投資約6億元，計(jì)劃2021年達(dá)到供能條件。該項(xiàng)目位于武漢市核心地段中央公園綠地的地下，機(jī)房占地面積1萬(wàn)余平方米，建成后，可滿足商務(wù)區(qū)內(nèi)211萬(wàn)平方米建筑物的全年供暖制冷需求。據(jù)測(cè)算，相比于傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，該項(xiàng)目綜合節(jié)能率超過(guò)30%。專家表示，理論上沿江5公里內(nèi)的建筑物都可以采用這種技術(shù)進(jìn)行供暖制冷。湖南省首個(gè)大型水源熱泵區(qū)域能源中心——濱江新城智慧能源項(xiàng)目，為濱江新城212萬(wàn)平方米區(qū)域的建筑提供集中供暖、供冷服務(wù)。

此外，長(zhǎng)沙的部分小區(qū)也通過(guò)水源熱泵系統(tǒng)提取湘江水熱能實(shí)現(xiàn)了居民供暖。居民反映，100平方米的房子，安裝燃?xì)獗趻鞝t帶地暖，24小時(shí)要用掉約20立方米的天然氣，一個(gè)月采暖費(fèi)約需1920元，而集中供暖包年1個(gè)月費(fèi)用僅需500元，暖氣24小時(shí)不間斷。而在污水熱泵應(yīng)用方面，2008年奧運(yùn)會(huì)的重要設(shè)施——45萬(wàn)平方米的奧運(yùn)村即采用了城市污水熱泵。國(guó)內(nèi)最大污水源單體熱泵供熱項(xiàng)目為哈爾濱市新發(fā)小區(qū)及周邊4個(gè)小區(qū)實(shí)現(xiàn)供暖，由于距離市政地下污水干渠距離較近，該污水源熱泵替代了原有的4臺(tái)20噸燃煤鍋爐，供熱面積66萬(wàn)平方米，熱用戶6600余戶。地下水地源熱泵則采用地下水作為低品位熱源，需與由水泵抽取的深層地下水進(jìn)行冷熱交換。適用于地下水資源豐富，當(dāng)?shù)刭Y源管理部門允許開(kāi)采地下水的地區(qū)。該方式適用于周圍空地面積有限的建筑。但這種熱泵技術(shù)的局限性在于需要具備適宜打井的條件，并且受到地下水源狀況的影響。與埋管的方式相比，地下水地源熱泵造價(jià)低、容量大，但是在地質(zhì)環(huán)境方面造成的問(wèn)題比較突出。

地下水是一種優(yōu)質(zhì)的淡水資源，也是國(guó)家的戰(zhàn)略資源，使用地下水的過(guò)程中一旦出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)帶來(lái)較為嚴(yán)重的后果，因此各地對(duì)地下水的開(kāi)采都采取謹(jǐn)慎的態(tài)度。地下水的水質(zhì)處理以及回灌是該技術(shù)推廣應(yīng)用中的重點(diǎn)。當(dāng)?shù)叵滤荒苤苯颖粺岜美脮r(shí)，需要進(jìn)行除砂、沉淀，否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低或發(fā)生故障。

此外，利用地下水，還需要進(jìn)行水源的回灌。操作不當(dāng)會(huì)引起地下水位不平衡、地面沉降等問(wèn)題。近年來(lái)，在該項(xiàng)技術(shù)推廣應(yīng)用過(guò)程中，有的地區(qū)出現(xiàn)了開(kāi)采而不回灌的現(xiàn)象，不利于地?zé)豳Y源的可持續(xù)利用，受到了政府部門的嚴(yán)查。全國(guó)許多地區(qū)對(duì)地下水的開(kāi)采管理也逐漸趨嚴(yán)，加強(qiáng)尾水回灌的要求，限制發(fā)展的政策增多。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和巨大的地?zé)豳Y源被開(kāi)發(fā)，使得地源熱泵成為了南方供暖以及北方供暖清潔替代過(guò)程中的一項(xiàng)重要技術(shù)。

在應(yīng)用過(guò)程中，需要重點(diǎn)考慮水文地質(zhì)條件是否適宜，因地制宜地發(fā)展地源熱泵。在地下水開(kāi)采利用規(guī)定較為靈活的地區(qū)，地下水地源熱泵可以作為一個(gè)選擇;在土壤條件適宜的區(qū)域，地埋管地源熱泵具有很大的開(kāi)發(fā)潛能，并且相對(duì)更適用于容積率低的建筑;而在水資源豐富的地區(qū)，江水、湖水及海水的周邊數(shù)公里，可以很好地利用地表水地源熱泵。此外，城市的污水熱源也是一個(gè)靈活的選擇。在現(xiàn)階段城市發(fā)展供暖的過(guò)程中，地源熱泵經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的探索，已取得了較大的進(jìn)步，并且適應(yīng)節(jié)能減排的大趨勢(shì)。通過(guò)與其他可再生能源如太陽(yáng)能合作發(fā)展，結(jié)合儲(chǔ)熱技術(shù)、智能電網(wǎng)技術(shù)，地源熱泵將成為我國(guó)發(fā)展南方供暖以及城市清潔供暖的重要?jiǎng)恿Α?/p>

(作者供職于中國(guó)人民大學(xué)國(guó)家發(fā)展與戰(zhàn)略研究院、應(yīng)用經(jīng)濟(jì)學(xué)院)