摘要：本文以河北某小區采用地源熱泵與低溫熱水地面輻射供暖相結合的供暖方式為引出點，介紹地源熱泵技術的發展及一種地源熱泵的專利技術和應用該項技術所進行的項目推廣，并結合北京地區一工程實例介紹地源熱泵系統的特點。
在山東宏力空調設備有限公司的網站上有這樣一則新聞“河北省保定市安國華興小區引入宏力地源熱泵，采用低溫熱水地面輻射供暖方式實現供暖。這是保定地區節約型小區的典范工程，也在河北省成功樹立了此種項目的樣板工程”。本文下面從供熱熱源，地源熱泵與低溫熱水地面輻射供暖的特點等方面分別作簡要介紹。
供熱熱源一般有以下幾種形式：熱電廠，區域鍋爐房，工業與城市余熱，地熱，核能，熱泵，太陽能等。前五種屬于集中熱源，后兩種及燃氣爐、燃油爐等屬于獨立熱源。在集中熱源受到限制的區域，獨立熱源便顯示出自身的優勢，比如熱泵，尤其是地源熱泵系統優勢更加明顯。
地源熱泵+地板輻射，實現低溫熱水地面輻射供暖技術是目前最經濟、最環保、最節能方式，供暖效果穩定、連續性好。地源熱泵是利用了地球土壤和水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量轉換的冷暖空調系統。地表土壤和水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽輻射能量，比人類每年利用能量的500倍還多（地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量），而且是一個巨大的動態能量平衡系統，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發散相對的均衡。這使得利用儲存于其中的似乎無限的太陽能或地能成為可能。所以說，地源熱泵是利用可再生能源的一種有效途徑。地源熱泵技術是一種利用淺層常溫土壤或地下水中的能量作為能源的高效節能，零污染，低運行成本的既可供暖又可制冷并能提供生活熱水的新型熱泵技術。所謂熱泵（Heat Pump）是一種從低溫熱源汲取能量，使其轉換成有用熱能的裝置。它利用地下常溫土壤或地下水溫度相對穩定的特性，通過輸入少量的高品位能源（如電能），運用埋藏于建筑物周圍的管路系統或地下水與建筑物內部進行熱交換，實現低品位熱能向高品位轉移的冷暖兩用空調系統。它由水循環系統、熱交換器、地源熱泵機組和控制系統組成。它的最大優點是節能、無污染和運行費用低、空氣質量高。通常地源熱泵消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。它不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣，是一種的理想的“綠色技術”。從能源角度來說，它是一種用之不盡的可再生能源。夏季高溫差的散熱和冬季低溫差的取熱，使得地源熱泵系統換熱效率很高。因此在產生同樣熱量或冷量時，只需小功率的壓縮機就可實現，而且冬季運行不需要任何輔助熱源和除霜，大大地減少電能消耗和除霜的損失，從而達到節能的目的。
低溫熱水地面輻射供暖是以溫度不高于60℃的熱水為熱媒，在加熱管內循環流動，加熱地板，通過地面以輻射和對流的方式向室內供熱的供暖方式。該方式具有舒適性強，不占用室內面積等優點，受到人們的喜愛。地源熱泵的出水溫度正好滿足低溫熱水地面輻射供暖系統溫度不高于60℃的要求，不需增加換熱設備，減少投資，這也是二者相結合的優勢所在。
1946年美國建成第一個地源熱泵系統。1998年美國商用建筑的地源熱泵空調系統已經占到空調保有量的19％以上，其中在新建筑里面占30％，并以每年10％的速度遞長，美國前總統布什為大力推廣此節能、環保產品，在得克薩斯州鄉間住宅率先應用。在歐洲，德國、法國以及北歐的一些國家應用較多，瑞士-96%、丹麥-27%、奧地利-38%，他們更多的是利用淺層地熱資源，來供熱或者取暖。
隨著國內人們環保能源意識的不斷提高，熱泵越來越受到重視，作為一種環保高效的新能源將逐漸替代主要以礦物能源為主的一次性能源，并將進入千家萬戶。這是響應國家號召發展綠色建筑的需要，也是貫徹落實黨中央提出的發展節能省地型住宅和公共建筑的重要舉措，同時為人們提供一個綠色生態環保節能的居住、工作環境，提高人們的生活品位。
我國地源熱泵技術的研究始于上世紀80年代。中國能源研究會地熱專業委員會于1994年9月6日至8日在北京召開了第四次全國地熱能開發利用研討會；從90年代開始，每屆全國暖通制冷學術年會上都有“熱泵應用”的專題；1997年，中國科技部與美國能源部簽署了《中美地熱開發利用的合作協議書》。2000年山東宏力集團公司協助山東建筑工程學院成立地源熱泵研究所，這是我國首個以地源熱泵技術為研究目標的科研機構。2000年6月19日至23日，中美地源熱泵技術交流會在北京召開。2003年3月17日首屆國際地源新技術報告會由山東宏力集團公司在濟南主辦，其中山東宏力集團董事長于奎明、美國OSU地源熱泵專家Spiteler博士、劉曉斌博士、山東建筑工程學院地源熱泵研究所方肇洪博士、清華大學熱能工程系、天津大學熱能工程系、同濟大學熱能工程系、浙江大學制冷與低溫工程研究所、吉林大學熱能工程系、河北建筑科技大學、武漢化工學院土木工程系幾十所高等院校及科研機構應邀出席，并展開深入探討，大大提高了國內地源熱泵的技術水平，由國內外專家評定，宏力地源熱泵技術達到了國際先進水平，并填補國內空白。2005年，建設部將地源熱泵技術列為建筑業十項新技術，有關方面正在制定相關政策，推動地源熱泵技術的普及和發展。作為新型清潔能源的代表，地源熱泵受到國家主管部門重視。建設部將地源熱泵技術列為2005建筑業十項新技術并責成中國建筑科學研究院空調所主編的國內首個關于地源熱泵技術的標準《地源熱泵供暖空調技術規程》已經頒布實施。
許多地方各級政府把發展地源熱泵作為發展本地經濟的一個契機。北京市自1999年起，進行地熱供暖示范工程及低溫地熱能梯級利用技術研究，取得重大成果。為辦好本屆奧運會，北京市主管部門和科研部門全力合作，相繼進行了一些先進技術研究，國內外專家提出以地源熱泵為代表的清潔能源符合“綠色奧運、科技奧運”的宗旨，應當在奧運工程建設中推廣、使用，會議形成倡議書遞交北京市政府和奧運會組委會，受到有關方面的高度重視，后詳細研究及考核，將地源熱泵中央空調作為2008年北京奧運會指定選用的中央空調型式。
地源熱泵技術在很大程度上為國家節省能源，緩解電荒，同時也為用戶節省了大量的運行費用。
山東宏力空調設備有限公司作為地源熱泵研發的專業公司做了大量的推廣工作。
自1999年以來，宏力公司研發生產的20RT以上的8000多臺商用熱泵、特別是自2001年以來自主研發的5000多臺地源熱泵產品已推廣應用到全國各地，受到廣大用戶的歡迎，并為我國的綠色建筑節能技術盡快趕超世界先進水平做出了應有的貢獻。
山東宏力空調設備有限公司于1995年6月在世界風箏都濰坊成立，經過11年的不斷創新和逐漸擴展運營范圍，成為國內大、中、小型各式中央空調研發生產基地，公司研制生產的各型地源熱泵冷熱水機組、空氣源熱泵冷熱水機組被國家科技部、國家技術監督總局、國家環保總局等五部委評為“國家級重點推廣新產品”；獲得科技部、財政部、高新技術創新基金，公司率先通過了ISO9001國家質量體系認證及ISO14001國際環境體系認證，同時宏力公司研制開發的模塊式中央空調機組被中國制冷學會推薦為“第六屆制冷設備信得過產品”并且通過了國家科技成果鑒定，專家結論為“填補國內空白，具有重大技術創新，居國際領先水平”。并先后獲18項擁有獨立知識產權的專利技術，拓寬了中央空調的應用范圍，為中國的空調業做出了突出貢獻。
近幾年，地源熱泵空調技術在我國的研究和應用有了很大的發展，理論和實踐研究異常活躍，工程應用逐年增加，尤其是中國政府和美國政府將地源熱泵空調技術納入兩國能源效率和可再生能源合作項目，促進了這一技術國際合作和推廣的應用領域，但是如何優化機組系統配置、獲得較高的能效比，是當前業內人事關注的熱點，所以加強技術交流，將先進的設計理念、可靠的設備介紹給大家是非常有意義的。
地源熱泵空調機組與其它形式的空調一樣，由四大件組成，即蒸發器、冷凝器、壓縮機、膨脹閥，而壓縮機、膨脹閥為歐美發達國家原裝進口件，實際上地源熱泵機組的研發主要是蒸發器和冷凝器。
山東宏力空調設備有限公司工程技術人員開發的具有獨立知識產權，適合地源熱泵機組使用的新型大容量環流套管式換熱器，換熱器獲得國家最新專利技術（專利號ZL00256109.3；ZL00256108.5），該技術填補國內空白，達到國際先進水平,這種新型環流套管換熱器通過使用特制的等內徑異壁低肋內螺紋紫銅（或白銅）換熱管有效地加強了蒸發器從單向流到蒸發器出口管段的換熱條件，以及對換熱管危險區的加強，有效地保證了換熱器的可靠性，分別采用獨特的內空間設計將換熱器內水流速從原來的1.5m/s提升到3.2m/s和等徑分液技術充分發揮了換熱管使用效率，降低了材料的消耗量，既提高了換熱器的傳熱系數，又解決了易堵塞和制作成本的問題，而且通過標準模塊組合的方式有效的擴充了換熱器的使用范圍（2kW～260kW）。不僅繼承了傳統換熱器的優點，而且克服了傳統換熱器傳熱系數低、容量小、易堵塞、易泄露等缺點。
由于環流套管換熱器的特點使其在地源熱泵機組上的應用具有得天獨厚的優勢，山東宏力空調設備有限公司于2000年成功開發出了環流模塊化地源熱泵機組，同年通過了國家壓縮機制冷設備質量檢測中心的檢測（制冷性能系數高達5.86，制熱性能系數高達4.46，）遠遠超過國家規定的一級節能產品性能，并先后申報十四項國家專利，并獲得了國家級產品生產許可證及CIAA產品認證，充分肯定了環流模塊化地源熱泵機組的性能。
下面以北京區一實例給大家介紹一下：
北京莫奈花園別墅群位于北京市順義區空港城，是北京地區較大的高檔次住宅項目，集綠色、親水、國際化、增值、人文、交通六位于一體，生態環境與人居環境和諧共生的住宅示范區，其主要為別墅式住宅，同時還包括娛樂、辦公、學校等，其別墅住宅一期共計80余套。按甲方要求其原工程設計為冬季燃汽鍋爐采暖，夏季普通家用空調制冷，經詳細比較及計算其運行費用，最后確定其中42套為地源熱泵機組，共計約60000平方米，冬季采暖、夏季制冷以降低其費用。
（1）主機型式
因北京冬季溫度較低，家用空調當溫度低于7℃時其制熱量衰減較嚴重，同時存在夏季制冷系數較低等問題，同時根據北京市文件，位于順義區地下水取用受到嚴格限制，排除水源熱泵機組。因此在同甲方多次接觸后，采用地源熱泵機組用以制冷及采暖。因其原有機房面積較小，不能安裝，經和甲方協商后，安裝于一樓樓梯底，因其位于室內，與會客廳接，所以其外觀及噪聲要求極為嚴格，最后確定選用宏力產低噪音數碼柔性旋流式地源模塊機組。
根據其建筑單體別墅建筑面積為366m2，根據《采暖通風與空氣調節設計規范》GBJ19—87及《民用建筑暖通空調設計技術措施》，其單位面積冷負荷按100W/m2，單位面積熱負荷按85W/m2，總體冷負荷為36.6kW，總體熱負荷為31.1kW，根據總體冷熱負荷選用DM-10Q（R）型地源模塊冷熱水機組，制冷量為38kW；制熱量為32kW。
(2)工程施工
考慮順義區莫奈花園地下情況，88米以下均為巖石，其施工難度較高，同時考慮其施工成本，因此在本工程中地下埋管為雙U型管，埋管深度為80米，每套別墅400m2，共計5孔，孔間距為5米，每戶埋管合計400米。其地埋管材質為高密度聚乙烯管PE100，管徑為32mm，壁厚2.9mm，鉆孔孔徑為150mm。
(3)系統設計
根據其別墅單體面積較小，室內循環系統補水采用自來水定壓補水，室外埋管系統采用小型補水箱定壓補水。考慮其室內空間及節省管材，主管采用異程設計，其水流速按2m/s設計，地埋管循環系統水流速按1.2～2.5m/s設計。
(4)設備運行效果
機組安裝完畢后經調試，當環境溫度35℃時，地源熱泵機組冷媒水進水溫度12℃，出水溫度7℃，室內環境溫度達到20～24℃，制熱時熱媒水進水溫度40℃，出水溫度45℃，室內溫度可達到18～24℃，完全達到空調制冷、制熱設計要求，運行效果理想，甲方十分滿意。
宏力公司的其他一些工程實例：
天津現代綠色大酒店—準五星級，建筑面積80000平方米，使用了宏力深井水型地源熱泵，供酒店冷、暖及熱水（該酒店為目前亞洲第一生態大酒店）
銀川高速公路60多個服務、收費站-使用宏力近4000多萬元地源熱泵產品。
泰山市污水處理廠—利用污水，使用宏力污水型水源熱泵四臺，供冷、暖及生活用水的需要。
棗莊金莊煤礦—利用500米以下礦井廢水，使用宏力水源熱泵共80000平方米冷、暖兩用型空調。
杭州國際休閑博覽園——共十幾萬平方米，使用宏力地表水型冷、熱兩用型熱泵機組
南京綠博園—各主要建筑使用了宏力螺旋地埋管地源熱泵，供冷、暖及生活用水的需要
佳木斯鴻基偉業大廈—建筑面積3萬平方米，選用宏力地源熱泵，采用地板輻射方式實現供暖，室內溫度達到22℃以上。
佳木斯交巡、警支隊—建筑面積約1.5萬平方米，選用宏力地源熱泵，采用地板輻射方式實現供暖，室內溫度達到22℃以上。
樂陵廣播電視局—共1.0萬平方米，選用宏力地源熱泵，采用地板輻射方式實現供暖，室內溫度達到21℃以上。
河北邢臺旭陽花園—建筑面積10萬平方米，選用宏力地源熱泵，采用地板輻射方式實現供暖。
南陽市萬家園小區—建筑面積約4萬平方米，選用宏力地源熱泵，采用地板輻射方式實現供暖，室內溫度達到22℃以上。
河北省保定市安國華興小區—建筑面積約5萬平方米，選用宏力地源熱泵，采用地板輻射方式實現供暖。
淮安丹桂園小區—建筑面積12萬平方米，使用60米以上淺層地下水進行制冷、制熱和衛生熱水，選用宏力地源熱泵。
宏力公司擁有投資1000多萬元的國家級熱泵實驗室，設有經山東省科技廳批準成立的“山東省熱泵工程研究中心”，并和國內、外大專院校熱泵科研機構虛擬熱泵設計研究院組成了一支專家級熱泵研發隊伍，可以在第一時間收集到國內、外熱泵發展的最新前沿信息。讓我們共同努力為振興民族工業，發展熱泵產業、使熱泵這一新興的朝陽產業屹立于世界同行業之林而奮斗！
