步入21世紀，人們對生活品質要求不斷提高，住宅面積不斷擴大，家用空調器也向著大功率、舒適、節能、甚至美觀豪華的趨勢發展，普通房間空調器已經不能更充分、更完全地滿足市場需要了。帶有新風系統的戶式中央空調正在代替普通的房間空調器，該項技術技術方面已經取得了突破性進展，因此具有相當可觀的潛力和應用前景，并將成為21世紀我國空調產業發展的趨勢。

然而，隨著空調設備使用的日益廣泛，一直困擾人們的能源問題、環保問題顯得更為突出。比如在上海,日常生活中，空調用電量占到總用電量的40％，特別在大型商業和辦公用建筑中占到總用電量的1/3以上。今年夏天,因電力嚴重不足而造成外灘的照明工程一度中斷，這與夏季炎熱人們長時間運行空調不無關系。能源形勢已經很嚴峻了。

1背景

1.1戶式中央空調的發展狀況

所謂戶式中央空調,又稱小型中央空調，每家一臺主機，通過管線或風道，主要以電能、少部分以燃氣作為能源，實現夏天制冷，冬天供暖。

在國外發達國家，由于經濟條件較好，住房面積大，戶式中央空調早已成為一種家庭消費必需產品。在美國、歐洲、日本等國的家庭中，有85％以上的家庭在選購空調產品時，會選擇戶式中央空調

近年來，國內面積超過100平方米以上的住宅、復式住宅的不斷增加，商品房開始有越來越大的趨勢。介于大型中央空調系統與家用空調之間的空白點便顯露出來，于是戶式中央空調市場開始在中國啟動。作為一個產業，這幾年戶式中央空調市場在國外的發展已經比較成熟，而在國內卻還只是剛剛起步，市場對這種空調好處還處于一個逐漸認識的過程。戶式中央空調行業占有率美國已經超過70%，在日本超過50%，而在中國的占有率僅占空調器行業的5%左右。當然，在經濟較為發達的大型城市如北京、上海等地，已經有相當一部分消費者接受了戶式中央空調這一概念。

1.2地源熱泵的應用原理及發展狀況

地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節能空調系統。

地源熱泵系統工作原理如圖1所示，“熱泵”二字說明它是熱泵的一種，具有熱泵的共同特點，其工作過程具體如下，夏季制冷時，大地作為排熱場所，把室內熱量以及壓縮機耗能通過埋地盤管排入大地中，再通過土壤的導熱和土壤中水分的遷移把熱量擴散出去。冬季供熱時，大地作為熱泵機組的低溫熱源，通過埋地盤管獲取土壤中熱量為室內供熱。兩個換熱器都即可作冷凝器又可作蒸發器，只因季節不同而功能不同。在地源熱泵系統中，由于冬季從大地中取出的熱量可在夏季得到補償，因而可使大地的熱量基本維持平衡

有許多地源熱泵系統正在全世界廣泛使用，特別是在美國、瑞士和北歐。裝機數量約為：美國300000臺，瑞士20000臺，北歐30000臺。在瑞士和北歐，地源熱泵系統大部分用于單個家庭住房；而在美國許多熱泵系統應用于大型建筑[9]。國內許多科研院所也已經開展了不同程度的研究，地源熱泵的技術已經距離實用化非常近，并且采用深井水為熱源的地源熱泵技術已經在應用

地源熱泵作為一種非常重要的可再生能源，具有節能和環保的雙重效益，國際上已經將地下蓄熱技術和高效熱泵同時列入21世紀最有發展前途的新技術。

2地源熱泵應用于戶式中央空調的可行性分析

2.1地源熱泵應用于戶式中央空調的技術性分析

與其他能源利用技術相比地源熱泵具有一下優勢：

1.屬再生能源利用技術

地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多

2.屬經濟有效的節能技術

地熱資源的溫度一年四季相對穩定，冬季比環境空氣高，夏季比環境空氣低，這種溫度特性使之比傳統空調系統運行效率要高40%，節能和節省運行費用40%左右。

3.環境效益顯著。地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當于減少40%以上，與電供暖相比，相當于減少70%以上，如果結合其它節能措施，節能減排會更明顯。

4.一機多用，應用范圍廣

地源熱泵系統可供暖、空調，還可供生活熱水，一機多用，一套系統可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統。

5.節省空間

可以埋在地下，不必大面積開挖，不占用地面的空間，上面可以種上花草。對于目前新興的花園式別墅，花園式小區樓宇及花園式建筑有非常好的實用性，并且由于其地面機房所需面積很小，故其對建筑面積節省的特點對當前建筑寶貴的面積來說無疑是一大福音。

2.2地源熱泵應用于戶式中央空調的經濟性分析

１.與鍋爐（電、燃料）供熱系統相比，鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70～90%的燃料內能為熱量，供用戶使用，地源熱泵要比電鍋爐加熱節省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節省二分之一以上的能量。

２.地源熱泵的熱源溫度全年較為穩定，一般為10～25℃，其制冷、制熱系數可達3.5～4.4，與傳統的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運行費用為普通中央空調的50～60%。

運行費用分析：

以北京市的物價水平-天然氣價1.90元/m、電0.44元/kWh來比較。如果利用天然氣來采暖，天然氣熱值為33500kJ/m，利用熱效率90%計，則燃燒1m可以獲得熱量為：Q=33500×0.9=30150kJ。

如果使用地熱熱泵，取COP=3.5，則獲得同樣的熱量需要耗電量為：

W=Q/COP=30150/35=8614.3(kJ)=2.4(kWh)

費用比較可知：

熱泵供暖電費=0.44(元/Kwh)×W=0.44×2.4=1.056(元)

而1m3的天然氣費用=1.90(元)

因此，用地熱熱泵供暖（熱）可減少運行費用：

y=(1.9-1.056)/1.9=44.4%

2.3工程實例投資及經濟性對比分析：

現在再來通過實例來比較以地源熱泵為冷熱源與常規冷熱源的戶式中央空調的經濟性比較[15]：

實例1

項目名稱：上海市鐵路局員工宿舍樓地源熱泵空調系統項目

項目地址：上海市長寧區

執行單位：北京計科地源熱泵科技有限公司

建筑類型：宿舍樓

建筑結構：磚混結構

建筑占地：280平方米

建筑面積：679平方米

空調面積：420平方米

表1投資及經濟性對比分析

系統類型

總投資（萬元）

年運行費用（萬元）

年節約運行費用（萬元）

節約率

冷水機組加市政管網供熱

24.5

3.2

0

0

地源熱泵冷暖空調系統

26.6

1.3

1.9

59％

實例2

項目名稱：北京市順義區月亮灣別墅地源熱泵空調系統項目

項目地址：北京市順義區月亮灣別墅區

執行單位：北京計科地源熱泵科技有限公司

建筑類型：別墅住宅（獨棟）

建筑結構：磚混結構

建筑占地：90平方米

建筑面積：240平方米

空調面積：190平方米

表2投資及經濟性對比分析

系統類型

總投資（萬元）

年運行費用（萬元）

年節約運行費用（萬元）

節約率

冷水機組加市政管網供熱

8.4

1.6

0

0

地源熱泵冷暖空調系統

10.1

0.7

0.9

56％

通過上述分析可以看出，將地源熱泵應用于戶式中央空調中，有以下一些特點：

(1)從經濟性方面考慮，設備的初投資較大，但是，地源熱泵在夏季可以做空調冷源，冬季可以做供熱的熱源，因此兼用制冷的熱泵系統與純采暖相比的年運行費要明顯降低。而且，地源熱泵系統能耗少，機組性能系數高，節能效果明顯。

(2)從環保的角度考慮，地源熱泵有不對使用地產生大氣污染、噪聲污染、熱污染等優點，并且埋地換熱器可布置在別墅區的花園、草坪或是建筑物周圍的地下，而不占地上建筑面積，對環境保護有利，是一種“綠色空調”，符合可持續發展的要求。

(3)從工程技術方面考慮，對于別墅區，建筑物周圍空間較大，鋪設埋管較容易，所以較適合使用地源熱泵系統。

(4)從操作運行角度來考慮，地源熱泵系統操作要比普通制冷機組簡單方便。

盡管地源熱泵的應用還存在諸如其區域性較強；初投資較高；缺少針對土壤熱特物性參數的研究成果；缺少最佳匹配參數；缺少動態特性研究等方面的不足，但是隨著科技的進步和工程技術人員的不懈努力這些問題都將得到很好的解決。

3前景展望

在我國夏熱冬冷地區及寒冷地區利用地源熱泵可實現夏冬兩季冷暖聯供，其中最有利的地區是夏熱冬冷地區。這個地區年平均溫度高，一般居住建筑均無集中供熱系統供暖，而其氣候特點是夏季炎熱，濕度大；冬季陰冷潮濕，屬我國居住熱環境質量最差的地區之一。該地區夏季供冷冬季供暖天數相當，同一地區地源熱泵系統進行空調可以充分發揮地下蓄能系統的作用。如果在這些地區大力發展地源熱泵空調系統技術，必將大大改善當地人民的居住熱環境，為國家節約大量的建筑能耗。

如果按空調的制冷或制熱面積來計算空調的價格，戶式中央空調的價格應遠比中央空調的價格便宜，但和普通空調比起來又略高一些，不過其價格又在人們的承受能力之內，而且戶式中央空調的性能不遜于中央空調，豪華舒適性也優于普通家用空調，室外機只有一臺，可以選擇安裝在住房樓頂或者其它隱蔽性的地方，絲毫不影響樓房的外觀。

總之，將地源熱泵技術應用于戶式中央空調的技術可以滿足于新世紀空調的發展需要，并且具有很強的可行性，是一種需要大力發展的新型能源利用技術。隨著地源熱泵應用于戶式中央空調技術研究的進展，必然會對我國能源的科學利用起到良好的促進作用。

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21.節能環保型地源熱泵空調系統.建設部住宅產業化促進中心.2003-7-1

李中領，男，1977年11月23日，上海理工大學城建學院在讀碩士，電話：021－65689275E－mail：lingli_07@