基本概念和原理

地源熱泵則是利用水源熱泵的一種形式，它是利用水與地能（地下水、土壤或地表水）進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內採暖，此時地能為“熱源”；夏季把室內熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。地源熱泵供暖空調系統主要分三部分：室外地能換熱系統、水源熱泵機組和室內採暖空調末端系統。其中水源熱泵機主要有兩種形式：水—水式或水—空氣式。三個系統之間靠水或空氣換熱介質進行熱量的傳遞，水源熱泵與地能之間換熱介質為水，與建築物採暖空調末端換熱介質可以是水或空氣。

1、製冷工況

在製冷狀態下，地源熱泵機組內的壓縮機對冷媒做功，使其進行汽—液轉化的迴圈。透過冷媒/空氣熱交換器內冷媒的蒸發將室內空氣迴圈所需攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒迴圈的同時，再透過冷媒/水熱交換器內冷媒的冷凝，由水路迴圈將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終由水路迴圈轉移至土壤裡。在室內熱量不斷轉移至地下的過程中，透過冷媒—空氣熱交換器，以13-7℃的冷風的形式為房間供冷。

2、制熱工況

在制熱狀態下，地源熱泵機組內的壓縮機對冷媒做功,並透過水路切換將水流動方向切換。由地下的水路迴圈吸收地下水或土壤的熱量，透過冷媒/水熱交換器內冷媒的蒸發，將水路迴圈中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒迴圈的同時，再透過冷媒/水熱交換器內冷媒的冷凝，由空氣迴圈將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下熱量不斷轉移至室內的過程中，以35-50℃的熱水的形式向室內供暖。

3、應用

地源熱泵是以地表能（包括土壤、地下水和地表水等）為熱源，透過輸入少量的高品位能源（如電能），實現低品位熱能向高品位熱能轉移的熱泵空調系統。與傳統空調和供熱系統相比，它具有可再生利用、執行費用低、佔地面積小、節約水資源、有利環保等特點。

大家都知道，在南方夏季冷負荷比熱負荷要大/北方冷負荷比夏季熱負荷小，如果採用淺層地源熱泵系統的話，常年的向土壤輸送的熱量比冷量要大/常年的向土壤輸送的熱量比冷量要小，那麼若干年後是不是會引起地溫升高/降低，該系統在該地區就不能使用或使用效果下降，即地熱不平問題。顯然不平衡是存在的，但是沒有足夠的資料和模型證明這種不平衡。地埋管平衡問題一直是比較棘手的問題，目前尚未見到不平衡導致系統無法執行的情況，想在理論上做的更有說服力的話需要建築的全年動態負荷及使用負荷率時間表。目前地源界對此問題尚無定論，仁者見仁，智者見智。

對於冬冷夏熱地區：冷負荷大於熱負荷，在考慮到壓縮機的功率，製冷時排熱量大於制熱時的吸熱量。所以對於做淺層地源熱泵之前，要先進行熱平衡計算。夏季向地下放熱，冬季向地源取熱，兩者在部分地區（夏季冷負荷和冬季熱負荷可以持平的地區）大體平衡。不平衡是動態變化的，隨著地溫的升高或降低，該地塊的吸熱或放熱的能力也會變化。最後會趨於一種失效平衡。

一般的地源熱泵可以從以下角度分析：先計算出夏天和冬天散熱量（冷負荷）和吸熱量（熱負荷），如果大體平衡就不需採取別的措施。

1、如果夏天的散熱大於冬天的吸熱，那麼就應該減少其散熱量，可以採用熱回收，把冷凝熱回收一部分，如果仍然平衡不了，那麼就加冷卻塔，直到兩者平衡為止。

2、相反如果冬天吸熱大於夏天散熱，那麼就減少冬天的吸熱量，可以採用鍋爐分擔部分負荷，以達到兩者平衡的目的。目前大家都在用夏季輔助放熱 冬季輔助收熱的方法進行平衡 但是沒有確切的方法和方案

3、先給建築建立模型（可以選用SKetchUp、legacyOpenStudio和DesignBuilder進行建模），計算全年累計負荷。得出向土壤的吸熱、放熱負荷。然後用EnergyPlus軟體j進行負荷模擬，看看是否在管數最合理的情況下平衡。

目前解決技術措施主要有三個：

1、需要生活熱水的專案採用熱回收(全熱和餘熱皆可)技術，把一部分排熱轉化成熱水，即分擔部分地埋管的負擔，又有免費的熱水用，一舉兩得。也能夠緩解夏季散熱量大於冬季吸熱量的問題；緩解程度和熱回收量大小有關；

2、地埋管系統按照冬季採暖負荷進行設計；如果不能平衡，排熱過多的話，夏季偏少部分透過增加單冷機組、無需生活熱水的專案只能加冷卻塔了。實現製冷量的補充。目前工程中採用輔助冷熱源的專案多是埋管面積不夠或是為了節省初投資。

3、地埋管系統按照夏季製冷量設計，冬季吸熱過多，透過增加輔助散熱措施、如東北寒冷地區，採暖時間比製冷時間長，冬季吸熱量大於夏季排熱，可採用輔助熱源，如鍋爐。提高地下的熱補充量使之平衡。不過北方多集中採暖，鮮有為了熱平衡才使用輔助源的。

該三個措施，嚴格意義上是從技術層次加以考慮，但是，從初投資角度考慮，第三種方案不合適；可以說，如何在經濟性和穩定性之間尋找最佳的平衡點，還是值得我們去進一步的探討和研究。

地源熱泵則是利用水與地能（地下水、土壤或地表水）進行冷熱交換來作為地源熱泵的冷熱源。冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內採暖，此時地能為“熱源”；夏季把室內熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。

還是很繞？

簡單說，地下水冬暖夏涼，冬天從這裡面提取熱量加熱室內，夏天也從這裡提取“冷量”給室內降溫。

當然，除了地下水，地源熱泵還可以利用地下水、江河湖水、水庫水、海水、城市中水、工業尾水、坑道水等各類水資源，以及土壤，作為地源熱泵的冷、熱源。