地源热泵在国内外的发展和应用

地源热泵在国内外的发展和应用
2.1 国外的发展和应用
“地源热泵”的概念最早出现在1912年瑞士的一份专利报告中[7]，该技术的提出始于英、美两国。20世纪
40年代末50年代初，美、英开始采用地下盘管做热源的家用热泵，并开始研究地源热泵。但是由于这个
时期能源价格低，地源源热泵系统的初投资高，使得这种系统并不经济。因此地源热泵系统的早期研究高
潮持续到20世纪50年代中期就基本停止了。70年代欧美等国开始的“能源危机”重新促使人们有了对地源
热泵研究的兴趣和需求，特别是北欧（如瑞典等）的兴趣，再一次进入土壤源热泵的研究高潮。20世纪
80年代后期，土壤源热泵系统才在商业、民用建筑的空调设计中采用[ 8~12] 。
根据国际上1995—1999年的数字统计，发达国家地源热泵产品的发展势头十分可观。美、欧、日等国家的
地源热泵利用情况如下：
1）美国：地源热泵系统已经安装了20万套以上，每年递增约20%。1998年美国商业建筑中地源热泵系统
已占空调总量的19%，其中新建建筑占30%[ 13]。
美国每年新建独立家庭住宅（别墅）一百万座，其中四分之一采用地板采热方式，这是与地源热泵可以直
接配套的地上导热系统，也是土壤源热泵系统的潜在市场。
2）加拿大：地源热泵技术发展稍晚，至1994年，仅有7000—8000套封闭循环地源热泵系统投入使用，加
上开放系统地热泵总数不超过万台。
3）瑞典：在地源热泵应用的初期，瑞典政府采取了一定的补贴政策。1990年以来，政府补贴取消，但地
源热泵安装仍以1000套/年的速度递增。瑞典全国已经安装了23万套地源热泵，其中约5万套为土壤源
热泵系统。
4）瑞士：瑞士世界上地源热泵应用人均比例最高的国家，其中土壤源热泵系统所占的比例越来越高，至
1998年，土壤源热泵系统已经占有地源热泵安装市场的70%以上，总数达到20万台以上，号称世界上土
壤源热泵系统密度最大的国家。瑞士地源热泵总装机容量的增加从上世纪70年代末一直延续至今，呈直
线上升趋势。
5）奥地利：奥地利是一个独立发展地源热泵技术的国家，地源热泵生产技术和安装技术自成体系。奥地
利国土面积83850km2，人口数量约750万。据1995年统计资料，土壤源热泵系统占地源热泵安装的65%
以上。另外，奥地利政府对地源热泵安装和及其环境评价采取了最严格的发证制度。
6）日本：日本的热泵制造技术是相当不错的，水-水式供暖热泵的数量也名列世界前茅，年生产量达到400
万台。但是由于日本有丰富的热水资源、日本土地使用费用相当昂贵，所以作为住宅供暖/制冷的地源热
泵应用还十分少见，而主要供应给冰蓄热采暖/制冷系统和水箱式采暖/制冷系统。一些市政建设项目和公
益性建筑（如医院、养老院、道路等）曾利用地热泵做供暖/制冷/热水供应/道路融雪等综合性服务，效
果颇佳。
从地源热泵应用情况来看[13]，北欧国家主要偏重于冬季采暖，而美国则注重冬夏联供。由于美国的气候
条件与中国很相似，因此研究美国的地源热泵应用情况对我国地源热泵的发展有着借鉴意义。
1993年，成立了国际土壤源热泵协会（IGSHPA），1996年该协会专门主办了地源热泵研究的期刊和网上杂
志。地源热泵目前正应用于大型的商业建筑。
现在，国外已有大量的工程实例和成型设计技术，地源热泵应用日益广泛，潜在着一个广阔的发展市场。
国际著名组织及从事热泵的研究者都认为，地源热泵是最有前途的节能装置和系统，是国际空调和制冷行
业前沿课题之一，也是浅层地能利用的重要形式，更是未来建筑可持续发展的技术保障之一。
2.2国内的发展和应用
我国热泵的研究开始于20世纪50年代，天津大学热能研究所开展了我国热泵的最早研究。1956年吕灿仁
教授的“热泵及其在我了应用的前途”一文是我国热泵研究现存的最早的文献[ 15]。
20世纪60年代，我国开始在暖通空调中应用热泵。1978-1988年我国热泵应用与发展进入全面复苏阶段。
1989-1999年期间我国热泵又迎来了新的发展里程。进入21世纪后，由于我国快速城市化，人均GDP的增
长，拉动了中国空调市场的发展，促进了热泵在我国的应用越来越广泛，热泵的发展十分迅速，热泵技术
的研究不断更新。
对于土壤源热泵的发展主要是从1998年开始。国内数家大学建立了土壤源热泵实验台，且大多数进行了
地下换热器与地面热泵设备的长期联合运行。其中1998年重庆建筑大学建设了包括浅埋竖埋管换热器和
水平埋管换热器在内的热泵系统；1998年青岛建工学院建成了聚乙烯垂直土壤源热泵系统；湖南大学1998
年建设了水平埋管土壤源热泵系统；1999同济大学建设了垂直土壤源热泵系统。这些系统为中国推广土壤
源热泵奠定了基础。随着研究的深入，我们的地源热泵研究工作者在全国范围内举行了各种交流探讨会。
中国制冷学会第二专业委员会主办了“全国余热制冷与热泵技术学术会议”；1988年中科院广州能源研究所
主办了“热泵在我国应用与发展问题专家研讨会”；中国能源研究会地热专业委员会于1994年9月6日至8
日在北京召开了第四次全国地热能开发利用研讨会；从90年代开始，每届全国暖通制冷学术年会上都有“热
泵应用”的专题；2000年6月19～23日，中美地源热泵技术交流会在北京召开，会议介绍了地源热泵技术、
国外的应用状况和在中国的推广；山东建筑工程学院地源热泵研究所与山东建筑学会热能动力专业委员会
联合发起并承办“国际地源热泵新技术报告会”于2003年3月17日在山东建筑工程学院举行，加强了国内
外地源热泵先进技术的交流。
进入21世纪后，在国家自然科学基金的资助下，地源热泵的研究更加深入，更富有创新性。哈尔滨工业
大学姚杨教授等，在对国内关于土壤源热泵及冰蓄冷技术的发展和应用充分了解的基础上，以新技术改造
传统技术，整合集成土壤源热泵和冰蓄冷的技术要素和成果，提出一种适合于以空调负荷为主，采暖负荷
为辅的全新空调系统形式，即土壤蓄冷与土壤源热泵集成系统。从2000年开始，在国内长春、济南、温
州、重庆、米泉建立了一系列土壤源热泵系统的示范工程。土壤源热泵系统越来越多的被房地产商所关注
和采用。