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摘要：地源热泵系统是一种利用浅层地热资源的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。本文试讨论地源热泵原理及在当今节能社会的应用前景，同时以《地源热泵系统工程技术规范GB50366-2005》为主要参考，给出地埋管钻孔深度的计算公式，以供参考。
关键词：可再生能源；土壤换热器；U型管；钻孔深度
1前言
当今世界，常规能源日见短缺，环境污染日趋严重，为了避免对常规能源资源的过度索取和保护人类赖以生存的自然环境，大力开发利用可再生能源、节约能源已成为科技发展的潮流。
地热属于洁净的可再生能源工业自动化网，它一般具有稳定的能流参数、可全天候开采、使用方便、安全可靠、利用范围广、成本低廉等特点[1]。
2正文
2.1地源热泵原理
热泵的理论基础源于卡诺循环。它的基本工作原理可用图1表示：热泵消耗较少量的高质能W，通过循环从低温环境（温度为T0）中吸取大量的低温热Q0，输出热量为Q2=W+Q0（用热温度为T2），从而回收利用了低温热Q0。[2]
图1
地源热泵包括三种不同形式：土壤热交换器地源热泵，地下水源热泵，地表水源热泵。现在研究土壤交换器地源热泵。根据换热器的布置形式的不同，大致可以分为水平埋管与竖直埋管两大类，U型埋管是其中使用最广泛的一种。
2.2地源热泵应用及发展前景
地源热泵是一种既可以节约能源又可以保护环境的绿色空调技术，符合现在低能耗、低碳社会的发展要求，决定了其具有广泛的用途。
地源热泵被广泛的应用于现代建筑行业。各种公用建筑，民用建筑广泛使用地源热泵以节约能源，保护环境。
研究表明，与空气源热泵相比，使用地源热泵排放的污染物要少至少百分之四十，而与传统电供暖相比，其污染物排放量要少百分之七十以上，同时地源热泵采用制冷剂的充灌量要比普通的空凋装置少百分之二十五以上。
地源热泵系统不仅可以供暖、制冷，还可以提供生活用水，工业用水，十分节约空间资源与资源。
地源热泵系统的特点，尤其是其节能环保的特点，与当前国家节能政策相吻合，故预期该项技术将在中国得到迅猛的发展。
2.3国际地源热泵协会地源热泵系统的标准设计方法
国际地源热泵协会（IGSHPA）
IGSHPA：InternationalGround-SourceHeatPumpAssociation
就当今全球热泵技术而言，美国是世界上地源热泵生产和使用的头号大国。美国地源热泵技术十分注重冬夏联供，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。
在地源热泵系统的标准设计方法中，国际地源热泵协会（IGSHPA）和美国供热制冷空调工程师协会（ASHRAE）共同推荐的半经验公式法的影响最大，工程中采用较多。
2.4《地源热泵系统工程技术规范》指导设计地源热泵
我国地源热泵技术起步较晚，但最近十几年发展迅猛，国家为规范和指导地源热泵系统的设计，施工及验收，确保地源热泵系统安全可靠的运行及更好的发挥其节能效应，于2005年11月30号发布了《地源热泵系统工程技术规范GB50366-2005》国家标准，并于2006年1月1号起实施，逐步踏入规范化。
地源热泵系统工程技术规范•附录B竖直地埋管换热器的设计计算[3]
B．0．1竖直地埋管换热器的热阻计算宜符合下列要求：
1.传热介质与U形管内壁的对流换热热阻可按下式计算：
（B．0．L-1）
式中
Rf—传热介质与U形管内壁的对流换热热阻（m•K/W）；
—U形管的内径（m）；
K—传热介质与U形管内壁的对流换热系数[W/（m2•K）]。
2.U形管的管壁热阻可按下列公式计算：
（B．0．1-2）
（B．0．1-3）
式中
Rpe—U形管的管壁热阻（m•K/W）；
—U形管导热系数[W/（m•K）]；
—U形管的外径（m）；
de—U形管的当量直径（m）；对单U形管，n=2；对双U形管，n=4。
3.钻孔灌浆回填材料的热阻可按下式计算：
（B．0．1-4）
式中
Rb—钻孔灌浆回填材料的热阻（m•K/W）；
—灌浆材料导热系数[W/（m•K）]；
db—钻孔的直径（m）。
4.地层热阻，即从孔壁到无穷远处的热阻可按下列公式计算：
对于单个钻孔：
（B．0．1-5）
（B．0．1-6）
对于多个钻孔：
（B．0．1-7）
式中
RS—地层热阻（m•K/W）；
I—指数积分公式；
—岩土体的平均导热系数[W/（m•K）]；
a—岩土体的热扩散率（m2/S）；
rb—钻孔的半径（m）；
—运行时问（s）；
—第i个钻孔与所计算钻孔之间的距离（m）。
5.短期连续脉冲负荷引起的附加热阻可按下式计算：
（B．0．1-8）
式中
—短期连续脉冲负荷引起的附加热阻（m•K/W）；
—短期脉冲负荷连续运行的时间，例如8h。
B．0．2竖直地埋管换热器钻孔的长度计算宜符合下列要求：
1.制冷工况下，竖直地埋管换热器钻孔的长度可按下列公式计算：
（B．0．2-1）
（B．0．2-2）
式中
Lc—制冷工况下，竖直地埋管换热器所需钻子L的总长度（m）；
Qc—水源热泵机组的额定冷负荷（kW）；
EER—水源热泵机组的制冷性能系数；
tmax—制冷工况下，地埋管换热器中传热介质的设计平均温度，通常取33℃至36℃；
T∞—埋管区域岩土体的初始温度（℃）；
Fc—制冷运行份额；
Tc1—制冷季中水源热泵机组的运行小时数，当运行时间取一个月时，Tc1为最热月份水源热泵机组的运行小时数；
Tc2—一个制冷季中的小时数，当运行时间取一个月时，Tc2为最热月份的小时数。
2.供热工况下，竖直地埋管换热器钻孔的长度可按下列公式计算：
（B．0．2-3）
（B．0．2-4）
式中
Lh—供热工况下，竖直地埋管换热器所需钻孔的总长度（m）；
Qh—水源热泵机组的额定热负荷（kW）；
COP—水源热泵机组的供热性能系数；
tmin—供热工况下，地埋管换热器中传热介质的设计平均温度，通常取-2～5℃；
Fh—供热运行份额；
Th1—一个供热季中水源热泵机组的运行小时数；当运行时间取一个月时，Th1为最冷月份水源热泵机组的运行小时数；
Th2—一个供热季中的小时数；当运行时间取一个月时，Th2为最冷月份的小时。
3总结
地源热泵由于其绿色环保化特点，已成为新世纪最具潜力的空调技术，应用前景十分广泛。
目前我国地源热泵系统的工程建设中技术主要参考根据IGSHPA和ASHRAE制定的地源热泵系统标准而编制的我国<<GB50366-2005地源热泵系统工程技术规范>>，逐步标准化及发展中。
地源热泵发展至今，其技术还存在各种不足之处，今后地源热泵的发展应加强系统各方面研究，并注重学科交叉的联系。
4参考文献：
[1]刘志杰，崔肖洁.地源热泵地下埋管的优化分析.浙江海洋学院船舶与建筑工程学院，浙江舟山.2011
[2]张佩芳，袁寿其.地源热泵的特点及其在长江流域应用前景.江苏：江苏大学.2003
[3]中国建筑标准设计研究院.GB50366-2005地源热泵系统工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2009