1．介绍

　　首先，列出本文中将被频繁使用到的缩写词如下：

　　·地源热泵GSHP（Ground Source Heat Pump）；

　　·埋管换热器BHE（Borehole Heat Exchanger）（注：在美国，公认的术语则是“竖直环路”）；

　　·地热蓄能UTES（Underground Thermal Energy Storage）。

　　大多数的欧洲国家并未拥有足量的可以直接拿来使用的地下热水资源（但像冰岛、匈牙利和法国等国家则不在此例）。应用低焓蓄水层来向大量的用户供暖也只是局限于具有特殊地质背景的地区。在这种情况下，在非集中式的GSHP系统中利用普遍存在的浅层地热资源成为了必然的选择。如此一来，在大多数欧洲国家，这项技术在应用领域的快速成长日益浮现和发展。结果是该系统的快速的市场渗透，从事该领域的商业公司的数目持续增长，并且他们的产品也已经足够出名到能够被收录进“黄页”了。

　　在这项技术市场发展出现得最多的的欧洲中部和北部，那里的气候是整个欧洲最需要室内供暖的，但是在那里空调却很少需要。因此，不同于美国的“地热热泵”，欧洲的热泵通常主要工作在制热模式下。但是在欧洲南部，尤其是在希腊和土耳其西部，GSHP装置最近才仅仅通过论证的阶段；在瑞士的技术支持下，希腊于1993年安装了第一个利用BHE的GSHP实验装置[Papageorgakis，1993]。受此影响，随后在雅典的国家技术大学校内的矿业工程大楼项目中，也采用了复合有地下水井和BHE的地热热泵方式来对建筑物进行供暖和供冷[Karytsas等，2002]；很快，这项项目就有了其他的追随者[Mendrinos等，2002]。在广泛的商业应用、持续的供冷需求以及眼下该技术在欧洲南部的日益推广的共同作用下，这种既能供暖又能供冷的技术在将来一定会有更加重要的地位。

2．GSHP技术概况

　　地源热泵（GSHP），又名地热热泵，实际上都是热泵和与大地换热系统的复合物（图．1）。他们基本上都含有一个地下换热器（称这种系统为“闭环系统”），或是一个用井中的地下水来运行的系统（称这种系统为“开环系统”）。热量能通过以下几种方式从地下提取出来：

　　·地下水井（即所谓的“开式系统”）；

　　·竖直埋管换热器（即BHE）；

　　·水平埋管换热器（包括带管沟、螺旋管等的紧凑型系统）；

　　·所谓的“地下构造物”（装有换热器的基桩）。

　　多年的实验和理论研究（现场测量和数学模型仿真）为BHE系统的设计和性能评估打下了详尽坚实的基础[见Knoblich等，1993；Rybach和Hopkirk，1995；Rybach和Eugster，1997]。在20世纪80年代里，瑞典主要从事了对BHE系统的理论热量的分析[Claesson和Eskilson，1988；Eskilson和Claesson，1988]，而瑞士进行了监测和仿真[Gilby和Hopkirk，1985；Hopkirk等，1988]，德国则在实验室里完成了对地下传热的测量[Sanner，1986]。

　　图．1表示了一个典型的BHE装置。在制热工况下运行时，此类系统以大地作为热源，用液体（通常是水或是水与防冻剂的混合物）作为从大地转移热量到热泵蒸发器的媒介，如此来利用地热。在制冷工况下，系统则以大地作为冷源。每输出1kWh的热量或冷量，他们通常只消耗0.22~0.35kWh的电能，较之使用空气作为热/冷源的空气-空气热泵，在相同时间里节省了30~50%的能耗。

　　在额定工况的条件下，热泵产出的有效能量与其所耗电能的比率被定义为“性能系数”即COP（Coefficient of Performance）。COP值主要取决于从地下回路中出来的即将进入热泵的水的温度，而入口水温又主要取决于当地的地质条件（地下热能和地下水的参数，气候环境）和热泵的技术参数（地下换热器的长度、类型，灌浆的原料、类型和质量，等等）。影响一台热泵的COP值的其他因素有热/冷负荷，建筑物供暖/冷系统的类型和相关的设计供给温度。在地表下约10m深处，地下温度全年基本上都是不变的（主要取决于当地天气的情况和周围介质的温度），而且随着距地表处深度的增加温度的增幅却不大，因此，BHE显示出了比水平埋管换热器更好的运行性能和节能效果。

　　在美国，水源热泵工程委员会对各种模型在不同标准下进行了效率对比的实验室测试。结果是对比达到指定COP值时的额定功耗，地下环路热泵少了超过40kW的功耗，所用指定值为现有的ARI（空调制冷学会）标准所指定的COP值，其最低值在制热时为2.5，在制冷时为2.9。该委员会建议对在ASHRAE（美国供暖制冷空调工程师协会）90.1标准中所推荐的水源热泵允许效率下限值进行以下调整，到2001年地下环路系统的允许效率下限值在制热时为3.1，在制冷时为3.9。在欧洲的瑞士热泵测试中心，由与上述测量相似的测量所得出的评价也充分证明了这种热泵的效率之高。在热源温度为0℃时，供暖温度为35℃时COP值几乎可以达到5.0，供暖温度为60℃时COP值为3.5（见图．2）。

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