地源热泵范文10篇
时间：2023-03-26 16:35:05
地源热泵范文篇1
【论文摘要】：针对目前空调系统的流行趋势，结合地源热泵系统在实际中的应用，详细阐述了地源热泵系统的性能特点、工作原理等。
地源热泵是一个广义的术语，它包括了使用土壤、地下水和地表水作为热源和冷源的系统。它利用土壤温度相对稳定的特点，依靠少量的电力驱动压缩机，通过深埋土壤的闭环管线系统进行热交换，夏天向地下释放热量，冬天从地下吸收热量，从而实现制冷或供热的要求，具有传统空调系统无法比拟的节能、高效、环保等优点。地源热泵越来越被人们认同。
一、地源热泵系统的特点
1.节能、高效性
地源热泵系统在提供100单位能量的时候，70%的能量来源于土壤，30%的能量来自电力，电能的消耗主要用于压缩机的做功和使空调系统运行，即将土壤中的热量"搬运"至室内。它要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；由于土壤的温度全年较为稳定，一般为10℃-20℃之间，其制冷、制热系数可达3.5-4.7，与传统的空气源热泵相比，能效要高出40%以上。
2.环保无污染
地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内。
3.属可再生能源利用技术
地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。
4.低运行费用
土-气型地源热泵系统的高效节能特点，决定了它的低运行费用，比其他各种采暖和制冷设备节能30%-70%。使用寿命25年以上，折旧费和维修费也都大大低于传统空调。
5.应用灵活、安全可靠、用途广泛
灵活性强，可用于新建工程或扩建、改建工程，可逐步分期施工，热泵机组可灵活地安置在任何地方，节约空间。无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。从严寒地区至热带地区均适用。可为各类建筑物提供冷暖两用空调系统，同时提供生活热水。
二、热泵工作原理
1.制冷原理
在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气热交换器，以13℃以下的冷风的形式向室内供冷。
2.制热原理
在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量，通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以35℃以上热风的形式向室内供暖。
三、地源热泵系统工作原理
地源热泵是一种以土壤/地下水作为低温热源的热泵空调技术，其原理是依靠少量的电力驱动压缩机完成制冷循环，利用土壤温度相对稳定（不受外界气候变化的影响）的特点，通过深埋土壤的闭环管线系统进行热交换，夏天向地下释放热量，冬天从地下吸收热量，从而实现制冷或供热的要求，由于系统采取了特殊的换热方式，使之具有传统空调系统无法比拟的高效节能优点。
地热能是一种无限的资源。许多在市郊的家庭或者其它建筑物周围就是一个巨大的低温地热能量的"蓄水池"，这种资源被太阳、地球重新补充。与普通的系统相比，地热的技术能使你每月的费用节约30%到60%。地热是你能购买的最安全，最清洁，最可靠的空调系统。
基本的地热资源主要有以下四种：
1.建筑物周围有充足的可以利用的场地时，可以考虑用水平环路。把管线布置在沟中，可根据场地长度在30到120米之间。
2.建筑物周围场地面积受限制时，垂直的回路是理想的选择。可利用钻井设备钻成深度为22到90米的深孔，然后将管线垂直布置。
3.建筑物附近有一定深度的池塘、湖泊或海洋时，施工费用和运行费用会十分经济。管线简单地布置在池塘或者湖的底部。
4.敞开的回路系统是用地下水作为一种直接能源。在理想状况下，应用敞开的回路是最经济的地热系统。
四、地源热泵系统的应用
20世纪50年代欧洲和美国开始了研究地源热泵的第一次高潮，直到20世纪70年代，世界石油危机使得人们关注节能、高效用能，地源热泵的推广应用迅速展开。在我国，地源热泵的研究起始于20世纪80年代，最近5年该项技术成了国内建筑节能及暖通空调界热门的研究课题，并开始大量应用于工程实践。
目前，孤岛地区的资源利用方式总体上还是粗放的，经济发展对资源的依赖性较大，资源短缺和经济快速发展的矛盾日益突出，随着职工收入的增加，环保意识的增强，对生活质量的要求也有所提高，开始逐渐向绿色环保靠拢。在冬季供暖时，孤岛地区大多都采用水暖，每年都会消耗掉大量的煤炭资源，从节约资源实现可持续发展考虑，没有污染、节约能源的"绿色供暖"-地源热泵技术正逐渐取代"烟熏火燎"的传统取暖方式，进入人们日常生活。孤岛地区从2003年起就开始在一些居民小区试用地源热泵中央空调设施，凭借其在投资经济性、运行节能性以及占地面积等因素综合比较上极大胜于传统空调的优势，迅速发展。另外，胜利油田孤岛采油厂气管队工程也试用了地源热泵中央空调设施。
地源热泵范文篇2
关键词:热泵地源热泵地热空调
一、热泵及其节能环保原理
热泵是能有效节省能源、减少大气污染及co:排放的供热和空调新技术。热泵通过做功使热量从温度低的介质流向温度高的介质。空调系统一般应满足冬季的供热和夏季制冷两种相反的要求，传统的空调系统通常需分别设置冷源(制冷机)和热源(锅炉)。如果让传统的空调系统在冬季以热泵的模式运行，则可以省去锅炉和锅炉房，不但节省了初期投资，而且全年仅采用电力这种清洁能源，还能大大减轻供暖造成的大气污染问题。热泵可以通过直接燃烧燃料(石油、天然气)产生热量，并通过若干个传热环节最终为设备和建筑供热。在锅炉和供热管线没有热损失的理想情况下，一次能源利用率最高可达l00%。但是，燃烧燃料通常会产生1500~1800℃的高温，是高品位的热能，而建筑供热最终需要的是20~25℃的低品位的热能，这就是说直接燃烧燃料为建筑供热意味着大量可用能的损失。如果先利用燃烧燃料产生的高温热能发电，然后利用电能驱动热泵从周围环境中吸收低品位的热能，适当提高温度再向设备和建筑供热，就可以充分利用燃料中的高品位能量，大大降低用于供热的一次能源消耗。所以采用燃料发电再用热泵供热的方式，一次能源利用率可以达到200%以上。热泵利用的低温热源通常可以来自环境(大气、地表水和大地)或各种废热。应该指出，由热泵从这些热源吸收的热量属于可再生的能源。
二、地源热泵供热技术特点
地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷，还可供生活热水，一机多用。一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。系统紧凑，省去了锅炉房和冷却塔，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。地源热泵系统的另一个显著的特点是提高了一次能源的利用率，因此具有高效节能的优点，地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%~60%。另外，地源温度较恒定，使得热泵机组运行更可靠、稳定，整个系统的维护费用也较锅炉一制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。
三、地源热泵的一些不足之处及部分解决方法
地源热泵系统在运行费用方面有明显优势，但同时也有一些不利因素，这些因素制约了地源热泵的快速普及。其中最主要的制约因素是初投资较大，地源热泵的初投资不仅包括传统空调系统所需的地面上管路和设备的投资，还包括埋地盘管投资、埋地盘管敷设投资以及购买敷设盘管所需土地的使用权或所有权的投资。初投资成为影响地源热泵在发展中国家推广的重要因素之一。另一个制约地源热泵普及的重要因素是技术不是十分完善。比如，由于各地的地质结构相差很大，造成埋地盘管与土壤间的换热系数也相差很大。这在设计埋地盘管长度时将产生问题:若埋地盘管设计过长，将会造成大量初投资浪费;若设计过短，不但满足不了设计工况要求，还可能造成设备损坏。除此之外，还有管路防冻液的选取，变工况运行等问题需解决。不过，地源热泵不足之处目前已得到部分解决。如混合型地源热泵系统即较好地解决了初投资高和埋地盘管长度设计困难等问题。由于在许多大型地源热泵的应用中，制冷所需的埋地盘管长度要远大于加热所需的盘管长度。在这种情况下，为降低初投资可用冷却塔代替一部分埋地盘管，即混合型地源热泵系统，冷却塔只在冷负荷大于埋地盘管所能提供的冷负荷时才投人运行，其作用与埋地盘管类似，只不过冷却塔是将室内的热量排到大气中去，而埋地盘管是排到大地中去。
地源热泵范文篇3
社会的发展导致能源消耗的不断增加，不可再生能源过量地开采利用导致的气候问题日趋严重，给我们子孙后代的生存和发展埋下了不利的因素。由此，世界各国研究人员更多地把目光投入新兴、可再生能源的利用上，而地热作为一种清洁能源，越来越受人们重视。在2010年世界地热大会上，各个国家提交了各自地热资源利用情况报告，从这些报告可以看出，目前全世界共有78个国家正在利用地热，大部分地热能主要用于发电及直接利用。近几年，直接利用地热的比重越来越大，而增长最快的直接利用地热形式就是地源热泵，从全世界范围来看，冰岛、土耳其两国的地热利用占其能源结构的比重最大，冰岛89%的房屋供暖能源来自于地热能。我国浅层地热能开发利用也一直在世界名列前茅。地源热泵作为一种利用地热资源的新兴、清洁、高效能源技术，地源热泵技术具有节能、环保、可靠、经济等优点，在中国经济发达地区的很多新兴建筑中应用越来越多。热泵，能把热能从低温端传送到高温端，它是一种可以实现蒸发器与冷凝器之间能量转换的制冷机。地源热泵的原理是：利用浅层地热资源，即利用储存于地下的能量，实现既可供热又可制冷的目的。地源热泵能通过只输入少量的高品位能源（如电能），实现由低位热能向高位热能的转移。地下能量在冬季作为给热泵供热的热源，在夏季成为制冷的冷源，即在冬季，把地下的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到土壤中去。
2.地源热泵国内外应用情况
地源热泵技术最早出现于瑞士的一项专利，在英国、美国最早开始应用。1946年开始，美国针对地源热泵系统做了12个项目的研究，如地下盘管结构的布置形式、结构的相关参数、管材的选用对热泵性能的影响程度等，与此同时在俄勒冈州的波特兰市中心某建筑中安装了美国历史上第一个地源热泵系统。经过近十多年的发展，地源热泵技术在西方工业发达国家和地区迅速发展，已慢慢成为一项比较成熟的技术。到21世纪初，在美国，保守估计超过40万个地源热泵系统在住宅、公共和工业建筑中使用，每年约能提供8000-11000GW•h以上的能量。在我国上海，上世纪八十年代，投入运行了最早应用的地源热泵系统，该系统的相关技术和设备都由美国提供，多年运行情况良好。这个系统有深35m的垂直竖管井135个，采用聚丁烯管为埋管。此后，国内的多家科研机构和大专院校都进行了地源热泵系统有关垂直或水平埋管的试验研究以及在一些小型工程上的应用，建立了地埋管的传热模型，有了相当多的实验资料和数据。但是由于各地的地质条件不同，每个地方土壤的各项参数都不一样，地源热泵在全国各地的应用还需要不断地进行实验验证以及相关实验数据的积累。
3．地源热泵系统的优点
3．1保护环境
地源热泵系统在运行过程中基本无废热排放，无噪音污染，该系统污染物排放极少，和传统的空气源热泵相比，减少排放了40%以上的污染物，和目前的电力供暖相比较，相当于减少70%以上。地源热泵系统虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25%的充满量；该装置可在工厂里整机生产，密封性能非常好，制冷剂泄漏的可能性很小，而且运行过程中排放的污染少，可在住宅建筑中大量使用。地源热泵利用地球表面浅层地热资源作为冷热源，而地表浅层地热资源无处不在，相对于目前的不可再生能源而言，是一种清洁的、可再生资源。
3.2高效节能
地源热泵技术具有热能回收的能力，热泵机组制热能效比大于1。传统空气源热泵空调系统在能源利用上有一个突出问题：在夏季天气较热，而室内需要的冷量却很多，采取从室外提取冷量的难度就很大。同样，在冬天天气很冷，而室内所需要的热量却很多，要从室外的冷空气中吸收热量就比较困难。因此天越热，空调系统的制冷效率越低；天气越是冷，空调的制热效率越低。相比较而言，地源热泵系统是从土壤中提取冷、热量。吸收了约47%太阳能的土壤，在较深的地层中能常年保持恒定的温度，这个温度远低于夏季的室外气温，也高于冬季的室外气温。所以地源热泵技术能够克服传统空气源热泵技术的缺点，全年效率稳定且效率得到大大提高。
地源热泵范文篇4
【论文摘要】：针对目前空调系统的流行趋势，结合地源热泵系统在实际中的应用，详细阐述了地源热泵系统的性能特点、工作原理等。
地源热泵是一个广义的术语，它包括了使用土壤、地下水和地表水作为热源和冷源的系统。它利用土壤温度相对稳定的特点，依靠少量的电力驱动压缩机，通过深埋土壤的闭环管线系统进行热交换，夏天向地下释放热量，冬天从地下吸收热量，从而实现制冷或供热的要求，具有传统空调系统无法比拟的节能、高效、环保等优点。地源热泵越来越被人们认同。
一、地源热泵系统的特点
1.节能、高效性
地源热泵系统在提供100单位能量的时候，70%的能量来源于土壤，30%的能量来自电力，电能的消耗主要用于压缩机的做功和使空调系统运行，即将土壤中的热量"搬运"至室内。它要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；由于土壤的温度全年较为稳定，一般为10℃-20℃之间，其制冷、制热系数可达3.5-4.7，与传统的空气源热泵相比，能效要高出40%以上。
2.环保无污染
地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内。
3.属可再生能源利用技术
地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。
4.低运行费用
土-气型地源热泵系统的高效节能特点，决定了它的低运行费用，比其他各种采暖和制冷设备节能30%-70%。使用寿命25年以上，折旧费和维修费也都大大低于传统空调。
5.应用灵活、安全可靠、用途广泛
灵活性强，可用于新建工程或扩建、改建工程，可逐步分期施工，热泵机组可灵活地安置在任何地方，节约空间。无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。从严寒地区至热带地区均适用。可为各类建筑物提供冷暖两用空调系统，同时提供生活热水。
二、热泵工作原理
1.制冷原理
在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气热交换器，以13℃以下的冷风的形式向室内供冷。
2.制热原理
在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量，通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以35℃以上热风的形式向室内供暖。
三、地源热泵系统工作原理
地源热泵是一种以土壤/地下水作为低温热源的热泵空调技术，其原理是依靠少量的电力驱动压缩机完成制冷循环，利用土壤温度相对稳定（不受外界气候变化的影响）的特点，通过深埋土壤的闭环管线系统进行热交换，夏天向地下释放热量，冬天从地下吸收热量，从而实现制冷或供热的要求，由于系统采取了特殊的换热方式，使之具有传统空调系统无法比拟的高效节能优点。
地热能是一种无限的资源。许多在市郊的家庭或者其它建筑物周围就是一个巨大的低温地热能量的"蓄水池"，这种资源被太阳、地球重新补充。与普通的系统相比，地热的技术能使你每月的费用节约30%到60%。地热是你能购买的最安全，最清洁，最可靠的空调系统。
基本的地热资源主要有以下四种：
1.建筑物周围有充足的可以利用的场地时，可以考虑用水平环路。把管线布置在沟中，可根据场地长度在30到120米之间。
2.建筑物周围场地面积受限制时，垂直的回路是理想的选择。可利用钻井设备钻成深度为22到90米的深孔，然后将管线垂直布置。
3.建筑物附近有一定深度的池塘、湖泊或海洋时，施工费用和运行费用会十分经济。管线简单地布置在池塘或者湖的底部。
4.敞开的回路系统是用地下水作为一种直接能源。在理想状况下，应用敞开的回路是最经济的地热系统。
四、地源热泵系统的应用
20世纪50年代欧洲和美国开始了研究地源热泵的第一次高潮，直到20世纪70年代，世界石油危机使得人们关注节能、高效用能，地源热泵的推广应用迅速展开。在我国，地源热泵的研究起始于20世纪80年代，最近5年该项技术成了国内建筑节能及暖通空调界热门的研究课题，并开始大量应用于工程实践。
目前，孤岛地区的资源利用方式总体上还是粗放的，经济发展对资源的依赖性较大，资源短缺和经济快速发展的矛盾日益突出，随着职工收入的增加，环保意识的增强，对生活质量的要求也有所提高，开始逐渐向绿色环保靠拢。在冬季供暖时，孤岛地区大多都采用水暖，每年都会消耗掉大量的煤炭资源，从节约资源实现可持续发展考虑，没有污染、节约能源的"绿色供暖"-地源热泵技术正逐渐取代"烟熏火燎"的传统取暖方式，进入人们日常生活。孤岛地区从2003年起就开始在一些居民小区试用地源热泵中央空调设施，凭借其在投资经济性、运行节能性以及占地面积等因素综合比较上极大胜于传统空调的优势，迅速发展。另外，胜利油田孤岛采油厂气管队工程也试用了地源热泵中央空调设施。
地源热泵范文篇5
关键词：地源热泵；空调系统工作原理；环保节能；热平衡
地源热泵系统指的是一种能够利用地壳表层地热资源的（即通常深度小于400m），既能供热又能制冷的空调系统，是节能又环保的设备。可利用的地热资源有以下三种，包括土壤、地表水、地下水。《暖通空调术语标准》[1]（GB50155-92）第6.4.43条：热泵，是能实现蒸发器与冷凝器功能转换的制冷机。因此，从某种意义上来说，热泵在实质上就是制冷机。
1地源热泵系统的工作原理
地源热泵系统主要由以下几部分组成；地源热泵机组，循环泵，地下埋管，风机盘管末端设备，供回水管路，温控阀等阀门配件组成。内陆地区的实际应用中，经常采用的是一土壤作为地能资源的地源热泵系统，因此我们以土壤作为地能资源形式进行地源热泵系统的工作原理介绍。通常，水从高处流向低处，热量从高温流向低温，而水泵却可以实现逆向，达到将水从低处输送到高处的目的，同理，热泵就是实现了热量的逆向。地源热泵系统通过输入少量的高品位能源（如电能），冬季实现大地低温位热能的提高，给建筑物供热，并利用大地进行蓄存冷量并为夏季备用；夏季将建筑内的热量释放给大地并进行蓄存，实现建筑的降温，同时为冬季储备使用，工作原理见图1。实质上，地源热泵是利用大地实现动态能量的平衡系统，因为它充分挖掘了大地的蓄能作用。地源热泵系统根据运行模式可以分为开式循环和闭式循环2种，我们以常见的闭式循环系统进行介绍。若根据埋管方式不同，还可以分为水平埋管、垂直埋管两种形式，分别见图2、图3。水平埋管：施工技术相对垂直埋管来说简单，但是埋管所占用的场地较大，容易受到外界气候的影响，冬夏两季联用的效果不尽人意，比较适合单季使用。垂直埋管：就是在地壳中垂直钻孔，前期钻孔费用高，但是后期维修费用低，占地面积小，换热能力较强，基本不受外界的影响，适合冬夏冷暖联供系统，也是近些年主要采用的系统形式。
2地源热泵系统的特点
地源热泵系统供热时不需要燃烧矿物燃料，无污染，制冷时，不需要设置冷却塔，避免噪音，不滋生霉菌。按文献[2]，燃烧矿物燃料可产生1500℃~1800℃的高品位热能，但是一般来说，建筑只需要20℃~25℃低品位热能，因此直接燃烧矿物燃料就会造成大量的热能损失；如果地源热泵取用温度15℃，室内环境温度为25℃，理论上逆卡诺循环工作的热泵的性能系数COP达到29，根据一次能源利用率，COP也依然能达到25左右，因此采用热泵技术可大大降低供热燃料的消耗，还能减少燃烧矿物燃料引起的CO2和SO2等污染物的排放。地源热泵系统可靠耐用，室外地埋管寿命可达到50年，热泵机组寿命为15~25年，热泵主机系统安装于室内时，不会日晒雨淋，寿命远远长于传统空调。下面以VRV空调系统为例与地源热泵空调系统进行比较。
3设计应注意的问题
3.1冬夏季吸收放出热平衡的问题
《地源热泵系统工程技术规范》[3]（GB50366-2005，2009年版）第4.3.8条：竖直地埋管换热器埋管深度宜大于20m；这样做的目的：一方面是为了避免换热短路，另一方面，可以有效地减少浅层地表温度对地源热泵机组的影响。水平埋管的方式，由于水平管埋得较浅，可以与地表充分地进行热交换，不容易出现地下土壤的热平衡问题。垂直埋管的通常做法是：在地层中钻取直径为100~150mm的钻孔，钻孔中应设置U型管并用填注材料进行填实，埋深一般取30~100m，以此来保证此时与地面及周边土壤的热交换量较小，但是在进行设计并计算后，如果平衡差较大，需要采用混合式地源热泵系统的方式，即在原有的系统基础上增加太阳能辅助加热或冷却塔冷却，以此来弥补缺失的热量或冷量，保证系统的正常运行，否则的话，将出现地下土壤温度失衡的问题，热泵机组工作能效较低，甚至可能出现无法运行的严重后果。
3.2管径最小流速
南方地区地温普遍较高，一般直接采用水作为工作流体，水是最容易获得的循环流体，并且具有低密度和高传热导数，流动性能也好的特点。北方地区的冬季地温偏低，都会用到防冻液。而地源热泵系统中有很多材料可能会和防冻液接触，如：钢、黄铜、铝等材料。防冻液应采用安全无毒、导热性能良好的液体，常见的有：氯化钙水溶液，乙二醇水溶液，丙三醇水溶液。防冻液对地源热泵材料有一定的腐蚀作用，因此还要加入一定量的缓蚀剂，缓蚀剂是在与水接触的金属表面形成将金属和水隔离的保护膜，来达到缓蚀目的。
3.3水力平衡问题
换热量的大小决定地埋管的总长度，水力平衡与各环路长度有关。地埋管系统是水系统的范畴，连管方式可分为异程式，同程式，垂直埋管的异程式、同程式示意图分别见图4、图5。异程式布置可以根据现场实际情况进行布置，而不用考虑回路长度，但是各个环路之间容易出现水力失调的问题，需要安装调节阀进行平衡，后续管理工作量大。同程式布置时环路都是平衡的，运行平稳，因此对并联的各支路应尽可能的采用同程设计，否则，较短的环路反而承担较多的热或冷负荷，地下土壤的温升或温降更大，导致热泵机组的工作能效降低。
3.4管材选择问题
对于地源热泵系统来说，一旦将换热器埋入地下后，就应该尽可能的避免维修或更换，所以，地埋管要保证化学性质稳定，有较好的耐压能力，流动阻力小，导热系数大等特点。土壤源热泵系统中优先推荐采用PE管材，特别是在耐低温方面表现出的优异性能，非常适合北方地区使用。其他塑料管材可以选用聚乙烯、聚丙烯塑料管道，铝塑复合管等管材。塑料管属于“柔性管”，地埋管要与周围的土壤承受同样的荷载，并能有效的抵抗地下运动，塑料管的连接方式多为热熔连接，在抗内压能力方面稳定性好，能承受一定范围内的轴向拉伸应力和扭曲变形，但管道受温度变化影响较大，容易在管道应力集中处就会出现破裂等现象。设计时，应考虑每隔一段距离设置固定支墩，便于分解管道所产生的应力。
4结论
供热和空调作为老百姓的日常需求和追求的生活品质，地源热泵系统已经逐布向农村发展。采用地源热泵系统可以提高一次能源利用率，可以实现供热制冷，还可以提供生活热水满足日常需要，特别是在没有集中供热的区域，可以广泛应用。在北方地区采用冬夏联用的地源热泵，设计时要注意吸收放出热平衡，水力平衡的问题。地源热泵系统具有的高效、节能、环保的特点，符合国家发展低碳经济的战略。
作者:王中海 单位:兖矿集团邹城华建设计研究院
参考文献：
[1]GB50155-92.采暖通风与空气调节术语标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2009.
[2]刁乃仁，方肇洪.地源热泵--建筑节能新技术[J].建筑热能通风空调.2004，23（3）：18-23.
地源热泵范文篇6
论文摘要:介绍了地源热泵的工作原理，并通过比较地源热泵与传统空调系统的运行费用，说明了地源热泵在运行费用方面具有较大优势。虽然地源热泵的应用受到一些制约因素的影响，但作为一项节能新技术，地源热泵必将拥有广阔的应用前景。
1、热泵及其节能环保原理
热泵是能有效节省能源、减少大气污染及co:排放的供热和空调新技术。热泵通过做功使热量从温度低的介质流向温度高的介质。空调系统一般应满足冬季的供热和夏季制冷两种相反的要求，传统的空调系统通常需分别设置冷源(制冷机)和热源(锅炉)。如果让传统的空调系统在冬季以热泵的模式运行，则可以省去锅炉和锅炉房，不但节省了初期投资，而且全年仅采用电力这种清洁能源，还能大大减轻供暖造成的大气污染问题。热泵可以通过直接燃烧燃料(石油、天然气)产生热量，并通过若干个传热环节最终为设备和建筑供热。在锅炉和供热管线没有热损失的理想情况下，一次能源利用率最高可达l00%。但是，燃烧燃料通常会产生1500~1800℃的高温，是高品位的热能，而建筑供热最终需要的是20~25℃的低品位的热能，这就是说直接燃烧燃料为建筑供热意味着大量可用能的损失。如果先利用燃烧燃料产生的高温热能发电，然后利用电能驱动热泵从周围环境中吸收低品位的热能，适当提高温度再向设备和建筑供热，就可以充分利用燃料中的高品位能量，大大降低用于供热的一次能源消耗。所以采用燃料发电再用热泵供热的方式，一次能源利用率可以达到200%以上。热泵利用的低温热源通常可以来自环境(大气、地表水和大地)或各种废热。应该指出，由热泵从这些热源吸收的热量属于可再生的能源。
2、地源热泵供热技术特点
地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷，还可供生活热水，一机多用。一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。系统紧凑，省去了锅炉房和冷却塔，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。地源热泵系统的另一个显著的特点是提高了一次能源的利用率，因此具有高效节能的优点，地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%~60%。另外，地源温度较恒定，使得热泵机组运行更可靠、稳定，整个系统的维护费用也较锅炉一制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。
3、地源热泵的一些不足之处及部分解决方法
地源热泵系统在运行费用方面有明显优势，但同时也有一些不利因素，这些因素制约了地源热泵的快速普及。其中最主要的制约因素是初投资较大，地源热泵的初投资不仅包括传统空调系统所需的地面上管路和设备的投资，还包括埋地盘管投资、埋地盘管敷设投资以及购买敷设盘管所需土地的使用权或所有权的投资。初投资成为影响地源热泵在发展中国家推广的重要因素之一。另一个制约地源热泵普及的重要因素是技术不是十分完善。比如，由于各地的地质结构相差很大，造成埋地盘管与土壤间的换热系数也相差很大。这在设计埋地盘管长度时将产生问题:若埋地盘管设计过长，将会造成大量初投资浪费;若设计过短，不但满足不了设计工况要求，还可能造成设备损坏。除此之外，还有管路防冻液的选取，变工况运行等问题需解决。不过，地源热泵不足之处目前已得到部分解决。如混合型地源热泵系统即较好地解决了初投资高和埋地盘管长度设计困难等问题。由于在许多大型地源热泵的应用中，制冷所需的埋地盘管长度要远大于加热所需的盘管长度。在这种情况下，为降低初投资可用冷却塔代替一部分埋地盘管，即混合型地源热泵系统，冷却塔只在冷负荷大于埋地盘管所能提供的冷负荷时才投人运行，其作用与埋地盘管类似，只不过冷却塔是将室内的热量排到大气中去，而埋地盘管是排到大地中去。
地源热泵范文篇7
关键词：地源热泵竖直埋管综合传热系数
1概述
地源热泵是一项高效节能型、环保型并能实现可持续发展的新技术，它既不会污染地下水，又不会影响地面沉降。因此，目前在国内空调行业引起了人们广泛的关注，希望尽快应用这项新技术。现在尚未见到有关地源热泵技术设计手册供设计人员使用，但又不能等待设计手册出版后才使用地源热泵技术。笔者从实践角度对中小型地源热泵空调工程设计程序进行深讨，供同行讨论。
地源热泵技术的关键是地下换热器的设计。本文将着重探讨有关地下换热器的问题。
2地源热泵地下换热器的形式
众所周知，热泵机组的热源有空气源、水源、土壤源等。
土壤源热泵空调也叫地源热泵空调，就是在地下埋设管道作为换热器，管道与热泵机组连接形成闭式环路，管道中有液体流动通过循环将热泵机组的凝结热通过管道散入地下（供冷工况），或从大地吸取热量供给热泵机组向建筑物供热（供热工况）。
土壤源热泵换热器有多种形式，如水平埋管、竖直埋管等。这两种埋管型式各有自身的特点和应用环境。在中国采用竖直埋管更显示出其优越性：节约用地面积，换热性能好，可安装在建筑物基础、道路、绿地、广场、操场等下面而不影响上部的使用功能，甚至可在建筑物桩基中设置埋管，见缝插针充分利用可利用的土地面积。
3竖直埋管换热器型式
最常用的竖直埋管换热器就是由垂直埋入地下的U型管连接组成。
3.1竖直埋管深度
竖直埋管可深可浅，须根据当地地质条件而定，如20m、30m……直到200m以下。确定深度应综合考虑占地面积、钻孔设备、钻孔成本和工程规模。例如天津地区地表土壤层很厚，钻孔费用相对便宜，宜采用较深的竖直埋管，因深埋管的成本低、换热性能好、并可节约用地。
3.2竖直埋管材料
埋管材料最好采用塑料管，因与金属管相比，塑料管具有耐腐蚀、易加工、传热性能可满足换热要求、价格便宜等优点。可供选用的管材有高密度聚乙烯管（PE管），铝塑管等。竖直埋管的管径也可有不同选择，如DN20、DN25、DN32等。
3.3竖直埋管换热器钻孔孔径及回填材料
竖直埋管换热器的形成是从地面向下钻孔达到预计深度，将制作好的U型管下入孔中，然后在孔中回填不同材料。在接近地表层处用水平集水管、分水管将所有U型管并联构成地下换热器。
根据地质结构不同，钻孔孔径可以是Ф100、Ф150、Ф200或Ф300，天津地区地表土壤层很厚，为了钻孔、下管方便多采用Ф300孔径。
回填材料可以选用浇铸混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料选择要兼顾工程造价、传热性能、施工方便等因素。从实际测试比较浇铸混凝土换热性能最好，但造价高、施工难度大，但可结合建筑物桩基一起施工。回填沙石或碎石换热效果比较好，而且施工容易、造价低，可广泛采用。
4竖直埋管换热器中循环水温度的设定
竖直埋管换热器中流动的循环水的温度是不断变化的。夏季供冷工况进行时，由于蓄热地温提高，机组运行时水温不断上升，停机时水温又有所下降，当建筑物得热达到最大时水温升至最高点。冬季供热工况运行时则相反，由于取热地温下降，当建筑物失热最多时，换热器中水温达到最低点。
设计时，首先应设定换热器埋管中循环水最高温度和最低温度，因为这个设定和整个空调系统有关。如夏季温度设定较低，对热泵压缩机制冷工况有利，机组耗能少，但埋管换热器换热面积要加大，即钻孔数要增加，埋管长度要加长。反之温度设定较高，钻孔数和埋管长度均可减少，可节省投资，但热泵机组的制冷系数cop值下降，能耗增加。设定值应通过经济比较选择最佳状态点。笔者认为埋管水温应如下设定：
4.1热泵机组夏季向末端系统供冷水，设计供回水温度为7—12℃，与普通冷水机组相同。地埋管中循环水进入U管的最高温度应<37℃，与冷却塔进水温度相同。
4.2热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同，在满足供热条件下，应尽量减低供热水温度，这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提高cop值，并降低能耗。
我们知道风机盘管供热能力大于供冷能力，而一般建筑物的夏季冷负荷大于冬季热负荷，所以风机盘管的选型是以夏季冷负荷选型、冬季热负荷校核。采用地源热泵空调冬季供热时，可根据冬季热负荷实际情况，让风机盘管冬季也满负荷运行而反算出供热水温度，此温度要小于常规空调60℃的供水温度（大约供水为40℃左右）。将此温度定为热泵机组冬季供水温度。供回水温差取7～10℃。
地埋管中循环水冬季进水温度，以水不冻结并留安全余地为好，可取3—4℃。当然为了使地埋管换热器获得更多热量，可加大循环水与大地间温差传热，然而大地的温度是不变的，因此只有将循环水温降至0℃以下，为此循环水必须使用防冻液，如乙二醇溶液或食盐水。但这样会提高工程造价、增加对设备的腐蚀。在严寒地区不得不这样做，而在华北地区的工程中用水就可满足要求，不一定要加防冻液。
5换热面积与综合传热系数
5.1换热面积
一般换热器换热面积计算公式为：
……………………⑴
式中：
Q—换热器换热量w；
K—传热系数w/m·℃；
ΔT—对数温差℃。
5.2综合传热系数
地埋管换热器用以上公式计算很不方便，因为很难确定其换热面积。
竖直埋管换热器可以假设为“线热源”模型。引入综合传热系数进行计算，则较为简单、方便。
这里，将以某一流经地埋管换热器内的流体介质与大地初始温度每相差1℃，通过单位长度换热管，单位时间所传递的热量定义为综合传热系数K。
……………………⑵
式中：
K—综合传热系数w/m℃；
Q—换热器单位时间换热量，Q=Cm(t进-t出)W；
L—换热管有效长度m；
TP—流体介质平均温度，℃；
T进—U型管换热器进水温度℃；
T出—U型管换热器出水温度℃；
C—水比热4.180KJ/Kg·k；
m—水的质量流量kg/s；
Td—地温℃。
地温是恒定值，可通过测井实测。有关资料介绍某地地下约100米的地温是当地年平均气温加4℃左右。天津市年平均气温是12.2℃，实测天津市地下约100米的地温约为16℃，基本符合以上规律。
影响竖直埋管综合传热系数的因素有：地理位置、地质构造、埋管深度、埋管材料及管径、钻孔直径及回填材料、管中水的流速、热泵运行方式（连续运转还是间断运转）。
综合传热系数k可通过测井测得。由公式⑵可以看出，做一个地面钻孔与预计工程应用完全相同的U型竖直埋管，人为制作冷、热源，通入冷、热水，测出各个参数带入公式⑵即可计算出综合传热系数。
测井也可测出U型竖埋管出水温度T出。
综合传热系数K在系统运行初期波动值较大，系统运行一段时间后其值趋于一稳定值。我们通过实测K值波动在一个较小的范围内，在目前数据资料较少情况下可取波动平均值作为计算数据误差不会太大。
6竖直埋管地源热泵空调的设计
6.1确定设计参数与热泵机组
6.1.1计算建筑物空调夏季冷负荷及冬季热负荷。
6.1.2确定夏季冷水的供回水温度及地埋管进出水温度，进而确定机组中工质的夏季蒸发温度及冷凝温
度。
6.1.3计算冬季风机盘管的供水温度，取回水温度比供水温度低7～12℃。设定地埋管进水温度，根据测井测出的进出水温差推算出地埋管出水温度，进而确定热泵机组中工质冬季的蒸发温度和冷凝温度。
6.1.4由建筑物空调夏季冷负荷、机组蒸发温度和冷凝温度,以及冬季热负荷和冬季机组蒸发温度和冷凝
温度，就可以进行热泵机组的选型设计，或将参数提供给生产厂家，由厂家制造热泵机组。
6.1.5确定热泵机组型式（活塞机、螺杆机、蜗旋压缩机等），查出或计算出
该机组在夏季埋管水温最高时和冬季埋管水温最低时工况下的COP值。
6.2计算夏季总放热量和冬季总吸热量
6.2.1夏季竖直埋管换热器总放热量等于建筑总冷负荷加上埋管最高水温时机组消耗功率（机组消耗功率等于夏季冷负荷除以埋管最高水温时的COP值）。
6.2.2冬季竖直埋管换热器总吸热量等于建筑物总热负荷减去埋管最低水温
时机组所消耗的功率（机组消耗功率等于冬季热负荷除以埋管最低水温时COP值）。
6.3计算竖直埋管总长度
6.3.1夏季竖直埋管总长度计算
①夏季换热温差DTx8C
DTx=Tx-Td……………………⑶
式中：
Txü夏季竖直埋管内最高设计平均水温8C；
Tdü地温8C。
②夏季每米竖直埋管散热量qxW/m
qx=Kx·DTx……………………⑷
式中：
Kxü夏季综合传热系数W/m8C。
③夏季竖直埋管换热器埋管总长度Lxm
……………………⑸
式中：
Q夏—建筑物夏季总冷负荷W；
A—安全系数，取1.1-1.2。
6.3.2冬季竖直埋管总长度计算
①冬季换热温差DTD8C
DTD=Td-TD……………………⑹
式中:
TDü冬季竖直埋管内最低设计平均水温8C。
②冬季每米竖直埋管散热量qDW/m
qD=KD·DTD……………………⑺
式中：
KDü冬季综合传热系数W/m8C。
③冬季竖直埋管换热器埋管总长度LDm
……………………⑻
式中：
Q冬—建筑物冬季总热负荷W；
A—安全系数取1.1-1.2。
6.3.3确定竖直埋管换热器埋管总长度
以上计算取LX、LD二者中较大数值为本工程埋管总长度Lm。
6.4计算竖直埋管数量并确定布置形式
6.4.1竖直埋管数量计算
……………………⑼
式中:
n—U型竖直埋管个数；
H—竖直埋管设计有效深度m；
L—埋管总长度m。
6.4.2竖直埋管布置形式
结合工程场地可一字型布置、L型布置或矩阵型布置均可，根据测试结果分析,U型竖直埋管间距以5—6m为宜。
6.5确定竖直埋管水流速度与水泵选型
6.5.1确定水流速
试验显示，竖直埋管中如提高水流速度则换热量可适当增加，但增加量不与流速提高量成比例。竖直埋管中水流应为紊流状态，流速太快会增加循环水泵能量消耗，流速取1m/s左右为宜。
6.5.2确定水泵型号
流速确定后计算循环水流量及压力损失即可选择循环水泵的型号。
7结论
7.1地源热泵空调是节能、环保、对地下水无污染，并不影响地面沉降的好形式。特别是竖直埋管地源热泵更具有诸多优点，应予推广。
7.2采用土壤钻孔的综合传热系数法，可简化地源热泵的传热计算。
7.3竖直埋管地源热泵空调的设计步骤，为设计人员提供了一种设计方法，有利于提高设计速度，并减少设计失误。
参考文献
1、曾淼等，地源热泵地下U型管换热器实验研究，全国暖通空调制冷1998年学术年会《论文集》，P371；
地源热泵范文篇8
关键词：地源热泵埋管系统；地埋管设计；基坑埋管；水力平衡
地源热泵埋管系统的设计与施工重点均在地下，埋管的管材与管径也均需要在设计过程中决定[1]。但总的来说，现阶段在地源热泵埋管系统设计与施工过程中均面临很大的困境，比如地埋管系统设计方法不完善、关键施工工艺不科学、系统需要地埋管埋管面积等。因此，对地源热泵埋管系统应用设计与施工工艺进行深入的分析探讨十分必要。
1工程概况
中铁上海局改扩建工程暖通空调工程位于上海宝山顾村机器人产业园区，总用地面积29955平方米，其中用地面积1634.7平方米，建设用地面积28320.3平方米，总建筑面积为104048平方米。项目地上建筑面积55620平方米，1号工业研发楼建筑面积为47679平方米，2号工业研发楼建筑面积为7831平方米，垃圾站110.00平方米。其中1号工业研发楼由两幢高层主楼及相应裙房，通过连廊的有机组合构成一个建筑单体。高层主楼A座为集团公司办公楼，层数11层，最大建筑高度47.7米；高层主楼B座为子分公司办公楼，层数9层，最大建筑高度39.7米；裙房为会议中心及办公配套用房，层数3层。2号工业研发楼属于职工公寓，位于基地东南角，建筑层数8层，建筑高度33.3米。垃圾站层数1层，建筑高度6.6米。地下部分满堂设置两层地下室，建筑面积48428平方米，主要功能包括辅助配套功能（食堂）、研发用房、机动车库、非机动车库及附属配套设备用房。
2地源热泵系统工作原理
地源热泵系统是一种由双管路水系统连接起建筑物中的所有地源热泵机组而构成的封闭环路的空调系统，可以利用大地深处冬暖夏凉、温度相对稳定的特点，通过地下埋管封闭循环水进行热量交换，依靠消耗少量的电力驱动热泵机组完成制冷或供热循环，进而确保完成空调房间和土壤、地表水等的换热[2]。具体来说，在冬季机组处于制热模式时可以从土壤和水中吸取热量，并通过压缩机与热交换器将热量以较高的温度释放至室内。在夏季机组处于制冷模式时可以从土壤和水中提取冷量，利用压缩机和热交换器将大量的热量并入室内，同时确保室内的热量可以排放至土壤和水中，实现空调制冷目的。地源热泵主要有地下水系统、地表水系统和地埋管系统三种形式，其中的地埋管系统是迄今应用最为广泛的地源热泵系统。
3地源热泵系统适用性分析
3.1土壤条件。地源热泵系统要想顺利实施，适宜的土壤温度是基本条件。本项目所处的土壤温度为14-18℃，夏天时14-18℃的土壤温度可以替代冷却塔作为热泵机组的冷却系统，冬天时可以在不添加防冻剂的条件下作为热泵低位热源加以使用[3]。3.2建筑冷热负荷匹配度。土壤热泵系统不适宜应用于高能耗建筑之中，这主要是因为土壤源热泵系统比常规的热泵机组增加了土壤换热器，每1KW冷量造价大约需要增加1000元左右。本项目整体建筑属于使用稳定、负荷波动小的中等规模建筑，其对洁净要求和较低空调设定温度要求合理，实用性和经济性突出。
4施工工艺流程设计
地源热泵系统施工工艺流程为：施工准备→工程钻孔→地埋立管施工→灌浆→地埋横管施工→回填→系统清洗。
5施工要点分析
5.1地埋管平面布置分析。待确定地源热泵系统后需要重点对地埋管平面布置进行设计，就现阶段地埋管换热器传热模型使用情况来说，其中以Kelvin线热源理论为基础的IGSHPA模型方法较为常用，可以根据年最冷月和最热月负荷以及由能量分析的BIN方法计算出的热泵机组季节性能系数为依据来确定地埋管换热器的具体尺寸。而后依据IGSHPA模型，可以针对常用的井联U型换热器重点解决以下问题：①按照本项目建筑的具体特点和条件，计算出建筑的峰值负荷，并同时计算热泵机组的制冷量Qc与制热量Qh；②依据已经求出的Qc和Qh，并结合建筑供冷/供热的参数要求及机组性能，具体确定出热泵机组的规格型号，在查出机组制冷制热时流体出机组蒸发器/冷凝器的低限/高限温度即地埋管换热器侧的循环液体进入地埋管换热器的最低/最高温度，以及热泵机组制冷/制热性能系数COPc和COPh；③求出建筑峰值负荷时埋管换热器的换热负荷，即机组制冷时Qmc=Qc（COPc+1）/COPc，制热时Qmh=Qh（COPh-1)/COPh；④依据地埋管换热器的换热负荷和传热换热模型，分别求出对应不同的埋管管径、管内流速、埋深、管距时，所需埋管的数量和相应的进出水温度，并确定最终的制冷制热组合。5.2基坑钻孔埋管。鉴于本项目现场埋管空地面积不足，所以必须采用基坑钻孔埋管方式，根据本项目工期与特点，在设计之初确定了多种地埋基坑施工方案。①先行开展施工打井，而后开展开挖土方工作，待建筑物桩基沉桩结束后基坑未开挖之前先施工竖管，基坑完全开挖完毕后，再进行横管施工。此施工方案的优势在于对坑底的土层扰动影响较小，坑底的暴露时间也大大缩短。同时也有一定的局限性，比如基坑开挖时较易破坏竖管，钻孔深度必须增加，增加了管材损耗；②先开挖后施工（不浇垫层前），建筑物桩基沉桩结束后，基坑在开挖时地埋管随后跟进施工，垫层再跟进地埋管施工。此施工方案的优势在于地埋管施工难度会大大降低，但对坑底土层扰动影响较大，坑底暴露时间较长，同时对土建施工影响周期较长，加大坑内余土与泥浆清理难度；③采用预留施工法开展施工，需要浇二次垫层，在第一次浇垫层时，需对地埋管施工位置进行预留（常用的方案是预留宽约60cm～80cm的横沟），待横管施工完毕后进行二次浇垫层。此施工方案的优势在于对坑底土层的扰动影响较小，施工难度较小。局限性在于需增加相应二次垫层的土建成本，对土建施工影响周期相对较短；④利用二次垫层施工法开展施工，土建先开挖后浇垫层，地埋管跟进施工，横管位于第一次垫层之上，第二次的垫层浇筑在横管之上。此施工方案的优势在于不会对坑底土层产生扰动影响，地埋管施工难度也很小，施工周期短，但会相应的增加二次垫层的土建成本。经过分析决定，如果后期基坑内部设计有反梁时则可以采用第四种方案，如果没有设置反梁则可以采用第三种方案，但需要注意的一点是，无论采取何种施工方案，为了有效减免竖管施工对桩基承载力的影响，必须在沉桩结束四周后（至少要等到桩边土的预应力完全释放后）方可施工。5.3孔井回填。基于本项目采用基坑钻孔，因而孔井回填属于施工重点，为了避免对换热效果和土建结构产生影响，本项目孔井回填方案主要有两种。第一种是黄沙及膨润土混合物回填（膨润土比例为4%～6%），第二种是水泥及膨润土混合物回填（也可根据业主要求掺入一定比例的黄沙）。两种施工方案均有其优势和局限性。考虑到水泥及膨润土混合物回填不会对桩基承载力产生较大影响，而且避免了人工回填过程中的诸多不确定因素，可以保证埋管的换热量。横沟回填通常采用先填黄沙后填土的方式，但鉴于本项目工程位于基坑内，所以决定全部填埋黄沙，上部回填粗沙、砂石料或直接浇筑混凝土，不能再回土，且横管宜尽量浅埋，防止压力过大，造成管路变形。5.4地源热泵埋管系统“三试压”。水压试验是对工程质量的检验，在保证和提升施工质量中尤为关键。总的来说，在开展水压试验时需要坚持以下几点原则：①在条件允许的情况下，试验压力≤0.8MPa时的管道系统可以放在同一个试压包内开展；②试验压力以高点压力表读数为准，气压以现场压力表读数为准，并在现场做好相关记录；③水压试验时的环境温度不得低于5℃，若环境温度低于5℃，则应该采取防冻措施；④待试验合格后及时泄压排水，避免因温度过高而导致管道系统超压。本项目在地埋管施工中采用“三次试压法”开展地源热泵埋管系统测试。①第一次试压试验选择在U型管下管前，试验压力应为工作压力的1.5倍，且不应小于0.6MPa。稳压1小时观察压力降，确保稳压后压力降不大于3％且没有出现渗漏现象，方可下管，并保证是带压下管，防止下管过程中U型管破损，一旦压力表示数出现较大变化，须重新焊制U型管，重新试压下管，确保每个U型管路不渗漏；②第二次水压试验选择在水平管与U型管连接前，待水平管试压合格后方可与U型管连接，试验压力最小应为工作压力的1.5倍，且不应小于0.6MPa。稳压1小时观察压力降，确定稳压后压力降不大于3％且没有出现渗漏现象，开展下一步施工；③第三次水压试验选择在水平管与U型管连接完毕后，试验压力至少应为工作压力的1.5倍，且不应小于0.6MPa。至少稳压1小时，稳压后压力降不大于3%，且无泄漏现象认为合格，试压合格后可进行埋管。
6系统调试与深化设计
6.1水力失调。水力失调属于一种常见施工现象，主要是因为水力失衡而引起，分为静态与动态两种类型[4]。静态水力失调是水系统固有的，是因为管路系统特性阻力系数的实际值偏离了设计值而导致的。动态水力失衡不是水系统自身固有的，是在系统运行过程中产生的，主要是因为某些末端设备阀门开度改变而引起。6.2设计深化。对于水力失调问题，本项目提出了两种解决方式。第一种是设置动态和静态平衡阀门，异程式空调水系统中并联环路的压力损失计算差额大于15%，可以通过合理设置及调节平衡阀来克服水力失调。第二种是水系统采用同程式设计，室外地埋管管路设计、施工必须采用同程式，室内末端水系统设计施工建议采用水平式同程。
7结论
随着绿色节能理念的愈发深入，地源热泵地埋管换热系统的使用范围越来越广。在设计和施工过程中需要给予基坑钻孔施工、孔井回填、管路连环三试压及系统水力平衡充分的重视，有针对性的解决出现的问题，以此提升施工效率与质量，推动地源热泵地埋管换热系统更好发展。
参考文献
[1]王智斌,薛明明.地源热泵地埋管换热系统施工技术[J].数字化用户,2019,025(09):58.
[2]魏俊辉,褚赛,刘启明,等.两种地埋管换热系统设计方法差异性研究[J].建筑节能,2019,47(03):61-65.
[3]霍晓敏.地源热泵地埋管换热器热响应测试分析[J].工程地球物理学报,2019,16(02):115-120.
地源热泵范文篇9
热源塔热泵夏季为高效水蒸发冷却热回收制冷机，可以向酒店免费提供卫生热水和桑拿热水；过度季节制取卫生热水时产生的冷量可供餐厅、娱乐及多功能厅空调免费利用；冬季热泵的低品位热源来自高效宽带无霜热源塔系统，可有效地保障热泵供暖及卫生热水所需要的低品位热源。
在无锅炉等辅助热源条件下，热源塔热泵经受住南方五十年一遇的冰冻期考验，室内供暖温度达到30℃，热水45℃以上。系统运行可靠维修量小，这种无需设计锅炉、水源和地埋管等辅助热源系统的热泵，初投资经济合理，室内外机械设备综合占地面积都比较小、节能效果明显，以及对周围环境影响符合国家环保标准的空调冷（热）源来源方式，值得和大家交流探讨。
关键词：热源塔；冷（热）源；热源塔热泵
1.工程概况
桐庐大酒店位于城市发展的商业中心——杭州市桐庐县城区。桐庐大酒店是按四星级酒店标准设计的集客房、餐饮、娱乐、休闲、会议、办公及商场为一体的多功能综合性项目。
2.不同冷（热）源热泵方案初投资比较
2.1混合源地源热泵冷（热）源与初投资系统性能南方地区制冷负荷大于供暖+热水负荷的20%左右，为维持地下土壤温度场的平衡，实现经济运行目的，设计采用混合源（地埋管+冷却塔）地源热泵。地下土壤源温度场可维持在16～22℃之间变化，热泵热源温度平均保持12～6℃之间变化，。热泵是以15℃热源作为供热量指标，在热源温度12～6℃条件下运行供热虽有衰减，但仍能满足2500KW供暖和热水负荷的需求量。热泵供热性能系数COP值可达3.5以上，主要是依靠昂贵造价的地源埋管系统作陪衬，才能实现单项运行经济指标的高效。
系统初投资近期原萨斯特地源埋管钻井施工队在为浏阳市一座别墅做地源埋管，岩层钻孔单井深度35米，钻机日进尺深度只有10米，井深造价超过100元/米。在大型建筑物中用地紧张，单井深度可达到80～100米，随着井深增加岩层硬度会更高，井深造价为120～200元/米之间（四川地源热泵示范工程）。采用混合源地源热泵机组及冷（热）源地源埋管系统的初投资为710.00万元左右。
2.2空气源热泵冷（热）源与初投资系统性能酷暑制冷，空气源热泵的制冷效率与室外气候有直接的关系，随室外温度的升高而降低，机组消耗功率随室外环境温度的升高而增加。空气温度35℃，出水温度7℃，空气源热泵制冷能效比EER值在2.5左右。隆冬供热，南方地区受特定地质与气候条件因素影响，成为冷暖气流对峙区“低温高湿”，空气中低品位“潜热”含量高，空气源热泵因构造缺陷，不能有效地利用低品位热源，持续期累计约50天左右（-5～2℃温度有近10天左右，2～5℃温度有近40天左右）。当空气源热泵迎面风速为2M/S时，室外空气干球温度在0～5℃，相对湿度>80%时结霜最为严重，此时平均每小时化一次霜，按现代技术不停机旁通换向化霜程序，一次化霜的时间不少于8分钟左右（包括室内反向取热）。空气源热泵在0～5℃条件下处于无霜至结满霜与半结霜状态下运行，供热性能下降35～40%；化霜减少的供热量达15～20%左右。因此，在最恶劣工况条件下空气源热泵机组的实际供热输出量，只有标准工况供热量的50%左右，供热性能系数COP平均只有1.5左右。
系统初投资冬季酒店供热需求量为2500KW，选择空气源热泵方案，容量应按实际供热能力确定为：Q=Q0.δ+RQ0为设定的标准供热量、δ为实际供热系数、R为辅助热源；
Q0=3800KWδ=0.53R=500KWQ=Q0.δ+R=3800×0.53+500=2514KW设计采用标准制冷量为3800KW空气源热泵机组加500KW辅助电加热装置，能够满足制热最不利工况下供热。根据涡旋压缩机构造不适应空气源热泵结霜后，长期处在高压差下运行，容易损坏等因素，应采用螺杆压缩机组，空气源热泵主机方案初投资为716.00万元左右。
2.3热源塔热泵冷（热）源与初投资
2.3.1热源塔热泵原理热源塔热泵定义为：夏季为高效水蒸发冷却制冷机，冬季为高效宽带无霜空气源热泵。
热泵所提升的低品位能来自热源塔，热泵必需是在较小的传热温差下运行，才能获得较高的供热性能系数，需要按热源塔实际使用工况设计热泵工况，所以定位为热源塔热泵。
热源塔热泵工作原理：由热源塔旋流风机扰动环境中“低温高湿”空气从塔体底部进入，经低温宽带换热器底部迎风面逆向流通，形成传热面与环境空气之间的显热与潜热的交换。宽带换热器将来自热泵小温差蒸发器的低温循环溶液（乙二醇稀释溶液）从宽带换热器上部进液底部出液，获得低于环境温度2～3℃的溶液作为热源塔热泵的低温位热源。
自然无霜运行期：南方冬季，环境温度为2～5℃的持续时间为40天左右，占冬季低温高湿天气85%以上，是传统窄带空气源热泵结霜率较频繁期。闭式热源塔由于设计上采用了冷库-15℃的低温宽带小温差传热技术，比传统窄带空气源热泵结霜温度下降了5～6℃，减少了85%的结霜机率。环境空气温度高于2.0℃以上时，空气相对湿度较大潜热含量高，宽带换热器在进行热交换时凝结水量大，凝结水分离系统自动排出凝结水份。
人工无霜运行期：南方冬季，环境空气温度低于1.0℃以下时的累计时间约10天左右，为防止负温度湿空气遇冷（低温宽带换热器）结霜，负温度喷淋装置根据智能控制要求，自动喷淋环保防冻溶液（选用食品行业用无毒、无腐蚀、环保的防冻液）降低换热器表面冰点，待低温期过后采用浓缩装置分离水份。
2.3.2闭式热源塔热泵应用案例与性能湖南吉首市金煌宾馆，地处湘西山区，冬季低温高湿，夏季高温酷暑。空调面积2300平方米，其中客房80间，大堂150平方米，茶艺中心95平方米。生活热水需求量15吨/日，供暖温度要求28℃。系统设计，采用“热源塔热泵冷暖空调热水三联供”系统，热泵机组设计容量，按夏季标准工况制冷量采用160KW机组二台。在厂家交货前进行标准工况制冷量测试时发现每台只有120KW/台。比原设计配置减少了160×2-120×2=80KW，相当于25%的设备容量配置。2008年南方遭受了50年一遇的－1～－4℃冰冻期，这个先天性不足的容量配置系统，经受了严峻的实际考验。标准工况制冷量为120×2=240KW的机组在低温位热源进水温度为－5℃情况下，压缩机自然衰竭要大于标准工况制冷量的25%，实际工况供热量为90×2=180KW.在冰冻期期间，由于热源塔热泵低温位热源来源稳定，无霜运行效率高满足要求，平均日输出45℃生活热水15吨，客房供暖温度达到28～33℃，大堂供暖温度达到24～26℃。热源塔热泵性能，在“低温高湿冰冻期”就闭式热源塔而言，只要保障溶液冰点浓度，在－5℃低温位热源，输出热水45℃情况下，机组的供热性能系数COP不低于3.0（实验室测试，传统干式热泵螺杆机组在给定－5℃低温位热源，输出热水52℃条件下，供热性能系数COP不低于2.6）。
系统性能热源塔热泵夏季为高效水蒸发冷却制冷机，冬季为高效宽带无霜空气源热泵。由冷热源吸收设备——闭式热源塔和低位热源提升设备——低热源热泵组成。环境空气温度高于1.5℃以上时属于无霜运行期，环境空气温度低于1.5℃以下时累计时间约10天左右，为防止零下温度湿空气遇蒸发器结霜，系统负温度防霜系统自动喷淋环保防冻溶液降低换热器表面冰点，待低温期过后采用浓缩装置分离水份，保障了热源塔热泵在最恶劣工况下0～5℃供热性能系数COP值不低于3.2.系统初投资冬季酒店供热需求量为2500KW，选择热源塔热泵方案，容量应按实际供热能力确定为：Q=Q0.δ+RQ0为设定的标准制冷量、δ为实际供热系数、R为辅助热源；
Q0=3450KWδ=0.75R=0KWQ=Q0.δ+R=3450×0.75+0=2587KW设计采用标准供热量为3450KW热泵热水机组，能够满足制热最不利工况下供热。系统应采用满液式螺杆压缩机组，热源塔热泵及冷（热）源初投资方案为445万元左右。
小结：混合源地源热泵冷（热）源与初投资710.00万元左右；空气源热泵方案初投资为716.00万元左右；热源塔热泵及冷（热）源初投资方案为445.00万元左右，是三个空调方案中最低的。
3.不同冷（热）源热泵方案能耗比较在对方案进行综合经济性比较时，首先应注意比较基准的基本一致。
应用相同设备档次、能源价格等基准条件进行比较，才能保证比较结果的科学性和合理性。对比方案全部采用满液式螺杆机组。
4.不同冷（热）源热泵方案选择与确定
4.1混合源地源热泵方案最初的设计方案是采用地下水源热泵机组，由于项目建筑红线建筑范围内，场地基础地质岩体广布，地质构造复杂，经水文地质勘测找不到足够的地下水源来作为热泵系统的冷（热）源，而地源土壤源打孔费用和机组造价高达710.00万元左右，对比热源塔热泵节能空调系统增加初投资265.35万元，年支付贷款利息为27.76万元，全年节能回报只有5.85万元左右。且本项目又处在市中心，没有足够可利用的空地打孔。因此，地下水源、地下土壤源冷（热）源方案虽然节能，没有成熟可靠的条件使用。更何况节能费用尚不能抵消增加的初投资贷款利息。
4.2空气源热泵方案在地源热泵方案被否定后，考虑采用空气源来作为来作为热泵系统的冷（热）源方案。夏季，空气源热泵的冷源来自空气冷却，空气源动力风机的噪声也会对周边环境及酒店自身产生影响，冷却效果受“高温酷暑”环境温度影响，最恶劣工况时能效比只有EER=2.5左右，比水蒸发冷却增加了近一倍的能耗。冬季，空气中低位“潜热”含量高，空气源热泵因构造缺陷不能有效地利用低位热源，结霜降低机组换热效率，而除霜既要耗能又影响连续供暖能力；当室外温度过低，会使机组保护停机不能正常工作，即使可以工作，其效率也很低，影响酒店的正常经营。而其空气源热泵螺杆机组造价高达716.00万元左右，对比热源塔热泵节能空调系统增加初投资271.65万元，年支付贷款利息为28.4万元，全年能耗对比其它节能空调系统增加71.27万元左右。
4.3热源塔热泵方案经慎重考虑科学论证后，最后提出一种介于水冷却制冷机节能与无霜空气源热泵之间的组合制冷与热泵系统。经多方面研究与网上市场调查了解到，热源塔热泵可有效地解决了地下水源热泵无水源，地源土壤源热泵造价高，传统风冷热泵夏季制冷能耗高、冬季供热翅片换热器易结霜降低换热效率、化霜耗能等问题，造成供热能耗高。热源塔热泵夏季为高效水蒸发冷却制冷机，冬季为高效宽带无霜空气源热泵，经受住南方五十年一遇的冰冻期考验，客房供暖温度达到30℃、热水45℃以上。热源塔热泵冷、暖空调和热水三联供一机三用，无需辅助热源，节能环保、高效，且初投资合理，热源塔热泵冷（热）源系统造价为445.00万元左右，与其它热泵方案对比如下：
①对比混合源地源热泵方案减少初投资265.35万元，减少年还贷利息27.76万元，能耗增加5.85万元，实际比混合源地源热泵方案年减少21.91万元的费用。
②对比空气源热泵方案减少初投资271.65万元。减少年还贷利息28.41万元，年节能耗减少71.27万元左右，实际比空气源热泵方案年减少99.68万元的费用。
5.结论
通过对不同热泵及冷（热）源系统方案进行的综合经济分析不难看出，热源塔热泵冷（热）源系统作为大中型建筑物（特别是酒店服务业）中央空调系统的冷（热）源具有明显的初投资低、节能和性能稳定优势。不受区域地质及自然环境的限制，在气候适宜的长江流域以南地区可在冬、夏过度季节共用，省去了锅炉设备、水源和地埋管等辅助冷（热）源系统，符合我国南方地理情况。一机三用，设备利用率高。
地源热泵范文篇10
关键词：地源热泵低温地板辐射采暖节能环保经济性
1引言
对于一个完整的供暖空调系统，其基本的组成都必须有三个部分组成，即热（冷）源、管路系统和末端（向室内供热供冷的设备装置），如何合理地选择系统的热（冷）源及末端装置一直都是建筑设备与环境工程师及科学工作者不懈努力追求的。在以往的许多资料和研究文献中大多是单独对冷（热）源[1]-[10]或末端[11]-[16]进行的技术、经济等各方面的分析。但是在诸多冷（热）源及末端系统的形式中选出互相匹配的源与端，对于供热、空调系统同样非常重要。
1.1地源热泵简介
地源热泵最早于1912年瑞士的一份专利文献中提出[4][5]，它是一种利用地下浅层低温地热资源（常温土壤或地下水）来实现制冷制热的高效节能热泵系统，利用地能分别可以在冬季作为热泵供暖，同时大地储存冷量，以备夏季供冷使用；相反在夏季作为冷源，同时储存热量以备冬季使用，地源热泵具有以下特点：
（1）地源热泵属于可再生能源，由于其可在冬夏两季交互地蓄存冷热量，同时地球表面吸收并蓄存了47％的太阳能，此能量是人类每年利用能量的总和的500倍之多[4]，这种蓄存于地表浅层的近乎无限的能源是取之不尽用之不竭的可再生能源，符合能源可持续性发展的趋势。
（2）地源热泵的污染物排放，仅相当于空气源热泵的60％，是普通锅炉供暖系统的30％。[4]，虽然其也采用制冷剂，但是比常规空调装置减少了25％的充满量，是真正的环保型系统。
（3）地源热泵属经济高效的冷（热）源，其利用的地能或地表浅层地能的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种稳定温度使得地源热泵的COP值比较高，夏季约为4.1（传统冷源2.9），冬季3.1（传统热泵2.8）[10]，节能以及节约运行费用达40％[4]，另外地能由于温度稳定，这就使热泵机组运行更可靠、稳定，保证了系统的稳定性、高效性、经济性。
（4）地源热泵可以一机多用。它可以用于供暖、空调、生活热水，其适合于宾馆、商场、办公楼、学校、住宅，更适合于别墅，是一种极具发展潜力的中央空调冷(热)源。
1.2低温地板辐射供暖简介
低温地板辐射供暖是一种利用建筑物内部地面进行采暖的系统，该系统以整个或部分地面作为散热面，其地板散热面主要以辐射热的形式（约占总热量的61.25％）[16]向室内散热。低温地板辐射采暖作为冬季的一种采暖形式，在国外早在20世纪30年代就得到了应用，在国内20世纪50年代在人民大会堂、华侨饭店等工程中也有所应用，但是在当时由于受到材料工业和技术条件的限制，地板供暖技术受到了制约。
随着我国塑料化工工业的发展，出现了耐高温、高压、抗老化、易弯曲的PEX、PPR、PB、XPAP等塑料管道，为低温地板辐射供暖技术提供了可靠的材料保证，与金属材料相比塑料管具有耐腐蚀、抗老化、成本低，地面下无接口、不易结垢、阻力小等优点，一般塑料管道使用寿命可达50年以上。
低温地板辐射供暖系统具有高效节能（与普通散热器采暖系统相比节能可达50％以上）[17]，运行费用低，舒适卫生、使用寿命长，便于热力计量和收费，可利用热源多、节约建筑有效使用面积等优点。
2地源热泵与地板辐射供暖的耦合分析
由于地源热泵系统利用浅层地能制造低温热水其出水温度一般在50℃左右属于低温热水，而地板辐射供暖所需水温一般也较适宜采用50℃左右的水，并且地源热泵出水温度越低其工作性能越好，机组COP值越高，从这一方面来讲，地源热泵技术与低温热水地板辐射供暖协调工作是合适的。
对于地源热泵的制热量在连续正常运行时，其制热量是稳定的，如图1中的（1）线所示。而对于建筑物地板辐射供暖所需热负荷则是每天24小时，每年365天都是在变化的如图1中（2）线所示。如何使地源热泵的供热量来适应地板供热的变化是地源热泵应用于低温低版辐射供暖的重要环节，在文献[18]中对地源热泵的变频运行作了试验性研究，并取得了较好的耦合效果。
3地源热泵与地板辐射供暖的经济性分析
地源热泵与地板辐射供暖的优点在本文前面已做了介绍，但是其初投资和运行费用以及节能的实际效果如何是推广这项技术的重要环节。
3.1地源热泵的经济分析
对于地源热泵的初投资及运行费用笔者根据有关文献[6][9][10]和实际工程的分析计算得出如表1所示的对比。
3.2低温地板辐射供暖的经济分析
低温低版辐射供暖系统，其在传热过程中热面朝上，散热均匀而高效，无“脚冷头热”的感觉，也无口干舌燥的不良反映，采取地板辐射供暖与传统散热器供暖相比，其运行费用和初投资经过计算分析，其结果见表2所示。
表1系统名称
运行费用
可比初投资
（元/m2）
备注
COP
元/m2年
夏季
冬季
水冷机组+
中央热水机组
2.9
2.8
27
166.7
按国产机组计算
地源热泵系统
4.1
3.1
18.9
233.3
按1.8m/m2地换热器计算
注：表1运行费用每天按10h，夏季运行按90天计算，电费价格按0.53元/度计算。
从表1可以看出，地源热泵运行费用较普通空调节能及运行费用约30％，而初投资增加约28％。若以3000m2的建筑为例，则约在5年收回其成本（一般空调的使用寿命为15年左右）。
表2供暖方式
一次性投资
运行费用
（元/年）
使用年限
（年）
每m2造价
（元/m2）
装修费
（元）
占建筑面积折价（元）
合价
（元）
普通散热器供暖
40
20-50
80
140-170
19.5
10-15
地板辐射供暖
50
40
（地板增厚）
90
16.67
30
风机盘管
110
12
122
20
10-15
注：表2中建筑造价4000元/m2，每m2普通散热器约占0.02m2，运行费用按每天10h计算，冬季按100天计算，电价按0.53元/度。
可以看出，其运行费用较普通供暖可节约能源约25％，初投资虽然直接费用较普通采暖略高，但是综合装饰及占房间面积折价等因素，地板辐射供暖反而略低。
综合表1和表2可以得出，对于普通水冷机组加中央换热机组选用风机盘管其初投资为288.7元/m2，地源热泵与地板采暖初投资约为323.3元/m2，初投资增加仅为10.7％，而能源节约和运行费用的减少可达为42.33％，很显然，增加的小量投资是很值得的。另外地源热泵与低温热水地板辐射采暖系统建筑新风比较容易解决，室内空气质量好，维护工作简便，安静无噪音。
4尚需解决的问题
4.1对于地源热泵的经济性显示，其运行时间越长，效率高的特点发挥的就越好，如果全年运行，即冬季供暖、夏季用于空调、春秋季节产生卫生热水等联合运行，其节能效果会更加突出，而对于多端的联合运行，所需热泵容量的匹配以及与各端容量的耦合还有待研究。
4.2低温地板辐射供冷由于地面在温度较低时容易结露或即使不结露也会使室内空气湿度升高，使室内环境变差，降低室内湿度是夏季采用地板供冷的关键，也是地源热泵与地板辐射供暖（供冷）联合运行的关键所在。如何降低室内的空气湿度还有待从理论到措施的研究。
4.3由于地源热泵所用浅层大地的地能，而埋管换热器的传热受到土壤的直接影响，故各地区土质对地源热泵的工作性能影响较大，具体埋地换热器的换热特性，在设计中如何选择埋地换热器也是制约地源热泵推广的重要因素之一，有待在这一方面进一步研究。
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