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1夏热冬冷地区采暖模式——地源热泵调研报告一、地源热泵种类地源热泵技术是对地热能的一种利用。它是一种通过输入少量的高位能（如电），实现从浅层地能（土壤热能、地下水中的低位热能或地表水中的低位热能）向高位热能转移的热泵空调系统。包括：1、土壤源热泵是利用地下温度相对稳定土壤作为冷、热源，通过深埋于建筑物周围的管路系统与建筑物内部完成热交换的空调技术。2、地下水源热泵是利用地下水所储藏的太阳能资源作为冷、热源，通过在地下岩体中凿建井群与建筑物内部完成热交换的空调技术。3、地表水源热泵是利用地表水（江、河、湖、海）所储藏的太阳能资源作为冷、热源，通过地表水管路系统与建筑物内部完成热交换的空调技术。23合肥市——南屏家园土壤源热泵系统二、目前研究主要方向1、地源热泵应用研究主要区域：重庆、武汉、湖南、杭州、上海2、地源热泵应用条件分析：水源：水文地质特征，如地下水层富水性、渗透性、水质等土壤源：对地质条件的分析，如地层结构、岩性特点、取得难易程度等水文地质分区分析：较好区、适宜区、一般区和较差区（目前有相关分区研究的地方：上海、北京）3、地源热泵系统可行性指标评价体系：层次分析——模糊综合评判法层次分析一模糊综合评判法，即通过层次分析法(AHp)确定指标体系中各层指标的权重，用模糊综合评判法(FCE)对地源热泵系统的可行性进行评价。44、热源井设计分析：井位、井间距设计计算●井位、井间距的影响因素——系统需水规模，水文地质条件，热源井的抽/灌模式、成井工艺、回灌方法等研究设计中如何避免抽水井和回灌井之间发生“热短路”、抽水井之间发生“抢水”。5、水源热泵机组设置：研究运行控制方式及适用范围●集中式：集中式热泵系统比分散式系统具有更好的节能效果、集中管理更方便、系统运行更为可靠、机组整体、寿命更长。●分散式：无须主机房、分户计费、控制灵活等优势，适用于宾馆、酒店、写字楼、商场、医院、体育场馆等功能建筑物，特别适合内外分区建筑物，是环保节能中央空调最优先考虑的系统形式。56、热泵系统能耗分析：●供冷、供暖季能耗分析，一是精确模拟计算法，又称动态模拟方法，通过建立建筑物热过程的动态模型，在计算机上作全年或某时间段的逐时模拟。它根据室外逐时的气象数据、室内设计参数，逐时计算出建筑的能耗。其应用软件有DOE-2、BLAST、EnergyPlus以及国内的DEST软件等。二是简化模拟法，这类方法包括：度日法、BIN温频法、当量满负荷运行时间法等。●与其他冷热源形式的全年能耗比较水源热泵机组、风冷热泵机组、冷水机组+燃气锅炉（能耗、一次能利用率等）67、热泵经济性分析：初投资费用、运行维护费用8、热泵系统环境影响分析：●热泵系统节能特点带来的环境效益●对地下水影响：用水回灌、地面下沉等问题●对地表水影响：水源换热、散热等问题●对土壤影响：土壤温度变化等问题9、末端采暖方式：低温地板辐射、风机盘管方案●对室内舒适度的分析●能耗比较●系统效率分析710、实际工程研究：●系统运行基本情况：运行条件、系统设置参数、运行工况效果深井水泵、测水温度、COP评价、能耗分析●空调方案设计。●运行控制策略：根据系统运行负荷配比，研究运行策略。8三、目前存在的问题1、居民反映水源热泵采暖方式比传统集中供热采暖室内温度感觉较低。2、设计时不做负荷分析，过分依赖经验即建筑负荷特性分析与地源热泵系统设计关联不大。3、节能效果监测系统根据调研，目前大多数地源热泵项目中都没有必要的节能计量装置，如温度表、流量计、功率表等，这使得项目的节能计算工作上存在一定困难，同时也不便于管理部门的进一步节能评定工作。4、地源热泵系统热舒适性研究较少。95、地源热泵采暖系统对建筑的影响反馈信息较少。水井与场地设计、末端采暖方式与建筑空间设计、采暖方式对建筑围护结构影响等。6、安装施工存在一定问题。7、地源热泵运行方式单一。应对夏热冬冷地区部分空间、部分时间采暖运行方式的设计。8、地源热泵系统与其他可再生能源辅助设备研究空间较大。（例如太阳能与水源热泵耦合关键技术及系统的研发）1011地源热泵系统的种类夏热冬冷地区地源热泵系统存在形式：·以土壤为热源土壤耦合热泵系统∕地埋管换热器地源热泵系统·以地下水为热源地下水热泵系统·以地表水为热源地表水热泵系统本次调研涉及两种地源热泵系统：土壤源热泵系统、水源热泵系统12目前研究地源热泵主要方面1.地下埋管换热器的传热模型和传热研究2008竖直U型埋管地下换热器的传热模型（湖南大学）陈友明，王宇航，莫志娇，郭兴国，周娟以钻孔壁为界，将所研究的传热区域划分为土壤部分和钻孔内两部分。对于钻孔外土壤部分的传热过程，采用线热源理论建立非稳态模型进行分析讨论；在钻孔内，对一维模型和二维模型进行了对比，从而得出增强地下换热器换热的措施。2.夏季瞬态工况数值模拟的研究133.热泵装置与部件仿真模拟理论和实践研究4.地源热泵空调系统制冷工质替代研究5.其他能源如太阳能、水能等与地热源联合应用的研究2005太阳能—地源热泵与地板辐射空调系统联合运行方式探讨（青岛理工大学）胡松涛，张莉，王刚论述了太阳能及地热能作为地板辐射空调系统冷热源的可行性及必要性，提出了一种利用太阳能和土壤热源热泵通过地板辐射空调供暖供冷的方案，讨论了系统在冬夏和过渡季的运行方式。146.地源热泵系统的设计和施工7.地源热泵系统的经济性能和运行特性的研究2005地源热泵—辐射地板空调系统试验研究（重庆大学）丁豪，卢军①对暖地板房间进行地板表面温度、墙壁温度、顶棚温度以及室内空气温度的实测，以分析地板的散热以及室内的热舒适性，地板蓄热能力等；②将地源水－水热泵系统与辐射地板系统联合运行，通过改变地下埋管的数量以及水量的变化来寻找最佳运行工况并对运行中出现的问题进行分析，寻求解决的方法；③结合重庆地区某别墅的地源热泵—辐射地板空调系统的实际工程，提出控制方案分析，并对系统经济性方面进行分析，最后对设计与施工过程提出一些意见和建议。15经济性能研究：2010夏热冬冷地区地埋管热泵系统的工程优化（湖南大学）刘冲，侯喜快，肖红光长沙地区某典型办公建筑作为实例，通过energyplus能耗模拟软件对该建筑全年能耗进行分时段、分楼层的动态模拟，得到该建筑相应条件下的能耗分布图，并依据能耗分析结果对地源热泵冷热源部分进行匹配选型。研究发现：在最不利情况下，第6层负荷最大，高出楼层平均负荷50％，在各项负荷中潜热负荷占最大比例，为总负荷的32％。同时模拟结果还表明，该建筑夏、冬季每平方米每小时能耗比为1．74：1，夏、冬季总能耗比为2．89：1。根据冬、夏季总能耗比计算出所需的经济最优条件下的最小钻孔数目为208目。16运行特性研究：2010杭州某别墅地源热泵辐射空调系统夏季室内热环境测试分析（浙江省工程物探勘察院）王蕾，陆长华，佟娜娜为了研究杭州地区以地源热泵为冷热源的辐射空调的运行情况及该系统在杭州地区的适宜性，文章针对杭州一别墅地源热泵空调系统的夏季工况室内热环境进行测试，通过对室内热环境和舒适度的计算分析，得出该系统在杭州地区的运行特性，为杭州地区该系统的推广提供实测数据，也为以后的设计提供一些参考和建议。178.地下水源热泵回灌技术与实践2004地下含水层储能和地下水源热泵系统中地下水回路与回灌技术现状（上海交通大学）邬小波介绍了国内外有关技术发展现状及存在的一些技术和环境问题。就地质条件回灌方式地下水灌抽比回扬和洗井次数等指标；比较了目前国内和荷兰的技术差异。指出解决地下水回灌的堵塞问题是地下含水层储能和地下水源热泵技术得以发展的关键。强调为避免出现地面沉降和地下水质污染等问题，必须采用回灌技术和密闭系统。对政府今后的管理工作提出了一些建议。189.土壤热物性及土壤热导率的试验研究2009用于地源热泵系统现场热响应测试的土壤热物性实验研究（天津大学）宋欣阳，赵军现阶段常用的测量土壤热物性方法热响应测试法在一定程度上存在偏差，本文根据热探针法进行土壤热物性的测量实验，用其实验结论提高热响应测试的准确性。1910.同井回灌地下水源热泵地下水运移数值模拟与实验研究2006同井回灌地下水源热泵地下水渗流理论研究（哈尔滨工业大学）倪龙，马最良建立了单一介质承压含水层中定流量同井回灌地下水源热泵抽水和回灌引发的地下水渗流数学模型；利用叠加原理推导了同井回灌地下水源热泵地下水渗流的理论解。11.土壤蓄冷与土壤源热泵集成系统的应用基础研究20研究存在问题1.地埋管地源热泵系统的热平衡问题同济大学的马宏权、龙惟定在«地埋管地源热泵系统的热平衡»一文中分析了地埋管地源热泵热平衡问题的由来与影响，提出了解决该问题的技术思路并结合实际项目的测试分析，讨论了对解决该问题有利的系统设计原则和运行模式。30～300m深的地下恒温带地层井非“取之不尽．可不断再生的低温地热资源”。夏热冬冷地区夏季制冷需求大，单纯地、连续地向恒温带输热而不考虑及时地平衡热量，此恒温带的温度必然会逐年上升，使地源热泵系统的工况逐年恶化，效率逐年下降。212.地埋管换热器模型问题地埋管换热器传热模型的研究问题一直以来都是地源热泵系统的技术难题，国际上关于土壤传热模型的研究有很多（比如线热源模型、圆柱热源模型、温度响应因子模型以及后来发展起来的离散化数值模型、等），国内地埋管换热器传热模型大多是对国际上几个经典模型理论的改进。3.同井回灌地下水源热泵问题对于同井回灌地下水源热泵系统，不同的地下水温和深度对系统关键运行参数及部件的选择具有决定性作用。224.地源热泵系统工质问题地源热泵系统工质的选择目前有两种趋势，一是使用天然工质，另一是使用合成工质。CO2以其优良的特性被认为是最具发展潜力的天然工质。在合成工质方面，将数种已有的合成纯工质按一定比例调配成性能符合地源热泵工况要求且环保性能良好的非共沸混合工质是近年来的发展主流。5.土壤热物性问题土壤的初始温度、类型、传热特性以及密度和湿度等参数是影响埋管换热器设计的重要参数，做好施工场地的地层勘察和土壤热物性测试工作非常关键。23调研收获（1）系统初期投资大，运行成本高，小区入住率与个人所支付电费关系密切。（2）我国夏热冬冷地区气候特征是夏季闷热、日照强烈、静风率高、空气相对湿度可达到80%以上；而冬季则阴冷潮湿且无集中供暖系统，居民仅依靠冬季关闭门窗或夏季开窗自然通风远不能达到热舒适的要求，因此，只能通过空调系统解决热舒适问题。（3）地埋管地源热泵系统的施工质量对系统的运行效果也具有显著影响，调研发现，施工质量差主要表现在未保证热交换井的深度和孔径、钻孔深度不够、孔径偏大；受现场地形条件限制实际钻孔间距小于设计间距影响了地下土壤温度的恢复速度；下放埋管换热器时不按装隔离支架形成“热短路”现象影响了换热器的换热效果；不按照设计配方配制回填材料影响了系统的最终运行效果。（5）地埋管地源热泵系统的运行过程中，操作人员能否按操作规程严格操作对系统的运行效果也具有显著影响。24夏热冬冷与寒冷地区地源热泵运行差异从气候条件讲，我国夏热冬冷地区一般要求夏季制冷，冬季制热。这就要求空调系统既要制冷又要供热，且两个时区空调使用时间基本相同，均为3-5个月，不同于北方供暖时间长而南方制冷时间长的特点。这使得夏热冬冷地区比北方和南方更有其应用的条件基础。因为地源热泵系统是要把夏天的热量转移到冬天取出来，如果两个空调使用时区相差过大，势必会给地层带来热不平衡的问题，时间一长，空调的使用效果就会越来越差，而夏热冬冷地区其自身特点刚好弥补了这个缺点。从其地质结构讲，北方地区一般干土层较厚，岩石层较深，地下水资源不丰富，因此北方地源热泵打孔较深，基本在100米以上，而由于多打到岩石层，其成本也相对较高。而夏热冬冷地区大多属于软土地区，地下水资源相对丰富，相比北方打孔显得更经济，且由于其有一定的水流动性，使地下换热更高效和稳定。夏热冬冷地区地源热泵空调系统的可行性研究蒋崴金培彪（2010）由于北方城市冬季多采用集中供暖系统,此时使用水环热泵空调系统就不一定节能。而夏热冬冷地区即长江中下游地区多数为非供暖区,有的城市(如上海)为保