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地源热泵空调系统工程技术简介目录第一章地源热泵概述.....................................................................................................................................2第二章地源热泵的特点.....................................................................................................................................5第三章地源热泵的分类.....................................................................................................................................7第四章地源热泵的可行性分析.....................................................................................................................11第五章地源热泵系统的设计.........................................................................................................................14一、地埋管地源热泵系统设计.................................................................................................................14二、地下水地源热泵系统设计.................................................................................................................25三、地表水地源热泵设计.........................................................................................................................41第六章地源热泵的部分用户介绍.................................................................................................................52第一章地源热泵概述一、地源热泵的工作原理众所周知，热泵是消耗一定高品位能源把能量从低温物体传递到高温物体的设备，这一过程如同水泵一样，可以将水从低处提升到高处。GB50155-92《暖通空调术语标准》中，给了热泵一个确切的定义：能实现蒸发器和冷凝器功能转换的制冷机。地源热泵（Groundsourceheatpump）也称为地热热泵（Geothermalheatpump），系统通过地源热泵将环境中的地源能（土壤、地下水、地表水、低温地热水和尾水）提取出来对建筑物供暖或者将建筑物中的热能释放到环境中去而实现对建筑物的制冷，夏季可以将富余的热能存于地层中以备冬用；同样，冬季可以将富余的冷能贮存于地层以备夏用。同时是实现采暖、制冷和生活用水热水的一种系统。它用来代替传统的制冷机和锅炉进行空调、采暖和供热模式。这样，通过利用地层自身的特点实现对建筑物、环境的能量交换。建筑物采暖、空调、供热、卫生热水室外地源换热系统水系统水或冷媒系统地源热泵在制冷状态下，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。通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管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凝器内冷媒的冷凝，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，通过风机盘管，以13℃以下的冷风的形式为房间供冷。在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过换向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，通过冷凝器内冷媒的蒸发，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蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管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。系统实际上是指通过将传统的空调器的冷凝器或蒸发器延伸至地下，使其与浅层岩土或地下水进行热交换，或是通过中间介质（如防冻液）作为热载体，并使中间介质在封闭环路中通过在浅层岩土中循环流动，从而实现利用低温位浅层地能对建筑物内供暖或制冷的一种节能、环保型的新能源利用技术。该技术可以充分发挥浅层地表得储能储热作用，达到环保、节能双重功效，而被誉为“21世纪最有效的空调技术”。二、国外应用现状1912年，瑞士Zoelly首次提出利用浅层地热能（地源能）作为热泵系统低温热源的概念，并申请了专利，这标志着地源热泵系统的问世。至1984年，Zoelly的专利技术才真正引起人们的普遍关注，尤其在美国和欧洲各国，开始重视此项技术的理论研究。1974年以来，随着能源危机和环境问题日益严重，人们更重视以低温地热能为能源的地源热泵的研究，具有代表性的有Oklahoma州立大学、OakRidge国家实验室、Louisiana州立大学、Brookhaven国家实验室等。现今，地源热泵已在北美、欧洲等地广泛应用，技术也趋于成熟。吸收的地热水热量10kw消耗的电能2kw热泵机组性能系数5供热量12kw美国正在实现每年安装40万台地源热泵的目标；在瑞士、奥地利、丹麦等北欧国家，地源热泵在家用的供暖设备中占有很大比例，美国地源热泵应用的力度最大，各项指标都已过半。美国最早利用的地源热泵系统是地下水源热泵。目前地源热泵在美国应用最多的还是学校和办公楼，大约有600多所学校安装了地源热泵，主要集中在中西部和南部地区。与美国不同，欧洲主要利用浅层地热资源，采用地下土壤中埋盘管（埋深小于400米）的地源热泵，主要用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。三、国内应用现状我国具有较好的热泵科研成果与应用基础，早在20实际50年代天津大学开展了我国热泵的研究。20世纪80年代末以后，国内各大院校开始了研究地源热泵的热潮。根据《工程建设与设计》期刊的调查在全国范围内共有地源热泵应用工程2537项，分布在除港、澳、台地区外的31个省市区，说明地源热泵在我国应用的区域已经非常广泛。表1地源热泵应用工程项目分布情况省份数量省份数量省份数量北京758江西39广东64上海129吉林57甘肃43天津154山东94青海7江苏68黑龙江36广西18河北303台湾0海南1浙江43河南112宁夏36山西28贵州38重庆13安徽24湖北58新疆8内蒙古50云南2四川25福建20湖南58西藏34辽宁147陕西70总计2537在本次受访单位提供的83项典型工程中，共有8个类型的建筑，其中办公楼38个，别墅6个，宾馆12个，学校7个，医院3个，厂房8个，住宅8个，商场2个。加上已知的北京首钢体育馆等体育建筑，可以看出，地源热泵技术已经在多种类型的工程中应用。图7地源热泵在多种类型工程中应用010203040办公楼别墅宾馆学校医院厂房住宅商场从总体上看，中国地源热泵的发展还不够规范，基础研究上还有待进一步完善，行业之间缺少必要的合作交流，这些因素都或多或少影响着这项技术的推广。第二章地源热泵的特点项目地源热泵中央空调溴化锂吸收式直燃机组水冷机组+燃油(气)热水锅炉水冷机组+电热锅炉占地面积机房占地面积小可设在地下室机房占用建筑面积，冷却塔占用屋顶面积储油设备需要占地面积须冷冻站和锅炉房，冷却塔占用屋顶面积，储油设备需要占地面积须冷冻站和锅炉房，冷却塔占用屋顶面积需要较大的电负荷设备寿命20年10年冷水机组20年燃油锅炉10年冷水机组20年，电锅炉15年水资源消耗量只利用地下水的热量采用回灌技术，不消耗水资源冷却水循环量的2%冬季供热的排污补水冷却水循环量的2%冬季锅炉的排污补水冷却水循环量的2%冬季锅炉的排污补水驱动能源方式电能能源利用系数为3.8-5.0燃油或燃气能源利用系数80%夏季：电能利用系数为3.5-3.8冬季燃油或燃气80%夏季：电能利用系数为3.5-3.8冬季90%环境保护无燃烧污染，水资源不和制冷剂接触，水没有污染有燃烧污染，有一定的噪音和水霉菌污染(冷却塔)有燃烧污染，有一定的噪音和水霉菌污染(冷却塔)无燃烧污染，夏季有一定的噪音和水霉菌污染（冷却塔）备注需要一定量的水资源机房需要设置自动安全报警系统需要设置两套机组和人员，运行维护复杂锅炉房需要设置自动安全报警装置需要设置两套机组和人员，运行维护复杂地源热泵的优点：一、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。地表浅层地热资源可以称之为地能（EarthEnergy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。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。二、属经济有效的节能技术地能或地表浅层地热资源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，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30～40%的供热制冷空调的运行费用。三、环境效益显著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。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。四、节省建设用地采用地源热泵供冷和供热系统，不需要建锅炉和冷却塔，以及堆放燃料和燃烧废物的场地，节省了建筑场地和经费。五、一机多用，应用范围广地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。提高了空调使用的灵活性和舒适性。六、独立计费真正做到分户计费，一户一套空调系统可直接把空调费用转变为电费，物业管理简单，无纠纷。此外，机组使用寿命长，均在20年以上；机组紧凑、节省空间；维护费用低；自动控制程度高，可无人值守。当然，象任何事物一样，地源热泵也不是十全十美的，如其应用会受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，会受到当地地下水资源的制约，实际上地源热泵并不需要开采地下水，所使用的地下水可全部回灌，不会对水质产生污染。第三章地源热泵的分类地源按照室外换热方式不同可分为三类：1.地埋管地源热泵，2.地下水地源热泵，3.地表水地源热泵。根据循环水是否为密闭系统，地源又可分为闭环和开环系统。闭环系统如埋盘管方式（垂直埋管或水平埋管），地表水安置换热器方式。开环系统如抽取地下水或地表水方式。此外，还有一种“直接膨胀式”，它不象上述系统那样采用中间介质水来传递热量，而是直接将热泵的一个换热器（蒸发器）埋入地下进行换热。一、