地源熱泵系統(tǒng)介紹(包括工作原理圖和案例)

1、地源熱泵一、概念1.什么是熱泵 熱泵是一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱，經(jīng)過電力做功， 輸出可用的高品位熱能的設(shè)備， 可以把消耗的高品位電能轉(zhuǎn)換為 3倍甚至 3倍以 上的熱能，是一種高效供能技術(shù)。 熱泵技術(shù)在空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用可分為空氣源熱泵、 水源熱泵以及地源熱泵三類。 由于熱泵是提取自然界中能量， 效率高， 沒有任何 污染物排放，是當(dāng)今最清潔、經(jīng)濟的能源方式。在資源越來越匱乏的今天，作為 人類利用低溫?zé)崮艿淖钕冗M方式， 熱泵技術(shù)已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注和 重視。2.什么是地源熱泵地源熱泵（也稱地?zé)岜?）是利用地下常溫土壤和地下水相對穩(wěn)定的特性，通過 深埋于建筑物周圍的管路系統(tǒng)

2、或地下水， 采用熱泵原理， 通過少量的高位電能輸 入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移與建筑物完成熱交換的一種技術(shù)。 地能熱泵系統(tǒng)的介紹1.1 地能概述人類賴以生存的地球蘊藏著豐富的各類礦產(chǎn)資源，同時它還是一個非常巨大的 能量資源庫。 以淺層地表為例， 據(jù)調(diào)查地表以下 510 米的地層溫度就不隨室外大氣 溫度的變化而變化，常年維持在1517C。這樣的溫度相對于北京等的北方城市，冬季它比大氣溫度（5-15 C）高，是可利用的低品位熱源；夏季它比大氣溫度 （2540C ）低，是可利用的冷源。地能熱泵系統(tǒng)就是利用地層的冬暖夏涼的特性， 通過提取和釋放地層中的熱量， 實現(xiàn)冬季供暖和夏季制冷。 冬季通過輸入

3、1kW 的電能，熱泵機組可吸收 2.53kW 的 地能，為建筑物提供 3.54kW 的熱能；夏季通過輸入 1kW 的電能，能為建筑物提 供 3.54kW 的冷能。而該項目技術(shù)成功的關(guān)鍵就在于如何從地層中提取和釋放熱能。水源熱泵和地源熱泵都屬于地能熱泵的范疇，不同之處就在于它們提取和釋放 地能的方式不同1.2水源熱泵和地源熱泵1.2.1水源熱泵系統(tǒng)水源熱泵是通過抽取與地層同溫度的地下水，機組與地下水換熱后，地下水通過回灌井回灌到地層中。根據(jù)系統(tǒng)負荷量及需水量的大小，地層的出水能力和回灌能 力來設(shè)計抽水井和回灌井的數(shù)量。抽灌井可為一抽一灌、一抽多灌或多抽多灌。122地源熱泵系統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)通過在密

4、閉的換熱管里循環(huán)的循環(huán)液與地層之間進行熱量交換，冬季 吸熱、夏季散熱。根據(jù)系統(tǒng)負荷量的大小，地層的導(dǎo)熱能力來設(shè)計換熱孔形式、數(shù) 量和深度。圖1水源熱泵示意圖圖2地源熱泵示意圖123兩個系統(tǒng)對比水源熱泵地源熱泵相同之處站房內(nèi)系統(tǒng)基本相同，都能同時具備供暖、制冷和制生活熱水的功能不同之處需要鉆鑿抽灌井需要鉆鑿換熱孔抽取、回灌地下水，作為熱交換的媒介循環(huán)液在換熱管中密閉循環(huán)，不擾動地 下水機組進水溫度穩(wěn)定，與地層溫度相同冬季進水溫度為 1013 C,夏季進水溫為1720 °C水井需要定期維護換熱孔不需要任何維護二、原理1地源熱泵工作原理地源熱泵則是利用水源熱泵的一種形式，它是利用水與地能（

5、地下水、土壤或 地表水）進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來, 供給室內(nèi)采暖，此時地能為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土 壤或地表水中，此時地能為“冷源”。地源熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)主要分三部分：室外地能換熱系統(tǒng)、水源熱泵機組和室 內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)。其中水源熱泵機主要有兩種形式：水一水式或水一空氣式。 三個系統(tǒng)之間靠水或空氣換熱介質(zhì)進行熱量的傳遞，水源熱泵與地能之間換熱介質(zhì)為水，與建筑物采暖空調(diào)末端換熱介質(zhì)可以是水或空氣。2地源熱泵技術(shù)路線地源熱泵技術(shù)路線有以下兩種：土 -氣型地源熱泵技術(shù)和水-水型地源熱泵技土-氣型地源熱泵技術(shù)以美國的技術(shù)為代表，水 -

6、水地源熱泵技術(shù)以北歐的技 術(shù)為代表。二者的差別是：前者從淺層土壤或地下水中取熱或向其排熱，通過分散 布置于各個房間的地源熱泵機組直接轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)或冷風(fēng)為房間供暖或制冷。后者是 從地下水中取熱或向其排熱，經(jīng)過熱泵機組轉(zhuǎn)換成熱水或冷水，然后再經(jīng)過布置在 各個房間的風(fēng)機盤管轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)或冷風(fēng)給房間供暖或制冷。由于美國的土-氣型地源熱泵技術(shù)，可以不用地下水，采用埋設(shè)垂直管、水平管或向地表水拋設(shè)管路等多種方式，直接從淺層土壤取效或向其排熱，不受地下水開采的限制，推廣的范圍更 大、更靈活。化立計 .斗f «4- *3地源分類地源按照室外換熱方式不同可分為三類：（1） 土壤埋管系統(tǒng)，（2）地下水系統(tǒng),

7、 （3）地表水系統(tǒng)。根據(jù)循環(huán)水是否為密閉系統(tǒng)，地源又可分為閉環(huán)和開環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)如埋盤 管方式（垂直埋管或水平埋管），地表水安置換熱器方式。開環(huán)系統(tǒng)如抽取地下水 或地表水方式。此外，還有一種“直接膨脹式”，它不象上述系統(tǒng)那樣采用中間介質(zhì)水來傳遞熱量，而是直接將熱泵的一個換熱器（蒸發(fā)器）埋入地下進行換熱。4 地源熱泵系統(tǒng)的形式土- 氣型地源熱泵系統(tǒng)按照室外換熱方式不同分，主要有三類形式：1、地耦管系統(tǒng)該方案只需在建筑物的周邊空地、道路或停車場打一些地耦管孔，室外水系統(tǒng) 注滿水后形成一個封閉的水循環(huán)，利用水的循環(huán)和地下土壤換熱，將能量在空調(diào)室 內(nèi)和地下土壤之間進行轉(zhuǎn)換。故該方案不需要直接抽取地下

8、水，不會對本地區(qū)地下 水的平衡和地下水的品質(zhì)造成任何影響，不會受到國家地下水資源政策的限制。2、地下水系統(tǒng)項目附近如果有可利用的地表水，水溫、水質(zhì)、水量符合使用要求，則可采用 開式地表水（直接抽?。Q熱方式，即直接抽取地表水，將其通過板式換熱器與室 內(nèi)水循環(huán)進行隔離換熱，可以避免對地表水的污染。此種換熱方式可以節(jié)省打井的 施工費用，室外工程造價較低。3、地表水系統(tǒng)項目附近如果有可利用的地表水，水溫、水質(zhì)、水量符合使用要求，則可采用 拋放地耦管換熱方式，即將盤管放入河水（或湖水）中，盤管與室內(nèi)循環(huán)水換熱系 統(tǒng)形成閉式系統(tǒng)。 該方案不會影響熱泵機組的正常使用； 另一方面也保證了河水 （湖 水）的水

9、質(zhì)不受到任何影響，而且可以大大降低室外換熱系統(tǒng)的施工費用地源熱泵在回灌困難地區(qū)的應(yīng)用北京市是偉大祖國的首都，為改善空氣環(huán)境、減少大氣污染，市委市政府早在 2000年就提出了大氣污染治理規(guī)劃。在城區(qū)內(nèi)利用清潔能源取代燃煤鍋爐，禁止新 建燃煤鍋爐。水源熱泵空調(diào)作為一種清潔、節(jié)能、環(huán)保新技術(shù)很快被人們認識和接 受。但在水源熱泵系統(tǒng)的推廣應(yīng)用中，如何合理地抽取和回灌地下水是困惑用戶的 首要問題。在水文地質(zhì)條件相對差的地區(qū)，回灌很難，出現(xiàn)了個別項目難以實現(xiàn)地 下水的 100%回灌，系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)正好彌補了水源熱泵系統(tǒng)的不足， 它通過密閉的 PE 換熱管與 地層進行熱交換，為熱泵提供冷熱

10、源，不再需要提取和回灌地下水。它的成功應(yīng)用 和示范，使在水文地質(zhì)條件較差的地區(qū)也能使用地能資源。本文將對比水源熱泵和 地源熱泵系統(tǒng)，以及它們所適用的地質(zhì)條件和地區(qū)，并通過對朝陽區(qū)綠化局辦公樓 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的介紹，使大家對地源熱泵進一步了解。三、案例北京市朝陽區(qū)綠化局位于朝陽區(qū)紅領(lǐng)巾公園橋西北側(cè)，新辦公樓總建筑面積為 4000m2,其中地上局部三層，地下一層。辦公樓于2003年初開始建設(shè)，由于距離城 市熱源主干道較遠，如采用燃氣鍋爐或城市熱力供暖都需要投入很大的接口費用。 因為紅領(lǐng)巾公園所處地區(qū)，地層顆粒較細，主要以粘土、粉細砂、粗砂和砂礫層為 主，所以選用了地源熱泵系統(tǒng)。建筑物的總熱負荷為450kW （含30kW生活熱水負荷），總冷負荷為480kW?？?調(diào)系統(tǒng)選用東宇制冷設(shè)備廠生產(chǎn)的 GWHP530Y30 型水水熱泵機組。地埋管系統(tǒng)布 置在辦公樓東側(cè)道路下，換熱孔共計 26眼，成兩列排布，孔間距為 4米。每孔下入 DN32的高密度聚氯乙烯（HDPE）換熱管4個，底部采用U型接頭（雙U型）。換 熱孔一次埋設(shè)成功后，地面鋪設(shè)了道路。系統(tǒng)建成后經(jīng)過了一個采暖季和一個制冷季，運行穩(wěn)定，效