土壤源熱泵分類和介紹

1、土壤源熱泵分類和介紹熱泵定義：利用高位能使熱量從低位熱源流向高位 熱源的節(jié)能裝置 分類（按熱源）地源熱泵 地源熱泵： 是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。 地源熱泵形式土壤源熱泵系統(tǒng)統(tǒng)系管埋旋螺水源熱泵系統(tǒng)地下水源熱泵地表水源熱泵土壤源熱泵空調(diào)概述土壤源熱泵國(guó)際能源大會(huì)WEC國(guó)際能源署IEA,國(guó)際制冷學(xué)會(huì)IIR等國(guó)際組織及從事熱泵的研究者都普遍認(rèn)為土壤源熱泵是：在目前和將來(lái)最有前途的節(jié)能裝置和系統(tǒng)國(guó)際空調(diào)和制冷行業(yè)前沿課題之一地?zé)崂玫闹匾问?998年美國(guó)暖通空調(diào)工程師學(xué)會(huì)ASHRAE技術(shù)獎(jiǎng)就授予土壤熱源熱泵系統(tǒng)。土壤源熱泵

2、被稱為：“ 21世紀(jì)的一項(xiàng)以節(jié)能和環(huán)保為特征的最具有發(fā)展前途的綠色空調(diào)技術(shù) ”熱冷熱熱熱冷地源熱泵示意圖夏季熱冷 溫 暖冷溫暖溫暖冷 寒 冷溫暖溫暖溫暖地源熱泵示意圖冬季土壤源熱泵與普通空調(diào)的比較土壤源熱泵空調(diào) 普通空調(diào) 主機(jī)設(shè)置 主機(jī)設(shè)置靈活 風(fēng)冷：主機(jī)要與外界通風(fēng)良好，設(shè)置地點(diǎn)受限制（屋頂、地面）；水冷：冷卻塔，鍋爐位置受限制 運(yùn)行效率 土壤的溫度很穩(wěn)定，換熱穩(wěn)定，不受外界空氣的變化而影響，運(yùn)行效率高 受外界天氣條件影響大，運(yùn)行不穩(wěn)定效率低 控制系統(tǒng) 不存在結(jié)霜問(wèn)題 北方冬季，風(fēng)冷熱泵沖霜問(wèn)題，主機(jī)逆循環(huán)，室內(nèi)室溫控制受限。 環(huán)境效益 真正意義的綠色環(huán)?？照{(diào) 將廢熱氣或水蒸氣排向室外環(huán)境，

3、對(duì)環(huán)境造成很大的污染 。 運(yùn)行費(fèi)用 比風(fēng)冷熱泵的運(yùn)行費(fèi)節(jié)約30%40%。全年使用的空調(diào)尤為明顯。 COP值較土壤源熱泵小，運(yùn)行能耗高與其他系統(tǒng)不同之處土壤源熱泵與其他系統(tǒng)最大不同之處在于：夏季冷凝排熱去向和冬季蒸發(fā)吸熱的來(lái)源不同。 風(fēng)冷熱泵為：空氣 水源熱泵為：地下水 地源熱泵為：土壤 土壤源熱泵的組成土壤換熱器熱泵機(jī)組用戶末端水循環(huán)水或空氣循環(huán)鉆井空氣室外壓縮機(jī)冷凝器/蒸發(fā)器墻體風(fēng)機(jī)膨脹閥埋地?fù)Q熱器冷凝器/蒸發(fā)器室內(nèi)可逆閥土 壤液體循環(huán)泵土壤源熱泵運(yùn)行基本原理圖土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)圖壓縮機(jī)U型埋管膨脹閥空調(diào)末端水泵水泵蒸發(fā)器回?zé)崞骼淠魍寥涝礋岜玫奶攸c(diǎn)可再生能源利用技術(shù)經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能技術(shù) 環(huán)境

4、效益顯著 一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用低，運(yùn)行可靠運(yùn)行穩(wěn)定，使用舒適 土壤源熱泵的特點(diǎn)地表土壤和水體，收集了47%的太陽(yáng)輻射能量，比人類每年利用能量的500倍還多。地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散相對(duì)的均衡。對(duì)太陽(yáng)能二次利用，符合可持續(xù)性發(fā)展趨勢(shì) 不受地域、資源等限制 土壤源熱泵的特點(diǎn)全年土壤溫度（5m以下）相對(duì)穩(wěn)定，夏季土壤中的溫度低于對(duì)應(yīng)氣候條件下空氣溫度，冬季土壤溫度高于空氣溫度 理論上講，降低冷凝溫度和提高蒸發(fā)溫度都可提高循環(huán)效率，達(dá)到節(jié)能的效果 土壤對(duì)地面空氣溫度波動(dòng)有衰減和延遲，在耗電量相同的條件下，分別提高夏季供冷量或冬季的供熱量 土壤源熱泵的特點(diǎn)污染物排放與空氣源熱

5、泵相比減少40%以上，與電供暖相比減少70%。沒(méi)有燃燒、排煙，也沒(méi)有廢棄物，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量，是真正的環(huán)保型空調(diào)，沒(méi)有風(fēng)扇的能耗和噪聲。 夏季不會(huì)向建筑周圍空氣放熱，冬季不會(huì)從建筑物周圍空氣吸熱。機(jī)組的埋地?fù)Q熱器可以布置在花園、草坪及建筑物周圍地下，不占建筑面積。 土壤源熱泵的特點(diǎn)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水 一套系統(tǒng)可以替換原來(lái)的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng) 可應(yīng)用于賓館、商場(chǎng)、辦公樓、學(xué)校等建筑 更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。4.一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣土壤源熱泵的特點(diǎn)地源熱泵非常耐用，機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件非常少 所有的部件埋在地下或是安裝在室內(nèi)，從而避免了室外的惡劣氣候地下部分可保證50年 維護(hù)少

6、，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用 5.系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用低，運(yùn)行可靠土壤源熱泵的特點(diǎn)機(jī)組的運(yùn)行工況穩(wěn)定，幾乎不受環(huán)境溫度變化的影響。寒冷的冬季制熱量也不會(huì)衰減，更無(wú)結(jié)霜除霜之慮。在耗電量相同的條件下，能提高夏季供冷量或冬季或供熱量。 系統(tǒng)末端亦可作多種選擇，空調(diào)效果穩(wěn)定舒適 。6.運(yùn)行穩(wěn)定，使用舒適土壤源熱泵的發(fā)展早在1912年瑞士人H. Zoe11y就提出了土壤源熱泵應(yīng)用的思想，但大規(guī)模應(yīng)用直到二戰(zhàn)結(jié)束后，才在歐美興起地下埋管換熱器的研究真正開始于1946年。20世紀(jì)50年代初，英國(guó)的Sumner和von Cube 安裝了用于住宅供暖的地源熱泵1973年“能源危機(jī)”以后，土壤源熱泵的研究安裝在歐美等國(guó)大量出現(xiàn)進(jìn)入2

7、0世紀(jì)90年代，土壤源熱泵的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新發(fā)展階段。目前，土壤源熱泵在歐美的熱泵裝置的市場(chǎng)占有份額大約是3。1993年成立了國(guó)際土壤源熱泵協(xié)會(huì)（IGSHPA）。土壤源熱泵的應(yīng)用情況在美國(guó)： 截止1985年全國(guó)共有14,000臺(tái)地源熱泵 1997年就安裝了45，000臺(tái) 到1999為止已安裝了400，000臺(tái) 每年以10的速度穩(wěn)步增長(zhǎng) 1998年美國(guó)商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的19，其中新建筑中占30。1998年美國(guó)能源部頒布法規(guī)，要求在全國(guó)聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)的建筑中推廣應(yīng)用地下耦合熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)。美國(guó)總統(tǒng)布什在他的得克薩斯州的宅邸中也安裝了地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。土壤源熱泵的應(yīng)用情況

8、 中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國(guó)等國(guó)家主要利用淺層地?zé)豳Y源，（埋深400米深）的地源熱泵用于室內(nèi)地板輻射供暖及提供生活熱水。據(jù)1999年的統(tǒng)計(jì)，為家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例，瑞士為96，奧地利為38，丹麥為27 。土壤源熱泵的發(fā)展（國(guó)內(nèi)） 國(guó)內(nèi)的地源熱泵起步較晚，近幾年已開始產(chǎn)業(yè)化起步，而且處在高速發(fā)展階段。 80年1998年主要以天津大學(xué)和天津商學(xué)院為主進(jìn)行土壤熱泵模擬實(shí)驗(yàn)。 1998年至2004年重慶建筑大學(xué)、湖南大學(xué)、天津大學(xué)、山東建工學(xué)院、清華大學(xué)等單位在理論研究和實(shí)驗(yàn)研究方面有了一定的成果。 最初的地源熱泵工程主要是國(guó)內(nèi)一些工程公司代理國(guó)外產(chǎn)品做的，近兩年國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了很多

9、設(shè)備廠商和越來(lái)越多工程公司。土壤源熱泵適用性適用于： 別墅和容積率不太高的公共建筑和辦公樓等 附近有足夠打孔或埋管的區(qū)域，和適宜打孔 或埋管的地質(zhì)條件不太適用于： 建筑密度很大的地方 地質(zhì)條件比較惡劣的地區(qū)（如：地下巖層比較厚和硬） 土壤源熱泵推廣的限制地埋管的應(yīng)用可能會(huì)受到當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件的制約打孔和埋管要占用部分面積一次性投資費(fèi)用比其他系統(tǒng)高，主要是額外增加地下埋管打孔費(fèi)用地質(zhì)情況的不確定性系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求比較高政府、建筑設(shè)計(jì)人員和公眾對(duì)這一技術(shù)缺乏了解冷卻塔輔助冷卻復(fù)合地源熱泵在冷負(fù)荷大于熱負(fù)荷時(shí)，若以夏季冷負(fù)荷設(shè)計(jì)埋管會(huì)大大增加初投資，冬季又浪費(fèi)能源，因此可以采用冷卻塔輔助冷卻，減少埋管

10、尺寸，降低安裝費(fèi)用。這種形式的系統(tǒng)已成功運(yùn)用在了多個(gè)商用建筑中。 冷卻塔補(bǔ)償系統(tǒng)太陽(yáng)能輔助加熱復(fù)合地源熱泵太陽(yáng)能輔助系統(tǒng) 在北方，熱負(fù)荷大于冷負(fù)荷，采用太陽(yáng)能板輔助加熱，可以減少土源熱泵的尺寸，提高熱泵效率。夏季還可以提供生活用熱水。土壤源熱泵地下埋管介紹土壤換熱器種類1.垂直(推薦)2.水平(用于建筑面積較小) 垂直埋管垂直管路閉式系統(tǒng) 特點(diǎn)：不需要直接抽取地下水，不會(huì)對(duì)本地區(qū)地下水的平衡和品質(zhì)造成任何影響，不會(huì)受到國(guó)家地下水資源政策的限制。 占地比水平埋管少，熱交換比較穩(wěn)定，打孔的費(fèi)用比較高。水平埋管特點(diǎn)：施工比垂直埋管簡(jiǎn)單，占地較垂直埋管大，當(dāng)埋深較淺時(shí)，換熱易受環(huán)境的影響，土方開挖量比

11、較大。水平閉式系統(tǒng)螺旋閉式特點(diǎn)：水平埋管的變種，比水平埋管占地小，單位管長(zhǎng)換熱比水平埋管小，管用量比較大。螺旋閉式系統(tǒng) 淹沒(méi)環(huán)路淹沒(méi)環(huán)路閉式系統(tǒng)埋深、管徑和最小鉆孔孔徑對(duì)應(yīng)表垂直土壤換熱器1. 深度,一般為50m120m占地面積,由孔數(shù)和孔距決定孔的直徑,一般為100mm150mm4. 孔的距離一般為4m8m5. 孔內(nèi)的管束: 單U, 雙U6. U形管的材質(zhì)直徑,一般為1PE管孔內(nèi)管束1. 單U一般用于打孔成本較低(粘土,沙土等)2. 雙U一般用于打孔成本較高(漂石,花崗巖等)單位長(zhǎng)度的換熱量例如：上海地區(qū)，夏天放熱量6080W/米孔深；冬天吸熱量4060W/米孔深2. 管距, 推薦使用 “彈

12、性分離器”3. 填料W/MK)改進(jìn)后為膨潤(rùn)土+石英砂現(xiàn)在根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選用導(dǎo)熱性較好的填料設(shè)計(jì)過(guò)程1. 制熱量(制冷量)2. 確定孔徑, 孔距和埋管直徑, 鉆孔深度3. 單位長(zhǎng)度地埋管的換熱量4. 鉆孔數(shù)量5. 開槽圖和鉆孔分布圖上海地區(qū)土壤源熱泵應(yīng)用分析 上海地區(qū)地下5m以下，土壤溫度基本恒定，接近全年平均氣溫（15.7 ），100m處為19左右。 上海地區(qū)夏季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度為34 ，冬季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度為-4 。因此，使用土壤作為熱泵機(jī)組的吸熱和排熱場(chǎng)所具有很大的優(yōu)越性。 土壤源熱泵空調(diào)經(jīng)濟(jì)性分析 包括：鉆井、埋管、地源熱泵機(jī)組和末端空調(diào)系統(tǒng)。 Cane等（1996）的調(diào)查，在整個(gè)

13、系統(tǒng)總投資中，地源部分（包括鉆井、回填、埋管）的材料、安裝與施工等費(fèi)用約占20%-60%，平均占30% 土壤源熱泵空調(diào)的經(jīng)濟(jì)性分析初投資費(fèi)用的比較1. 機(jī)組和水源熱泵機(jī)組相近2. 不需要打井3. 增加鉆孔埋管費(fèi)用和水源熱泵系統(tǒng)相比, 初投資增加30100元平方米和風(fēng)冷熱泵相比,初投資增加3060元平方米土壤源熱泵空調(diào)的經(jīng)濟(jì)性分析 2.運(yùn)行能耗分析 ： Mancini等（1996）通過(guò)對(duì)加拿大和美國(guó)的12個(gè)地源熱泵系統(tǒng)的調(diào)查表明，地源熱泵的年能耗指標(biāo)遠(yuǎn)低于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)冷熱源平均年能耗指標(biāo)。 一個(gè)經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行維護(hù)管理的地源熱泵系統(tǒng)，在滿足同樣舒適性標(biāo)準(zhǔn)的前提下，其年運(yùn)行能耗可僅為常規(guī)空

14、調(diào)系統(tǒng)的50%。運(yùn)行費(fèi)用1. 和水源熱泵相比增加5-20%2. 和風(fēng)冷熱泵相比減少20-40%3. 夏季提供免費(fèi)的衛(wèi)生熱水土壤源熱泵空調(diào)的經(jīng)濟(jì)性分析3.維護(hù)和維修費(fèi)用 ：不同的建筑物形式，其地源熱泵的維護(hù)維修費(fèi)用也不同： 在所調(diào)查的建筑物形式中： 學(xué)校類建筑的維護(hù)維修費(fèi)用最低 辦公類建筑最高 住宅公寓類建筑介于以上兩者之間工施地源熱泵地下?lián)Q熱器施工工藝一 施工準(zhǔn)備二 豎孔施工（水平埋管等） 三 地下?lián)Q熱器系統(tǒng)連接地源熱泵地下?lián)Q熱器施工工藝一 、施工準(zhǔn)備 1 分析地質(zhì)資料，進(jìn)行地下?lián)Q熱器的計(jì)算，確定 施工方案； 2 分析方案，依據(jù)圖紙、方案明確任務(wù)目標(biāo)； （前期準(zhǔn)備，需打測(cè)試孔，獲得相關(guān)參數(shù)）3

15、 準(zhǔn)備專用施工機(jī)械：鉆孔機(jī)，回填泵等；準(zhǔn)備專用管材專用回填料（按地質(zhì)特征進(jìn)行配 方）等；5 按圖紙要求放線定位，明確打孔位置現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與地質(zhì)咨詢 (1)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查 建筑周圍是否有樹和高架設(shè)施 有哪些地下服務(wù)設(shè)施 實(shí)際可用的場(chǎng)地形狀和面積 是否便于就近大量排水 附近是否有地表水等水源(通常為200m以內(nèi))以供鉆井使用 是否能提供380伏電源 (2)地質(zhì)咨詢 向地質(zhì)有關(guān)部門咨詢 有關(guān)這個(gè)地區(qū)各地層地質(zhì)構(gòu)造了解其巖石硬度 地下水的分布情況 (3)將以上兩點(diǎn)綜合起來(lái)加以分析解決確定其可行性與經(jīng)濟(jì)性地源熱泵地下?lián)Q熱器施工工藝二 豎孔施工 1 放線，定位，對(duì)點(diǎn)開鉆； 掘進(jìn) 提起鉆桿準(zhǔn)備埋管；4 下管直至要求深

16、度。5 完成打孔施工。6 試壓7 合格后，回填地源熱泵地下?lián)Q熱器施工工藝三 地下?lián)Q熱器系統(tǒng)連接開挖管溝；管溝挖好后，鋪墊回填材料；按要求將各井內(nèi)的U形管連接成一個(gè)或幾個(gè)系統(tǒng)，并分別引至機(jī)房主機(jī)安裝位置；注水沖洗、排氣；按要求試壓，試壓合格后繼續(xù)將系統(tǒng)密封、保壓；回填；系統(tǒng)準(zhǔn)備與主機(jī)對(duì)接。地下?lián)Q熱器系統(tǒng)連接形式集管式非集管式 分水器 集水器二次試壓和回填 兩種回填方法：第一種，用混和漿通過(guò)灌漿管將混和漿灌入孔中，回灌時(shí)根據(jù)灌漿的快慢將灌漿管逐漸抽出，使混和漿自下而上回灌、封井，確保鉆孔回灌密實(shí)無(wú)空腔。第二種，采用人工回填的方法，回填物中不得有大粒徑的，粒徑回填過(guò)程必須緩慢進(jìn)行以保證充實(shí)度，減少傳

17、熱熱阻。前一種回填方法能保證鉆井回填緊密，后一種回填方法可以充分增加回填材料的熱傳導(dǎo)率。在回填結(jié)束一段時(shí)間后，須采用加熱器（制冷）裝置通過(guò)對(duì)土壤加熱(制冷）1012小時(shí)，來(lái)測(cè)定土壤傳熱情況，在分析的基礎(chǔ)上對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行修正。工程實(shí)例公司地源熱泵工程實(shí)例北京首鋼高新軟件園北京中石化黨校 800KW朝陽(yáng)區(qū)看守所上?？铺╇娮庸S克萊門特上海工廠用 戶 檔 案承接的業(yè)務(wù)范圍：地溫空調(diào)設(shè)計(jì)、安裝技術(shù)難點(diǎn)：地下車庫(kù)下地埋管安裝空調(diào)面積：38000m2安裝時(shí)間注：項(xiàng)目已被建設(shè)部批準(zhǔn)為科技節(jié)能示范項(xiàng)目公司地源熱泵工程實(shí)例 用 戶 檔 案承接的業(yè)務(wù)范圍：地溫空調(diào)設(shè)計(jì)、安裝空調(diào)面積: 6000m2安裝時(shí)間：2001年10月2002年6月投入使用時(shí)間：2002年7月至今公司地源熱泵工程實(shí)例該工程主機(jī)選用兩臺(tái)克萊門特WRHH-1202地源熱泵機(jī)組。系統(tǒng)運(yùn)行使用效果良好 工程實(shí)例松江泰晤士小鎮(zhèn) 上海證大九間堂別墅 上海證大九間堂別墅 南京鋒尚國(guó)際公寓 南京朗詩(shī)國(guó)際公寓埋管 施工現(xiàn)場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)公司產(chǎn)品地源熱泵（大機(jī)）(EM)SRHH和(EM)BE/SRHH系列（意大利產(chǎn)） PSRHH系列（上海產(chǎn)） 制冷量140KW2800KW，半封閉螺桿壓縮機(jī)，可實(shí)現(xiàn)部分熱回收和全部熱回收功能，夏季提供免費(fèi)的衛(wèi)生熱水，全年提供衛(wèi)生熱水。