《地源熱泵技術(shù)講解》-新員工培訓(xùn)

地源熱泵知識講解——基礎(chǔ)知識普及版主講人：金磊一、空調(diào)系統(tǒng)的分類二、地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)原理與分類三、中國地源熱泵發(fā)展概況四、地源熱泵資源狀況五、地源熱泵系統(tǒng)與其他系統(tǒng)比較六、地源熱泵常用三板斧七、地源熱泵相關(guān)知識問答2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司目錄22024/7/21此處添加公司信息3一、空調(diào)系統(tǒng)的分類一般空調(diào)系統(tǒng)可以按設(shè)備的設(shè)置、負(fù)荷側(cè)的介質(zhì)、處理空氣的來源、風(fēng)管的風(fēng)速進(jìn)行分類，為了體系初地源熱泵的空調(diào)系統(tǒng)的區(qū)別，現(xiàn)按照冷熱源的類型進(jìn)行分類：空氣源：VRV、多聯(lián)機(jī)、熱水機(jī)等、常

規(guī)冷水機(jī)組（冷卻塔）；太陽能：太陽能熱泵（實(shí)驗(yàn)階段）；地水源：地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)等；1.1系統(tǒng)的分類2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司4空調(diào)組成：1.2系統(tǒng)的原理壓縮機(jī)（壓縮）耗電做功使低溫低壓冷媒氣體變?yōu)楦邷馗邏簹怏w膨脹閥（膨脹）降低冷媒壓力調(diào)整冷媒流量蒸發(fā)器（蒸發(fā)）冷媒通過空氣或水等介質(zhì)吸收熱量使液態(tài)冷媒變?yōu)闅鈶B(tài)冷凝器（冷凝）把冷媒的熱量排放到空氣或水等介質(zhì)中使氣態(tài)冷媒變?yōu)橐簯B(tài)氣體高溫高壓液體高溫高壓液體低溫低壓低溫低壓氣體壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置（四大件）5二、地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)介紹2.1系統(tǒng)的定義以巖土體、地下水或地表水為低碳熱源，由水源熱泵機(jī)組、地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)、建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成的供熱空調(diào)系統(tǒng)。國家標(biāo)準(zhǔn)《地源熱泵工程技術(shù)規(guī)范》1、利用淺層地?zé)崮芗瓤晒嵊挚芍评涞母咝Ч?jié)能空

調(diào)設(shè)備；2、通過輸入少量的高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)由

低溫位熱能向高溫位熱能轉(zhuǎn)移。3、通常地源熱泵消耗1kWh的能量，用戶可以得到

4kWh以上的熱量或冷量。百度百科2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司62.2系統(tǒng)的原理制冷原理制熱原理2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司72.3系統(tǒng)的分類（1）土壤源熱泵系統(tǒng)土壤源熱泵包括一個(gè)土壤耦合地?zé)峤粨Q器，它或是水平地安裝在地溝中，或是以U形管狀垂直安裝在豎井中。（2）地下水水源熱泵系統(tǒng)地下水地源熱泵系統(tǒng)分外兩種，一種通常被稱為開式系統(tǒng)，另一種則為閉式系統(tǒng)（3）地表水、海水源熱泵系統(tǒng)土壤源熱泵包括一個(gè)土壤耦合地?zé)峤粨Q器，它或是水平地安裝在地溝中，或是以U形管狀垂直安裝在豎井中。（4）污水源熱泵系統(tǒng)地下水地源熱泵系統(tǒng)分外兩種，一種通常被稱為開式系統(tǒng)，另一種則為閉式系統(tǒng)2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司8土壤源A、水平敷設(shè)地耦管路B.垂直敷設(shè)地耦管路優(yōu)點(diǎn)：初投資較垂直埋管系統(tǒng)低

運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低節(jié)能效果明顯沒有任何污染缺點(diǎn)：換熱器占地面積較大

優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用低系統(tǒng)可靠性強(qiáng)，穩(wěn)定性強(qiáng)占地面積小節(jié)能效果明顯，不產(chǎn)生任何污染

缺點(diǎn)：初投資費(fèi)用稍高2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司9地下水2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司A、開式地下水地源熱泵系統(tǒng)是將地下水直接供應(yīng)到每臺熱泵機(jī)組，之后將井水回灌地下。B、閉式地下水地源熱泵系統(tǒng)是在地下水和地源機(jī)組之間用板式換熱器隔離。地下水通過板式換熱器和機(jī)組內(nèi)的循環(huán)水進(jìn)行能量的交換。優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用低

室外施工費(fèi)用較低

建筑周圍環(huán)境影響小缺點(diǎn)：打井受政策限制

系統(tǒng)易受地下水源狀況影響缺點(diǎn)：需臨近有較大面積水域系統(tǒng)效率低于其他方式使用壽命比地埋換熱系統(tǒng)短2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司A、閉式系統(tǒng)B、開式系統(tǒng)地表水海水優(yōu)點(diǎn)：無需占用土地室外施工費(fèi)用低

不產(chǎn)生任何污染

102024/7/21浙江陸特能源科技有限公司污水源11與其他熱源相比，1、污水源熱泵的技術(shù)關(guān)鍵和難點(diǎn)在于防堵塞、防污染、與防腐蝕。2、投資費(fèi)用相對較低2.4系統(tǒng)設(shè)備吊頂空調(diào)機(jī)組2000~30000m3/h柜式空調(diào)機(jī)組3000~30000m3/h臥式風(fēng)機(jī)盤管340~2380m3/h卡式風(fēng)機(jī)機(jī)組340~2040m3/h組合式空調(diào)機(jī)組2000~170000m3/h（1）螺桿式水源熱泵機(jī)組（2）渦旋水源熱泵機(jī)組（3）離心式熱泵機(jī)組末端設(shè)備主機(jī)設(shè)備2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司122.5實(shí)現(xiàn)功能制熱水2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司1314地源熱泵的發(fā)展歷史地源熱泵的現(xiàn)況三、中國地源熱泵的發(fā)展2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司151912年瑞士人提出地源熱泵系統(tǒng)概念1946年，美國第一臺地源熱泵系統(tǒng)在俄勒岡州的波蘭特市中心區(qū)安裝成功。1973年，美國阿克拉荷馬大廈安裝了地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，并且進(jìn)行全面的系統(tǒng)研究1978年，美國能源部（DOE）開始對地源熱泵投入了大量的科技研發(fā)基金。1979年，美國阿克拉荷馬州能源部成立了地源熱泵系統(tǒng)科技研發(fā)基金會(huì)。1987年，國際地源熱泵協(xié)會(huì)（IGSHPA）在阿克拉荷馬州大學(xué)成立。1988年，美國俄克拉荷馬商務(wù)部開始對地源熱泵進(jìn)行商務(wù)推廣。1993年，美國環(huán)保署（EPA）大力宣傳地源熱泵系統(tǒng)，加深美國民眾對地源熱泵的認(rèn)識。1994年，美國政府第一套地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在俄勒岡州國會(huì)大學(xué)安裝。1997年，中美簽訂《中美能效與可再生能源合作議定書》，其中主要內(nèi)容之一是“地源熱泵”項(xiàng)目的合作。1998年，國內(nèi)重慶建筑大學(xué)、青島建工學(xué)院、湖南大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等數(shù)家大學(xué)開始建立了地源熱泵實(shí)驗(yàn)臺2006年，1月，國家建設(shè)部頒布《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范國家標(biāo)準(zhǔn)》。2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司3.1發(fā)展歷史加拿大50%瑞士96%奧地利45%丹麥35%美國全球75%日本亞洲技術(shù)領(lǐng)先2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司163.2國際狀況目前，我國地源熱泵系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)過了20世紀(jì)80年代~21世紀(jì)初的起步階段和21世紀(jì)初~2004年的初步推廣階段，已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展階段。如圖所示3.3中國狀況2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司183.3發(fā)展疑問1、行業(yè)發(fā)展迅速，大面積運(yùn)用項(xiàng)目增加？2、地表水及土壤源熱泵運(yùn)用明顯增加，地下水運(yùn)用縮減？解：1、各類地源熱泵項(xiàng)目的實(shí)施成功奠定了地源熱泵的運(yùn)用基礎(chǔ)與經(jīng)驗(yàn)房

地產(chǎn)行業(yè)與政府有了足夠的信心推廣大型項(xiàng)目；2、行業(yè)內(nèi)進(jìn)過初步競爭產(chǎn)生了一批實(shí)施能力強(qiáng)技術(shù)過硬的單位，給大型項(xiàng)目的實(shí)施有了

技術(shù)實(shí)力資金支持上的保證；

3、國家政府出臺了大量的推廣優(yōu)惠補(bǔ)助政策；

4、大量的國際型地源熱泵廠家入住中國，減少了地源熱泵的實(shí)施成本同時(shí)帶來了更加

多技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)和品質(zhì)的保證。解：1、各地區(qū)常年地下水過度開產(chǎn)導(dǎo)致地下水量大大減少，各地限制地下水的開產(chǎn)；2、由于前期大量地下水水源熱泵項(xiàng)目的實(shí)施確很難做到有效回灌技術(shù)實(shí)施上有瓶頸；

3、由于地下水源熱泵的大量運(yùn)用導(dǎo)致地下水受污染較為嚴(yán)重后果（熱貫通、冷媒污染）；

4、土壤源熱泵與地表水源熱泵的技術(shù)成熟與大量推廣，技術(shù)難點(diǎn)得到解決，初投資費(fèi)用

的減少四、地源熱泵資源狀況2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司19地質(zhì)分布規(guī)律地源熱泵的適應(yīng)情況根據(jù)土壤的分布情況，同時(shí)結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)地形形成的礫石原因，在地源熱泵系統(tǒng)通常利用的土壤深度范圍內(nèi)，也存在有規(guī)律性的因素可循4.1分布規(guī)律1.一般來說江河湖泊流域周邊，以沙石、粉細(xì)砂、粘土為主。河流沖擊形成的平原地帶，地質(zhì)結(jié)構(gòu)以沙土為主，部分地

區(qū)地表水較為豐富，但其對地源熱泵系統(tǒng)而言，開采回灌

的工藝難度較大。2.海岸周邊的地質(zhì)情況基本可以分為兩類：沙石、卵石為主；

以巖石為主。3.山地、丘陵以及海拔較高地區(qū)以及周邊以巖石為主。1232024/7/21浙江陸特能源科技有限公司204.1分布情況2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司21區(qū)域典型地區(qū)典型地質(zhì)主要應(yīng)用類型應(yīng)用深度北京北部地區(qū)以巖石為主土壤源≤150m南部地區(qū)以沙土為主，部分地區(qū)卵石層較厚地下水≤180m黃河中部平原鄭州、西安粘土、粉細(xì)砂、少量卵石層土壤源≤150m長江中部武漢巖石為主土壤源≤150m渤海內(nèi)部海域周邊天津、秦皇島粗砂、細(xì)砂、卵石為主海水源≤200m黃海北部威海、青島、日照巖石為主土壤源≤120m天山山脈烏魯木齊巖石為主土壤源≤120m長三角流域蘇州、揚(yáng)州、上海粘土、粉細(xì)砂土壤源≤120m內(nèi)蒙古中部平原呼和浩特、包頭沙土為主，還有部分卵石土壤源≤120m山東中部濟(jì)南巖石為主土壤源≤120m江蘇中部徐州卵石為主地下水≤120m山西中部太原沙土為主，還有部分卵石土壤源≤120m浙江中東部杭州、寧波巖石為主土壤源≤120m重慶重慶地表水為主地表水湖南江西長沙南昌地表水為主土壤源地表水≤120m五、地源熱泵系統(tǒng)與其他系統(tǒng)比較2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司22序號分項(xiàng)混合式地源熱泵空調(diào)VRV+熱水系統(tǒng)

水冷螺桿+鍋爐系統(tǒng)1系統(tǒng)總冷熱量總冷量：5712KW總熱量：3428KW熱水+泳池總熱量：921KW空調(diào)總冷量：6900KW，空調(diào)總熱量：4130KW熱水+泳池總熱量：921KW總冷量：5712KW總熱量：3428KW熱水+泳池總熱量：921KW2系統(tǒng)組成地源熱泵主機(jī)末端設(shè)備室內(nèi)管道系統(tǒng)地埋換熱器輔助冷卻塔室外機(jī)室內(nèi)機(jī)室內(nèi)管道系統(tǒng)壁掛爐水冷機(jī)組末端設(shè)備室內(nèi)管道系統(tǒng)冷卻塔鍋爐3系統(tǒng)能效比夏季：4.5冬季：4夏季：2.2～2.5冬季：1.3～2.5夏季：4.3冬季：用燃?xì)忮仩t，天然氣熱值：8700大卡/立方4系統(tǒng)初投資1807萬元1839萬元1567萬元5空調(diào)系統(tǒng)全年運(yùn)行費(fèi)用221.72萬元327.04萬元271.99萬元6熱水系統(tǒng)全年運(yùn)行費(fèi)用87.21萬元192.96萬元192.96萬元7系統(tǒng)全年運(yùn)行費(fèi)用比較相對水冷螺桿機(jī)組+鍋爐系統(tǒng)節(jié)能33.56%相對VRV系統(tǒng)節(jié)能40.52%----8故障率地下土壤溫度穩(wěn)定，不受室外環(huán)境影響，機(jī)組運(yùn)行工況條件好，故障率低受室外環(huán)境高低溫影響（結(jié)冰），以及日曬雨淋，故障率較高冷卻塔受室外環(huán)境影響較小，鍋爐運(yùn)行需考慮一定的安全系數(shù)，故障率較低9使用壽命主機(jī)20～25年地埋系統(tǒng)50年VRV主機(jī)8～10年壁掛爐15～20年水冷主機(jī)10～15年鍋爐15～20年10維護(hù)保養(yǎng)維護(hù)簡單，系統(tǒng)運(yùn)行工況穩(wěn)定，效率高，故障率低。隨著管道的加長，對管材材質(zhì)、制造工藝、現(xiàn)場焊接等的要求也提高；冷媒滲漏等問題也增多。鍋爐為壓力容器，存在安全隱患，須專人看管，維護(hù)費(fèi)用較高序號分項(xiàng)混合式地源熱泵空調(diào)VRV+熱水系統(tǒng)

水冷螺桿+鍋爐系統(tǒng)11計(jì)費(fèi)

做分戶計(jì)量的遠(yuǎn)程控制，采用時(shí)間型或能量型控制方式

如每戶一臺主機(jī)可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)計(jì)費(fèi)；如一臺主機(jī)拖多個(gè)房間可通過計(jì)量電子膨脹閥的開度，算出制冷劑的流量，進(jìn)而算出消耗的冷量，結(jié)合單價(jià)算出費(fèi)用

需用兩套計(jì)量系統(tǒng)，夏天計(jì)量方式按時(shí)間型，冬天用鍋爐，采用分時(shí)計(jì)量，間斷式快速高溫加熱與低溫保暖運(yùn)行。12機(jī)房面積機(jī)房設(shè)備布置較緊湊，節(jié)約機(jī)房空間室外機(jī)可采用壁掛或立式放置，不需機(jī)房

置于室內(nèi)影響房間有效空間需要冷凍站和鍋爐房，機(jī)房面積較大13外觀室外系統(tǒng)隱蔽，機(jī)房位于地下室，對外觀無影響室外機(jī)需要置于開敞空間，對建筑外觀有影響機(jī)房位于地下室，對外觀無影響，只是機(jī)房面積需求大14舒適性舒適性高，不受環(huán)境影響噪音低受環(huán)境影響大，舒適性低冷媒導(dǎo)致房間空氣干燥室外機(jī)噪音高舒適性能滿足要求，不受環(huán)境影響噪音大15環(huán)境影響真正意義的低碳、綠色環(huán)?？照{(diào)需借助壁掛爐制熱水，有廢棄物，對環(huán)境有影響制冷劑泄漏影響環(huán)境鍋爐運(yùn)行，廢熱廢氣影響環(huán)境；16政策國家大力扶持可再生能源項(xiàng)目，水地源技術(shù)成為十一五重點(diǎn)推廣技術(shù)

暫無鍋爐使用需消防部門審批17系統(tǒng)其它優(yōu)點(diǎn)高效、節(jié)能、低運(yùn)行費(fèi)用，一機(jī)多用，穩(wěn)定無冷卻塔等輔助設(shè)備，一套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)制冷制熱功能需另配熱水系統(tǒng)造價(jià)低，適用性強(qiáng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單18系統(tǒng)其它缺點(diǎn)造價(jià)稍高，受地質(zhì)、場地等的限制受環(huán)境影響嚴(yán)重，需要自動(dòng)除霜裝置，增加了功耗露天放置，風(fēng)吹日曬，易受腐蝕，機(jī)組壽命短需專人負(fù)責(zé)，增加了管理費(fèi)用19總結(jié)地源熱泵系統(tǒng)總投資費(fèi)用1807萬元，運(yùn)行費(fèi)用308.93萬元（含生活熱水），不影響建筑立面，只需機(jī)房即可滿足設(shè)備要求，受國家政策扶持，建議采用地源熱泵系統(tǒng)2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司23六、地源熱泵常用技術(shù)三板斧2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司246.1南北差異2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司26北方土壤含水量成分較低，當(dāng)打井時(shí)若采用原漿回填，會(huì)產(chǎn)生縮水現(xiàn)象，原有一個(gè)體積的原漿，由于水分的損失在回灌后水分會(huì)被周邊土壤吸收體積變小，產(chǎn)生空隙，從而使空氣進(jìn)入，大大減小埋管的換熱效率。因此采用膨潤土來解決這個(gè)問題，以保證埋管的換熱效率。因?yàn)榕驖櫷劣泻軓?qiáng)的吸水性和膨脹性，可以是埋管的管井填實(shí)阻止空氣進(jìn)入影響換熱效率。根據(jù)《地源熱泵系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》地埋管打井回填為膨潤土+沙子以一定比例回填，但是此項(xiàng)回填技術(shù)是基于本方干燥土質(zhì)制定?；靥顔栴}北方方采用膨潤土+沙子回填的原因膨潤土2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司271、具有很強(qiáng)的吸濕性，能吸附相當(dāng)于自身體積8一20倍的水而膨脹至30倍;2、在水介質(zhì)中能分散呈膠體懸浮液，并具有一定的粘滯性、觸變性和潤滑性，它和泥沙等的摻和物具有可塑性結(jié)性，有較強(qiáng)的陽離子交換能力和吸附能力。是以蒙脫石為主的含水粘土礦。蒙脫石的化學(xué)成分為:（Al2,Mg3）Si4O10OH2?nH2O；

回填方法含水量較少含水量較高含水過多膨潤土+黃沙（土壤）膨潤土+黃沙+水泥（巖石）原漿+細(xì)沙（土壤）原漿+細(xì)沙（10米以下）原漿+細(xì)沙+膨潤土（10米以下）6.2冷熱平衡2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司29方案一：分區(qū)域熱指引2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司30方案二：HBP熱平衡控制2024/7/21浙江陸特能源科技有限公司316.3巖米換熱以夏季制冷為例,地埋管換熱器采用管徑為32×3.0的聚乙烯PE100管材,在進(jìn)口水溫t1分別為20,25,30,35℃,出口水溫t2比進(jìn)口水溫低5.0℃的工況下,分別對兩口60m和85m深的豎井進(jìn)行測量,得出豎井中單位管長熱流