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地源热泵、太阳能热泵在建筑中的应用中国建筑科学研究院空调所 徐 伟*p,tOy0Ut$_ M Fv 此论文为“中国国际建筑节能研讨会”（2001年12月2021日 上海）专用论文，本次会议由建设部科技发展促进中心主办。以下为论文正文：|F(|Id6g F A9!d1D:XY 提要：本文简要回顾了国内外地源热泵发展的过程，介绍了地源热泵、太阳能热泵的原理和系统组成，阐述了地源热泵、太阳能热泵系统的设计原则；通过若干地源热泵、太阳能热泵工程实例分析了地源热泵的技术经济性；针对当前工程中所存在的问题进行了分析和探讨；对地源热泵、太阳能热泵的发展前景进行了展望，并提出了当前急需要做的几项工作。1U zkG9qZ3p *RU9S9QX|Ze 关键词：地源热泵 太阳能热泵 设计原则 存在问题 发展前景H oLI pHN XhS7G g*K jP*AApplication of Ground Source Heat Pumps and Solar Energy Heat Pumps in Buildingsct%gQ?1b0O ,$fx 8m Abstract: Review the progresses of GSHPs & SEHPs in the world and China. Introducing the principles and systems of GSHPs and SEHPs. Stating the designing criteria of GSHPs and SEHPs. Analyzing the technical and economical performances of GSHPs and SEHPs through some actual projects. Discussing the problems existed in the finished projects.Prospecting the future development of GSHPs and SEHPs in China and putting forward the some urgent tasks recently. 3 _mB0Hx(OBY Keywords: Ground source heat pump Solar energy heat pump Designing principles Existing problems Prospects 7kSZy#A9i*vs5U1t#c9y一、引言 Wa Z? Zoo(Y5vI x 随着我国建筑业的迅猛发展，对建筑节能的要求越来越高。减少我国冬季采暖所造成的大气污染，降低供暖空调系统的能耗、节约能源是建筑节能和暖通空调工作者一直追求的目标。地源热泵供暖空调系统通过吸收大地的能量，包括土壤、井水、湖泊等天然能源，冬季从大地吸收热量，夏季向大地放出热量，再由热泵机组向建筑物供冷供热，该系统和常规的供热空调系统相比大约节能50%，是一种利用可再生能源的高效节能、无污染的既可供暖又可制冷的新型空调系统，可广泛应用于商业楼宇、公共建筑、住宅公寓、学校、医院等建筑物。bhz-F%R C#x *a rl WyO 地源热泵的概念最早出现在1912年瑞士的一份专利文献中。开放式地下水热泵系统在20世纪30年代被成功应用。20世纪50年代欧洲和美国开始了研究地源热泵（GSHP）的第一次高潮，美国爱迪生电子学院最早研究闭式环路热泵系统，印地安纳洲的印地安纳波利斯是最早安装闭式环路地源热泵系统。直到20世纪70年代，世界石油危机使得人们关注节能、高效用能，地源热泵的研究进入了又一次高潮，这时瑞典的研究人员开始应用塑料管在闭式环路地源热泵系统上，地源热泵的推广应用迅速展开。F)l% 9e(XV%Gn*I,Pg1Fw经过近50年的发展 地源热泵技术在北美和欧洲已非常成熟，是一种广泛采用的供热空调系统。针对地源热泵机组、地热换热器以及系统设计和安装有一整套标准、规范、计算方法和施工工艺。在美国地源热泵系统占整个空调系统的20%，是美国政府极力推广的节能环保技术。到1997年底，美国有超过3万台GSHP系统在家庭、学校和商业建筑中，每年约提供8000 11000GWh的终端能量，另据地源热泵协会（GSHP）统计，美国有600多所学校安装有GSHP。目前美国地源热泵的销售数量以每年20%的速度递增，2000年全美销售数量达40万台。1K4OP RX$ 8h/zAT.i k;F8 t 在实际工程应用中，北美对地源热泵应用偏重于地源热泵全年冷热联供，采用闭式水环热泵系统（WLHP）；欧洲国家偏重于冬季供暖，往往采用热泵站方式集中供热供冷。我国气候条件与美国比较相似，所以北美的地源热泵方式对我国更具借鉴意义。mQc gDQ| bikIp 在我国，地源热泵的研究起始于20世纪80年代，最近5年该项技术成了国内建筑节能及暖通界热门的研究课题，也开始应用于工程实践，与此相关的热泵产品应运而生，掀起了一股“地热空调”的热潮。在研究领域，过去几年里国内许多大学先后建立了地源热泵实验台，进行了地下埋管换热器与地面热泵设备联合运行实验。实验研究的重点均放在土壤热泵的地下埋管换热器上，主要研究：单位管长的放热量和吸热量确定；系统的COP和EER确定；换热器合理管间距的确定；土壤热物性参数的确定等。理论研究主要集中在埋地换热器的传热模型与管间距和大地初始温度的研究。在工程应用方面，1996年至2000年间在山东、河南、北京、辽宁、河北、江苏、上海等地建成了地源热泵工程，发展速度很快，地源热泵技术正被越来越多的人们所了解。Egn2y*Yx6e*ti i #b+x-Zn Ch#De9 R-NTl/n!A二、地源热泵、太阳能热泵的原理和系统组成+|3n;xH0l AY 1、地源热泵的定义$l W,8kl x3f8| 地源热泵系统一种机械蒸气压缩制冷循环的运行系统，该系统将热量排入地表层或从地表层吸收热量。$D+siy8p !q+FS)u-GNuhL 地源热泵（GSHP）是一个广义的术语，它包括了使用土壤、地下水和地表水作为热源和冷源的系统，即地下耦合热泵系统（ground coupled heat pump systems, GCHPs）, 也叫地下热交换器地源热泵系统（ground heat exchanger）；地下水热泵系统(groundwater heat pumps, GWHPs), 地表水热泵系统（surface water heat pumps, SWHPs）。地源热泵通常还被称为：地热热泵（geothermal heat pumps, GHPs）, 地能系统（earth energy systems）, 地源系统（ground source systems, GS）等，1997年以后，由ASHRAE统一为标准术语 - 地源热泵（ground source heat pump, GSHPs）。,y0Zu9O|!S -EZ:ME,c!_ o-VJ7w2不同的地源热泵系统Un4Onb(H 9p F kQSy8XE%U 土壤热交换器地源热泵;rU Gf1R5u n 土壤热交换器地源热泵（图2-1，图2-2）包括一个土壤耦合地热交换器，它或是水平地安装在地沟中，或是以形管状垂直安装在竖井之中。不同的管沟或竖井中的热交换器成并联连接，再通过不同的集管进入建筑中与建筑物内的水环路相连接。在液体温度较低时，系统中需加入防冻液，北方地区应用时应特别注意。;O+qs75LMe )qgsUyb n地下水地源热泵;W*od9cG.h地下水地源热泵系统分为两种，一种通常被称为开式系统，另一种则为闭式系统。开式地下水地源热泵系统是将地下水直接供应到每台热泵机组，之后将井水回灌地下。由于可能导致管路阻塞，更重要的是可能导致腐蚀发生，通常不建议在地源热泵系统中直接应用地下水。开式系统在适当的地下水条件和建筑物参数下是一个有吸引力的选择方式，但必须谨慎的使用。7oio3W在闭式地下水地源热泵系统中，地下水和建筑内循环水之间是用板式换热器分开的。通常系统包括带潜水泵的取水井和回灌井。板式热交换器采取小温差换热的方式运行，根据温度和地下水深度的不同，可以在很大程度上抵消开式系统在性能上的优势。bVBnW3C6s&OH)O$6XI P无论是深井水，还是地下热水都是热泵的良好的低位热源。地下水位于较深的地方，由于地层的隔热作用，其温度随季节气温的波动很小，特别是深井水的水温常年基本不变，l S*P(T1umF4B对热泵的运行十分有利。深井水的水温一般约比当地气温高12。我国东北北部地区深井水水温约为4，中部地区约为12，南部地区约为1214；华北地区深井水水温约为1519；华东地区深井水的水温约为1920；西北地区浅井水水温约为1618；深井水水温约为1820；中南地区浅井水水温约为2021。2p ,velh dY uC+S W0Xm8F 地表水地源热泵.V K)t/e P0y 地表水地源热泵系统，由潜在水面以下的、多重并联的塑料管组成的地下水热交换器取代了土壤热交换器，与土壤热交换地源热泵一样，它们被连接到建筑物中，并且在北方地区需要进行防冻处理。neT | ItIEm&F 有大量的应用特性可以帮助我们决定以上系统中的哪一种形式最适宜采用。其中包括可用地下水含量、可用地表水面积、现场土地面积、潜在热回收能力、建筑物高度和规模、机房面积和当地规划要求。9K ,J GjnhgGr1_u XN3太阳能热泵的定义hu$yL _%2AG,V将太阳能作为热泵热源的热泵系统称为太阳能热泵系统。I j ThgA 3U:r1E.pO 可以说太阳能是地球上一切能的主要来源，它是无穷无尽的，无公害的干净能源，也是21世纪以后人类可期待的最有希望的能源。我国地域辽阔，年日照时间大于2000h的地区约占全国面积的2/3，处于利用太阳能较有利的区域内。根据全国700个气象台站长期实测积累的数据资料表明，我国各地太阳能年辐射总量大约在334.9837.4kj/cm2.a(80200kcal/cm2.a)之间。其中热值为586.2kj/cm2.a。3|G0QaS X o nE.lv太阳辐射热量有季节、昼夜的规律变化，同时还受阴晴云雨等随机因素的强烈影响，故太阳辐射热量具有很大的不稳定性。据资料介绍，在美国纬度45度的平面上，严冬时最小太阳辐射强度只是夏季最大辐射强度的1/3。又如，我国所谓“天无三日晴”的地区也不少。要利用太阳能，必须要解决太阳能的间歇性和不可靠性问题。因此，太阳能集热器将热量储存在一大容量的蓄热槽中，热泵吸收蓄热槽中的热量，就可实现向房屋供暖。rCA_Msh68ECi4g PJH 4地源热泵、太阳能热泵的系统组成(见下图示意)Wva KS2p 地源热泵、太阳能热泵系统通常是由室外热源和冷源（如：土壤换热器、地下水换热器、地表水换热器、太阳能集热器）、水环管路和热泵机组以及室内末端输配系统（加压送风系统或地板盘管、风机盘管）组成，有时还要增加辅助锅炉和冷却塔。9a4 H(G6Ru.t,d$A/rU-h!t x!uAe0C cb5X 三、地源热泵、太阳能热泵系统的的设计要点D%D!fy?74 1地源热泵空调系统的设计基础资料HQEfjF 地源热泵空调系统设计的基础资料除了与一般空调系统共同之外，还必须提供以下资料：r7|%P#_ 1.1总平面的水文地质、地表情况8b Iv$h Qk项目范围的物理尺寸和形状；IpN(le;R现存和规划的建筑物；y!r$N5_3l+f 树和地面的设施；I5m A$bn94 自然或人造地表水资源的分类和范围；6MZx6V!N x 现有水井和腐化系统；v.T;In!N人行道、附属建筑物和地下服务设施；%g/2ci;WO推荐系统的潜在位置。V30gfzi u 1.2地质和水文地质的成分调查报告)f6#QP5O1v 这主要是为土壤地源热泵和地下水热泵提供设计所需的资料，应由有关专业的水文地质人员来完成。P)X5u6QT,v2u)B 1.3地表水应用调查报告 k)M&h; |TI.Y*a3T 这主要是为地表水地源热泵提供设计所需的资料，当然也由当地的有关部门来完成。B8S(y*Szk;A1.4地下水系统试验井的调查报告Q:A9Mi.TG5Q T 试验为了评价项目工地的地下水资料而设置，一般2700m2建筑物地下水系统推荐一个试验井，较大的建筑物应给两个试验井。 o8IKa$I$?-Wr1.5垂直地下热交换器系统的试验孔调查报告+w U aNx8j 从物理学角度看，试验孔基本上与试验井是相同的，然而，他们的目的却不同，试验孔将提供设计和安装垂直地下热交换器系统所需的数值，而试验井的目的则在于提供地下水资源的能力。试验孔的孔数同样推荐2700m2以下建筑物用一个孔，较大的用2个孔，由于不用抽水，其孔径可用DN50的套管。孔深应在计划热交换孔最深处之下17m。2/?R1 jnh1.6水平地下热交换器的试验坑调查报告U&leQ3v 试验坑是为水平地下换交换器设计前提供表面状态的知识。推荐每公顷最少挖四条坑，大于2公顷的现场至少挖2条坑，坑深应比计划热交换器最深处再深1m。/Xx9nWnq%l1.7监视井!/hZ Jr4g 监视井是为了收集地下的数据包括地下温度、地下水水位和地下水质量。qF9E-K3 c|&Z 1.8水的质量/XhC h*W2L |!z 不论是地表水还是地下水的质量，对于地源热泵的各种系统都会在经济上带有很大的影响，所以保证水的质量是十分重要的。4fd/,r#OF :Kz;G*D2地下水系统设计Sb3Wg$z&y0w:L 如果地下水有足够的量、水质较好，有开采手段，当地规定又允许，就应该考虑此系统设计，现场调查将对以上问题给予确认，以下是一些基本原则：j ne13OL X水井流量要求是由本章计算的最大得热量和最大释热量确定。D$W ?aA 地下水系统应使用304号不锈钢板式热交换器进行水井水和建筑物循环水热交换。VRQ/c 对一个开放式系统，建筑物最好是低层结构以便减少水泵的耗能。$Jk8AWmT 如果选择一个带有板式热交换器的闭式地下水系统，建筑物的高度就不必考虑。T37ZGP地下水系统的运行温度要求管道保温，闭式地下水系统的循环水路要求防冻。u?q O)K:yqB 地下水系统的投资效益比，较大的建筑物比小的建筑物好，因为地下水供回井的投资并没有随容量的增加而线性上升。B4s/h;gQ热泵选择的使用温度在冬季从北方的4.4到南方的10，夏季从北方的4.4到南方的29.5以上(美国资料)。7Pc4no,h!Agrt.Zz NCE 2地表水系统设计%V,a |gD 如果存在地表水或通过开发能够产生，则应该考虑该系统。以下是一些基本原则：r-BT7C d4Nz+f$jl 通常在商业/公用建筑开发过程中要解决排水问题、要径流保存、或从美学观点看要有“反射”池，这样会产生大量的水。w_8Dt!rs| 地表水的表面面积和深度分别为每冷吨不小于3000ft2和每冷吨不小于6ft以满足供冷设计工况下的得热量和供热设计工况下的释热量。G;R:|2aK:g*WdQN 没有建筑高度的限制-仅仅水的表面积和深度有要求-与热负荷相适应。yS|UX1A5zC 热泵选择时的使用进水温度，供热时从北方的-1.1到南方的12.8，供冷时从北方的26.7以下到南方的35以上。jv-b6S6t/X(r,D+PLH#Z a.E7Gh 3土壤热交换器系统（土壤）设计RRlj;e g土壤热换热器所需的地面面积取决于是选择垂直方式还是水平方式，考虑以下原则：tTd? Q M 大于20冷吨小于30冷吨，对于水平热交换器，一个典型的停车场的的地表面积不够。t ak m(F# /b9E 大于100冷吨小于200冷吨，一个典型的停车场的的地表面积不足够满足垂直热交换器的要求。xy3te4o9-BZb 垂直热交换器通常用在6层以下的建筑物以至满足所用管道的压力要求，除非选用耐压更高的管道，然而高强度管比较昂贵且难以加工。!SO0wE8Xy 对水平热交换器，建筑高度不是问题，埋设土壤热交换器的地面面积是唯一的限制。Y%vz:i rK9P8w 如果使用闭路的水冷却器或其他类型的散热设备，不管是垂直的还是水平的热交换器，一个典型的停车场的面积可满足总冷吨数的25%以上，视不同的供热供冷负荷来确定散热设备以补充土壤热交换器的冷却容量。L8RUWa 许多采用地源热泵系统的商用或公用项目还可考虑适合热交换器安装的其他有关地域，象运动场、草坪和公园。*f$ uc!K_ r B 水管需要保温以防结露，除非水环路温度总是高于7.2-10。除了一些有大型内区/外区的建筑，其冷负荷为主，或位于南方的建筑以外，都要考虑防冻问题。4ud9oi$H kG 热泵选择时的使用进水温度，供热时从北方地区较小的以周边区为主的建筑的-1.1到南方的12.8，供冷时从北方的32.2到南方的40.6。z$E(y1XK-Us;D 目前是常用的管道材料是聚乙烯和聚丁烯管材料。这些材料可以弯曲或热熔形成连接比管道本身更牢固的形状，可以保证使用50年以上。 PVC管不推荐用于地下热交换器埋地部分。0QBTBw dA d y$R 4地源热泵应用时注意事项/b6M d&l0_| 热泵用于冬季采暖时，应根据其实际工况下的供水温度，校核末端设备的供热能力。4r ?9N/PXQ/o 应作好水源的可行性研究，调查欲利用水源的条件（水量、水温、水质），以确定具体的供水方案。k% Fj N 利用地下水或地表水作热泵热源时，应保证水质符合机组的使用要求。当水中含砂量较高时（含砂量>1/20万），可在水源水管路中设置旋流除砂器或沉淀除砂池，以避免机组和管路磨损和堵塞；当混浊度>20mg/L时应安装净水器加以过滤；水源CaO含量应<200mg/L，以避免水结垢；水矿化度（单位容积水中所含的各种离子、化合物的总量）<350mg/L时，可以不加板式换热器，当矿化度为350-500mg/L时应安装不锈钢板式换热器，当矿化度>500mg/L时应安装抗腐蚀性强的钛合金板式换热器；水的PH值应为6.5-8.5，否则应设有相应的水处理设备。QZz;DF5Th 利用地下水作为热源的热泵，地下水要在封闭管路内运行，防止地下水源污染，并应回灌。无压自流式回灌适合于含水层渗透性好、井中有回灌水位和静上水位差；并应根据水文地质条件确定适当的采灌比。IQd3o3S q&c 为预防和处理回灌井的堵塞，应适当回扬。回扬次数和回扬持续时间根据含水层颗粒大小和渗透性而定。在岩溶裂隙含水层可以不回扬；在松散大颗粒含水层回扬12次/周，在中、细颗粒含水层回扬12次/天。4x#,d7a5x 地表水水温随季节、纬度和海拔不同而变化，在长江以北冬季地表水可能结冰，热泵系统应采取必要的防冻措施。地下水水温在近地表处为变温带，再向下是恒温带，一般恒温带水温为1022，可以作为热泵的热源，如在变温带取水，应要防止水结冰。VVA$n(B8F6q$e 当热泵停止工作时要有可靠的防冻措施。&kq liC 在建筑容积率较低的地区，可以使用利用土壤作为热源的热泵。Fp W!0eP.qI7XD#?n4ptc;& 5太阳能热泵设计要点$ERnBTRu 集热器是太阳能供热、供冷中最重要的组成部分，其性能与成本对整个系统的成败起着决定性作用。为此，常在1020低温下集热，再由热泵装置进行升温的太阳能供热系统，是一种利用太阳能较好的方案。即把1020较低的太阳热能经热泵提升到3050，再供热。;yvLf3J3b$LZ r o N4Yg4m4 解决好太阳能利用的间歇性和不可靠性问题。太阳能热泵的系统中，由于太阳能是一个强度多变的低位热源，一般都设太阳能蓄热器，常用的有蓄热水槽、岩石蓄热器等。热泵系统中的蓄热器可以用于储存低温热源的能量，将由集热器获得的低位热量储存起来，蓄热器有的分别装在热泵低温侧（1020）和高温侧（3050）两边，有的只装在低温侧。因为只在高温侧一边设置蓄热槽，热泵热源侧的温度变化大，影响热泵工况的稳定性。日照不足的过渡季可简单地用卵石床蓄热。!F/H dZ+nS $EZ6Hn nFP 设计太阳能热泵集热系统时，以下两个主要设计参数是必需计算研究的太阳能集热器面积；太阳能集热器安装倾角。$HVw.Hl太阳能集热系统设计原则：;CWKBBn&(l 1）太阳能集热器在冬季作用，必须具有良好的防冻性能，目前各类真空管太阳能集热器可基本满足要求，但其它类型的集热器则应配备防冻功能。KKg_C6Fh 2）太阳能集热器的安装倾角，应使冬季最冷月1月份集热器表面上接收的入射太阳辐射量最大。PV6I%E GZ cn7hl 3）确定太阳能集热器面积时，应对设计流量下适宜的集热器出水温度进行合理选择，避免确定的集热器面积过大。&nj wv 4）必须配置可靠的系统控制设施，以在太阳能供热状态和辅助热源供热状态之间做灵活切换，保证系统正常运行。Q|:Ld;xCo zhgwn 在太阳能集热器的选型上，要合理确定冬季热泵供热用太阳能集热量和夏季生活热水用热量以及冬季辅助加热量，作到投资运行最佳效益。lo0aPY_ MVS 四、地源热泵、太阳能热泵的技术经济分析7 EC6o)-A 1地源热泵的技术特点.L7B;_?h(c uAxe由于地热泵系统采取了特殊的换热方式，使它具有普通中央空调系统不可比拟的优点：:_Dt)u 高效、节能2T1I:JpV,cP/I_ 夏季高温差的散热（制冷的冷凝温度降低）和冬季低温差的取热（热泵的蒸发温度提高），使得地源热泵机组能效比提高。因此在制造同样热量或冷量的时候，只需消耗更少的压缩机功率就可实现，从而达到节能的目的。高效的地源热泵机组，平均产生1冷吨的冷量仅需0.88kW 的电力消耗，其耗电量仅为普通冷水机组加锅炉系统的30%-60%。CZ+K!ff!g x 环保、无污染Lu)GA6R 3E 地热泵系统在冬季供暖时，不需要锅炉或增加辅助加热器，因而无污染。n$:O+bWQ$J 运行费用低Q8YPD3S0M$c8M 系统的高效率，压缩机的低功耗，带来了电费的大幅减少。C6V*a3ZRh+b,u#I(LNL 维护费用低wF3Q l Bng 简单的系统组成，使得地热泵系统无需专人看管，也无需经常维护。7-u!X?j&C 简单的控制设备 h8KjOZ:p+Y可实现从最简单（起停、供暖、制冷三档）到复杂的可编程智能控制方式，并可进行远程集中控制与诊断。3xG$8IdmB 运行灵活，系统可靠性强v-kW0y)Y4w9Hh每台机组可独立供冷或供热，个别机组故障不影响整个系统的运行。:s!qm$m1y 节省占地空间m#N1FZ&GDJ没有冷却塔和其它室外设备，没有中央空调集中占地问题，节省了空间和地皮，产生附加经济效益，并改善了建筑物的外部形象。;hZ4Q/dP S:mwh 较长的使用寿命vS!F(c$k? 经国外运行验证，机组寿命均在15年以上。_yBRoX2O; 易于管理,Uc1_8U2ii 实现机组独立计费，分户计量，方便业主对整个系统的管理。%R5w5H,i#uc 应用灵活fb6Kr灵活性强，可用于新建工程或扩建，并可实现分期投资。C/YJ2iX 可提供生活热水,l#W h;a5? j I在机组上添加热回收附件和储水罐后，便可提供40以上的生活热水，方便经济。5Hjjh J!F&g?4Q%shf 2投资概算hD&b*Ob i据测算，如采用地下水式地源热泵，初投资约为300-400 元/m2左右，与采用国产2管冷水机组加锅炉式中央空调系统的初投资大致相同或略低，如采取土壤地源热泵系统，初投资约为400-500元/m2左右。1T#s6NIj采用地源热泵作为楼宇空调系统，其运行费用可大大降低。据国外实际运行数据并结合我国具体情况计算分析，用地源热泵系统供暖时，其运行费用可比传统中央空调系统降低25% - 50%；用地源热泵系统制冷时，其运行费用可比传统中央空调系统降低15%-30%。,TD6H3s1(p Z#H.Z5ZU五、工程应用举例1pV4u;ABU zd 1美国新泽西州Stockton州立大学地源热泵系统%Py:JdJ 总建筑面积：34850m2mOD B 热交换量：1400冷吨6G njB t, 热泵类型：垂直式土壤地源热泵系统AdK$zyB9Lj 钻孔深度：130m l5V7W8f#e 土壤温度：13+e+wS!| M |%tna 地埋管路占地面积：9000m2%d aZsp.L 安装时间：1994年:N&t6:w4R, 投资费用：530万美元*dQE;wCIF0DE 经济效益：每年节省运行费和维修费44.5万美元，比屋顶式风冷机组加燃气锅炉空调系统节省40。!P0xW i1B1ih +3C1K0w2美国肯塔基州高特饭店东楼及滨河写字楼TBy#H*j5y? 总建筑面积：171万平方英尺，包括25层大楼2栋，15层大楼2栋;o3RnFp8r#G$_!a 其中：写字楼96万平方英尺9F%P(| K|a,k6 饭店75万平方英尺，包括：0H%H1_/%n-V fN5F1Z 客房：750平方英尺/间， 共600间h;weFI4M 公寓：1800平方英尺/套，共100套7W/H8y!j)lmj 公共区域：120000平方英尺J8x3F:OQ9 热交换量：4700冷吨I;d+EW6noyu2x 热泵类型：地下水式地源热泵S6QU3;RQ/V 系统水量：10.6吨/每分钟%H ?JClhX 安装时间：饭店：1984年；写字楼：1992年KW4H,uI%G.f1M7xY 投资费用：与其它相同功能的中央空调系统相比，每冷吨节省478.7美元，总共节省投资225万美元。4f)XbV6S0vKy#S 运行费用：与采用普通中央空调的同等面积的高特饭店西楼相比，平均每月节省22725美元，仅为高特饭店本楼的53，节省47。n vV1K7zi Z6z )i a$F#A#PS3北京嘉和丽园地源热泵示范工程可行性分析X4TB5V#V TA 建筑类型：高档公寓, 总建筑面积：88000m2,采暖空调面积：70000m2?/Z(S(J)VP2l9h 热交换量：1300冷吨$x z,j L ;c.l6hK 热泵类型：地下水式地源热泵&qr fC;_ aG!bNS 系统水量：10.6吨/每分钟z8r.Y+W.v xQ 地源热泵系统与传统中央空调系统的经济效益比较：+I3b1vJZS#c5kg 地热泵系统 传统中央空调系统8w5A n4t5f单位价格Y;HrwN#zM （元/m2） 总价格.nR*Z84n C:W3v （万元） 单位价格;v3xh.J;bM3X （元/m2） 总价格d.rE l!z（万元）Pi;PAJJI总投资 设备费 224 1565.6 191 1333.9u cC7h!q p&G!y9g5w5 工程费 71.4 500 147 1029#*D A hBg0 合计 295.4 2065.6 338 2362.97X)G)Qdz)U 运行费d:O!_C+b*I （一年） 供暖 12.9 150.1 26.23 266.2h/lNX&xa-USQ制冷 8.511.81 r#jy9h $dO占地费 2500 37.5 2500 87.5C07j5dW,p e,R,由此可以看出：地源热泵系统比传统中央空调系统总投资减少12.5，为297.3万元；年度运行费减少43.6，为116.1万元；占地费减少50，为43.75万元。地源热泵系统平均初投资约为300元/平方米（税后）。mmM)a3NcY&Rh(|6GSK TX 4广东省某地热泵试验示范工程可行性经济分析*Rt5s-a4|ipV/ 建筑类型：办公楼 建筑面积：47000平方米bc+q#)d3W9hj;um 热交换量：2000冷吨 热泵类型：水平埋管土壤与地下水混合式地源热泵j!zR/Ga3G8cd6l 投资预算：p7ieU2l7T:e M tn/R6g!F2NO项目 总费用（万元）+v/J4A n-J 地源热泵机组 1052.55uxT;UEB| 地下换热器（管路） 177.22U!r JcJ:oMV其他设备 252.17 .ha7U#Qz%y工程费 347.83-kb 3iff%o合计 1849.771J&j*iq,z;tM结论：1、该工程初投资为400元/平方米q7eyO1ex;6NG_/R 2、若全部采用垂直式土壤地源热泵，初投资约为500元/平方米yOI9W Q+%T+j*o)m ? 5山东建工学院学术报告厅:k Q0Nxd 建筑类型：会议室和教室 空调总面积：500m2, Q&x2a2Bn7N:N 冷热负荷：冷负荷110kW，热负荷80kW， P|HjT 热泵类型：垂直埋管土壤热泵系统，垂直埋管换热器占地250m2，水平干管埋深2m，钻孔深度62m，共25个孔，总钻孔量1550m，竖直埋管总长度3000m，I:Ttr0.F T2y 热泵机组水 水型热泵机组，名义制冷量130kW，制热量100kW。9euIClDy e3m#bA(R:L S7G9jT 6山东东营市胜泰大厦tfC*kt0O 总建筑面积：4500 m2U,X9OGpB 冷热负荷：制冷量271kW，冷水供、回水温度7/14，地下水供、回水温度15/20，制热量290kW，热水供、回水温度50/40，地下水供、回水温度15/10XoHs(| 热泵类型：地下水地源热泵c)m+WUWJD 水井技术参数：采用两口水井，两口井的结构、井水泵等设置均相同，同时用作供水井和回灌井，水源水井深100m，井径350mm，井水含砂量20mg/L。9ym4et_CDQ b 潜水泵：流量32m3/h，扬程91m，功率13kW。ajww Bn 中央热泵机组：制冷系数4.37，系统制冷系数3.13；制热系数3.49 ，系统制热系数2.72。l?.p!JW 安装时间：2000年6月。:m(?M_%EVp5sMTjn&JA:Xa 7北京市地质勘察技术院热泵供暖示范工程项目+x:GQgt-r*a _Q/ 建筑类型：办公楼和住宅楼1wrI/|,| F)Q 总建筑面积：30000m2)x#J.L _CX 中央热泵机组：名义制冷量360kW，制冷量275kW.I3jX0xzO6t |/O! 热泵类型：地热水和地下水地源热泵6v .B+noO 水井技术参数：地热井，水温68，水量125m3/h，两眼45m浅层第四系水井，水温16，单井出水量50 m3/h，井间距100m。8iFFKzi! 潜水泵：流量50m3/h，扬程50m，功率7.5kW。&U(P,D2uNv 换热过程：地热水对2.5万m2住宅建筑进行“一次”供暖，部分地热水经过板式换热器温度降至13后作为弃水排放，板式换热器冷侧端的循环水经热泵热能转换后输出52热水对办公楼进行供暖。#eR6|IA 冷热控制：冬季供暖，供回水温度（52/42）控制压机启停，平均每小时耗电40度，冷水井水源用量18m3/h。夏季制冷，以冷冻水回水温度（12）控制压机启停。A h0Z;v+ f r2C5L7ZSNQ/d,Ii+N 8日本柳町住宅太阳能热泵项目-R)Q$FF 建筑面积：200m2P7P(Q7x|f4J9U2y冷热负荷：供冷负荷7.8kW，供热负荷7.5kWfE/Fc M DMt 太阳能集热器兼夜间放热器：98 m2Y4p.ojr蓄热水槽：低温水槽40m3，高温水槽10m3H Hxq0y7tgi 热泵机组：功率2.2kWd4yF+X*U!O; DX循环泵：太阳能集热兼放热0.75kW，冷热水循环0.4kW-m#t)U&SqVn6c 5O w7DZKJ6ik六、存在的问题与思考kaZ_|Af1应用地下水地源热泵的限制条件5XKY7v.fD7Z 地下水地源热泵中央空调系统是一种高效、节能、环保型产品，但并不是在任何条件下都可以应用。其制约条件是水源。没有适合可靠的水源，就不能使用地下水热泵，例如有些工程规模大，所需水源水量很多，虽然工程场地有一定面积，也可以钻井，但因水资源量不足，难以完全满足工程负荷需要。有些工程所在场地下面虽然有地下水，但是由于该工程地处繁华市区，场地面积狭小，无处布井取水，场地环境条件限制了地下水热泵系统的应用。水源的保证率也会影响地下水热泵系统的正常运行，尤其是浅表层的地下水，受降雨量和回灌量的影响较大。0x+x-Tv _4EU/aK1p0_E*r 0aE2政府的水源使用政策Woi9w03?N _:o7oy为了保护有限的水资源，我国制订了中华人民共和国水法，许多城市纷纷制订了自己的城市用水管理条理。这些政策均强调用水审批，用水收费。而审批的标准中对类似地下水热泵技术的要求没有规定，所以地下水热泵很容易被用水指标所限制。即使通过了用水审批，由于有些地方将水源的抽取和排放两次受费，可能导致水费上升，地下水热泵的经济性变差。所以地下水热泵的推广需要政府从可持续发展的角度，综合能源、环保和资源等各个方面的考虑，调整地下水热泵水源使用的政策，促使其健康有序的发展。Lil9S!k 4g:K V |6X qCe:h 3水源的探测开采技术和发展+Y%Q%x#oq 地下水热泵的应用的前提之一就是必须了解当地的水源的情况，在地下水热泵实施的前期，必须实地对水源的状况进行调查，地下水量是否有水、水量是否足够，场地是否适合打井和回灌。而探测开采的技术的提高和费用的降低，会推动地下水热泵机组的更好应用。3V v#bE:tUr&At1(k4地下管井的设计与施工!Hl,s,hK1W管井质量是地下水热泵系统成败的关键之一。管井的设计与施工应由专业队伍进行，作好每一工艺环节。一口优质井通常可以使用20年，如果成井质量不好，不仅影响井的寿命，还会影响取水和回灌效果，必将影响热泵机组的正常工作和制冷和制热效果。管井竣工时，应进行严格的抽水实验，要检验水量、水温和水质是否符合要求。U3qF,tg&i NNu?gq5地下水的回灌技术4HNr Uy t-m地下水热泵若利用地下水，必须考虑水源的回灌，以利于水资源的保护。对于回灌技术，必须结合当地的地质情况来考虑回灌技术方式。实际上，城市地下水的管理仍然很不规范，因此已建成的地下水热泵系统有相当一部分未采用回灌措施，或者回灌失败。其主要原因是：（1）地下水回灌的技术方案不合理，以至无法回灌或回灌量减少；（2）为节省回灌井所需要的一次投资，不设回灌井；（3）如采用压力回灌，需要消耗一定电力，势必增加空调系统的运转费用，因此不设回灌井。oP2p#GZs 此外，专家呼吁，近年来大量开采地下水而诱发的地面沉降、海水入侵和突发性岩溶坍塌等一系列地质环境问题，应当引起高度重视。7C(iQ#TLX myt4cu*Xq 6地下水的水质处理g*M v kz%v$O q 地下水的水质往往不能直接被热泵系统使用，须采取相应的技术措施，如：安装除砂器与沉淀池，使用净水过滤器或电子水处理仪，或使用板式换热器将水源水和热泵机组隔离开。当前，许多工程由于水质处理不够，导致热泵系统效率下降或发生故障，不能正常使用。:h+p U EL _Wz 7地源热泵系统的整体设计l-SzXJ#d地下水热