两种快速发展的地源热泵的技术经济性对比分析及节能技术

1、两种快速发展的热泵的技术经济性对比分析及节能技术简介：空调用热泵是当前发展最快的一门技术，也是用于中央空调较理想的冷热源设备。本文介绍了热泵在空调中的应用、发展、种类和两种快速发展的地源热泵的供冷供热原理，根据新国标地源热泵系统工程技术规范对比分析了这两种地源热泵的技术经济性、造价、共同优点,以及地下水热泵的弊端，提出了客服其弊端的措施。并论述了地理管热泵的节能技术及其节能潜力。 关键字：地源热泵，地下水热泵，地埋管热泵，节能技术 1 热泵在在空调中中的应用用与发展展 1.11 热泵泵在空调调中的应应用 热泵的的应用范范围非常常广泛，既既可用于于木材、烟烟叶等的的干燥，也也可用于于印染、啤啤酒

2、等的的工艺生生产。当当然，热热泵用于于空调工工程则更更为有利利。因为为热泵是是能将低低品位热热源提高高为高品品位热源源的 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=yhscd 设备备，因而而近年来来发展很很快。空空调用热热泵其实实是一种种制冷机机，是夏夏季能供供冷、冬冬季能供供热的特特殊制冷冷机。空空调用热热泵能给给从事中中央空调调的技术术人员创创造施展展才能的的领域，同同时也能能为热泵泵制造企企业和 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=shigong 施施工单位位提供无无限的商商机。正正因为空空调用热热泵是中中央空调调新兴的的一种很很好的冷冷、热源源

3、方式既能能夏供冷冷、又能能冬供热热，因此此近年来来在中央央空调工工程中的的应用越越来越多多，受到到人们格格外的重重视。 1.22 常用用空调热热泵的种种类 空调用用热泵的的分类方方法很多多，诸如如按循环环原理分分类，按按吸热放放热介质质分类，以以及按吸吸热源类类型进行行分类等等。 采用按按吸热源源类型分分类法可可将常用用空调热热泵分为为如下几几类： （1）空空气源热热泵 冷暖空空调机、一一拖多； VRRV、多多联机； 风冷冷式冷（热热）水热热泵。 （2）水水源热泵泵 地地下水源源热泵（地地下水地地源热泵泵，井水水源热泵泵），见见图1； 地表表水源热热泵（江江、河、湖湖泊水源源热泵），湖湖水源热

4、热泵见图图2； 中水水、 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=seweragebye 污水水水源热热泵； 海水水水源热热泵。 （3）地地源热泵泵（地埋埋管地源源热泵，土土壤源热热泵、大大地耦合合式热泵泵） 竖直直埋管式式地源热热泵，见见图3； 水平平埋管式式地源热热泵； 竖直直埋管水平埋埋管式地地源热泵泵。 （4）水水环热泵泵 夏夏季制冷冷机与冷冷却塔运运行正常常供冷； 冬季季设一水水箱，将将水加热热至133115，再再用热泵泵升温后后供热。图1 地下下水地源源热泵图22 湖水水源热泵泵图3 地埋管管地源热热泵 1.33 各种种空调用用热泵的的发展前前景 上述四四种热泵

5、泵在中央央空调中中均有应应用与发发展，其其中空气气源热泵泵（一般般称做风风冷式热热泵）最最早应用用于空调调中，目目前应用用范围和和数量在在不断地地增长，尤尤其当技技术发展展到在冬冬季室外外气温降降至115-200时仍仍能开机机，这就就为风冷冷式热泵泵创造了了无限广广阔的应应用前景景。水环环热泵最最适宜用用于有内内、外分分区的大大型 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Effect_chart 建筑筑物的外外区需供供热时，内内区因散散热量（包包括设备备与人体体、照明明等的散散热量）无无法排除除而须同同时供冷冷的环境境，因而而发展也也较快。但但其发展展速度远远赶不上上地下水

6、水地源热热泵（下下称地下下水热泵泵）和地地埋管地地源热泵泵（下称称地埋管管热泵）的的发展速速度。地地下水热热泵和地地埋管热热泵是当当前发展展最快的的二种热热泵。近近年来有有如雨后后春笋般般的突飞飞猛进的的发展，其其应用数数量与发发展速度度是其他他型式热热泵无法法比拟的的。 2 两种地地源热泵泵的供冷冷、供热热原理 地下水水热泵和和地埋管管热泵的的供冷、供供热原理理基本相相近，但但也有所所不同，现现做如下下分析。 2.11 地下下水热泵泵的供冷冷、供热热工作原原理 地下水水热泵须须打出深深度为8806600mm的深井井（井深深依各地地地层 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?n

7、o=gaoceng 结结构而异异），开开采出温温度大约约为133330的的井水，井井水夏季季做为热热泵机组组冷凝器器的冷却却水，而而冬季则则做为热热泵机组组蒸发器器的热源源水。为为防止地地面沉降降还须有有回灌井井。一般般在抽水水井抽水水的同时时，还须须将用过过的井水水回灌到到另外112口口与抽水水井同含含水层的的回灌井井的地层层中去。 夏季供供冷时，蒸蒸发器产产生7左右的的冷水，供供给空调调末端设设备。在在末端设设备中吸吸收热量量，水温温升至112左左右再进进入蒸发发器。而而水温为为13300的地地下井水水作为冷冷却水，在在冷凝器器中吸收收热量使使水温升升高约55左右右以后回回灌到地地下，水水

8、在渗流流过程中中又降至至13300，然然后再被被抽取上上来循环环使用。如如图4所所示。图4 地下下水热泵泵夏供冷冷原理图图5 地地下水热热泵冬供供热原理理冬季供供热时，热热泵机组组中的冷冷凝器管管口与空空调末端端设备相相接，而而蒸发器器的管口口与井水水水源系系统相接接。冬季季运行时时，用户户端的空空调循环环水，由由于吸收收了冷凝凝器的排排热而升升温，其其温度可可达455660。另另外，在在水源水水系统中中水温为为13300的地地下井水水由于在在蒸发器器中失去去热量，使使水温降降低约55左右右再回灌灌到地下下，水在在渗流过过程中吸吸收地下下岩土热热量，温温度又升升至133330，然然后再被被抽取

9、上上来循环环使用。2.2 地地埋管热热泵的供供冷、供供热工作作原理 地埋管管热泵与与地下水水热泵不不同的是是，须在在许多间间距为558mm，深度度约为1100mm3000m左左右的井井孔中埋埋入332mmm的PEE管（竖竖直埋管管式）。PPE管与与机房中中的 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=yhscd 设备备相连接接，而将将水注水水PE管管系统。运运行时水水系统为为闭路循循环，只只依靠PPE管换换热器及及管中的的循环水水与地层层岩土的的热交换换实行夏夏供冷、冬冬供热。其其运行模模式与地地下水热热泵相近近。即夏夏季供冷冷时，地地源水做做为热泵泵机组的的冷却水水进出冷冷

10、凝器，把把冷凝热热带回地地下的PPE管换换热器中中的循环环水，使使之与岩岩土进行行热交换换。与此此同时要要使热泵泵机组的的蒸发器器产出约约7的的冷水达达到夏季季供冷的的效果。而而冬季供供热时，地地源水则则做为热热泵机组组的热源源水进出出蒸发器器，由于于放出热热量而降降低了温温度的地地源水又又回到地地下PEE管换热热器中，并并使之与与岩土进进行热交交换。与与此同时时热泵机机组的冷冷凝器会会产出44560的热水水进行供供热。 3 两种地地源热泵泵的环保保性与 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Information 节能能性 近年来来，地下下水热泵泵和地埋埋管热泵泵的发展

11、展势头迅迅猛。这这是基于于它们所所具有的的一系列列共同优优点。而而最主要要的优点点是其环环保性和和节能性性。现举举天津采采用地埋埋管热泵泵实施冬冬季供热热、夏季季供冷的的一项目目为例予予以说明明（ HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Effect_chart 建筑筑面积337000）。 3.11环保性性 （1）地地埋管热热泵的环环保性 地埋管管热泵冬冬季供热热与燃煤煤锅炉供供热进行行比较，可可看出地地埋管热热泵系统统冬季运运行时能能大量减减少污染染物排放放量，使使冬季的的城市空空气更清清新。其其全年排排放量减减少值见见表1。 表1 地埋管管地源热热泵减少少污染物物排放量

12、量序号 污染物 减少排放量量 /tt 1 CO 2 7.5 2 SO 2 0.3 3 烟尘 0.07 4 灰渣 2.9 （2）地地下水热热泵的环环保性 就环保性而而言，地地下水热热泵与地地埋管热热泵都具具有相同同的效果果。 3.22 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Information 节能性 （1）地地埋管热热泵的节节能性 地埋管管热泵按按夏季供供冷期1100天天，冬季季供热期期1200天进行行实测与与汇总的的数据说说明，低低运行费费的优势势很明显显，其值值见表22。低运运行费用用说明节节约了大大量电能能。 表2 地埋管管热泵与与常规空空调、采采暖运行行费比较较

13、（元/）序号 项目 地埋管热泵泵费用 常规空调 / 采采暖费用用 1 夏供冷 13.355 25.000 30.00 2 冬供热 14.299 市民 200.000 ，工工商 226.000 3 全年合计 27.644 市民 455.000-500.000 ，工工商 551.000-557.000 注：表表中采暖暖费为天天津市220055年收费费标准 （2）地地下水热热泵的节节能性 据2000320004年夏夏、冬二二季，对对天津市市运行的的6个地地下水热热泵系统统的运行行费用调调查结果果：地下下水热泵泵的夏冬冬季运行行费用合合计为228.001元/。可可见这两两种快速速发展的的地源热热泵的运

14、运行费用用均很接接近，说说明节能能性均很很好。总总之，这这两种地地源热泵泵都具有有共同的的优点。 4 两种地地源热泵泵的技术术成熟性性与 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=dinge 造价价 4.11技术成成熟性 （1）地地埋管热热泵的技技术成熟熟性 天津已已有600余个项项目投入入运行或或 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=shigong 施工，小小到数百百m2，大大到数千千m2数万，北京京等地区区已有数数十万 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Effect_chart 建筑物的的地埋管管热泵工工程。说说明地埋埋管

15、热泵泵工程的的 HYPERLINK /Sub06.aspx 设计与 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=shigong 施工技技术均已已成熟。 （2）地地下水热热泵的技技术成熟熟性 天津及及全国各各地的地地下水热热泵项目目比较普普遍，施施工技术术已成熟熟。但其其管理措措施和管管理水平平与新国标地地源热泵泵系统工工程技术术规范的的规定相相差甚远远。下面面将进行行详细分分析。4.2 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=dinge 造价价 两种地地源热泵泵的初投投资均比比较接近近，见表表3。并并与常规规中央空空调工程程的初投投资也相相差无几几。而地地下

16、水热热泵的运运行与维维修费用用高于地地埋管热热泵及常常规中央央空调工工程。 表3 地埋管管热泵、地地下水热热泵工程程与常规规中央空空调系统统初投资资比较（元元/m22）序号中央空调方方式地埋管热泵泵系统地下水热泵泵系统常规中央空空调系统统1冷热源 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=yhscd 设备备打井/埋管管系统78.00053.000129.0002热泵机组及及机房辅辅助设备备57.00089.0003潜水泵及回回灌设备备09.704空调末端设设备133.000133.000133.0005系统总投资资268.000284.770262.000注：1、地地下水热热

17、泵工程程打井数数量少，但但井深，成成井工艺艺复杂，打打井费高高每每延米约约800010000元元。地埋埋管热泵泵工程打打孔数量量多，但但孔浅，打打孔费低低每每延米约约5080元元。 2、表表3数据据是根据据地埋管管热泵与与抽灌井井数1：1的地地下水热热泵的实实际工程程的初投投资费折折算出的的。地下下水热泵泵如将抽抽灌井数数变为11：2，并并计入抽抽水 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=yhscd 设备备费，则则初投资资还将增增加。 必须说说明，目目前市场场出现无无序竞争争，有些些 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=shigong 施工单位位将

18、初投投资一降降再降，这这种超低低价拼搏搏，必定定会造成成工程质质量下降降，这是是不可取取的。 5 地下水水热泵的的弊端 地下水水热泵虽虽与地埋埋管热泵泵具有共共同的诸诸多优点点，而且且技术成成熟性与与 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=dinge 造价也基基本相近近，但对对照新国国标的强强制性条条文，看看出地下下水热泵泵工程很很难落实实强制性性条文。 5.11 新国国标的强强制性条条文 20006年11月1日日生效的的新国标标GB5503666-220055地源源热泵系系统工程程技术规规范第第5.11.1条条为强制制性条文文。强制制性条文文规定，地地下水热热泵的“地地

19、下水换换热系统统应根据据水文地地质勘查查资料进进行 HYPERLINK /Sub06.aspx 设计计。必须须采取可可靠回灌灌措施，确确保置换换冷量或或热量后后的地下下水全部部回灌到到同一含含水层，并并不得对对地下水水资源造造成浪费费及污染染。系统统投入运运行后，应应对抽水水量、回回灌量及及其水质质进行定定期监测测”。 5.22 地下下水热泵泵的5大大弊端 对照新新国标，其其中许多多内容目目前很难难贯彻执执行。因因而使地地下水热热泵工程程成为实实际难以以执行强强制性条条文的“不不规范工工程”。 地下水水热泵的的主要弊弊端有五五方面: （1）回回灌措施施难落实实 虽然然要求要要回灌，但但实际上上

20、只有号号召，却却无管理理单位监监管执行行，更无无可靠措措施和处处罚制度度，回灌灌与否和和用户经经济效益益无直接接关系，因因而很多多用户并并不重视视回灌工工作，实实际上回回灌流于于形式。 （2）抽抽水量大大于回灌灌量 政政府部门门大多按按抽灌井井数1：1审批批地下水水热泵工工程的打打井。新新国标规规定在抽抽水井开开泵抽水水的同时时必须要要将全部部抽出的的水向回回灌井进进行回灌灌，而实实际的回回灌量很很难达到到抽水量量。在抽抽灌井数数1:11的情况况下，大大多回灌灌量仅为为抽水量量的200550，有有的甚至至不回灌灌，而最最大也只只不过66080。 （3）地地面沉降降 抽水水多，回回灌少，必必然造

21、成成地面沉沉降，而而地面沉沉降将影影响城市市 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Effect_chart 建筑物的的变形与与稳定，并并将破坏坏地下水水管网，这这也是对对大自然然和地球球的严重重破坏。以以天津为为例，天天津海拔拔仅3.3m，如如不加控控制，地地面连续续沉降，加加之全球球温室效效应使海海水面不不断上升升，这一一升一降降，若干干年后天天津是否否有沉入入渤海湾湾的可能能？ （4）水水资源浪浪费 回回灌井一一方面不不可能把把开采的的水全部部灌入地地层而排排入下水水道，而而且回灌灌措施中中必须要要进行回回扬，回回扬水也也排入下下水道，从从而形成成了水资资源的浪浪费

22、。 （5）地地下水污污染 回回灌水在在地面受受到污染染（管网网的铁锈锈、垢层层，设备备的油污污，空气气的污染染等），再再灌入地地层，也也就污染染了地下下水。 6 克服井井水源热热泵诸多多弊端的的措施 6.11 措施施之1设计计、施工工与运行行方面必必须解决决十大参参数值 为克服服地下水水热泵诸诸多弊端端，有人人提出了了地下水水热泵在在设计、施施工与运运行方面面必须解解决的十十大参数数值，以以确保井井水源热热泵达到到新国标标规定，且且高效运运行。 （1）井井水温度度 155330。 （2）井井距、井井深 井井距400500m，井井深应确确保水温温参数。 （3）深深井出水水量 井井水量不不应取该该

23、地区同同类井抽抽水量的的最大值值，而应应比平均均水量小小5%10%。以确确保热泵泵系统必必须的水水量。 （4）回回灌井数数 抽水水井与回回灌井配配比应为为1:22（但目目前大多多为1:1），否否则不可可能达到到所要求求的回灌灌量，当当然，这这样初投投资会大大幅度增增加，用用户难以以接受。 （5）灌灌抽水量量比 新新国标规规定回灌灌量要达达到1000%，即即使抽灌灌井数11:2也也难达到到1000（因因回扬水水要排放放掉），但但最小也也应不小小于抽水水量的998%以以上。 （6）回回扬操作作 应坚坚持定期期回扬，时时间可为为177天，并并要设专专人按回回扬技术术进行操操作。 （7）抽抽水用潜潜水

24、泵检检修 为为确保地地下水热热泵系统统的正常常运行，应应0.551年年检修一一次。 （8）抽抽水量衰衰减值 三年内内衰减量量应不大大于200%，否否则应采采取修井井措施或或补打新新井。 （9）地地面沉降降 三年年内应不不大于55cm（应应由地质质部门和和审批打打井的部部门监测测管理）。 （10）地地下水污污染 为为使不将将污染的的水灌入入地层，回回灌水应应加装化化学加药药水处理理装置，以以达到原原地下水水质指标标（建议议由审批批打井的的部门管管理）。 如不能能做到上上述十大大参数值值，也就就达不到到新国标标的强制制性条文文的规定定，然而而要做到到十大参参数值指指标，也也并非容容易，特特别是要要

25、落实44100条，还还要增加加很多费费用，增增设测试试监管仪仪器和执执法人员员，建立立一些行行之有效效的制度度和条例例法规。这这些要涉涉及到政政府众多多职能部部门，如如建工局局、地矿矿局、 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=dayu 水水利局、打打井办、节节水办、供供热办等等，可见见难度之之大。 6.11 措施施之2多发发展地埋埋管热泵泵工程 如上所所述，地地埋管热热泵在具具有与地地下水热热泵共同同优点的的同时，不不存在地地下水热热泵的一一系列弊弊端，因因为地埋埋管热泵泵不取用用地下井井水，而而是真正正的闭路路循环，因因而不会会产生回回灌问题题及地面面沉降、水水资源浪

26、浪费和地地下水污污染等一一系列问问题。因因此说今今后应大大力推广广地埋管管热泵工工程项目目，而应应限制达达不到新新国标强强制性条条文规定定的地下下水热泵泵工程的的发展。 7 地埋管管热泵的的 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Information 节能技术术及尚待待研究的的问题 从以上上分析可可看出今今后大力力发展地地埋管热热泵应是是大方向向。为此此，对开开发地埋埋管热泵泵的节能能技术，进进一步挖挖掘地埋埋管热泵泵的节能能潜力就就更令人人关注。 7.11 地埋埋管热泵泵的节能能技术与与节能潜潜力 （1） 按冬季季热负荷荷 HYPERLINK /Sub06.aspx

27、设计地埋埋管热泵泵埋管换换热器，夏夏季增设设一些冷冷却塔散散热，减减少夏季季排入地地层的热热量，以以求得取取、排热热量的平平衡，以以及减少少初投资资与运行行能耗。 （2） 夏季不不将冷凝凝器的排排热量全全部排入入地层，而而是用部部分冷凝凝器排热热量加热热生活用用卫生热热水。使使卫生热热水无须须再使用用加热能能源。 （3） 地埋管管热泵系系统间歇歇运行，换换热量可可增加55，如如图6、图图7所示示。图6 间歇歇运行管管壁温度度测试结结果图7 地埋管管换热器器每米埋埋深换热热量 地埋管管热泵在在冬季供供热时，结结合实际际供热需需求及热热泵机组组的运行行状况，采采用间歇歇运行技技术，可可以弥补补地埋

28、管管换热缓缓慢的不不足，恢恢复换热热管壁及及管中水水的温度度，提高高综合效效率。 由图66可以看看出，间间歇运行行对恢复复换热管管壁温度度是十分分有利的的。如运运行初始始管壁温温度为112，运运行5hh(3000miin)后后停机，管管壁温度度降至约约9.77。停停机5hh（运行行3000停机机30006000miin）后后，管壁壁温度恢恢复到111.88（仅仅比初始始温度低低0.22）。再再开机55h（6600+30009000miin）以以满足用用户的供供热需求求，而后后又停机机10hh（9000+660015000miin）后后，管壁壁温度即即恢复到到初始的的12,从而而为下一一循环开开机运行行提供较较好的换换热条件件。这一一实验表表明，在在该项工工程中以以2425hh(约115000minn)即约约一天为为一周期期，进行行间歇运运行供热热是可行行的，而而且是节节能的。节节能效果果可从图图7所示示每米埋埋管换热热量的实实测加以以验证。 图7表表明了间间歇运行行和连续续运行的的地埋管管换热量