《地源热泵技术讲解》-新员工培训

地源热泵知识讲解——基础知识普及版主讲人：金磊一、空调系统的分类二、地源热泵空调系统原理与分类三、中国地源热泵发展概况四、地源热泵资源状况五、地源热泵系统与其他系统比较六、地源热泵常用三板斧七、地源热泵相关知识问答2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司目录22023/1/11此处添加公司信息3一、空调系统的分类一般空调系统可以按设备的设置、负荷侧的介质、处理空气的来源、风管的风速进行分类，为了体系初地源热泵的空调系统的区别，现按照冷热源的类型进行分类：空气源：VRV、多联机、热水机等、常

规冷水机组（冷却塔）；太阳能：太阳能热泵（实验阶段）；地水源：地源热泵空调系统等；1.1系统的分类2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司4空调组成：1.2系统的原理压缩机（压缩）耗电做功使低温低压冷媒气体变为高温高压气体膨胀阀（膨胀）降低冷媒压力调整冷媒流量蒸发器（蒸发）冷媒通过空气或水等介质吸收热量使液态冷媒变为气态冷凝器（冷凝）把冷媒的热量排放到空气或水等介质中使气态冷媒变为液态气体高温高压液体高温高压液体低温低压低温低压气体压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置（四大件）5二、地源热泵空调系统介绍2.1系统的定义以岩土体、地下水或地表水为低碳热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。国家标准《地源热泵工程技术规范》1、利用浅层地热能既可供热又可制冷的高效节能空

调设备；2、通过输入少量的高品位能源（如电能），实现由

低温位热能向高温位热能转移。3、通常地源热泵消耗1kWh的能量，用户可以得到

4kWh以上的热量或冷量。百度百科2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司62.2系统的原理制冷原理制热原理2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司72.3系统的分类（1）土壤源热泵系统土壤源热泵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U形管状垂直安装在竖井中。（2）地下水水源热泵系统地下水地源热泵系统分外两种，一种通常被称为开式系统，另一种则为闭式系统（3）地表水、海水源热泵系统土壤源热泵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U形管状垂直安装在竖井中。（4）污水源热泵系统地下水地源热泵系统分外两种，一种通常被称为开式系统，另一种则为闭式系统2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司8土壤源A、水平敷设地耦管路B.垂直敷设地耦管路优点：初投资较垂直埋管系统低

运行维护费用低节能效果明显没有任何污染缺点：换热器占地面积较大

优点：运行及维护费用低系统可靠性强，稳定性强占地面积小节能效果明显，不产生任何污染

缺点：初投资费用稍高2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司9地下水2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司A、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。B、闭式地下水地源热泵系统是在地下水和地源机组之间用板式换热器隔离。地下水通过板式换热器和机组内的循环水进行能量的交换。优点：运行及维护费用低

室外施工费用较低

建筑周围环境影响小缺点：打井受政策限制

系统易受地下水源状况影响缺点：需临近有较大面积水域系统效率低于其他方式使用寿命比地埋换热系统短2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司A、闭式系统B、开式系统地表水海水优点：无需占用土地室外施工费用低

不产生任何污染

102023/1/11浙江陆特能源科技有限公司污水源11与其他热源相比，1、污水源热泵的技术关键和难点在于防堵塞、防污染、与防腐蚀。2、投资费用相对较低2.4系统设备吊顶空调机组2000~30000m3/h柜式空调机组3000~30000m3/h卧式风机盘管340~2380m3/h卡式风机机组340~2040m3/h组合式空调机组2000~170000m3/h（1）螺杆式水源热泵机组（2）涡旋水源热泵机组（3）离心式热泵机组末端设备主机设备2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司122.5实现功能制热水2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司1314地源热泵的发展历史地源热泵的现况三、中国地源热泵的发展2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司151912年瑞士人提出地源热泵系统概念1946年，美国第一台地源热泵系统在俄勒冈州的波兰特市中心区安装成功。1973年，美国阿克拉荷马大厦安装了地源热泵空调系统，并且进行全面的系统研究1978年，美国能源部（DOE）开始对地源热泵投入了大量的科技研发基金。1979年，美国阿克拉荷马州能源部成立了地源热泵系统科技研发基金会。1987年，国际地源热泵协会（IGSHPA）在阿克拉荷马州大学成立。1988年，美国俄克拉荷马商务部开始对地源热泵进行商务推广。1993年，美国环保署（EPA）大力宣传地源热泵系统，加深美国民众对地源热泵的认识。1994年，美国政府第一套地源热泵空调系统在俄勒冈州国会大学安装。1997年，中美签订《中美能效与可再生能源合作议定书》，其中主要内容之一是“地源热泵”项目的合作。1998年，国内重庆建筑大学、青岛建工学院、湖南大学、同济大学等数家大学开始建立了地源热泵实验台2006年，1月，国家建设部颁布《地源热泵系统工程技术规范国家标准》。2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司3.1发展历史加拿大50%瑞士96%奥地利45%丹麦35%美国全球75%日本亚洲技术领先2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司163.2国际状况目前，我国地源热泵系统发展经过了20世纪80年代~21世纪初的起步阶段和21世纪初~2004年的初步推广阶段，已经进入了快速发展阶段。如图所示3.3中国状况2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司183.3发展疑问1、行业发展迅速，大面积运用项目增加？2、地表水及土壤源热泵运用明显增加，地下水运用缩减？解：1、各类地源热泵项目的实施成功奠定了地源热泵的运用基础与经验房

地产行业与政府有了足够的信心推广大型项目；2、行业内进过初步竞争产生了一批实施能力强技术过硬的单位，给大型项目的实施有了

技术实力资金支持上的保证；

3、国家政府出台了大量的推广优惠补助政策；

4、大量的国际型地源热泵厂家入住中国，减少了地源热泵的实施成本同时带来了更加

多技术与经验和品质的保证。解：1、各地区常年地下水过度开产导致地下水量大大减少，各地限制地下水的开产；2、由于前期大量地下水水源热泵项目的实施确很难做到有效回灌技术实施上有瓶颈；

3、由于地下水源热泵的大量运用导致地下水受污染较为严重后果（热贯通、冷媒污染）；

4、土壤源热泵与地表水源热泵的技术成熟与大量推广，技术难点得到解决，初投资费用

的减少四、地源热泵资源状况2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司19地质分布规律地源热泵的适应情况根据土壤的分布情况，同时结合当地地质地形形成的砾石原因，在地源热泵系统通常利用的土壤深度范围内，也存在有规律性的因素可循4.1分布规律1.一般来说江河湖泊流域周边，以沙石、粉细砂、粘土为主。河流冲击形成的平原地带，地质结构以沙土为主，部分地

区地表水较为丰富，但其对地源热泵系统而言，开采回灌

的工艺难度较大。2.海岸周边的地质情况基本可以分为两类：沙石、卵石为主；

以岩石为主。3.山地、丘陵以及海拔较高地区以及周边以岩石为主。1232023/1/11浙江陆特能源科技有限公司204.1分布情况2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司21区域典型地区典型地质主要应用类型应用深度北京北部地区以岩石为主土壤源≤150m南部地区以沙土为主，部分地区卵石层较厚地下水≤180m黄河中部平原郑州、西安粘土、粉细砂、少量卵石层土壤源≤150m长江中部武汉岩石为主土壤源≤150m渤海内部海域周边天津、秦皇岛粗砂、细砂、卵石为主海水源≤200m黄海北部威海、青岛、日照岩石为主土壤源≤120m天山山脉乌鲁木齐岩石为主土壤源≤120m长三角流域苏州、扬州、上海粘土、粉细砂土壤源≤120m内蒙古中部平原呼和浩特、包头沙土为主，还有部分卵石土壤源≤120m山东中部济南岩石为主土壤源≤120m江苏中部徐州卵石为主地下水≤120m山西中部太原沙土为主，还有部分卵石土壤源≤120m浙江中东部杭州、宁波岩石为主土壤源≤120m重庆重庆地表水为主地表水湖南江西长沙南昌地表水为主土壤源地表水≤120m五、地源热泵系统与其他系统比较2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司22序号分项混合式地源热泵空调VRV+热水系统

水冷螺杆+锅炉系统1系统总冷热量总冷量：5712KW总热量：3428KW热水+泳池总热量：921KW空调总冷量：6900KW，空调总热量：4130KW热水+泳池总热量：921KW总冷量：5712KW总热量：3428KW热水+泳池总热量：921KW2系统组成地源热泵主机末端设备室内管道系统地埋换热器辅助冷却塔室外机室内机室内管道系统壁挂炉水冷机组末端设备室内管道系统冷却塔锅炉3系统能效比夏季：4.5冬季：4夏季：2.2～2.5冬季：1.3～2.5夏季：4.3冬季：用燃气锅炉，天然气热值：8700大卡/立方4系统初投资1807万元1839万元1567万元5空调系统全年运行费用221.72万元327.04万元271.99万元6热水系统全年运行费用87.21万元192.96万元192.96万元7系统全年运行费用比较相对水冷螺杆机组+锅炉系统节能33.56%相对VRV系统节能40.52%----8故障率地下土壤温度稳定，不受室外环境影响，机组运行工况条件好，故障率低受室外环境高低温影响（结冰），以及日晒雨淋，故障率较高冷却塔受室外环境影响较小，锅炉运行需考虑一定的安全系数，故障率较低9使用寿命主机20～25年地埋系统50年VRV主机8～10年壁挂炉15～20年水冷主机10～15年锅炉15～20年10维护保养维护简单，系统运行工况稳定，效率高，故障率低。随着管道的加长，对管材材质、制造工艺、现场焊接等的要求也提高；冷媒渗漏等问题也增多。锅炉为压力容器，存在安全隐患，须专人看管，维护费用较高序号分项混合式地源热泵空调VRV+热水系统

水冷螺杆+锅炉系统11计费

做分户计量的远程控制，采用时间型或能量型控制方式

如每户一台主机可实现单独计费；如一台主机拖多个房间可通过计量电子膨胀阀的开度，算出制冷剂的流量，进而算出消耗的冷量，结合单价算出费用

需用两套计量系统，夏天计量方式按时间型，冬天用锅炉，采用分时计量，间断式快速高温加热与低温保暖运行。12机房面积机房设备布置较紧凑，节约机房空间室外机可采用壁挂或立式放置，不需机房

置于室内影响房间有效空间需要冷冻站和锅炉房，机房面积较大13外观室外系统隐蔽，机房位于地下室，对外观无影响室外机需要置于开敞空间，对建筑外观有影响机房位于地下室，对外观无影响，只是机房面积需求大14舒适性舒适性高，不受环境影响噪音低受环境影响大，舒适性低冷媒导致房间空气干燥室外机噪音高舒适性能满足要求，不受环境影响噪音大15环境影响真正意义的低碳、绿色环保空调需借助壁挂炉制热水，有废弃物，对环境有影响制冷剂泄漏影响环境锅炉运行，废热废气影响环境；16政策国家大力扶持可再生能源项目，水地源技术成为十一五重点推广技术

暂无锅炉使用需消防部门审批17系统其它优点高效、节能、低运行费用，一机多用，稳定无冷却塔等辅助设备，一套系统实现制冷制热功能需另配热水系统造价低，适用性强，系统结构简单18系统其它缺点造价稍高，受地质、场地等的限制受环境影响严重，需要自动除霜装置，增加了功耗露天放置，风吹日晒，易受腐蚀，机组寿命短需专人负责，增加了管理费用19总结地源热泵系统总投资费用1807万元，运行费用308.93万元（含生活热水），不影响建筑立面，只需机房即可满足设备要求，受国家政策扶持，建议采用地源热泵系统2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司23六、地源热泵常用技术三板斧2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司246.1南北差异2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司26北方土壤含水量成分较低，当打井时若采用原浆回填，会产生缩水现象，原有一个体积的原浆，由于水分的损失在回灌后水分会被周边土壤吸收体积变小，产生空隙，从而使空气进入，大大减小埋管的换热效率。因此采用膨润土来解决这个问题，以保证埋管的换热效率。因为膨润土有很强的吸水性和膨胀性，可以是埋管的管井填实阻止空气进入影响换热效率。根据《地源热泵系统工程设计规范》地埋管打井回填为膨润土+沙子以一定比例回填，但是此项回填技术是基于本方干燥土质制定。回填问题北方方采用膨润土+沙子回填的原因膨润土2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司271、具有很强的吸湿性，能吸附相当于自身体积8一20倍的水而膨胀至30倍;2、在水介质中能分散呈胶体悬浮液，并具有一定的粘滞性、触变性和润滑性，它和泥沙等的掺和物具有可塑性结性，有较强的阳离子交换能力和吸附能力。是以蒙脱石为主的含水粘土矿。蒙脱石的化学成分为:（Al2,Mg3）Si4O10OH2•nH2O；

回填方法含水量较少含水量较高含水过多膨润土+黄沙（土壤）膨润土+黄沙+水泥（岩石）原浆+细沙（土壤）原浆+细沙（10米以下）原浆+细沙+膨润土（10米以下）6.2冷热平衡2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司29方案一：分区域热指引2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司30方案二：HBP热平衡控制2023/1/11浙江陆特能源科技有限公司316.3岩米换热以夏季制冷为例,地埋管换热器采用管径为32×3.0的聚乙烯PE100管材,在进口水温t1分别为20,25,30,35℃,出口水温t2比进口水温低5.0℃的工况下,分别对两口60m和85m深的竖井进行测量,得出竖井中单位管长热流