土壤源热泵介绍课件

土壤源热泵介绍克莱门特土壤源热泵介绍克莱门特热泵定义：利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的节能装置

分类（按热源）热泵定义：利用高位能使热量从低位热源流向高位地源热泵地源热泵：

是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。

地源热泵地源热泵：地源热泵形式地源热泵形式土壤源热泵系统统系管埋旋螺土壤源热泵系统统水源热泵系统地下水源热泵地表水源热泵水源热泵系统地下水源热泵地表水源热泵土壤源热泵空调概述土壤源热泵空调概述土壤源热泵国际能源大会WEC国际能源署IEA,国际制冷学会IIR等国际组织及从事热泵的研究者都普遍认为土壤源热泵是：在目前和将来最有前途的节能装置和系统国际空调和制冷行业前沿课题之一地热利用的重要形式1998年美国暖通空调工程师学会ASHRAE技术奖就授予土壤热源热泵系统。土壤源热泵国际能源大会WEC土壤源热泵被称为：“

21世纪的一项以节能和环保为特征的最具有发展前途的绿色空调技术”土壤源热泵被称为：热冷热热热冷地源热泵示意图——夏季热冷热冷热热热冷地源热泵示意图——夏季热冷

温暖冷温暖温暖冷寒冷温暖温暖温暖地源热泵示意图——冬季温暖冷温暖温暖冷寒冷温暖温暖温暖地源热泵示意图土壤源热泵与普通空调的比较土壤源热泵空调

普通空调主机设置

主机设置灵活风冷：主机要与外界通风良好，设置地点受限制（屋顶、地面）；水冷：冷却塔，锅炉位置受限制运行效率

土壤的温度很稳定，换热稳定，不受外界空气的变化而影响，运行效率高受外界天气条件影响大，运行不稳定效率低控制系统

不存在结霜问题北方冬季，风冷热泵冲霜问题，主机逆循环，室内室温控制受限。环境效益

真正意义的绿色环保空调将废热气或水蒸气排向室外环境，对环境造成很大的污染。运行费用

比风冷热泵的运行费节约30%～40%。全年使用的空调尤为明显。COP值较土壤源热泵小，运行能耗高土壤源热泵与普通空调的比较土壤源热泵空调普通空调主机设置与其他系统不同之处土壤源热泵与其他系统最大不同之处在于：夏季冷凝排热去向和冬季蒸发吸热的来源不同。

风冷热泵为：空气水源热泵为：地下水地源热泵为：土壤

与其他系统不同之处土壤源热泵与其他系统最大不同之处在于：夏季土壤源热泵的组成1.土壤换热器

2.水／水热泵主机

3.用户末端土壤换热器热泵机组用户末端水循环水或空气循环土壤源热泵的组成土壤换热器热泵用户末端水循环水或空钻井空气室外压缩机冷凝器/蒸发器墙体风机膨胀阀埋地换热器冷凝器/蒸发器室内可逆阀土壤液体循环泵土壤源热泵运行基本原理图钻井空气室外压缩机冷凝器/蒸发器墙体风机膨胀阀埋地换热器冷凝土壤源热泵空调系统图压缩机U型埋管膨胀阀空调末端水泵水泵蒸发器回热器冷凝器土壤源热泵空调系统图压缩机U型埋管膨胀阀空调末端水泵水泵蒸发土壤源热泵的特点可再生能源利用技术经济有效的节能技术

环境效益显著

一机多用，应用范围广系统维护费用低，运行可靠运行稳定，使用舒适

土壤源热泵的特点可再生能源利用技术土壤源热泵的特点地表土壤和水体，收集了47%的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多。地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散相对的均衡。对太阳能二次利用，符合可持续性发展趋势不受地域、资源等限制

1.可再生能源利用技术土壤源热泵的特点1.可再生能源利用技术土壤源热泵的特点全年土壤温度（5m以下）相对稳定，夏季土壤中的温度低于对应气候条件下空气温度，冬季土壤温度高于空气温度理论上讲，降低冷凝温度和提高蒸发温度都可提高循环效率，达到节能的效果土壤对地面空气温度波动有衰减和延迟，在耗电量相同的条件下，分别提高夏季供冷量或冬季的供热量

2.经济有效的节能技术土壤源热泵的特点全年土壤温度（5m以下）相对稳定，夏季土壤中土壤源热泵的特点污染物排放与空气源热泵相比减少40%以上，与电供暖相比减少70%。没有燃烧、排烟，也没有废弃物，且不用远距离输送热量，是真正的环保型空调，没有风扇的能耗和噪声。夏季不会向建筑周围空气放热，冬季不会从建筑物周围空气吸热。机组的埋地换热器可以布置在花园、草坪及建筑物周围地下，不占建筑面积。

3.环境效益显著土壤源热泵的特点污染物排放与空气源热泵相比减少40%以上，与土壤源热泵的特点可供暖、空调，还可供生活热水一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑更适合于别墅住宅的采暖、空调。4.一机多用，应用范围广土壤源热泵的特点可供暖、空调，还可供生活热水4.一机多用，土壤源热泵的特点地源热泵非常耐用，机械运动部件非常少所有的部件埋在地下或是安装在室内，从而避免了室外的恶劣气候地下部分可保证50年维护少，节省维护费用

5.系统维护费用低，运行可靠土壤源热泵的特点5.系统维护费用低，运行可靠土壤源热泵的特点机组的运行工况稳定，几乎不受环境温度变化的影响。寒冷的冬季制热量也不会衰减，更无结霜除霜之虑。在耗电量相同的条件下，能提高夏季供冷量或冬季或供热量。系统末端亦可作多种选择，空调效果稳定舒适。6.运行稳定，使用舒适土壤源热泵的特点机组的运行工况稳定，几乎不受环境温度变化的影土壤源热泵的发展早在1912年瑞士人H.Zoe11y就提出了土壤源热泵应用的思想，但大规模应用直到二战结束后，才在欧美兴起地下埋管换热器的研究真正开始于1946年。20世纪50年代初，英国的Sumner和vonCube安装了用于住宅供暖的地源热泵1973年“能源危机”以后，土壤源热泵的研究安装在欧美等国大量出现进入20世纪90年代，土壤源热泵的应用和发展进入了一个新发展阶段。目前，土壤源热泵在欧美的热泵装置的市场占有份额大约是3％。1993年成立了国际土壤源热泵协会（IGSHPA）。土壤源热泵的发展早在1912年瑞士人H.Zoe11y就提出土壤源热泵的应用情况在美国：截止1985年全国共有14,000台地源热泵1997年就安装了45，000台到1999为止已安装了400，000台每年以10％的速度稳步增长1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19％，其中新建筑中占30％。1998年美国能源部颁布法规，要求在全国联邦政府机构的建筑中推广应用地下耦合热泵供热空调系统。美国总统布什在他的得克萨斯州的宅邸中也安装了地源热泵空调系统。土壤源热泵的应用情况在美国：土壤源热泵的应用情况中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，（埋深<400米深）的地源热泵用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计，为家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96％，奥地利为38％，丹麦为27％。土壤源热泵的应用情况中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国土壤源热泵的发展（国内）

国内的地源热泵起步较晚，近几年已开始产业化起步，而且处在高速发展阶段。

80年~1998年主要以天津大学和天津商学院为主进行土壤热泵模拟实验。1998年至2004年重庆建筑大学、湖南大学、天津大学、山东建工学院、清华大学等单位在理论研究和实验研究方面有了一定的成果。最初的地源热泵工程主要是国内一些工程公司代理国外产品做的，近两年国内也出现了很多设备厂商和越来越多工程公司。土壤源热泵的发展（国内）国内的地源热泵起步较晚，近几土壤源热泵适用性适用于：

别墅和容积率不太高的公共建筑和办公楼等附近有足够打孔或埋管的区域，和适宜打孔或埋管的地质条件不太适用于：

建筑密度很大的地方地质条件比较恶劣的地区（如：地下岩层比较厚和硬）

土壤源热泵适用性适用于：土壤源热泵推广的限制地埋管的应用可能会受到当地地质条件的制约打孔和埋管要占用部分面积一次性投资费用比其他系统高，主要是额外增加地下埋管打孔费用地质情况的不确定性系统设计的技术要求比较高政府、建筑设计人员和公众对这一技术缺乏了解土壤源热泵推广的限制地埋管的应用可能会受到当地地质条件的制约冷却塔辅助冷却复合地源热泵在冷负荷大于热负荷时，若以夏季冷负荷设计埋管会大大增加初投资，冬季又浪费能源，因此可以采用冷却塔辅助冷却，减少埋管尺寸，降低安装费用。这种形式的系统已成功运用在了多个商用建筑中。

冷却塔补偿系统冷却塔辅助冷却复合地源热泵在冷负荷大于热负荷时，若以夏季冷负太阳能辅助加热复合地源热泵

太阳能辅助系统

在北方，热负荷大于冷负荷，采用太阳能板辅助加热，可以减少土源热泵的尺寸，提高热泵效率。夏季还可以提供生活用热水。太阳能辅助加热复合地源热泵

太阳能辅助系统在北方，热负荷大土壤源热泵地下埋管介绍土壤源热泵地下埋管介绍土壤换热器种类1.垂直(推荐)2.水平(用于建筑面积较小)

3.螺旋土壤换热器种类垂直埋管垂直管路闭式系统

特点：不需要直接抽取地下水，不会对本地区地下水的平衡和品质造成任何影响，不会受到国家地下水资源政策的限制。占地比水平埋管少，热交换比较稳定，打孔的费用比较高。垂直埋管垂直管路闭式系统特点：不需要直接抽取地下水，不水平埋管特点：施工比垂直埋管简单，占地较垂直埋管大，当埋深较浅时，换热易受环境的影响，土方开挖量比较大。水平闭式系统水平埋管特点：施工比垂直埋管简单，占地较垂直埋管大，当埋深较

螺旋闭式特点：水平埋管的变种，比水平埋管占地小，单位管长换热比水平埋管小，管用量比较大。螺旋闭式系统

螺旋闭式特点：水平埋管的变种，比水平埋管占地小，单位管长换

淹没环路淹没环路闭式系统淹没环路淹没环路闭式系统

形式形式埋深、管径和最小钻孔孔径对应表埋深、管径和最小钻孔孔径对应表垂直土壤换热器1.深度,一般为50m~120m占地面积,由孔数和孔距决定孔的直径,一般为100mm~150mm4.孔的距离一般为4m~8m5.孔内的管束:单U,双U6.U形管的材质直径,一般为1′PE管垂直土壤换热器1.深度,一般为50m~120m孔内管束1.单U 一般用于打孔成本较低(粘土,沙土等)2.双U 一般用于打孔成本较高(漂石,花岗岩等)孔内管束1.单U单位长度的换热量例如：上海地区，夏天放热量60～80W/米孔深；冬天吸热量40～60W/米孔深2.管距,推荐使用“弹性分离器”3.填料

早期使用膨润土(0.66~0.74W/MK) 改进后为膨润土+石英砂 现在根据现场情况选用导热性较好的填料单位长度的换热量例如：上海地区，夏天放热量60～80W/米孔设计过程1.制热量(制冷量)2.确定孔径,孔距和埋管直径,钻孔深度3.单位长度地埋管的换热量4.钻孔数量5.开槽图和钻孔分布图设计过程1.制热量(制冷量)上海地区土壤源热泵应用分析上海地区地下5m以下，土壤温度基本恒定，接近全年平均气温（15.7℃），100m处为19℃左右。上海地区夏季空调室外计算干球温度为34℃，冬季空调室外计算干球温度为-4℃。因此，使用土壤作为热泵机组的吸热和排热场所具有很大的优越性。

上海地区土壤源热泵应用分析上海地区地下5m以下，土土壤源热泵空调

经济性分析土壤源热泵空调

经济性分析

1.投资成本分析包括：钻井、埋管、地源热泵机组和末端空调系统。

Cane等（1996）的调查，在整个系统总投资中，地源部分（包括钻井、回填、埋管）的材料、安装与施工等费用约占20%--60%，平均占30%土壤源热泵空调的经济性分析1.投资成本分析土壤源热泵空调的经济性分析初投资费用的比较1.机组和水源热泵机组相近2.不需要打井3.增加钻孔埋管费用和水源热泵系统相比,初投资增加30~100元／平方米和风冷热泵相比,初投资增加30~60元／平方米初投资费用的比较1.机组和水源热泵机组相近土壤源热泵空调的经济性分析

2.运行能耗分析：Mancini等（1996）通过对加拿大和美国的12个地源热泵系统的调查表明，地源热泵的年能耗指标远低于常规空调系统冷热源平均年能耗指标。一个经过精心设计、安装和运行维护管理的地源热泵系统，在满足同样舒适性标准的前提下，其年运行能耗可仅为常规空调系统的50%。土壤源热泵空调的经济性分析2.运行能耗分析：运行费用1.和水源热泵相比增加5-20%2.和风冷热泵相比减少20-40%3.夏季提供免费的卫生热水运行费用1.和水源热泵相比增加5-20%土壤源热泵空调的经济性分析3.维护和维修费用：不同的建筑物形式，其地源热泵的维护维修费用也不同：在所调查的建筑物形式中：学校类建筑的维护维修费用最低办公类建筑最高住宅公寓类建筑介于以上两者之间土壤源热泵空调的经济性分析3.维护和维修费用：工施工地源热泵地下换热器施工工艺一施工准备二竖孔施工（水平埋管等）

三地下换热器系统连接地源热泵地下换热器施工工艺一施工准备二竖孔施工（水平埋管地源热泵地下换热器施工工艺一、施工准备

1分析地质资料，进行地下换热器的计算，确定施工方案；2分析方案，依据图纸、方案明确任务目标；（前期准备，需打测试孔，获得相关参数）3准备专用施工机械：钻孔机，回填泵等；准备专用管材专用回填料（按地质特征进行配方）等；5按图纸要求放线定位，明确打孔位置地源热泵地下换热器施工工艺一、施工准备1分析地质现场调查与地质咨询

(1)现场调查

建筑周围是否有树和高架设施有哪些地下服务设施实际可用的场地形状和面积是否便于就近大量排水

附近是否有地表水等水源(通常为200m以内)以供钻井使用

是否能提供380伏电源(2)地质咨询

向地质有关部门咨询

有关这个地区各地层地质构造了解其岩石硬度地下水的分布情况

(3)将以上两点综合起来加以分析解决确定其可行性与经济性现场调查与地质咨询(1)现场调查地源热泵地下换热器施工工艺二竖孔施工

1放线，定位，对点开钻；掘进提起钻杆准备埋管；4下管直至要求深度。5完成打孔施工。6试压7合格后，回填地源热泵地下换热器施工工艺二竖孔施工1放线，定位，地源热泵地下换热器施工工艺三地下换热器系统连接开挖管沟；管沟挖好后，铺垫回填材料；按要求将各井内的U形管连接成一个或几个系统，并分别引至机房主机安装位置；注水冲洗、排气；按要求试压，试压合格后继续将系统密封、保压；回填；系统准备与主机对接。地源热泵地下换热器施工工艺三地下换热器系统连接开挖管沟；地下换热器系统连接形式集管式非集管式

分水器集水器地下换热器系统连接形式集管式分水器集水器二次试压和回填

两种回填方法：第一种，用混和浆通过灌浆管将混和浆灌入孔中，回灌时根据灌浆的快慢将灌浆管逐渐抽出，使混和浆自下而上回灌、封井，确保钻孔回灌密实无空腔。第二种，采用人工回填的方法，回填物中不得有大粒径的，粒径回填过程必须缓慢进行以保证充实度，减少传热热阻。前一种回填方法能保证钻井回填紧密，后一种回填方法可以充分增加回填材料的热传导率。在回填结束一段时间后，须采用加热器（制冷）装置通过对土壤加热(制冷）10－12小时，来测定土壤传热情况，在分析的基础上对原设计进行修正。二次试压和回填两种回填方法：工程实例工程实例公司地源热泵工程实例北京首钢高新软件园北京中石化党校800KW朝阳区看守所上海科泰电子工厂克莱门特上海工厂公司地源热泵工程实例北京首钢高新软件园用

户

档

案承接的业务范围：地温空调设计、安装技术难点：地下车库下地埋管安装空调面积：38000m2安装时间：2003.3~2004.6注：项目已被建设部批准为科技节能示范项目公司地源热泵工程实例1.武汉市清江花园小区

用户档案注：项目已被建设部批准为科技节能示范项目公司地用户档案承接的业务范围：地温空调设计、安装空调面积:

6000m2安装时间：2001年10月~2002年6月投入使用时间：2002年7月至今公司地源热泵工程实例该工程主机选用两台克莱门特WRHH-1202地源热泵机组。系统运行使用效果良好

2.湖北省公安厅机动车驾驶员培训学校

用户档案公司地源热泵工程实例该工程主机选用两台克莱门特工程实例松江