地源热泵系统开发利用资料汇报

地源热泵系统资料整理汇报一、地源热泵概述地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术，能将地下土壤中、地下水中的热量或者冷量转移到所需要的地方，为空调制冷或者采暖用。地源热泵利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力,冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内,夏季再把地下的冷量转移到建筑物内,一个年度形成一个冷热循环。二、热泵工作原理作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温流向低温。但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低，这也是热泵的节能特点。

1、制冷模式下：在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地表水、地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过风机盘管，以13℃以下的冷风的形式为房间供冷。2供暖模式:在供暖状态下，压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地表水、地下水或土壤里的热量，通过冷凝器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以35℃以上热风的形式向室内供暖。机组运行过程：冬天热泵中制冷剂正向流动，压缩机排出的高温高压R22气体进入冷凝器向集水器中的水放出热量，相变为高温高压的液体，再经热力膨胀阀节流降压变为低温低压的液体进入蒸发器，从地下循环液中吸取低温热后相变为低温低压的饱和蒸汽后进入压缩机吸气端，由压缩机压缩排出高温高压气体完成一个循环。如此循环往复将地下低温热能“搬运”到集水器，从而不断的向用户提供40℃-55℃的热水。夏天热泵中制冷剂逆向流动，与用户换热的冷凝器变为蒸发器从集水器中的低温水（7-12℃）提取热能，与地下循环液换热的蒸发器变为冷凝器向地下循环液排放热量。三、地源热泵的分类地源热泵热泵系统一般由室外热源和冷源（如：土壤换热器、地下水换热器、地表水换热器）、水环管路和热泵机组、室内末端输配系统（加压送风系统或地板盘管、风机盘管）三部分组成，有时还要增加冷却塔。地源热泵系统按照室外换热方式（亦即室外热源冷源）不同可分为三类：地表水热泵系统、地下水热泵系统、土壤埋盘管热泵系统。地表水热泵系统和地下水热泵系统也统称水源热泵系统。1地表水热泵系统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，与土壤热交换器地源热泵一样，它们被连接到建筑物中。一般情况下，只要地表水冬季不结冰，均可作为低温热源使用。我国有丰富的地表水资源，用其作为热泵的低温热源，可获得较好的经济效益。地表水相对于室外空气是温度较高的热源，且不存在结霜问题，冬季温度也比较稳定。利用地表水作为热泵的低温热源，要附设取水和水处理设施，如清除浮游生物和垃圾，防止泥沙等进入系统，影响换热设备的传热效率或堵塞系统，而且应考虑设备和管路系统的腐蚀问题。2地下水热泵系统利用地下水作为热源，制冷时，把建筑物内的热量通过热泵机组转移到地下水中，而制热时，把地下水中的热量通过热泵机组转移到建筑物内。如夏季，通过冷冻水循环泵将用户的热量吸收至机组，机组通过其内部循环将热量传递到地下水中，其实质是用能源水代替了冷却塔。地下水从机组中吸收了热量后排放，整个过程对地下水无消耗、无污染。冬季，水源热泵机组将地下水热量吸收后，通过内部循环将用户侧水加热，送到建筑物中供暖（也可用于加热洗浴热水）。地下水热量被吸收后排放。因为地下水温度夏季低于环境空气温度、冬季高于环境温度，且全年基本稳定，因而机组无论制冷或制热，都非常稳定且效率不受气温影响。3土壤热交换器热泵系统土壤热交换器热泵系统也称作地下耦合热泵系统，其是利用地下岩土中热量的闭路循环的地源热泵系统。它通过循环液（水或以水为主要成分的防冻液）在封闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的传热。这种空调系统是把热交换器（耦合埋管）埋于地下，通过水在由高强度塑料管组成的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行冷热交换的目的。夏季通过机组将房间内的热量转移到地下，对房间进行降温，同时储存热量，以备冬用。冬季通过热泵将土壤中的热量转移到房间，对房间进行供暖，同时储存冷量，以备夏用，大地土壤提供了一个很好的免费能量存贮源泉，这样就实现了能量的季节转换。地下耦合热泵系统在结构上的特点是有一个由地下埋管组成的地热换热器。地热换热器的设置形式主要有水平埋管和竖直埋管两种。水平埋管形式是在地面开1～3米深的沟，每个沟中埋设2、4或6根塑料管。竖直埋管的形式是在地层中钻直径为0．1～0．15m的钻孔，在钻孔中设置1组（2根）或2组（4根）U型管并用灌井材料填实。钻孔的深度通常为30－300m。现场可用的地表面积是选择地热换热器形式的决定性因素。竖直埋管的地热换热器可以比水平埋管节省很多土地面积，因此更适合中国地少人多的国情地源热泵系统三种类型的对比：类型受限制项目埋管式土壤源地下水源地表水源水资源法规不受限制，国家鼓励受限制，审批严格受限制，需审批地理位置适用我国大部分地区适用我国地下水源丰富地区受影响，要求地表水温冬季大于7°C，夏季小于30°C建筑物与地源距离不受影响，在建筑物周围垂直埋管即可长期抽水会造成地面沉降，井位密度和井距都有严格要求，要求回灌，对地下水无污染取水距离不宜过远寿命及可靠性不受影响，地下埋管可使用50年水井的取水量受地下水位的变化影响很大，水井的使用寿命受很多因素的影响取水量受地表水位的变化影响，输水管道的使用寿命比土壤源垂直埋管低得多结论通过以上类型对比分析，埋管式地源热泵是最适合我国的，虽然其他二种类型也有其固有的优点，但就我国的软硬件条件来看，还是存在一定的不合理和不可执行性，不宜在我国广泛推广。目前适用本项目的有土壤热交换器热泵系统和地下水热泵系统。四地源热泵系统优势特点地源热泵机组在电能的驱动下，将地下水、或土壤中不可直接利用的低位能量在热泵机组的作用下，成为可利用的高位能。一套系统它可以满足冬季供暖、夏季供冷的需要，又能用来制取卫生热水，解决洗澡用水的供应问题，充分显示了其一机三用的优越特性。

地源热泵技术具有以下七大优点：

1、环保无污染：省去了锅炉系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染；省去了冷却塔系统，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染，零污零排，低碳低能，有益于人体健康，有利于环境保护。

2、节省投资寿命长：配置到位时一套系统可解决冷、暖、浴，实现三个功能，

节省初投资设备，投资费用减少10%--25%；主机使用运行寿命可达到25年以上，约是传统热能设备的2倍。

3、节省占地：一方面省去了锅炉房及与之配套的煤场和渣场，节约了大量的土地资源；另一方面地/水源热泵机组机身体积小、重量轻，安装简单，可安装在地下室或闲置房内，不占地面有效空间。

4、高效节能：无室外机，不受室外环境变化的影响。无论冬季还是夏季，每投入1KW电能均可得到5KW左右的热能或冷能。能源利用效率远高于其他形式的中央空调系统。

5、应用范围广：除了从土壤或地下水提取能量，热泵机组还可以从工业废水、污水、中水、河湖水、海水中提取能量，广泛地应用在民用建筑采暖、冷暖空调、工业企业冷冻、冷藏、冷却、加热等领域，从而节约了大量采暖、供热、供冷能量。

6、运行稳定：地源热泵从稳定的地下能源中提取能量，与VRV风源热泵（从温度波动的空气中提取能量）相比，相当于汽车以经济时速在高速公路上行驶，平稳而安全，故障率较低。

7、节资：本系统最大特点是充分利用地下免费能源，通过一套系统来实现制冷和采暖，并提供生活热水，能效比高达400%，显著节省运行费用，无论冬季还是夏季，只有传统供冷供暖方式的1/2-1/3。同时本系统不需专人管理，高智能化运行，因此可显着减少管理人员成本。

不仅如此，地源热泵空调系统还具有很好的社会效益：

在我国的一些发达城市，夏季制冷、冬季采暖与供热所消耗的能量已占建筑物总能耗的40-50%。特别是冬季采暖用的燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用，给大气环境造成了极大的污染，对人们的健康形成了威胁。因此，建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一个重大问题。传统的采暖空调模式因其产生的环境污染正面临着严峻的挑战。对于夏季制冷的建筑来说，随着空气热泵空调的普及，空调的实际使用效果正在逐年下降，这是因为空调装机容量的增加，空调局部热岛效应交叉干扰的结果。天气越炎热，室外的温度越高，空调负荷也越大，而此时空调机向室外散热时，传热温差越小，空调机的运转效率就越低，设备也越费电。也就是说，除了燃煤供暖给环境造成污染之外，空调机同样会造成大气污染。另一方面，我国大部分地区冬冷夏热，夏天大量地使用风冷空调，造成某些大城市供电紧张，形成电荒，为了确保不会造成断电等问题出现，有些城市夏天限制用电量。另外，因为部分地区没有暖气供应，冬天使用电炉取暖，造成电力供应紧张。地源热泵机组制冷、供暖所需能量3/4左右来自地能，另外1/4左右来自电力输入，从而减少一次性的矿物能源消耗；不向室外排冷、热风，减少城市热岛效应。对环境非常友好。地源热泵空调是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的工程系统。冬季向建筑物供热，夏季又可供冷。可广泛应用于各类建筑中，如商业楼宇、公共建筑、住宅公寓、学校、医院等。随着21现在，我国对建筑节能的要求越来越高。减少我国冬季采暖和夏季供冷所造成的大气污染，降低供暖空调系统的能耗、节约能源是每个公民应尽的义务。特别是近几年来，大中城市为改善大气环境，大力推广使用包括可再生能源的清洁能源。随着人们生活水平的提高，建筑物不仅要满足冬季采暖的要求，而且需要夏季空调降温，地源热泵技术提供了这一问题的有效解决方案。地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷，还可供生活热水，一机多用。一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。系统紧凑，省去了锅炉房，避免危险源，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。地源热泵系统的一个显著的特点是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效节能的优点。地源热泵比传统空调系统运行效率要高约40～60％，节能50%左右。另外，地源温度恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，整个系统的维护费用也较锅炉－制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。鉴于本系统具备上述诸多特点，因而备受世界能源环保组织和发达国家推崇，并被市场广泛接受，自八十年代以来，年增长率保持在20%以上。特别是日益提倡环保节能的今天，越来越多的工程项目在选择空调设备时都首选地源热泵中央空调，地源热泵中央空调是替代传统热能设备的首选新型热能设备。五地源热泵系统经济性分析1.地源热泵中央空调与常规中央空调特点比较

比较项目地源热泵中央空调溴化锂吸收式

直燃机组水冷机组+燃油（气）热水锅炉水冷机组+电热锅炉占地面积机房占地面积小，也可不设专用机房，采用小机组灵活安装在各个房间机房占地面积较大需要冷冻机房和锅炉房，占地面积大需要冷冻机房和锅炉房，占地面积大设备寿命主机25年，地埋系统50年以上10-15年冷水机组15-20年燃油锅炉10年冷水机组15-20年燃油锅炉15年水资源消

耗利用土壤和地下水的热量，不消耗水资源夏季冷却水消耗量为循环量的1%-2%，冬季供热需排污补水夏季冷却水消耗量为循环量的1%-2%，冬季供热需排污补水夏季冷却水消耗量为循环量的1%-2%，冬季供热需排污补水能源消耗电能，能效比4～6以上燃油或燃气，能源利用率80%夏季利用电能，能效比3.5～4.5，冬季燃油或燃气，能源利用率80%电能，能效比3.5～4.5环境保护无燃烧排放，无热岛效应有燃烧污染，冷却塔有一定的噪音和水霉菌污染有燃烧污染，冷却塔有一定的噪音和水霉菌污染无燃烧污染，冷却塔有一定的噪音和水霉菌污染运行维护系统组成简单，维护量小，维护方便，节能效果明显，节能率40%～70%水泵、冷却塔能耗大，机组冷量衰减快，维护运行费用高需要制冷供热两套机组和维护人员，运行维护复杂，锅炉房需要设置安全措施需要制冷供热两套机组和维护人员，运行维护复杂，冬季运行费用高控制灵活性可分区域控制，各区域可单独制冷或制热，互不影响集中控制，不能单独选择制冷或供热集中控制，不能单独选择制冷或供热集中控制，不能单独选择制冷或供热投资可分期投资，根据实际需要逐台安装一次性投资一次性投资一次性投资2.地源热泵初投资费用分析目前制冷供热行业常见系统及其基本造价如下图表所示：图1序号系统方式单平米造价（元）1耦合式地源热泵4352水源热泵3653空气源热泵3054集中供热405燃气热水炉446燃油锅炉407电锅炉408单冷空调2309冷水机组25210吸收式制冷机组27511VRV变频空调系统310表1注：

1).表1中第1项、第2项可独立实现制冷供暖两种功能。

2).表1中第3项冬季供暖时需考虑辅助电加热系统。

3).表1中第8、9、10、11项需与第4、5、6、7项两两组合方能实现制冷供暖两种功能（第11项就该系统实际运行情况看，其冬季的供暖效果不太令人满意，尤其是在我国北方地区；用于过渡季节的辅助供暖还可以）。

以实现建筑制冷供暖两种功能为比较基准，就项目初投资而言，由表1、图1可得出以下结论：

1).图中第1项比第2项初投资低，但由于涉及到地下水源的利用，而且会受到水质、水量等因数的影响，存在审批问题。2).耦合式地源热泵系统初投资最高。

3).第8项与供暖组合后的系统投资相对也比较低，同时也不涉及相关政府政策问题，但其系统布置影响建筑外观，不适合公用建筑使用。4).第1项、第2项相比其他组合来说造价较高，但是系统的设备组成、所占用的面积及维护工作量要小的多。3.地源热泵系统夏季运行费用分析图2（北京夏季一个制冷季，90天，单位：元/m2）

图2中数据以目前市场中的基本实际情况为来源，由此可得出以下结论：

1).地源热泵比冷水机组中央空调节省34%；

2).地源热泵比直燃机节省38%；

3).地源热泵比家用空调节省48%。4.地源热泵系统冬季运行费用分析图3

（北京冬季一个采暖季，125天，单位：元/m2）

图3中数据以目前市场中的基本实际情况为来源，由此可得出以下结论：

1).地源热泵比电缆地板采暖节省48.6%；

2).地源热泵比天然气集中采暖节省51.8%；

3).地源热泵比挂壁炉供暖节省57.5%；

4).地源热泵比电热膜供暖节省59.8%。由上述分析可以得出地源热泵系统具有良好的经济效益：1、综合造价：地源热泵系统由于地下地质结构的不确定性，对系统造价有较大影响，其初投资比传统冬夏两用中央空调组合稍高。但其机房占地面积小，也可不设专用机房。2、高效节能，运行费用低。地源热泵的冷热源温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。在制热制冷时，输入1KW的电量可以得到4KW以上的制冷制热量。运行费比常规中央空调系统低40%左右，节能明显。按一年制冷采暖运行成本以45元每平米计算，服务建筑面积以10万平米(酒店+集中商业使用），节省率以40%计算，每年可以节省运行费用约180万，约七八年内就可以收回高出的投资成本，故使用地源热泵系统经济效益明显，节能环保，具有可行性。目前湖北省内为鼓励节能减排，已有城市对采用地源热泵系统的给予专项财政补贴。武汉市对地源热泵的财政补贴为50元/㎡，宜昌市对土壤源热泵补贴为50元/㎡，水源热泵40元/㎡，襄阳市对地源热泵补贴为80元/㎡。六存在的主要问题与建议：地源热泵系统的建设，无论是地下水水源热泵系统，还是地埋管水源热泵系统，都会和都要“破坏”地下原有的岩土层与含水层的地质水文构造与条件。首先，在钻井过程中，不论是打水井，还是钻垂直埋管井眼，都会使原本相互隔离与封闭的地下含水层有可能串通起来，在各含水层之间产生相互影响；当地下井系建成之后，在地源热泵系统运行过程中，冬季从地下取热，夏季向地下释放热量必然会使地下的温度场，流场产生冬夏的交迭周期变化。对于地下水水源热泵系统，当周期地进行循环抽灌时，更会引起水位、水温、渗流速度与流向、水质的变化。1、水源热泵系统（采用地下水或地表水为冷热源）存在的主要问题：1）.水源对热泵的影响地下水的水量、水质、水温是影响水源热泵效率的主要因素。如果进入热泵系统的水量不足，水温不适，系统的效率将会受到影响；如果水质不满足要求，有可能会造成系统的腐蚀、结垢、磨损，设备安装时的残留油垢以及热泵与风机润滑系统泄漏的油污也会影响换热器的换热效果及缓蚀剂的使用效果，减少机组的寿命，所以要做地下水水文地质报告进行分析评估、决策，和便于采取相应有效措施。2）.不合理的回灌设计造成“热短路”抽水井周围地下水温度的稳定对于维持地下水源热泵的效率起着关键性作用，但是回灌过程中，回灌井附近地下水的温度会出现变化，随着时间的推移，这种温度的变化会影响到抽水温度，就有可能在热泵运行过程中造成地下“热短路”。因此在进行地下水源热泵的设计时，要通过水文地质试验合理设计井间距，将回灌井对抽灌井的温度影响减小到最低的水平，避免热短路的发生。3）．对地下热平衡的破坏人类为了使室内保持舒适的温度，将建筑内的冷/热量转移到了地下，，如果热泵夏季输入到地下的总热量和冬季从地下提取的总热量需求不平衡，，这样会形成长期的冷热岛，不但降低热泵的效率，而且长期下去会对地质环境不利，有可能造成地下的冷热污染，引起生态平衡问题，需要采取冷却塔辅助措施。4）.对地下水质的影响地下水的回灌方式不合理或施工部当会造成地下水水质恶化，热泵系统应用过程中有可能会使外界的空气与地下水接触，导致地下水氧化，地下水氧化会使地下水的化学成分发生变化，从而对地下水水质产生不良的影响。5).地面沉降浅层地下水通常储存在由松散的、未固结或弱固结的第四纪沉积物组成的含水层中，地下水源热泵往往开采的是夹在粘性土层之间的砂层中的地下水，砂层内部也会夹有粘性土。而粘性土层压缩性大，地下水位下降时易发生压缩形变，如果开采区粘性土层厚度较大，并且不及时回灌，就有可能会产生岩土体变形，导致不均匀的地面沉降。不过，一般情况下独立的地下水源热泵不会诱发显著的地面沉降，但当地下水源热泵密集分布时，如果形成联合漏斗，有可能会增加地面沉降的风险。6).行政审批目前有较多城市为保护地下水资源部不允许大量采地下水，地下水源热泵涉及地下水资源开采利用，需要得到政府相关部门批准，办理相应手续。2、土壤式地源热泵系统也存在U型埋管换热器的“热短路”现象，打井孔回填施工不当造成地下水污染等问题。土壤成分和热物特性也会对系统产生较大影响，一般需做土壤热物性测试，以利于系统设计。地源热泵系统的全年供冷供热性能与经济性强烈依赖于建筑的冷、热负荷计算，设备选用，和地下埋管或水井设计计算与施工。精心设计与精心施工的工程和粗制滥造的工程，无论在性能上、在初投资上、还是运行费用上、及使用寿命上都会有很大的差别近几年我国的地源热泵建设发展迅速，由于设计与建设过程中缺乏统一的设计计算方法、测