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地源热泵资料

系列分类：

常规水源热泵、海水水源热泵

第一部份：

常规水源热泵

机组简介

　　“宏星”水源热泵中央空调是广州宏星冷冻机械制造与国家甲级设计院联合开发的具有世界先进水平的健康、环保、节能型中央空调系统。

其利用地下水常年温度维持在恒定范围（10℃-25℃）的特点，以地能（地下水、土壤）为要紧能源，电能为辅助能源，通过先进的水源热泵中央空调系统，将地下取之不尽，但不能直接利用的低位能开发利用，成为可利用的高位能（冬季从地下吸收热量，夏日向大地放出热量，再由水源热泵中央空调系统向建筑物供冷供热），知足冬季供暖、夏日制冷的需要。

该系统和常规的供热空调系统相较大约节能50%，是一种利用可再生能源的高效、节能、健康、环保的既可供暖又可制冷的新型空调系统。

　一、水源热泵的概念　　水源热泵是利用地球水所储藏的太阳能资源作为冷、热源，进行转换的空调技术。

　　水源热泵可分为地源热泵和水环热泵。

地源热泵包括地下水热泵、地表水（江、河、湖、海）热泵、土壤源热泵；利用自来水的水源热泵习惯上被称为水环热泵。

　二、水源热泵的原理　　地球表面浅层水源（一样在1000米之内），如地下水、地表的河流、湖泊和海洋，吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量，而且水源的温度一样都十分稳固。

水源热泵技术的工作原理确实是：

通过输入少量高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。

水体别离作为冬季热泵供暖的热源和夏日空调的冷源，即在夏日将建筑物中的热量“取”出来，释放到水体中去，由于水源温度低，因此能够高效地带走热量，以达到夏日给建筑物室内制冷的目的；而冬季，那么是通过水源热泵机组，从水源中“提取”热能，送到建筑物中采暖。

　三、水源热泵的优势　　水源热泵与常规空调技术相较，有以下优势：

　　一、高效节能　　水源热泵是目前空调系统中能效比（COP值）最高的制冷、制热方式，理论计算可达到7，实际运行为4～6。

　　水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12～22℃，水体温度比环境空气温度高，因此热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。

而夏日水体温度为18～35℃，水体温度比环境空气温度低，因此制冷的冷凝温度降低，使得冷却成效好于风冷式和冷却塔式，从而提高机组运行效率。

水源热泵消耗的电量，用户能够取得～的热量或～的冷量。

与空气源热泵相较，其运行效率要高出20～60％，运行费用仅为一般中央空调的40～60％。

　　二、属可再生能源利用技术　　水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。

其中可以利用的水体，包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。

地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，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（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量），而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。

这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。

所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。

　　3、节水省地　　以地表水为冷热源，向其放出热量或吸收热量，不消耗水资源，不会对其造成污染；省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施，机房面积大大小于常规空调系统，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。

　　4、环保效益显著　　水源热泵机组供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，无燃烧过程，避免了排烟、排污等污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音、霉菌污染及水耗。

所以，水源热泵机组运行无任何污染，无燃烧、无排烟，不产生废渣、废水、废气和烟尘，不会产生城市热岛效应，对环境非常友好，是理想的绿色环保产品。

　　五、一机多用，应用范围广　　水源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。

特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物，水源热泵有着明显的优点。

不仅节省了大量能源，而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求，减少了设备的初投资。

其总投资额仅为传统空调系统的60%，并且安装容易，安装工作量比传统空调系统少，安装工期短，更改安装也容易。

　　水源热泵可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，小型的水源热泵更适合于别墅、住宅小区的采暖、供冷。

　　六、运行稳固靠得住，保护方便　　水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动，水体温度较恒定的特性，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；采用全电脑控制，自动程度高。

由于系统简单、机组部件少，运行稳定，因此维护费用低，使用寿命长。

　　7、符合国家政策，取得政策性支持　　国家十分重视可再生能源开发利用工作，《中华人民共和国可再生能源法》已于2006年1月1日起实施；同时，在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中，又把大力发展和规模化应用新能源和可再生能源作为能源领域的优先发展主题。

从国家立法和发展战略的高度，对可再生能源的发展应用予以强力推动。

　　国家财政部、建设部已经发文《关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》以及《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》，明确指出“十一五”期间，可再生能源应用面积占新建建筑面积比例为25%以上，到2020年，可再生能源应用面积占新建建筑面积比例为50%以上，这为我国水源热泵的进展提供了良好的环境和强劲的动力。

　四、分类　　一、利用地下水形式　　说明：

就是通常所说的深井回灌式水源热泵系统。

通过建造抽水井群将地下水抽出，通过二次换热或直接送至水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下。

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，对热泵的运行十分有利。

通常系统包括带潜水泵的取水井和回灌井。

　　二、利用地表水形式　　说明：

由浸泡在水面以下的、多重并联的塑料管组成的整体，做为地下水热交换器，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。

利用包括江水、河水、湖水、水库水以及海水作为热泵冷热源。

　　3、垂直地埋管形式　　说明：

以Ｕ形管状垂直安装在竖井之中。

通过中间介质（通常为水或者是加入防冻剂的水）作为热载体，使中间介质在土壤耦合地热交换器的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行热交换的目的。

　　4、水平地埋管形式　　说明：

以Ｕ形管状水平安装在地表挖的沟渠之中。

第二部份：

海水水源热泵　　　机组简介

　　蒸发器为满液式结构，冷凝器和蒸发器均采纳特殊防腐材料制造，其利用海水（或地下侵蚀性较强水质）常年温度维持在恒定范围（7℃-25℃）的特点，以海水（或地下）为要紧能源，电能为辅助能源，通过先进的水源热泵中央空调系统，将大海中（地下）取之不尽，但不能直接利用的低位能开发利用，成为可利用的高位能（冬季从海水/地下吸收热量，夏日向海水/地下中放出热量，再由水源热泵中央空调系统向建筑物供冷供热），可同时知足冬季供暖、夏日制冷和生活用水的需要。

该系统和常规的供热空调系统相较大约节能50%，是一种利用可再生能源的高效、节能、健康、环保的既可供暖又可制冷的新型空调系统。

　　（注：

上述地下水指不能被用做生活用，不能饮用的带有必然侵蚀性的地下水源，比如山东北部地域和各沿海部份地域的地下水源都如此，此地域假设采纳打井方式安装水源热泵，也必需采纳海水式机组。

）　　

两器说明

　　海水机组不但要具有优越的系统设计，而且更好具有换热器经久耐用的特性，除机房之外的一系列防护方法外，机组内部的冷凝器和蒸发器是海水机组的重要组成部份。

两器的耐侵蚀性和良好的换热性，决定着整套系统的稳固和机组的利用寿命。

　　一、海水冷凝器

采纳横置壳管式冷凝器，热互换管为外螺纹合金管，冷凝器两头盖为可拆式，可拆下端盖清洗铜管，冷凝器筒身上装有平安阀，保证制冷系统平安工作。

　二、满液式海水蒸发器

满液式蒸发器，热互换管采纳外螺纹合金管，提高机组的换热面积，两头盖为可拆式，可拆下端盖清洗铜管，蒸发器外表贴附入口保温材料，幸免冷量损失。

案例：

一、工程概况

本工程为别墅，地下一层，地上三层，建筑面积约为620平方米，空调面积约为420平方米，设计内容包括制冷、制热及生活热水。

空调系统依照建筑节能标准配置，屋面传热系数≤、墙体传热系数≤、楼板地面传热系数≤、窗户传热系数≤，遮阳系数≤、门传热系数≤

室内外设计计算参数

（一）室外计算参数

一、夏日：

空调干球温度°C，空调湿球温度°C，室外风速6m/s。

二、冬季：

空调干球温度-11°C，相对湿度53%，室外风速s。

（二）室内设计参数

房间类型

冬天室内设计值

夏天室内设计值

干球温度℃

相对湿度%

干球温度℃

相对湿度%

餐厅

厨房

卧室

书房

客厅

瑜伽区

品酒区

娱乐区

走廊

家庭影院

卫生间

空调夏日室内总冷负荷为，冬季空调室内总热负荷为。

（A）夏天：

机组启动制冷，总制冷量为，知足制冷要求；同时采纳全热回收提供免费的生活热水；

（B）过渡季节：

空调不启用，机组变成一台热泵热水器，提供充沛的生活热水；

（C）冬季：

机组提供采暖，完全能知足采暖和生活热水需求；

（D）生活水箱按300L容量配置。

（标准为50L/人*天）

四、地下换热器五十年模拟设计（groundloopdesign）

输入条件：

一、土壤导热系数（），热扩散性day;

二、回填料采纳黄

◆ 在50年热平稳的基础上，经模拟计算，总共需要941米单U孔深，可设计米孔深，共11口井，孔距4米。

孔距建筑不小于米，布置于别墅周围空地，占地110-165平方。

五、机组运行费用

一、夏日运行费用

制冷共120天，天天按10小时运行时刻计算，平均按元/度电计价,平均负荷系数取:

运行费用=（4）*10***120=5702元

二、冬季运行费用

采暖共90天，天天按10小时运行时刻计算，平均按元/度电计价,平均负荷系数取:

运行费用=（4）*10***90=3810元

水源热泵中央空调水系统中存在的问题

1.由于水源热泵机组采纳地下水来作为外循环水，地下水含有必然量的泥沙和悬浮物，使其在进入设备时会对机组、管、阀造成必然的损伤，含沙量高和浑浊度高的地下水，假设在利用进程中未处置，那么回灌时会造成含水层堵塞，使回水量慢慢降低。

2.地下水还含有不同的离子、分子、化合物和气体，是地下水具有酸碱度、硬度和侵蚀性等化学性质，会对机组材质造成必然的阻碍，专门是在冬季制热情形下，水温常常在50℃以上，水中的钙、镁离子容易析出结垢，阻碍换热结果

四、地源热泵中央空调之水处置方案

若是水源的水质不适于地源热泵利历时，能够采取相应的技术方法进行水质处置，使其符合机组要求。

在水源系统中常常利用的水处置技术有以下几种：

1.当水源水中含啥量较高时，可在水源水管路系统中加装旋流除砂器降低水中含砂量，幸免机组和管阀蒙受磨损和堵塞

2.有些水源浑浊度较大，当水质处置不妥，回灌时会造成含水层堵塞，回灌水量慢慢降低，阻碍供水系统的稳固性和寿命。

能够安装“全程处置器”解决系统中的水质问题。

地源空调系统的社会效益

我国大部份地域冬冷夏热，夏天大量地利用风冷空调，造成某些大城市供电紧张，形成电荒，为了确保可不能造成断电等问题显现，有些城市夏天限制用电量。

另外，因为部份地域没有暖气供给，冬季利用电炉取暖，造成电力供给紧张。

因此，冬季供暖价钱的上调使供暖的运行费用有所提高，再加上供暖造成的污染严峻，让咱们不能不试探采纳一些节能环保的产品。

地源热泵机组制冷、供暖所需能量3/4左右来自地下，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。

对环境超级友好。

地源热泵空调是一种利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，夏日又可供冷。

可普遍应用于各类建筑中，如商业楼宇、公共建筑、住宅公寓、学校、医院等。

随着21此刻，我国对建筑节能的要求愈来愈高。

减少我国冬季采暖和夏日供冷所造成的大气污染，降低供暖空调系统的能耗、节约能源是每一个公民应尽的义务。

专门是近几年来，大中城市为改善大气环境，大力推行利用包括可再生能源的清洁能源。

随着人们生活水平的提高，建筑物不仅要知足冬季采暖的要求，而且需要夏日空调降温，地源热泵技术提供了这一问题的有效解决方案。

地源热泵竖直地埋管换热器的热平稳问题及解决方案

地源热泵是以大地为热源对建筑进行供热或制冷的技术。

作为一项可持续进展的建筑节能技术正在慢慢走向成熟，它有着空气源热泵不可比拟的优势，地埋管地源热泵系统只会引发土壤温度的转变，而不会引发地下水位下降和地面的沉降，也不存在地下水污染和回灌不完全等问题。

是一种对环境比较平安的取、放热方式。

地源热泵系统中的地埋管换热器分为水平地埋管换热器和竖直地埋管换热器，水平地埋管换热器通常距离地面 1～2 m，由于埋深较浅，能够和地面进行充分的热互换，因此，不存在地下土壤的热平稳问题。

竖直埋管换热器通常埋深在 30～100 m 之间，其热交换对象是深层土壤，而深层土壤又不可能与地表环境进行充分的热互换，就容易使得土壤显现取、放热的不平稳。

1 、地下土壤热失衡的缘故冬季通过热泵提取地下的低位热能给建筑物供暖，同时，地下埋管周围的温度降低；夏日通过热泵把建筑物中的热量传输给大地，对建筑物降温，同时，地下埋管周围的温度升高。

显然，这种温度的升高或降低，对昔时采暖（或空调）季的地埋管换热器的传热性能有必然阻碍。

若是在 1 年中冬季从地埋管换热器中抽取的热量与夏日向地埋管换热器输入的热量平稳，那么地埋管换热器在数年的长时刻运行后，地下的年平均温度没有转变，对地埋管换热器的性能没有阻碍。

在夏热冬冷地域，供冷和供暖的天数相差无几，冷热负荷大体相等，因此，垂直地埋管地源热泵的最佳利用区域是夏热冬冷和冬夏冷热负荷相当的地域。

在严寒地域由于其冬季热负荷大于夏日冷负荷，造成热泵从地下土壤的吸热量大于夏日向土壤的排热量，致使土壤温度慢慢降低、设备耗功率上升、供热性能系数 COP 降低，一样情形下，土壤温度降低 1 ℃，会使制取一样热量的能耗增加 3%～4%。

同理，关于南方地域，由于夏日空调冷负荷大于冬季热负荷，可能造成地下土壤的温度升高，进而致使机组的冷凝温度提高、制冷量减少、设备耗功率上升。

因此，维持垂直埋管地源热泵地下换热系统的吸、放热平稳是热泵系统正常、高效运行的靠得住保证。

二、利用太阳能的可行性

在酷寒地域和严寒地域，垂直地埋管热泵的地下换热系统冬季向土壤吸收的热量远大于夏日向土壤的排放热量。

现在，为了使土壤能够维持热平稳状态、保证热泵的运行效率，就需要增设一个向系统提供热量的辅助热源。

太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色环保能源，随着科学技术的不断进步，人们利用太阳能的技术趋于成熟，从而使其应用于建筑物的采暖制冷系统中成为可能。

另外，太阳能利用比较灵活，规模可大可小，在日照条件好的情形下，以太阳辐射热作为蒸发器热源的热泵系统能够取得比空气源热泵更高的蒸发温度，其系统的能效比（COP）可达到 4 以上。

可见，以太阳能作为地源热泵的辅助热源是超级可行的。

土壤源热泵空调系统的设计方式一、土壤源热泵空调系统的组成　　要紧由地源热泵空调机组、土壤源热泵换热器、循环水泵、结尾装置、管路系统及相关附件组成。

二、土壤源热泵空调系统　　土壤源热泵空调系统，确实是在地下埋设管道作为换热器，管道与热泵机组连接形成闭式环路，管道中有液体流动通过循环将热泵机组的凝结热通过管道散入地下（供冷工况），或从大地吸取热量供给热泵机组向建筑物供热（供热工况）。

土壤源热泵空调系统设计的要紧部份为土壤源热泵换热器的设计，故下文就以换热器的设计进行展开。

3、竖直埋管换热器型式及设计要点⑴、竖直埋管换热器型式　　土壤源热泵换热器有多种型式，按埋管方式分水平埋管、竖直埋管、螺旋埋管等。

这三种埋管型式各有自身的特点和应用环境。

在国内采纳竖直埋管更显示出其优越性：

节约用地面积，换热性能好，可安装在建筑物基础、道路、地、广场、操场等下面而不阻碍上部的利用功能，乃至可在建筑物桩基中设置埋管，见缝插针充分利用可利用的土地面积。

地下热互换器中流体流动的回路形式有串联和并联两种，串联系统管径较大，管道费用较高，而且长度压降特性限制了系统能力。

并联系统管径较小，管道费用较低，且常常布置成同程式，当每一个并联环路之间流量平稳时，其换热量相同，其压降特性有利于提高系统能力。

因此，实际工程一样都采纳并联同程式。

结合上文，即常采纳U型管并联同程的热互换器型式。

最经常使用的竖直埋管换热器型式确实是由垂直埋入地下的U型管并联同程的热互换器型式。

⑵、竖直埋管深度　　竖直埋管可深可浅，须依照本地地质条件而定，如20m、30m……直到200m以下。

确信深度应综合考虑占地面积、钻孔设备、钻孔本钱和工程规模，热传导成效等。

例如天津地域地表土壤层很厚，钻孔费用相对廉价，宜采纳较深的竖直埋管，因深埋管的本钱低、换热性能好、并可节约用地。

但据有关研究说明：

U型管的换热主若是在进水支管内完成的，随着钻孔深度的增加，出水支管引发的温起落低，支管间的热短路加重。

因此在知足工作功率的前提下，缩短钻孔深度不但能降低本钱，还能够减少热短路的阻碍。

因此建议钻孔深度不超过150米为宜。

⑶、竖直埋管材料　　一样来讲，一旦将换热器埋入地下后，大体不可能进行维修或改换，这就要求保证埋入地下管材的化学性质稳固而且耐侵蚀。

常规空调系统中利用的金属管材在这方面存在严峻不足，而塑料管具有耐侵蚀、易加工、传热性能可知足换热要求、价钱廉价等优势。

由于需要埋入地下的管道的数量较多，故应该优先考虑利用价钱较低的管材。

因此土壤源热泵系统中一样采纳塑料管材。

目前最经常使用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材，它们能够弯曲或热熔形成更牢固的形状，能够保证利用50年以上；而PVC管材由于不易弯曲，接头处耐压能力差，容易致使泄漏，因此，不推荐用于地下埋管系统。

⑷、确信管径　　在实际工程中确信管径必需知足两个要求：

　　①、管道要大到足够维持最小输送功率；　　②、管道要小到足够使管道内维持紊流以保证流体与管道内壁之间的传热。

　　显然，上述两个要求彼此矛盾，需要综合考虑。

一样并联环路用小管径，集管用大管径，地下热互换器埋管经常使用管径有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管内流速操纵在s以下，对更大管径的管道，管内流速操纵在s以下。

⑸、竖直埋管换热器钻孔孔径及回填材料　　竖直埋管换热器的形成是从地面向下钻孔达到估量深度，将制作好的U型管下入孔中，然后在孔中回填不同材料。

在接近地表层处用水平集水管、分水管将所有U型管并联组成地下换热器。

依照地质结构不同，钻孔孔径能够是Ф100、Ф150、Ф200或Ф300，某些地域地表土壤层厚，为了钻孔、下管方便多采纳大孔径。

回填材料能够选用浇铸混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。

材料选择要兼顾工程造价、传热性能、施工方便等因素。

从实际测试比较浇铸混凝土换热性能最好，但造价高、施工难度大，但可结合建筑物桩基一路施工。

回填沙石或碎石换热成效比较好，而且施工容易、造价低，可普遍采纳。

4、竖直埋管换热器系统的设计方式

⑴、计算冷，热负荷　　①、建筑物冷热负荷的计算

　　②、冬夏日地下换热量计算　　冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。

可以由下述表格参数计算：

土层

石土层

石层

50w/m

60w/m

80w/m

五、竖直埋管换热器的设计　⑴、选择热互换器形式地埋管地源热泵系统的热互换器形式有水平（卧式）或垂直（立式）两种形式，具体选择那种形式应依如实际现场条件如场地大小、地质条件等综合考虑。

在现场勘测结果的基础上，考虑现场可用地表面积、当地土壤类型以及钻孔费用，确定热交换器采用垂直竖井布置或水平布置方式。

尽管水平布置通常是浅层埋管，可采用人工挖掘，初投资一般会便宜些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，所以在实际工程中，一样采纳垂直埋管布置方式。

　　根据埋管方式不同，垂直埋管大致有3种形式：

①U型管②套管型③单管型。

套管型的内、外管中流体热互换时存在热损失。

单管型的利用范围受水文地质条件的限制。

U型管应用最多，管径一样在50mm以下，埋管越深，换热性能越好：

最深的U型管埋深已达180m。

U型管的典型环路有3种，其中利用最普遍的是每一个竖井中布置单U型管。

然后对计算结果进行圆整，假设计算结果偏大，能够增加竖井深度，但不能太深，不然钻孔和安装本钱大大增加。