水源热泵可行性设计方案.docx
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水源热泵可行性设计方案
水源热泵可行性设计方案
1、项目实施背景
1.1技术背景
第一部分为什么要推广热泵采暖和制冷系统
一、当前中国社会面临能源危机和环境污染的双重压力
中国能源形势可以概括为:
需求快速增长;供给、储备紧张。
使用效率低下;浪费、污染严重。
一次能源，按目前开发速度，煤不足100年，石油15~20年，天然气30年将耗完。
我国的能源结构是以煤为核心的，这样的能源结构在现在以及以后相当长的时期内都很难改变。
这直接导致环境问题日益突出。
近70%的原煤没有经过洗选直接燃烧，燃煤造成的二氧化硫和烟尘排放量约占排放总量的70,80%,二氧化硫排放形成的酸雨面积已占国土面积的三分之一;化石燃料二氧化碳排放是我国温室气体的主要来源。
严重的大气污染使我国呼吸道疾病发病率居高不下，我国每年在这些疾病上的花费是发展中国家平均水平的两倍多。
空气污染乂对我国的工农业生产造成严重威胁，酸雨使农作物大幅度减产，腐蚀仪器设备，使其寿命大幅度减短，还造成森林植物大面积死亡。
二氧化碳排放量增加，直接导致了气候变暖。
气候暖化将对中国的生存环境产生严重后果，因为中国的农业与沿海地区都将受到极为负面的影响。
国际能源总署
（IEA）专家不久前预测，中国很可能在明年、其至今年就超过美国，成为世界温室气体排放第一大国。
因此，必须力降低能源消耗对经济发展的挑战。
而能源资源和环境压力加大，经济发展和资源、环境的矛盾日益加剧，对我们这样一个人口众多、人均占有资源较少，正处在工业化和城镇化加快时期的国家来说，由于资源需求上升的趋势短期内不会改变，因此，并不是十分容易破解的一道难题，需要方方面面长期的艰苦努力。
如何妥善解决这两个难题，直接关系到中国经济能否“乂好乂快”发展。
二、建筑的环保和节能攸关我国能源和环保困境
就建筑领域来讲，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的供暖和空调系统正受到政府和建筑企业的广泛关注。
供暖是北方寒冷地区人民的基本生活需要，但国内现状大多是燃煤为主的锅炉供暖，这乂是城市冬季的重要污染源。
搞好供暖体制改革是我们建设节约型社会、和谐社会的很重要的一个方面，虽然这条路走起来很艰难，但是现在国家要求两年内就要有实质性的进展。
另一方面，工艺性和舒适性空调正在全社会越来越普及，特别是舒适性空调，已经成为人们生活当中不可或缺的一部分。
而空调能耗，差不多要占到建筑能耗的30,以上，这个数字是非常惊人的。
三、热泵技术因可有效改善建筑的环保和节能而飞速发展
地源热泵正是满足这些要求的新兴集中供暖和空调系统之一。
新兴起的热泵技术和地能相结合的方式，通过一套系统可以同时解决采暖、制冷以及生活热水的问题，并且这个技术非常节能环保。
该技术起源于1920年欧洲的瑞士，我国在上世纪末开始引进，真正大力发展应该说是在1999年以后，这期间经历了引进、推广应用，不为大家接受，到被大家认识，被政府认可等发展历程。
随着我国市场经济的快速、稳定发展，特别是城市化进程加快和人民生活水平的提高，地热市场（地热尾水利用、浅层地下水利用、土壤能利用等多种形式的热泵系统工程）的需求相当强劲。
热泵技术在国内这儿年是一个大发展阶段。
据2005统计局统讣的指标，仅仅北京市已有600万平米的建筑采用热泵方式供暖制冷。
按照北京市的规划，这一数字到2010年将增加到2000万平米。
而同为北方供暖大市的沈阳市LI前已有60,的新建楼盘采用地热供暖的方式，按照沈阳市刚刚修改的城市发展规划，地热供暖面积最终要占到全部供暖面积的30,以上。
地源热泵为什么有这样好的发展呢，首先，运行效率C0P值一般高达3-4,没有别的技术能做到这一点;其次是污染极小，它是H前市场上可获得的减少二氧化碳排放量最大的单项技术之一;第三，经济可行，通常只需钻50到100米的井，而地热要钻1000到3000米;第四，可普遍的适用，不像地热资源受特定地质条件制约。
地源热泵技术的推广应用是减少污染物排放、大气环境质量持续改善、建设资源节约型社会的重要举措。
如果采用地源热泵等技术手段将地热开发出来，很大程度上能解决我国能源紧缺的问题。
需要注意的是，地热市场的发展不完全是靠政府行为，而是靠市场竞争的结果。
最早采用地热供暖都是开发商自发的行动，政府部门顺应市场经济和社会的需求，
及时调研总结，然后进行试点，为城市改变能源消耗结构成功地迈出了具有历史性意义的一步。
无论在北方地区还是在南方地区，都证明这一技术是行之有效的节能技术，而且很适合我国的国情。
四、国家在政策层面大力支持热泵技术
我们必须清醒认识国家能源政策的宏观背景，大方向不能迷失。
中央政府在十一五规划里已经明确了“节约优先，效率为本”，还有就是“煤为基础，多元发展”的能源政策。
在国务院公布的节能文件里面，明确提出要减少终端用煤，增加发电用煤。
山西省省长在采访中表态，山西要把资源大省变成资源大"省”，就是将开采出来的煤变成另外一个能源产业，用电输送到各个地方去，将来终端用户再想用煤用不着了，不再供给。
在建筑领域，中央政府明确提出优先发展再生水（包括污水）热泵，积极发展地源热泵，适度发展地下（表）水源热泵。
LI前，国家很多政策都在向地热能倾斜，热泵技术在我国可再生能源领域（如太阳能，风能，地热能，生物能）开始占据非常重要的位置。
2006年1月1日实施的《中华人民共和国可再生能源法》明确提出鼓励地热的开发利用；2006年8月财政部的《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》中明确提出“加强对可再生能源发展专项资金的管理，重点扶持燃料乙醇、生物柴油、太阳能、风能、地热能等的开发利用”；北京九局委的《北京市关于发展热泵系统的指导意见》鼓励包括地源热泵在内的热泵系统的发展，逐步提高热泵系统在城市供暖中所占的比重。
为此，规定了明确的补贴费用：
地源热泵和再生水源热泵50元/平方米，地下水源热泵35元/平方米。
河北省发改委牵头组织的类似的政策研讨已经完成，相关的政策预讣很快将出台。
经过多年的探索和实践，山北京金万众空调制冷设备有限责任公司等单位起草编写的《水源热泵空调机组国家标准》于2004年山国家标准委员会颁布并实施，标志着中国国内的水源热泵技术利用已经进入了一个比较成熟的阶段。
到LI前为止，国内很多建筑采用了水源热泵技术供暖，位于北京望京地区的北京澳洲康都住宅小区就是其中之一，建筑面积28万平方米，全部采用水源热泵系统供暖空调，国家大剧院、北京拉菲特城堡酒店、北京南滨河路住宅小区、北京邮电大学、北京金方大厦、北京宏福大厦、北京湖湾酒店、中国武警工程学院等等，都
采用水源热泵技术供冷供暖。
近年，北京地区每年都有近口万平方米的建筑采用水源热泵系统进行供冷供暖。
第二部分热泵的定义及其分类
一、什么是热泵
首先我们看一下热泵的丄作原理。
我们知道自然界的水是从高出往低处流的，热能同样是从高温传到低温，倘若我们想把水从低处送到高处，把热能从低温升到高温，就必须借助一个装置。
水叫水泵，热则叫热泵。
通过热泵装置，可以从低温媒介或者环境中取热，然后借助压缩机做功，到高温的媒介或者高温的环境中去放热。
热泵在丄作时，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，通过制冷剂循环系统提高温度进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为输出功中的一小部分，因此，采用热泵技术可以节约大量高品位能源。
二、热泵的分类
热泵如按其所用热媒的种类和热传递途径来分，主要可以分为四类：
1、空气，空气热泵机组，市场上大量的家用冷暖二用型窗机或分体机便是这一类。
2、空气,水热泵机组，现在的风冷式冷热水机组（风冷热泵机组）就属这一类，省去了冷却塔。
3、水,水热泵机组，它可以充分利用未利用能，未利用能指的是还没有利用的能，大致包括自然类（如地热、温泉、河水、海水、湖水及地下水等）和城市基础设施类（如工场、发电厂、矿井、工业废芥物及公共浴室等等）。
水，水热泵机组根据对水源的利用方式的不同，可以分为开式系统和闭式系统两种。
开式系统是指从地下抽水或地表抽水后经过换热器直接排放的系统；闭式系统是指在水侧为一组闭式循环的换热套管，该组套管一般水平或垂直埋于地下或湖水海水中，通过与土壤或海水换热来实现能量转移。
即通常说的地源热泵（水源热泵和土壤源热泵）。
4、水，空气热泵机组，现在所谓的水环热泵机组就属于这一类，它需要冷却塔和辅助加热装置。
第三部分地源热泵技术
一、地源热泵原理：
地源热泵（土壤源）是以大地为热源对建筑进行“空调”的技术。
地下土壤的温度一年四季基本上保持恒温。
地源热泵技术简单地说就是把土壤中的热量从低位转移到高位，冬季通过热泵将大地中的低位热能提高到地表来对建筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量，以备冬用。
地能从哪里来呢，主要是两个方面，一是外热，主要是太阳的辐射;二是内热，是岩石中放射性元素产生的热量，能量主要来自内热。
地球中的能量除了以火山爆发，地热温泉等集中的方式凸显外，更多的是以热传导的方式散发的。
二、地源热泵的分类
以钻凿水井为手段（取水井、回灌井分设或同井抽灌），以“地下水”为载体的热泵系统，称为开式地源热泵系统（水源热泵）；钻凿换热孔，孔内埋设换热管（HDPE）,通过换热液在管内与热泵机组之间的循环，直接换取地能的热泵系统，称为闭式地源热泵系统（土壤源热泵）。
三、地源热泵的特点：
开式和闭式地源热泵系统利用的是“冬暖夏凉”的地温资源。
1.与空气源热泵比，空气源热泵冬季从低温的空气中取热，夏季还需将空调热释放到高温的室外环境中去，地源热泵的冬、夏季运行效率均较高，综合节能在50%以上。
2.在北方地区，地源热泵一套系统替代了传统的供暖锅炉和制冷系统，一机两用，夏季还可免费提供热水。
与常规制冷系统比，没有冷却塔，避免了飘水损失，节约了宝贵的水资源，同时冷却水温低，制冷效率高，使得地源热泵系统比常规制冷系统节能25%左右。
3.地源热泵的换热部分为地下工程，可分设于绿地、车场、道路等建筑物周边任何可利用的空间内，不占用宝贵的土地资源。
4.地源热泵系统的使用没有燃烧，没有废气的排放，安全保证度高，因而机房可灵活设置于建筑物内，无需专属空间。
四、地源热泵的应用：
地源热泵可应用于建筑物的冬季采暖和夏季制冷。
地源热泵可广泛应用于地热尾水利用、浅层地下水利用、土壤能利用等多种形式的热泵系统工程。
地热供暖是集地热井的钻凿、地热水回灌、热能梯级利用、热泵对地热尾水进行热能回收等为一体的综合系统。
热泵技术则是回收地热尾水热能的重要技术措施。
采用热泵回收地热尾水热能，进一步降低尾水温度，扩大利用温差，就能增加采暖面积，扩大地热井的效能，降低热源建设费用。
五、地源热泵的设计和施工原则：
科学是放之四海而皆准的真理，但技术是有条件的。
任何一项技术都必须本国的实际情况出发。
每个国家用热泵技术都是有背景，瑞典的水源热泵特别发达，因为它的国土都是被海水包围的，美国就主要是土壤源热泵。
要坚持“以地下服务地上”，和“因地制宜”的宗旨，开展热泵工程的设计和施工。
一个完美的热泵技术方案实施的前提是要对客户所在地区的地质结构有比较深入透彻的了解。
第四部分水源热泵系统
一、水源热泵系统的工作原理
水源热泵系统是以水作为冷热“媒体”,在冬季利用热泵从中提取热量向建筑物供暖;夏季热泵则将收集到的建筑物内的热量向其排放，从而达到向建筑物空调供冷的H的。
水源热泵系统的水源有多种形式，其中有浅层地下水、深层地下水、河水、湖
水、海水、生活污水等等。
水源热泵系统夏季工作原理示意图水源热泵系统冬季工作原理示意图
下面是水源热泵系统冷、热工况切换的原理图：
夏季运行时〜1、3、5、7阀门打开〜2、4、6、8阀门关闭〜为制冷工况，冬季运行时〜1、3、5、7阀门关闭〜2、4、6、8阀门打开〜为制热工况。
二、水源热泵系统的组成
水源热泵冷暖空调系统山水源系统、热泵机组和末端系统三大部分组成。
1、水源系统主要由抽、灌井和循环水泵组成。
根据地质条件的不同，回灌井可为小口回灌井和大口回灌井。
水不断地在热泵机组和水源之间循环，吸收或者释放热量。
2、热泵机组是室外水源换热系统与室内环境系统的能量传递枢纽。
输入一定的电能，驱动热泵机组的压缩机做功，通过机组内部的制冷剂的循环，从而实现将室外水源系统与室内环境之间的能量传递。
3、室内环境系统山室内采暖（或空调）末端循环系统、电气自控系统及相关附属部件组成。
该部分的作用是将热量（或冷量）传送到室内环境中去，从而实现向建筑物内供暖和供冷的目的。
风机盘菅
地板低温辐射采暖
水泵热泵主机
抽水井回灌井
水源热泵系统的组成
三、水源热泵系统的特点
山于水源热泵技术是利用地球水体作为空调机组的制冷制热的源，所以其具
有以下优点：
1、属可再生能源利用技术
水源热泵是利用了地球水体（包括地下水或河流、地表部分的河流和湖泊以及海洋）所储藏的太阳能资源和地热能资源作为冷热源，进行能量转换。
2、高效节能
水源热泵机组可利用的水体温度冬夏季一般维持在12~20?
冬季水体温度比环境空气温度高，因此能效比也高。
而夏季水体温度比环境空气温度低，制冷效果也更好。
3、运行稳定可靠
水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范圉远远小于空气的变动，是很好的采暖热源和空调冷源。
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。
不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。
4、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，减少了设备的初投资。
5、环境效益显著，节省占地空间
水源热泵机组的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排
烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。
但是，水源热泵的应用也会受到一定制约，其缺点是：
1、可利用的水源条件的限制
水源热泵理论上可以利用一切的水资源，但在实际工程中，不同的水资源利用的成本差异是相当大的。
所以，是否有合适的水源就成为水源热泵应用的一个关键，也成为使用水源热泵应用的限制条件。
2、水层的地质结构的限制
对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑当地的地质和土壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现。
3、投资的经济性
总体来说，水源热泵的运行效率较高、费用较低。
但由于不同用户的水源的基本条件不同；以及国家能源政策、燃料价格有所不同，因此一次性投资及运行费用
会也会有一定差异。
因此，地下水源热泵系统的应用必须符合以下适用条件:
第一，项LI所在区域一定要有丰富而稳定的地下水资源，这是先决条件。
如果地下根本没有水，或者抽
水非常困难，
这个项H最好别上。
第二，地下水必须白分之白回灌，而且回灌成本
一定要适中。
第三，需要对水的条件加以科学合理的利用。
比如说要避免地面沉降
问题的发生，
以及避免对地下水质、热污染的发生。
笫五部分
地源热泵系统
一、地源热泵系统的工作原理
地源热泵系统同水源热泵系统一样是以水或其它换热液作为冷热“媒体”，与水源热泵系统不同的是地源热泵系统通过埋设在土壤中的换热管与土壤进行热交换，冬季把土壤中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时土壤中的地能为“加热源”；夏季则把室内热量取出来，释放到地土壤中，此时土壤中的地能为“冷却源”。
地源热泵系统夏季工作原理示意图地源热泵系统冬季工作原理示意图
地源热泵系统同水源热泵系统一样是只应用一个硬件系统，通过在不同季节进
行冷凝器和蒸发器的转换，就可以完成制冷与制热功能的转换。
下面是地源热泵系统冷、热工况切换的原理图：
夏季运行时〜1、3、5、7阀门打开〜2、4、6、8阀门关闭〜为制冷工况，冬
季运行时〜1、3、5、7阀门关闭〜2、4、6、8阀门打开〜为制热工况。
二、地源热泵系统的组成
地源热泵冷暖空调系统山地温热交换器、热泵机组和末端系统三大部分组成。
这三部分通过地温循环和末端冷暖循环两个独立的闭式循环有机的连接起来。
1、地温热交换系统山埋设在地下的HDPE管（高密度聚乙烯管）、孔内填充材料和循环水泵及相关附属部件组成。
循环水泵驱动HDPE（如下图）管路中的循环液体（一般为水或加入防冻剂的水溶液），使其不断循环，将地下的能量置换出作为地源热泵系统的冷热源。
2、热泵机组是室外地温换热系统与室内换热系统的连接点，其通过输入一定的动力，使压缩机做功，使机组内部的制冷剂进行循环，从而将室外水源系统中的能量传送到室内换热系统中去。
3、室内末端换热系统111室内循环系统、电气自控系统、室内末端系统（多为风机盘管）及相关附属部件组成。
该部分的作用是将已经调节好的空气分配到建筑物中去，从而实现建筑物内的供暖和制冷。
风机盘管
地板低温辐射采暖
水泵热泵主机
水泵
地温交换器
地源热泵系统的组成
三、地源热泵系统的特点
地埋管式的地源热泵方式，主要是在地下打孔，孔径在200毫米左右，孔深在200米以内。
打完孔之后在里面下U型的换热管，管内和热泵机组间充入换热液。
冬季热泵机组通过换热液和管壁从地层中直接取热，夏季向地层中放热。
现代钻孔技术已能确保在任何类型的地层中钻凿换热孔，换热管材选用的也是性能稳定的高密度聚乙烯管，寿命50年以上，相关理论也是成熟的。
地源热泵技术的地上部分相对来说问题不大，而关键技术还是在地下。
地源热泵系统同样具有水源热泵系统的所有优点。
值得一提的是，地源热泵系统更具有优势，这种系统弥补了水源热泵系统的缺陷，地源热泵系统不抽取地下水，所以不受地下水资源条件和地层结构的限制。
四、地源热泵系统的埋管形式
地源热泵系统室外地温换热环路（即地下热交换器）釆用埋管（即埋置地下热交换器）的方式来实现，埋管方式多种多样。
口前普遍采用的有垂直埋管和水平埋
管两种基本的配置形式（如图所示）。
水平埋管垂直埋管
水平埋管是在浅层土壤中挖沟渠，将HDPE管水平的埋置于沟渠中，并填埋的
施工工艺。
垂直埋管是在地层中垂直钻孔，然后将地下热交换器（HDPE管）以一定的方式置于孔中，并在孔中注入填充材料的施工工艺。
地下热交换器型式和结构的选取应根据实际工程以及给定的建筑场地条件来确定。
水平埋管占地面积较垂直埋管大，而且水平埋管的地下热交换器受地表气候变化的影响较垂直埋管大，效率较垂直埋管低。
第六部分热泵空调系统的经济性
经济性指的是各种采暖空调方式的初投资和运行费。
U询国内外常用的采暖空调方式主要有:
？
城市热网，冷水机组，？
燃煤锅炉，冷水机组，？
燃气锅炉，冷水机组，？
燃油锅炉，冷水机组，？
澳化锂直燃机，？
风冷热泵，？
水源热泵，？
地源热泵，？
水源热泵，蓄冰，？
地源热泵，蓄冰。
现在以一建筑面积为50000平方米的办公楼为例，说明各种采暖空调方式的经济性。
办公楼的建筑特征为夏季夜间没有冷负荷，冬季夜间只需要维持值班采暖温度
22即可。
夏季冷负荷指标取120w/m,冬季热负荷指标取55w/m,则此办公楼的冷负荷为6000kw,热负荷为2750kwo
各种采暖空调方式的冷热源机房初投资详细比较如下图：
（万元）各种采暖空调方案初投资比较1500
130********91178120010371034103410241004960900
600
300
0
电制冷+城市热网
电制冷+型煤锅炉
各种采暖空调方式的年运行费用详细比较如下图：
电制冷+燃油锅炉
各种采暖空调方案年运行费用比较（万元）电制冷+燃气锅炉300266
226风冷热泵240206206
180直燃机144131122119112106120水源热泵
60
地源热泵
0
水源热泵+蓄冰
电制冷+城市热网地源热泵+蓄冰
电制冷+型煤锅炉讣算说明：
1、澳化锂直燃机有燃油、燃气两种方式〜本方案中的直燃机采用燃油方式。
电制冷+燃油锅炉
2、计算中所用的电价采用峰谷电价〜峰段0.8643元〜平段0.5513元〜谷段电制冷+燃气锅炉
0.2583元。
风冷热泵
3、计算中所用的燃油均为轻油〜按3.20元/kg计算。
直燃机34、计算中所用的燃气为天然气〜按1.90元/m计算。
水源热泵
5、计算中燃煤锅炉所用的型煤按300元/吨计算。
地源热泵226、城市热网的接口费按70元/m计算〜采暖费按30元/m计算。
水源热泵+蓄冰
地源热泵+蓄冰
1.2工程背景
本项口位于河北省高阳县，总建筑面积约26500平方米，是居住社区。
2、
项H实施意义
第一，积极响应政府能源结构调整规划□标，为“蓝天工程”贡献一份力。
第二、减少天然气消耗负荷，减轻天然气供应负担的同时避免了氮氧化物（N0X）产生对大气的污染。
笫三，有效的利用了冬季电力电网的闲置电源，提高了电网效益。
第四，水源热泵是一种优秀的节能环保技术，采用水源热泵供冷和供暖，大大降低了运行费用，。
笫五、提升楼盘档次，拉升楼盘价格，有效增加投资利润。
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