1、土壤源熱泵土壤源熱泵系統(tǒng)是以大地作為熱源，熱泵的換熱器埋于土壤中與大地進行冷 熱交換的地源熱泵系統(tǒng)。土壤源熱泵系統(tǒng)采用閉式環(huán)路，將大地作為蓄能體，具 有環(huán)保和節(jié)能的雙重效益。國際上將地下蓄能技術(shù)和高效熱泵同時引入21世紀 最有發(fā)展前途的50項新技術(shù)之中。世界能源理事會（WEC）、國際能源署（IEA）、 國際制冷學會（IIR）、美國布魯克海文國家實驗室（BNL）等國際著名組織及 所從事熱泵的研究者普遍認為：在目前和將來土壤耦合熱泵是最有前途的節(jié)能裝 置和系統(tǒng)之一，是國際空調(diào)和制冷行業(yè)的前沿課題之一，也是淺層地能利用的重 要形式。1998年美國暖通空調(diào)工程師學會（ASHRAE）的技術(shù)獎也授予了土壤

2、 耦合熱泵系統(tǒng)。土壤源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點：土壤溫度全年波動較小且數(shù)值相對穩(wěn)定，熱泵機組的季節(jié)性能系數(shù)具有恒 溫熱源熱泵的特性，這種溫度特性使土壤耦合熱泵系統(tǒng)比傳統(tǒng)的空調(diào)運行效率要高40%60%，節(jié) 能效果明顯；土壤具有良好的蓄熱性能，冬、夏季從土壤中取出（或放入）的能量可以 分別在夏、冬季得到自然補償；當室外氣溫處于極端狀態(tài)時，用戶對能源的需求量一般也處于高峰期，由 于土壤溫度相對地面空氣溫度的延遲和衰減效應(yīng)，因此，和空氣源熱泵相比，它 可以提供較低的冷凝溫度和較高的蒸發(fā)溫度，從而在耗電相同的條件下，可以提 高夏季的供冷量和冬季的供熱量；地下埋管換熱器無需除霜，沒有結(jié)霜和融霜的能耗損失，節(jié)省了空氣

3、源熱 泵結(jié)霜、融霜所消耗的3%30%的能耗；地下埋管換熱器在地下吸熱與放熱，減少了空調(diào)系統(tǒng)對地面空氣的熱、噪 聲污染。同時，與空氣源熱泵相比，相對減少了 40%以上的污染物排放量。與 電供暖相比，相對減少了 70%以上的污染物排放量；運行費用低。設(shè)計安裝良好的地源熱泵系統(tǒng)平均來說，可以節(jié)約用戶 30 %40 %的供熱制冷空調(diào)的運行維護費用。土壤源熱泵系統(tǒng)的缺點：地下埋管換熱器的供熱性能受土壤性質(zhì)影響較大，長期連續(xù)運行時，熱 泵的冷凝溫度或蒸發(fā)溫度受土壤溫度變化的影響而發(fā)生波動；土壤的熱傳導率小而使埋管換熱器的持續(xù)吸熱率僅為2040W/M，一般 吸熱率為25 W/M左右。因此，當換熱量較大時，埋

4、管換熱器的占地面積較大；地下埋管換熱器的換熱性能受土壤的熱物性參數(shù)的影響較大。傳遞相同 的熱量所需傳熱管管長在潮濕土壤中為干燥土壤中的1/3，在膠狀土中僅為它的 1/10；初投資較高。僅地下埋管換熱器的投資約占系統(tǒng)投資的20%30%左右。 土壤熱物性土壤的熱物性對地源熱泵系統(tǒng)的性能影響較大。熱物性是土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計和 研究過程諸多環(huán)節(jié)中最基本、最重要的參數(shù)，他直接和土壤源熱泵系統(tǒng)的埋地換 熱器的面積和運行參數(shù)有關(guān)，是計算有關(guān)地表層中的能量平衡、土壤中的蓄能量 和溫度分布特征等所必需的基本參數(shù)。據(jù)有關(guān)研究表明，干燥土壤的地源熱泵的性能系數(shù)要比潮濕土壤的性能系數(shù) 低35%，當土壤含水量低于15%

5、時，隨著含水量的降低，熱泵的循環(huán)性能系數(shù) 將迅速下降。土壤含水量在25%以上，土壤源熱泵的性能系數(shù)提高的趨勢減緩。 土壤含水量從50%增加到100%，土壤源熱泵的性能系數(shù)僅增加1.5%左右。土壤屬多孔介質(zhì)，描述其熱物性的基本參數(shù)主要包括：土壤的密度p （kg/m3） 密度分為十密度和濕密度；含水率（%） 土壤中水的含量百分數(shù)；飽和度Sr土壤中水的飽和程度，背水充滿空隙的土被稱為飽和土；比熱容cp土壤的比熱容主要和土壤的水分含量和土壤的礦物組成有 關(guān)系。土壤水分越大，則比熱容也越大，溫度變化越緩慢；反之，土壤水分越小， 則比熱容也越小，溫度變化就越快。砂性土壤的比熱容比粘性土壤小，因此，砂 性土

6、壤的溫升較快，粘性土壤溫升較慢。熱導率AW/（mC）土壤的熱導率是土壤最為重要的熱物性參數(shù)之 一。熱導率和土壤的密度、含水率、孔隙度和飽和度有關(guān)。對土壤熱導率起決定 作用的是土壤的密度和含水率。幾種典型土壤和巖石的熱物性系數(shù)表:巖土層類型熱物性熱導率ks /W/(m K)熱擴散率a /x106 (m2/s)密度p(kg/m3)土壤致密粘土（含水量15%）1.41.90.490.711925致密粘土（含水量5%）1.01.40.540.711925輕質(zhì)粘土（含水量15%）0.71.00.540.641285輕質(zhì)粘土（含水量5%）0.50.90.651285致密砂土（含水量15%）2.83.80.

7、971.271925致密砂土（含水量5%）2.12.31.101.621925輕質(zhì)砂土（含水量15%）1.02.10.541.081285輕質(zhì)砂土（含水量5%）0.91.90.641.391285巖石花崗巖2.33.70.971.512650石灰石2.43.80.971.5124002800砂巖2.13.50.751.2725702730濕頁巖1.42.40.750.97-干頁巖1.02.10.640.86-地埋管換熱器土壤源熱泵的地埋管類型：土壤源熱泵按地下埋管形式不同可分為水平埋 管形式、垂直埋管形式兩種類型：（1）水平埋管形式：在建筑周圍采用水平方式埋設(shè) 地埋管換熱器，這種方式普遍使用于

8、采暖。水平埋管 系統(tǒng)有單層和雙層兩種形式，可采用U形、蛇形、單 槽單管、單槽多管等形式。水平埋管適用于制冷/采暖 量較少，而建筑周圍又有較大富?？盏氐膱龊?。（2）垂直埋管熱泵系統(tǒng)有淺埋和深埋兩種。在垂直 埋管系統(tǒng)中，管道深入地下，土壤熱特性不會受地表 溫度影響，因此能確保冬季散熱與夏季得熱間土壤的 熱平衡。平衡的方法可以采用集熱器，在夏季集中熱 量并送入地下加熱土壤，或使熱泵反轉(zhuǎn)在夏季為土壤 加熱，以備冬季之用。垂直埋管系統(tǒng)具有單位土地面 積換熱量大垂直埋管土壤耦合熱泵系統(tǒng)較水平系統(tǒng)有許多優(yōu)點:占地面積??； 土壤的溫度和熱特性變化小;需要的管材少；泵耗能低；能效比高；地埋管的材質(zhì)：土壤源熱泵地

9、埋管換熱 器采用化學穩(wěn)定性好、耐腐 蝕、熱導率大、流動阻力小 的塑料管材及管件。目前， 被應(yīng)用于土壤源熱泵地埋管 的管材主要有聚乙?。≒E80 或PE100）管和聚丁烯（PB） 管，且管材和管件應(yīng)為相同 材料。聚氯乙?。≒VC）管由于熱膨脹和土壤移位壓力的能力較弱，不宜在地埋 管換熱器中采用。一般情況下，地埋管換熱器一經(jīng)埋入土壤中，就無法維護，因 此在工程選材上，應(yīng)采用符合國家標準，質(zhì)量可靠的產(chǎn)品。管材的公稱壓力應(yīng)符合1.0Mpa以上的國標規(guī)定。聚乙烯（PE）管外徑公稱壁厚（mm）公稱外徑dn平均外徑公稱壁厚/材料等級最小最大公稱壓力1.0MPa1.25MPa1.6MPa2020.020.32

10、525.025.32.3+0.5/PE803232.032.33.0+0.5/PE803.0+0.5/PE1004040.040.43.7+0.6/PE803.7+0.6/PE1005050.050.54.6+07/PE804.6+07/PE1006363.063.64.7+08/PE802.3+0.5/PE1002.3+0.5/PE1007575.075.74.5+0.7/PE1005.6+0.9/PE1006.8+1.1/PE1009090.090.95.4+0.9/PE1006.7+1.1/PE1008.2+1.3/PE100110110.0111.06.6+1.1/PE1008.1+1

11、.3/PE10010.0+15/PE100125125.0126.27.4+1.2/PE1009.2+1.4/PE10011.4+1.8/PE100140140.0141.38.3+1.3/PE10010.3+1.6/PE10012.7+2.0/PE100160160.0161.59.5+1.5/PE10011.8+1.8/PE10014.6+2.2/PE100180180.0180.710.7+1.7/PE10013.3+2.0/PE10016.4+3.2/PE100200200.0201.811.9+1.8/PE10014.7+2.3/PE10018.2+3.6/PE100225225.0

12、227.113.4+2.1/PE10016.6+3.3/PE10020.5+4.0/PE100250250.0252.314.8+2.3/PE10018.4+3.6/PE10022.7+4.5/PE100280280.0282.616.6+3.3/PE10020.6+4.1/PE10025.4+5.0/PE100315315.0317.918.7+0.5/PE10023.2+4.6/PE10028.6+5.7/PE100355355.0358.221.1+4.2/PE10026.1+5.2/PE10032.2+6.4/PE100400400.0403.623.7+4.7/PE10029.4+5

13、.8/PE10036.3+7.2/PE100地埋管換熱器的連接：為可靠起見，所有地下 埋管的連接接頭都必須采用 熱熔或者電熔的連接方法，而 不得使用機械連接方法。熱熔 連接接頭的連接強度比管道 自身的強度都要大些。接頭或 連接件都是同種塑料材質(zhì)，不常用熱帽接工具存在腐蝕問題。熱熔連接首先把管道修剪、清洗整潔、對齊，然后被加熱到其熔點并被連接 在一起，最后冷卻形成一體。在地源熱泵工程中，熱熔接技術(shù)有熱熔對接和熱熔 承插連接兩種。地埋管換熱器傳熱介質(zhì)：地埋管換熱器傳熱介質(zhì)的選擇應(yīng)符合以下要求：安全，腐蝕性弱，與地埋管管材無化學反應(yīng)；較低的冰點；良好的傳熱特性，較低的摩擦阻力；易于購買、運輸和儲藏。

14、工程應(yīng)用中一般以水為傳熱介質(zhì)的首選，其它傳熱介質(zhì)還有氯化鈉溶液、氯 化鈣溶液、乙二醇溶液、丙醇溶液、甲醇溶液、乙醇溶液等。在寒冷地區(qū)宜考慮 這些溶液代替水，以提高防凍性能。地埋管換熱器的阻力計算：熱傳輸介質(zhì)在封閉的地埋管內(nèi)流動需要克服一定的阻力，在工程設(shè)計中這部 分阻力的計算直接影響到水泵的選型，因此，地埋管內(nèi)的阻力計算也是系統(tǒng)設(shè)計 中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。不同的熱傳輸介質(zhì)，在管道內(nèi)流通的阻力是不同的，一般設(shè) 計中，以水為熱傳輸介質(zhì)來計算阻力。在一個土壤源熱泵的系統(tǒng)中，地埋管的總 阻力Pz等于管道所有管道沿程阻力LPy和所有管件局部阻力LPj之和。Pz = LPy+LPj管件當量長度表名義管徑彎頭的當量長度/mT型三通的當量長度/minmm90標準型90長半徑型45標準型180 標準型旁流三通直流三通直流三通后縮小1/4直流三通后縮小1/23/4DN200.60.40.31.01.20.40.60.61DN250.60.50.41.31.50.50.70.85/4DN321.00.70.51.72.10.70.91.03/2DN401.20.80.61.92.40.81.11.22DN501.51.0