土壤源熱泵系統(tǒng)技術(shù)及其在我市的應(yīng)用培訓講義1土壤源熱泵系統(tǒng)的工作原理及特點地源熱泵在國內(nèi)也被稱為地熱泵。地源熱泵技術(shù)起源于1927年瑞士的一個專利，已有近百年的歷史，是非常成熟的技術(shù)。該項技術(shù)在美國、加拿大和一些歐洲得到迅速發(fā)展并被廣泛應(yīng)用。例如美國，截止1997年，已安裝了400000臺，而且每年以10%的速度穩(wěn)步增長。在中北歐的法國、瑞士、瑞典、奧地利、丹麥等國家,在淺層地熱資源利用方式（地埋管方式）處于國際領(lǐng)先地位。我國從上世紀80年代開始進行這一領(lǐng)域的研究，最近幾年來，這一技術(shù)成了我國建筑節(jié)能研究的熱門課題，并開始大量應(yīng)用于工程實踐，市場日趨活躍。它是最有前途的節(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。根據(jù)利用地熱源的種類和方式不同可分為以下三類：土壤源熱泵或稱土壤耦合熱泵（GCHP）,地下水熱泵（GWHP）,地表水熱泵（SWHP）。土壤源熱泵系統(tǒng)是利用在地層內(nèi)埋換熱管，通過土壤埋管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)冬季代替鍋爐從土壤中取出熱量（據(jù)有關(guān)資料介紹：5米以下的土壤平均溫度隨各地的情況有所不同，但基本不會隨季節(jié)的變化而變化，且約等于該地區(qū)的年空氣平均溫度，一般來講地層30m—lOOm之內(nèi)為恒溫層水溫變化15—20"C。），以40－45℃左右的熱水向建筑物供暖，夏季代替普通空調(diào)向土壤排熱，以7-12℃左右的冷水給建筑物制冷。其主要由四部分組成：（1）淺層地能采集系統(tǒng)；（2）水源熱泵機組；（3）室內(nèi)采暖空調(diào)系統(tǒng)；（4）控制系統(tǒng)。土壤源熱泵的工作原理：1、內(nèi)側(cè)換熱器2、壓縮機3、四通換向閥4、室外側(cè)換熱器（大地盤管）5、節(jié)流閥6、貯液器7、截止閥8、風機圖1土壤源熱泵系統(tǒng)圖圖1示出土壤源熱泵系統(tǒng)，夏季即制冷工況時，熱泵工質(zhì)在室內(nèi)側(cè)換熱器的蒸發(fā)將室內(nèi)余熱取出，在室外側(cè)換熱器（大地盤管）中進行熱量交換，將余熱放至室外，室內(nèi)空氣得到了冷卻；冬季即在制熱工況時，四通換向閥轉(zhuǎn)換方向，熱泵工質(zhì)在室外側(cè)換熱器（大地盤管）內(nèi)蒸發(fā)而從室外吸取熱量，在室內(nèi)側(cè)換熱器中將熱量釋放給室內(nèi)空氣，實現(xiàn)向室內(nèi)供熱。土壤源熱泵以大地為熱源和熱匯，利用埋在地表淺層的換熱器作為中間換熱設(shè)備，冬季從大地取熱，夏季向其放熱。（1）淺層地能采集系統(tǒng)：是指通過水或加入防凍劑的水溶液將巖土體中的熱量采集出來并輸送給水源熱泵機組，提供空調(diào)制冷/供暖使用，常用閉路系統(tǒng)。地下管道采集能源是熱泵技術(shù)發(fā)展的最新技術(shù)成果。這一技術(shù)的理論構(gòu)想產(chǎn)生于40年代，但是，直到最近幾年，熱泵技術(shù)設(shè)計上的革新和地下管道材料技術(shù)的發(fā)展，才使得以地熱為能源的熱泵技術(shù)，達到了商業(yè)化應(yīng)用的最佳要求。到目前為止，地源熱泵技術(shù)在經(jīng)濟和技術(shù)方面，已經(jīng)成為與傳統(tǒng)的供暖、制冷技術(shù)同時存在并在現(xiàn)實中應(yīng)用的成熟技術(shù)。根據(jù)地下熱交換器的布置形式，主要分為水平埋管和垂直埋管兩種形式，其中垂直埋管（見圖2）是目前國內(nèi)地源熱泵行業(yè)主推圖2的一種形式。豎直埋管的形式是在地層中鉆直徑為0.1~0.15m、埋管換熱器間距為5~6m的鉆孔或利用管樁，在鉆孔或管樁中設(shè)置1組（2根）或2組（4根）U型管并用灌井材料填實。鉆孔的深度通常為40~200m.現(xiàn)場可用的地表面積是選擇地熱換熱器形式的決定性因素，地熱換熱器所需埋管的總長度需要根據(jù)埋管的形式、地下巖土的熱物性、地下的溫度和冷熱負荷的情況作詳細的計算才能確定。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；土壤的溫度和熱特性變化小；泵耗能低；能效比高。地埋管的材質(zhì)：土壤源熱泵地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。土壤的熱傳導率小而使埋管換熱器的持續(xù)吸熱率僅為20～40W/M，一般吸熱率為25W/M左右。因此，當換熱量較大時，埋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。目前，被應(yīng)用于土壤源熱泵地埋管的管材主要有聚乙稀（PE80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。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。地埋管換熱器傳熱介質(zhì)：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。研究和實踐證明管道不會對自然環(huán)境有任何損害。平面鋪設(shè)管道所挖的地溝寬度只有20厘米，當然這會暫時在草坪上留下一條裸露的地面，很容易用草籽或草皮修補。垂直鋪設(shè)管道用地面積更小，對草坪沒有太大的影響。（2）水源熱泵機組：熱泵以壓縮機結(jié)構(gòu)分：適用于大容量的多機頭活塞式壓縮機熱泵、離心式壓縮機熱泵、螺桿式壓縮機熱泵；適用于小容量的半封閉活塞式壓縮機熱泵、，全封閉蝸旋式壓縮機熱泵、直流變頻壓縮機熱泵。即，一種是小型機組，單機制冷量不大于25KW時，可吊裝于頂內(nèi)，不占用任何室內(nèi)空間；一種是機組，單機制冷量一般都在幾百KW以上，需安裝在專門的機房內(nèi)；還有一種是介于兩者之間的，機組一般分散安裝于建筑內(nèi)部，不占用專門的機房空間，但需要占用一定的室內(nèi)空間。熱泵機組的組成，壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、四通閥(節(jié)流閥)或換向閥(只限于小容量的熱泵)。熱泵以新型制冷劑分：R407C、R410A、R134a新型綠色制冷劑代替R22。這樣可以防止破壞大氣中的臭氧層。（3）室內(nèi)采暖空調(diào)系統(tǒng)：主要有風機盤管系統(tǒng)、地板輻射采暖系統(tǒng)、頂棚輻射制冷系統(tǒng)、水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)等形式。（4）控制系統(tǒng)：“傻瓜操作模式”的運行管理。2土壤源熱泵系統(tǒng)的主要經(jīng)濟技術(shù)指標地埋管熱泵工程打孔數(shù)量多，但孔淺，打孔費低——每延長米約50～80元。土壤源地源熱泵系統(tǒng)，初投資約為300-480元/㎡（土壤源熱泵初投資不但包括傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的地面上的管路及設(shè)備的費用，還要包括地面下的換熱器的費用，而且還包括初期的勘測、鉆孔、及地下管路敷設(shè)等費用。北方地區(qū)還要考慮防凍，水管要進行保溫，也增加了初投資。機組約占整個系統(tǒng)的2/3多。一說，土壤源熱泵技術(shù)熱源初投資造價：黃河流域地區(qū)的華北平原，冬季和夏季冷熱空調(diào)負荷需求基本處于平衡狀態(tài)條件，地下土壤源溫度場相對穩(wěn)定。由黃河上下游、淮河和海河流域沖積而成的泥沙地質(zhì)條件，適用的地下埋管比較經(jīng)濟，每瓦熱源來源造價在

0.6—0.7元/w；巖層地質(zhì)條件，

適用的地下埋管初投資比較昂貴，每瓦熱源來源造價在1.5—2.0元/w。）。地源熱泵系統(tǒng)靜態(tài)投資增量回收期約4-10年不等。伴隨著地源熱泵技術(shù)逐漸推廣應(yīng)用，政府補貼的逐步完善，產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的不斷加大，生產(chǎn)廠家和集成商的逐漸增多，市場競爭逐漸加劇，地源熱泵系統(tǒng)的初投資還會進一步降低，地源熱泵系統(tǒng)成本應(yīng)具有50-100元/平米左右的降價空間。采用埋管式地源熱泵系統(tǒng)可大量降低運行費用，比傳統(tǒng)冷水機組和空氣源熱泵少30%。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)省了空氣源熱泵結(jié)霜、融霜所消耗的3％～30％的能耗；能效比（cop）一般為4—5，即投入1KW的電能可得到4以上的制冷或供熱的能量。制熱能耗量較其他采暖方式減少50-70%；制冷能耗量較其他制冷方式減少40-60%。地源熱泵系統(tǒng)會為您節(jié)省大量的運行費用和維護費用，節(jié)省運行費用25～50%。如圖3為土壤源熱泵供熱量轉(zhuǎn)移示意圖。對供熱工況來分析，熱泵提供熱能E，其中與土壤換熱量為E1，驅(qū)動能源耗量為E2，則E＝E1＋E2，即向室內(nèi)供熱量為E時，實際提供的高品位的用于驅(qū)動的能量（如電能）只有E2。作為地源熱泵系統(tǒng)熱量的來源（冬季）和熱量的排放源（夏季）的土壤，深度在數(shù)米之下，全年溫度基本恒定。也就是說，地源熱泵系統(tǒng)工作時，熱量傳遞的溫差全年基本恒定，并且遠遠大于空氣源熱泵的傳熱溫差。用另外一種說法就是，地源熱泵的熱量轉(zhuǎn)移自然動力遠大于空氣源熱泵，僅需要較少的外界能源即可實現(xiàn)熱量的順利轉(zhuǎn)移。都圖新3換土壤源熱貝泵供熱熱孕量轉(zhuǎn)移示醒意圖灑(汽3)矩樸土壤源熱俊泵的污染幅物排放，銅與空氣源西熱泵相比冠，相當于棚減閱少形4丹0茶％以上，周如果結(jié)合槳其它節(jié)能撫措施節(jié)能喉減排會更瑞明顯。雖債然也采用敬制冷劑，騎但比常規(guī)吵空調(diào)裝置劍減箭少哥2干5拍％的充灌倦量；屬自桑含式系統(tǒng)堆，即該裝涼置能在工衫廠車間內(nèi)鎮(zhèn)事先整裝螺密封好，岔因此，制忙冷劑泄漏鄉(xiāng)機率大為如減少堆。段

隱土壤源熱狹泵技術(shù)利喜用地表土惜壤的過程磚當中，不啊會引起任付何的地下劍或地表水喚污染，因盯此，土壤麥源熱泵是燦一種清潔添能源方式地。據(jù)測算瘋，每推架廣驗100嗎0堂萬平方米賤的地源熱進泵技術(shù)，遙可以節(jié)為約嬌5飼6剝?nèi)f噸標準浮煤，減排宣煙糧氣否7荒5個億標準立灰方米，減咐排顆粒譽物序2.黑5米萬噸，減出排二氧化快硫鈔1.3炸4獄萬噸，減館排氮氧化還合岡物丘14稱3煉萬噸，同向時還可減陜少每年供盼暖用煤的遠存放量，奧大大緩解搬運輸壓力容，經(jīng)濟、輩社會效益都顯著腐?；停ㄔ?扶）靜地埋管熱濟泵尚待研罩究的問娃題智=1\*GB3劑①焰地質(zhì)嗓結(jié)構(gòu)辨與不同深滲度地溫的帝關(guān)系助。=2\*GB3俘②子單位管長失換熱量及燈其變化激。=3\*GB3耗③差夏冬季取旁、排熱量抱不平衡問似題等?？?稼土壤源己熱泵濕系統(tǒng)兄在陰我市鉛的看應(yīng)用有前景燕渣則晶我市建筑伴規(guī)模、建券筑類型、距分布、空少調(diào)現(xiàn)凱狀纖----涉--料-床等麥牢秧。微土壤