地源热泵工程与造价分析

众所周知，地源热泵是一种利用浅层和深层的大地能量，包括土壤、地下

水、地表水等天然能源作为冬季热源和夏季冷源，然后再由热泵机组向建

筑物供冷供热的系统，是一种利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型

中央空调系统。

抽取地下水的水源热泵，由于技术限制，全部回灌不易做到，监督实施也比较困难，而且容

易造成地下水污染。

在国外目前大面积推广使用的是埋管式地源热泵技术，是充分利用浅层地热的最佳技术途径。在我国，建设部和一些省市的建筑节能政策中明确提出要推广使用埋管式地源热泵。

一、水源热泵系统的存在的困感：

1、回灌困难，许多水源热泵工程难以回灌，只能将大量地下水排向市政排水管道。一般来

说回灌井与抽水井回灌比超过3，都不适合水源热泵工程。

2、容易污染地下水资源：

机组内工质一旦泄漏，将对地下水造成难以挽救化学污染；其次，不能严格做到同层回灌，

造成不同地下层地下水的混合，使得优质地下水层的水质受到污染。

3、取水井长时间取水后，易出现水量不足。主要原因是取水井被细沙堵塞，运行期间每隔

一段时间就需要洗井，而且洗井费用较高，长期来看，系统运行费用较高。另外一个原因就

是地下水位的下降，很多地区的地下水位每年都在下降。

4、抽水井、回水井之间互相影响。

很多项目根本不具备采用水源热泵，项目硬上，水井之间距离过近，造成抽水温度接近于回

水温度，热源温度越来越差，机组能效比降低。

5、水源热泵工程中，潜水泵扬程都较大，一般都在八十米以上，甚至更高，系统耗电量大。而且潜水泵一旦损坏，维修困难。

二、地源热泵系统一般情况下的造价：

不同土质地源井造价对比表（成井深度80 m）：

说明：一般，沙土地质地源井造价在20 ～ 30元/ m之间，黄土地质造价在30 ～ 45元 / m之间，风化岩地质造价在80 ～ 100元 / m之间，混合地质类型约为85元 / m。（各地地质情况、环境不同，仅供参考）。

以10000m 2办公楼为例估算地埋管系统造价（仅供参考）：

说明：热负荷指标按70 W / m 2，冷负荷指标按100 W /m 2；地源井冬季单位井深提热量按

35 W / m，夏季地源井单位井深散热量按70 W /m计算。

三、土壤源热泵系统与基础设计：

（一）土壤源热泵系统：

土壤源系统是一种利用地下浅层土壤资源的热能，既可供热又可制冷的高效节能系统。土壤源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。

地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量排出来，释放到地下去。

（二）土壤源热泵系统设计：

1、系统冬季从地下提热量 = 末端空调热负荷－冬季机组输入功率；

2、系统夏季向地下排热量 = 末端空调冷负荷＋夏季机组输入功率；

3、按冬季从地下提热量计算地源井米数为：地源井米数 = 系统冬季从地下提热量/单位井深提热量；

4、按夏季向地下排热量计算地源井米数为：地源井米数 = 系统夏季向地下排热量/单位井深排热量；

（三）打井数目=地源井米数/地源孔深：

某项目不同管材单位井深换热量比较：

（四）总结：

影响单位井深换热量的首要因素是土壤温度，其次为土壤导热系数等，东北地区土壤温度约为12℃，夏季制冷时地埋管散热量大，比其它地区有优势，制热时地埋管提热量相对华北及南方地区略小些。

通过分析对比以上几个热物性测试，初步估算东北地区采用双U型管埋管形式时，冬季提热量按35 W/ m，夏季散热量可取70 W/m。

具体准确数值需通过项目所在地的土壤热物性测试得到。

四、地埋管公称压力的确定：

1、垂直埋管承受的最大压力=地埋管系统定压+水泵扬程的一半+地源井深度选用管材时，PE管的公称压力不能低于这个压力值。

2、水平主管路承受的最大压力=地埋管系统定压+水泵扬程；一般来说，水平主管路公称压

力不低于1.0 MPa即可。

五、地源热泵系统设计要点：

1、地埋管各竖井流量平衡（管路同程连接可以做到），单U型管流速0.6 m /s，双U型管

流速0.4 m/s；

2、冬季系统运行时，地下管路尽量不加防冻液；

3、夏季运行期间，地埋管换热器出口温度宜低于33℃；

4、冬季运行期间，地埋管换热器进口温度宜高于4℃；

5、地源热泵系统总释热量宜与其总吸热量相平衡；

6、竖直地埋管换热器埋管深度宜大于20 m，钻孔孔径不宜小于0.11m，钻孔间距应满足换

热需要，间距宜为3 m ～ 6m 。水平连接管的深度应在冻土层以下0.6 m，且距地面不宜小于1.5 m。

7、每对供、回水环路集管连接的地埋管环路数宜相等。供、回水环路集管的间距不应小于

0.6 m。

六、地埋管系统施工要点：

1、如果水平地埋管管沟杂物较多，铺设前，沟槽底部应先铺设相当于管径厚度的细砂；

2、竖直地埋管换热器U形管安装完毕后，应立即灌浆回填封孔。回填材料导热系数不能低

于钻孔周围土壤的导热系数；

3、当钻孔孔壁不牢固或者存在孔洞、洞穴等导致成孔困难时，应设护壁套管。下管过程中，U形管内宜充满水，并宜采取措施使U形管两支管处于分开状态；

4、地埋管施工过程的水压检验；

5、检验压力大小的确定：

当工作压力小于等于1.0 MPa时，应为工作压力的1.5倍，且不应小于0.6 MPa；当工作压力

大于1.0 MPa时，应为工作压力加0.5 MPa。

七、水压试验的步骤（四次水压试验）：

1、竖直地埋管换热器插入钻孔前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压至少15 min，稳压后压力降不应大于3％，且无泄漏现象；将其密封后，在有压状态下插入钻孔，完成灌

浆之后保压l h。

2、竖直环路集管装配完成后，回填前应进行第二次水压试验。在试验压力下，稳压至少30 m in，稳压后压力降不应大于3％，且无泄漏现象。

3、环路集管与机房分集水器连接完成后，回填前应进行第三次水压试验。在试验压力下，

稳压至少2 h，且无泄漏现象。

4、地埋管安装完毕，且冲洗、排气及回填完成后，应进行第四次水压试验。在试验压力下，稳压至少12 h，稳压后压力降不应大于3％。

八、地埋管系统主要设备材料：

地埋钻井机双U型头

地埋管系统主要材料下管完毕的地源井

地埋管施工现场图片

[MISSING IMAGE: , ]

地埋管施工现场图片

室外分集水器图片

九、地埋管系统常见问题：

1、单位井深换热量估算较大，导致机组低能效比运行，系统不节能。

2、地埋管系统冬季提热量与夏季散热量不平衡。

冷热不平衡导致夏季运行时地埋管出水温度（℃）年变化表

冷热不平衡导致冬季运行时地埋管出水温度（℃）年变化表

3、无论打井是一百米还是五十米都一味的采用各竖井同程并联，导致地埋管中流速不满足

充分换热的要求，地埋管换热较差。

4、无论打井多深都一味的采用各竖井同程并联，导致地埋管中流速不满足充分换热的要求，地埋管换热较差。

5、地源热泵系统运行控制方面，有些系统在机组停机，而空调泵不停机时，地源侧循环泵

仍然不停机，建议此时地源侧循环泵停机，当机组要启动时，再启动地源侧循环泵。

6、不是所有的地质都适合土壤源热泵工程，土质为沙土、或粘土的地区最适合开展地源热

泵工程，岩石地质地源成孔困难，不适合土壤源热泵工程。