地源热泵空调系统介绍1
地源热泵技术及其设计(1)
2 土壤热交换器的传热分析
2.1 土壤热交换器传热分析模型 对于地源热泵系统设计而言，土壤热交换器的传热分析主要是保证在地源热泵整个生命周期
中循环介质的温度都在设定的范围之内，设计者根据这一目标选择土壤热交换器的布置形式并确 定埋管的总长度。土壤热交换器传热分析的另一个目的，是在给定土壤热交换器布置形式和长度 以及负荷的情况下，计算循环液温度随时间的变化，并进而确定系统的性能系数和能耗，以便对 系统进行能耗分析。土壤热交换器设计是否合理，决定着地源热泵系统的经济性和运行的可靠性， 建立较为准确的地下传热模型是合理地设计土壤热交换器的前提。设置在不同场合的土壤热交换 器将涉及不同的地质结构，包括各地层的材质、含水量和地下水的运动等，这些当然都会影响到 换热器的传热性能。此外，土壤热交换器负荷的间歇性及全年吸放热负荷的不平衡等因素，也对 其传热性能有重要影响。由于地下传热的复杂性，土壤热交换器热量传递过程的研究一直是地源 热泵空调系统的技术难点，同时也是该项研究的核心和应用的基础。
垂直式土壤热交换器的结构有多种，根据在垂直钻井中布置的埋管形式的不同，垂直土壤热 交换器又可分为 U 型土壤热交换器与套管式土壤热交换器，如图 5 所示。套管式土壤热交换器在 造价和施工难度方面都有一些弱点，在实际工程中较少采用。垂直 U 型埋管的换热器采用在钻井 中插入 U 型管的方法，一个钻井中可设置一组或两组 U 型管。然后用回填材料把钻井填实，以尽 量减小钻井中的热阻，同时防止地下水受到污染。钻井的深度一般为 30～180m[13]，对于一个独 立的民居，可能钻一个钻井就足够承担供热制冷负荷了，但对于住宅楼和公共建筑，则需要有若 干个钻井组成的一群地埋管。钻井之间的配置应考虑可利用的土地面积，两个钻井之间的距离可 在 4～6m 之间，管间距离过小会影响换热器的效能。考虑到我国人多地少的实际情况，在大多数 情况下垂直埋管方式是惟一的选择。
地水源热泵系统介绍1(1)
2.2 水源热泵系统工作原理
• 水源热泵系统是一种可同时实现采暖和制冷的高效节能空 调系统，它主要是以地下水中的热能，作为热泵夏季制冷 的冷却源、冬季采暖供热的低温热源；即在冬季，热泵把 水中的热量“取”出来，供给建筑物室内采暖；夏季，把 建筑物室内的热量取出来，释放到地下水中去，达到建筑 物制冷目的。
• 地埋管地源热泵系统能效比高一般都在4.0以上， 通常热泵机组消耗1单位的能量，再加上土壤中储 存的3单位的能量，用户可以得到4单位以上的热 量或冷量，节能效果明显。
地源热泵系统原理示意图
地源热泵系统原理示意图
一、 地埋管地源热泵系统介绍
• 3. 地源热泵系统发展背景
• 2005年，国家发展改革委“可再生能源和新能源 高技术产业化专项”重点支持了一批风力发电、 太阳能光伏发电、太阳能供热和地源热泵供热 （制冷）、氢能等方面的产业化项目。在太阳能 供热和地源热泵供热（制冷）方面，开展新型太 阳能热水器和地源热泵系统产业化。包括高可靠 性新型真空管集热器、大面积中高温太阳能热水 系统、全天候太阳能热水系统、高效地源热泵及 其配套系统。
一、 地埋管地源热泵系统介绍
• (3) 节水省地 • 1）以土壤为冷热源，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。 • 2）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) 环境效益显著 该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，在供 热时，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，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。 • (5) 运行安全稳定，可靠性高 • 地源热泵系统在运行中无燃烧设备，因此不可能产生二氧 化碳、一氧化碳之类的废气，也不存在丙烷气体，因而也 不会有发生爆炸的危险，使用安全。燃油、燃气锅炉供暖， 其燃烧产物对居住环境污染极
地源热泵 基础知识
地源热泵基础知识一、地源热泵系统原理地源热泵是利用地下浅层地热资源的低品位能源，通过热泵技术获取可供空调使用的冷热水的空调系统。
地源热泵是一个广泛的概念，根据地热的利用方式，分为水源热泵和土壤源热泵。
二者不同之处是：水源热泵直接利用水作为热源，土壤源热泵需要通过换热器从土壤中获取能量。
地源热泵空调系统通常由地源热泵机组、地热能换热系统、建筑物内系统组成。
地源热泵机组与常用的水冷式冷水机组的工作原理基本相同，仅水源部分的温度有所差别。
此外，地源热泵冷热工况的转换，一般是通过机组以外管道阀门的切换来实现的。
地埋管换热器是地源热泵的重要组成部分。
垂直地埋管方式，是在垂直钻孔内埋置U型换热管道，然后由水平管将U型管并联成系统，水从管道内流过并与土壤换热。
垂直地埋管方式的主要特点是运行比较稳定和可靠。
还有一种是水平地埋管方式。
二、地源热泵系统工作原理地源热泵技术是利用浅层常温土壤或地下水的能量作为能源的新型热泵技术。
该技术可以同时供暖和制冷，并且能够提供生活热水。
利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。
地源热泵系统冬季代替锅炉从土壤中取出热量，以３０～４０℃左右的热风向建筑物供暖，夏季代替普通空调向土壤排热，以１０～１７℃左右的冷风形式给建筑物制冷。
地源热泵技术节能效果显著，消耗１ｋＷ的能量，用户可以得到４ｋＷ以上的热量或冷量。
它不向外界排放任何废气、废水、废渣，是一种的理想的“绿色技术”。
从能源角度来说，它是一种用之不尽的可再生能源。
三、地源热泵的分类及其各自特点地源热泵在国内也被称为地热泵。
根据利用地热源的种类和方式不同可以分为以下３类：土壤源热泵或称土壤耦合热泵（GCHP）、地下水热泵（GWHP）、地表水热泵（SWHP）。
（一）土壤源热泵土壤源热泵以大地作为热源和热汇，热泵的换热器埋于地下，与大地进行冷热交换。
“科学家园”地源热泵空调系统简介
“科学家园”地源热泵空调系统简介一、地源热泵系统介绍“地源”一词的汉语内涵，十分广泛，应包括所有地下资源的含义。
但在空调业内，目前仅指地壳表层（小于400米）范围内的低温热资源，它的热源主要来自太阳能，极少能量来自地球内部的地热能。
地球表面的水体、土和岩石是一个巨大的太阳能集热器，收集47%的太阳辐射热能，这个能量比人类每年利用能源的500倍还要多，它几乎是无限的，可再生的能源。
而地源热泵的技术思路则是以少量高品位能源（电能），实现低品位热能向高品位能源的转移。
地源介质在冬季作为热泵供暖的热源，夏季作为热泵供冷的冷源。
即在冬季，把地源介质中的热量“吸取”出来，提高循环介质温度后，供暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地源介质中去，由地源介质将其储存。
这样一个完整的过程也就是一个地底环境的热平衡过程。
（一）土壤源地源热泵系统的功能与特点：1、属再生能源利用技术地源热泵是利用了地球土壤所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的空调系统。
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储存能量，接受和发散相对的均衡。
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，地源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。
2、绿色环保没有燃烧过程，避免了排放任何烟尘及有害物质，社会效益显著。
自由运用地热资源，既解决了热污染问题，又进一步提高能效比。
无室外机，不会产生令人不适的热岛效应。
3、高效节能地源热泵机组可利用的水体温度冬季为7-15℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。
而夏季水体为18-32℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔及家用空调，机组效率提高。
据我们所实施的工程经验估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30-40%的供热制冷空调的运行费用。
地源热泵系统简介
地源热泵系统简介一、地源热泵原理地源热泵系统是一种由双管路水系统连接起建筑物中的所有地源热泵机组而构成的封闭环路的中央空调系统。
冬季，地源热泵系统通过埋在地下的封闭管道（称为环路）从大地收集自然界的热量，而后由环路中的循环水把热量带到室内。
再由装在室内的地源热泵系统驱动的压缩机和热交换器把大地的能量集中，并以较高的温度释放到室内。
在夏季，此运行程序则相反，地源热泵系统将从室内抽出的多余热量排入环路而为大地所吸收，使房屋得到供冷。
尤如电冰箱那样，从冰箱内部抽出热量并将它排出箱外使箱内保持低温。
循环水泵地源热泵机组地下埋管图2地源热泵系统图地源热泵机组优点高效节能性夏季高温差的散热和冬季低温差的取热，使得地源热泵系统换热效率很高。
因此在产生同样热量或冷量时，只需小功率的压缩机就可实现，而且冬季运行不需要任何辅助热源和除霜，大大地减少电能消耗和除霜的损失，从而达到节能的目的，其耗能仅为普通中央空调加锅炉系统的50%-60%。
地源热泵技术在很大程度上为国家节省能源，缓解电荒，同时也为用户节省了大量的运行费用。
下面是北京一项目中，提供的各种采暖制冷费用比较：从下面两个分析图中可以看出，与其它供暖制冷产品相比，地源热泵技术运行费用是最便宜的一种，很大程度地为最终使用户节约运行费用，也保证安全，健康。
一个采暖季（北京为125天）各种采暖方式的采暖费用比较表0.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.00地源热泵电缆地板采暖天燃气集中供暖壁挂炉电热膜系列1一个制冷季（北京为90天）各种制冷方式的费用（元/m2）比较表0.005.0010.0015.0020.00地源热泵家用空调中央空调直燃机系列1● 环保、零污染地源热泵系统高效节能的优点，决定了它的运行费用低。
维修量极少，折旧费和维修费也都大大地低于传统空调。
据专家预测，在未来50年，世界将释放160亿吨CO2，对人们的健康和自然环境形成直接的影响。
地源热泵空调系统介绍
为专业建设发展建言，为节能绿色校园献策
传统中央空调系统的缺点
► 1、空调系统能耗大，电驱动冷水机组耗电量 空调系统能耗大，
大，运行费用高
► 2、热驱动溴化锂吸收式机组本身并不节能， 热驱动溴化锂吸收式机组本身并不节能，
且需要油或天然气，投资大，随着能源价格 且需要油或天然气，投资大， 的上涨， 的上涨，运行费用进一步升高
► 我国空调采暖系统的能耗占总能耗30%以上。建筑 我国空调采暖系统的能耗占总能耗30%以上 以上。
节能，特别是空调系统的节能， 节能，特别是空调系统的节能，是世界各国普遍关 注的问题。 注的问题。
为专业建设发展建言，为节能绿色校园献策
中央空调系统的发展现状
► 推进建筑节能减排，建设资源节约型、环境 推进建筑节能减排，建设资源节约型、
传统中央空调系统的形式
中央空调系统主要由两部分组成：冷热源、空调末端装置。 中央空调系统主要由两部分组成：冷热源、空调末端装置。 冷热源： 冷热源： 电驱动水冷制冷机组+冷却塔+ 电驱动水冷制冷机组+冷却塔+锅炉 电驱动风冷热泵冷热水机组 热驱动溴化锂吸收式制冷机组+冷却塔+ 热驱动溴化锂吸收式制冷机组+冷却塔+锅炉 热驱动直燃式溴化锂吸收式冷热水机组 空调末端： 空调末端： 风机盘管+ 风机盘管+新风空调系统 全空气管道送风空调系统
为专业建设发展建言，为节能绿色校园献策
地源热泵空调系统
为专业建设发展建言，为节能绿色校园献策
地源热泵空调系统的优势
► 1.技术成熟：本系统在北欧、北美已普遍应用近30 1.技术成熟 本系统在北欧、北美已普遍应用近30 技术成熟：
年，技术成熟、可靠，近年来在中国也得到广泛推 技术成熟、可靠， 广应用。 广应用。 ► 2.运行节能：土壤源热泵夏季冷凝温度比风冷热泵 2.运行节能 运行节能： 冬季利用地下土壤热量供热比风冷热泵COP( COP(能 低。冬季利用地下土壤热量供热比风冷热泵COP(能 效比)值高出40%左右 运行费用可降低30-40%。 左右， 效比)值高出40%左右，运行费用可降低30-40%。 ► 3.运行安全可靠：基本不受环境气温的影响，系统 3.运行安全可靠 基本不受环境气温的影响， 运行安全可靠： 简单，省去冷却塔等部件的维护工作， 简单，省去冷却塔等部件的维护工作，可稳定持续 地供冷供热。 地供冷供热。
地源热泵空调系统介绍
地源热泵空调系统介绍地源热泵空调系统是一种将地热能转化为室内舒适温度的高效节能空调系统。
该系统利用地下恒定的温度来进行空调供热和供冷，通过地热能的回收和利用，实现了绿色环保和能源节约的目标。
本文将从地源热泵系统的工作原理、优势和应用领域等方面进行介绍。
一、地源热泵系统的工作原理地源热泵系统是利用热泵原理将地下的低温热能提取出来，经过增压、增温后供应给室内，实现供暖和制冷的目的。
具体而言，地源热泵系统主要由地热采集系统、热泵系统和室内输送系统组成。
地热采集系统通过地埋式管道或地源井将地下的热能采集到地源热泵系统中，地下恒定的温度能够保持地热能的稳定供应。
采集回来的地热能交由热泵系统进行处理。
热泵系统包括蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀等主要组成部分。
蒸发器中的制冷剂在低温低压的条件下吸收地热能，经过压缩机增压后，制冷剂的温度升高，然后进入冷凝器，释放出热量，室内热负荷得到满足。
最后，经过膨胀阀进入蒸发器完成循环。
室内输送系统可以通过地板辐射、风管等方式将热量分配到各个室内空间，达到供暖或制冷的效果。
二、地源热泵系统的优势1. 高效节能：相对传统空调系统而言，地源热泵空调系统可以节约70%的能源消耗。
因为该系统利用地下恒定的温度，无需依赖外界环境的温度变化，从而保证了系统的高效运行。
2. 环保低碳：地源热泵系统不需要燃烧燃料，减少了对大气环境的污染，无废气排放，属于绿色环保的供暖和制冷方式。
同时，由于减少了能源消耗，也减少了温室气体的排放。
3. 全年可用：地下的地热能具有非常稳定的特点，因此，地源热泵系统全年都可以进行供热和供冷，无论是在寒冷的冬季还是炎热的夏季，都能提供室内舒适的温度。
4. 长寿耐用：地源热泵系统的主要部件一般寿命较长，使用寿命一般可达20年以上，相比较其他空调系统而言更加持久。
三、地源热泵系统的应用领域地源热泵系统可以广泛应用于各种建筑类型，特别是对于大型商业建筑和公共设施来说，其节能效果更加显著。
从零开始认识地源热泵
从零开始认识地源热泵地源热泵系统是真正意义上的环保节能的系统。
它通过充分利用蕴藏于地球土壤中或江河湖海中的巨大能量，来实现对建筑物的供暖和制冷，因为它利用的是大自然可再生的免费能源，因此其具有显著的环保、节能的效果。
从零开始认识地源热泵地源热泵空调系统是目前可以利用的对环境最友好和最有效的供冷和供暖空调系统。
它比空气热泵空调系统节能40%以上，比电采暖节能70%以上，比燃气炉效率提高48%以上，而所需的制冷剂比普通热泵空调减少50%以上，地源热泵空调系统70%以上的能量是从大地中获得的可再生能源。
有些品牌的机组还具有三联供技术（供冷、供热、供热水），更是进一步实现了业界最高效的能源综合利用。
系统原理地源热泵系统是一种由双管路水系统连接起建筑物中的所有地源热泵机组而构成的封闭环路的空调系统。
一定深度以下的地下土壤温度会全年恒定在13℃-20℃之间。
利用地球所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖制冷空调系统，地下常温土壤或地下水温度相对稳定的特性。
冬季：当机组在制热模式时，就从土壤/水中吸收热量，通过压缩机和热交换器把大地的热量集中，并以较高的温度释放到室内。
夏季：当机组在制冷模式时，就从土壤/水中提取冷量，通过压缩机和热交换器把大地的热量集中，并入室内，同时将室内的热量排放到土壤/水中，达到空调的目的。
系统组成地源热泵空调系统主要包含地源热泵主机、风机盘管和地下埋管。
主机是一种水冷式的供冷/供热机组。
机组由封闭式压缩机、同轴套管式（或板式）水/制冷剂热交换器、热力膨胀阀（或毛细膨胀管）、四通换向阀、空气侧盘管、风机、空气过滤器、安全控制等所组成。
机组本身带有一套可逆的制冷/制热装置，是一种可直接用于供冷/供热的热泵空调机组。
地埋管是埋在地下的部分。
不同的地埋管并联连接，再通过不同的集管接入热泵主机。
系统特点传统热泵空调从空气中提取冷热量面临一个矛盾：天气越热，空气就越热，从空气中提取冷量就越困难；同理，天气越冷，从空气中提取热量就越困难。
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地源热泵空调系统介绍
1.1 浅层地热资源
地球是一个巨大的能源聚宝盆，它由地壳、地幔和地核组成。
有47%的太阳辐射能量被地表的土壤、水分吸收，比人类每年利用能量的500倍还多。
浅层地下30米至数百米深的地壳受到太阳和地核的双影响，形成了一个温度在13℃---23℃之间的相对恒温层，它储存了取之不尽的低温可再生能源。
上述深度的土壤温度基本不受四季变化的影响，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低。
浅层地能（热）是地表浅层（土壤、地下水或河流、湖泊）吸收太阳能、地热能而蕴藏的低品位热能。
浅层地能（热）具有可再生、储量巨大、分布广泛、温度恒定、易于采集等特点。
随着科学的进步，利用类似空调的原理，通过热泵技术，可实现能量的充分利用。
这种使用浅层地热能为建筑物供暖（制冷）的比例在欧美发达国家已达到30%甚至更高。
1.2 地源热泵技术
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。
地源热泵通过输入少量的高品位能源（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，把室内的热量取出来，释放到地能中去。
通常地源热泵每消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。
与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70%～90%的燃料内能转为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量。
由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，其运行费用为普通中央空调的50%～60％。
近十几年来，地源热泵空调系统在美国、加拿大及瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的地源热泵市场也日趋活跃，全国各地已开始陆续使用。
可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。
地源热泵的运行原理
地源一词是从英文“ground
source”翻译而来，汉语的内涵则
十分广泛，应包括所有地下资源
的含义。
冬季：地源热泵系统通过埋
在地下的封闭管道（称为环路）
从大地土壤中收集热量，而后由
环路中的循环水把热量带到室
内。
在通过的地源热泵机组通过
热交换获得高品位的热能，并将热能集中起来，供房间采暖需求。
夏季：此运行程序则相反，地源热泵系统将从室内抽出的多余热量排入环路而为大地所吸收，使房屋的温度降低，达到人体所需的舒适温度。
1.3 地源热泵的特点
由于地源热泵技术利用地壳表层低温热资源作为空调机组的制冷制热的冷热源，所以具有以下优点：
1.属可再生能源利用技术
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。
这使得地源热泵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，地源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。
2.高效节能
地源热泵机组可利用的土壤温度冬季为15-18℃，土壤温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。
而夏季土壤为17-20℃，同样可以满足用户使用需求。
据我们所实施的工程经验估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30-40%的运行费用。
3.运行稳定可靠
土壤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，是热泵机组很好的冷热源，土壤温度较恒定的特性，使得热机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。
比起太阳能加热系统受天气变化影响相比，更加稳定、可靠。
4.环境效益显著
地源热泵的使用电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。
所以节能的设备本身的污染就小，设计良好的地源热泵机组折电力消耗，与空气源热泵相比相当于减少30%以上，与电供暖相比相当于减少70%以上。
地源热泵技术采用的环保制冷剂，可以是R22或R134A、R407C和R410A 等替代共质。
5.一机多用，应用范围广
地源热泵系统可供暖、空调和生活热水，一机多用。
特别是对于同时有供热、供冷和生活热水要求的建筑物，地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满足供热、供冷和生活热水的要求，减少了设备的初投资。
6.自动运行
地源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用寿命可长达25年以上。