水、地源热泵特点及使用范围

一、地源热泵简介在我国既有的400多亿平米建筑中，80%以上为高耗能建筑，在所有的建筑能耗中，采暖和空调能耗占总能耗55%以上，所提供的能源70%以上由煤炭直接或间接供应。

煤炭在燃烧、发电过程中，产生大量的粉尘、CO2、SO2，严重污染大气，对我们的生态环境造成严重威胁，特别对人类的生产和生活产生重大的影响。

为改善生存环境，保证可持续发展，国家大力推广使用地源热泵技术，制定了税收减免、享受峰谷电价等优惠政策，有些地区已经实施每平米给予50~100元不同程度的补贴。

目前经济发展日新月异，随着生态环境保护的深入人心和节能意识的加强，可再生能源越来越受重视，水、地源热泵系统因其节约常规能源、充分利用可再生能源以及减少环境污染和资源破坏等显著优点，将会成为21 世纪最有效的供热和供冷空调技术之一。

供热空调的能源消耗占社会总能耗的比例大达30%，而环境污染的20%也是由供热空调燃煤引起的。

因此，采用热泵技术，开发低位的、可再生的清洁能源用于建筑物的供热空调意义重大，是建筑节能减排的有效途径之一。

这些能源包括：大气、土壤、地下水、地表水、工业余热及城市污水等等。

其中污水在数量（水量）、质量（水温）及分布规律上（地理位置）具有明显优势。

预计2010年我国污水排放量达720亿t/a，水温全年在10-25℃之间，按开发50%的水量计算，可供热空调的面积至少在5亿㎡以上。

另外，原生污水均匀地分布在城市地下空间，为因地制宜地有效利用及建设分散式的热泵供热空调系统创造了有利条件。

地源热泵是一种利用浅层地热资源（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设备。

地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现由低温位热能向高温位热能转移。

地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源，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。

地源热泵较于传统空调及采暖的优点1、环境和经济效益显著地源热泵机组运行时，不消耗水也不污染水，不需要锅炉，不需要冷却塔，也不需要堆放燃料废物的场地，环保效益显著。

地源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比也可以减少40%以上；与电供暖相比可以减少70%以上，它的制热系统比燃气锅炉的效率平均提高近50%，比燃气锅炉的效率高出了75%。

2、一机多用，应用广泛地源热泵系统可供暖、空调制冷，还可提供生活热水，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，特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物。

地源热泵有着明显的优点。

不仅节省了大量的能量，而且用一套设备可以同时满足供热、供冷、供生活用水的要求，减少了设备的初投资，地源热泵可应用于宾馆、居住小区、公寓、厂房、商场、办公楼、学校等建筑，小型的地源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。

3、自动运行地源热泵机组由于工况稳定，可以设计成简单的系统，部件较少，机组运行可靠，维护费用用低，自动控制程度高，使用寿命长。

4、无环境污染地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少38%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，真正的实现了节能减排节能减排是减少能源浪费和降低废气排放更多。

5、维护费用低地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。

6、使用寿命长地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达50年,要比普通空调高35年使用寿命。

7、维持生态环境平衡地源热泵夏天把室内的热量排到地下，冬天把地下的热量取出来供室内使用，相对来说，向环境排放更少的能量，维持生态环境的平衡。

8、节省空间没有冷却塔、锅炉房和其它设备，省去了锅炉房，冷却塔占用的宝贵面积，产生附加经济效益，并改善了环境外部形象。

9、符合国家政策，获得政策性支持国家十分重视可再生能源开发利用工作，《中华人民共和国可再生能源法》已于2006年1月1日起实施；同时，在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中，又把大力发展和规模化应用新能源和可再生能源作为能源领域的优先发展主题。

从国家立法和发展战略的高度，对可再生能源的发展应用予以强力推动。

根据国家建设部政策规定，凡采用地源热泵空调技术的建筑物，通过向当地建委申报，可获得政府的政策性支持，减免建筑配套费用140～200元/㎡。

地源热泵系统的能量来源于自然能源。

它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”。

被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。

该系统无论严寒地区或热带地区均可应用。

可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。

二、地下水源热泵系统与地埋管地源热泵系统比较分析由于本地地表水资源匮乏，下面重点分析地下水源热泵系统及地埋管地源热泵系统。

（一）地下水（井水）源热泵系统地下水源热泵系统是一种新型节能环保空调系统，利用地下水温度稳定的特点，抽取地下水到地面以上，与建筑物内的空气进行热交换，然后再回灌到含水层，形成循环，因此又被陈伟开放式循环系统。

与深层地热开发不同，地下水源热泵主要开发深在200m以内的浅部含水层，相对运行成本较低，空气热泵、地表水热泵和土壤热泵的媒质温度随季节变化强烈，而地下水温度十分稳定，因此地下水源热泵具有更高的效率，可以大大减少燃料或电能消耗。

随着全球能源形势日趋紧张，这种节能环保型的空调技术在建筑领域受到推崇，在世界各地被推广应用。

按照地下水抽取和回灌的井孔组合特征，地下水源热泵系统可以分为异井抽灌系统和同井抽灌系统（图1），其中采用较多的是异井抽灌系统。

对于异井抽灌系统，回灌井和抽水井可以轮换，即如果夏季是开采井，冬季可变为抽水井。

另外有一种单井抽灌的热泵系统，是把冬季的低温水注入含水层保存（并不抽取地下水），然后夏季在同一口径中抽取贮存的低温水以降低建筑物室内温度（并不回灌）。

这种冬灌夏抽或夏灌冬抽的热泵系统又被称为含水层贮能系统。

地下水源热泵系统和含水层贮能系统并不是要直接利用地热能，而是把含水层作为天然的保温箱，进行地表热能的时空调节。

（二）地埋管地源热泵系统地埋管地源热泵系统是传热介质通过水平或竖直地埋管换热器与岩土体进行热交换的地热能交换系统，是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的空调系统。

该项技术在欧、美一些国家已非常成熟，近几年土壤源热泵技术在我国逐渐被人们所重视，越来越被广泛地应用到各类工程建设项目当中。

根据管道埋设的方式，地埋管系统可分为水平埋管系统和竖直埋管系统。

在本地区通常采用竖直埋管系统。

（三）地下水源热泵系统及地埋管地源热泵系统的比较分析地下水源热泵系统及地埋管地源热泵系统除具有地源热泵系统的全部优点外，又具有各自的特点。

结合具体工程，可以从以下几个角度进行分析：1、对室外施工场地要求。

对于某工程，若采用地下水源热泵系统，设计需要9孔热源井（3抽6灌，间距50米，设计每孔井出水量80m³/h，设计每孔井回水里大于40m³/h）；若采用垂直埋管地源热泵系统，设计需要450孔换热井（设计井深120m，双U形，交换热量45W/延米，间距4m），占地面积约为6400㎡。

2、初投资分析。

由1可知，采用地下水源热泵系统，热源侧系统包括9热源井、9台潜水泵、2台旋流除砂器、1台电子水处理仪、约1500m管道连接系统、阀门控制系统及潜水泵控制系统、土方工程；垂直埋管换热系统包括钻井450孔、3台循环水泵（两用一备）、1台电子水处理仪、井内216000m管道及水平约1200m管道连接系统，阀门控制系统及循环泵控制系统，大量的土方工程。

3、使用效果分析。

根据本公司经验可知，浅层地下水源出水温度约为15℃，且随地表温度变化不大，换热效果较好；而垂直埋管系统机组回水温度较低，受土壤性能影响较大，土壤的热工性能、能量平衡、土壤中的传热与传湿对传热有较大影响。

4、可利用的水源条件限制。

地下水源热泵系统对热源井水质要求较高，对于不符合要求的水源必须进行水处理或增设板式换热器改为闭式系统。

5、水层的地理结构的限制。

地下水源热泵的运行也有可能导致不均匀的地面沉降。

充分回灌的地下水源热泵并不会使用整个场地的地下水位下降，但抽水附近可形成显著的地下水漏斗。

如果在热泵井的埋深范围粘性土层很发育，抽水井附近可产生附加地面沉降，而回灌井附近则几乎没有岩土层变形。

这样场地内会有不均匀地面沉降，对建筑物是有一定风险的。

回灌不足的地下水源热泵如果长期运行，有可能形成较大范围的地下水漏斗并诱发场地整体地面沉降。

目前，国内外还没有地下水源热泵诱发地面沉降的案例报道，这说明从工程经验上看地下水源热泵一般不会引发岩土层的严重变形。

然而，原则上讲地下水源热泵不宜在软弱粘性土层十分发育的地方使用。

地埋管地源热泵系统则不存在这种限制。

6、地下水资源保护问题。

地下水源热泵还需避免造成地下水的污染。

施工填料、井孔管材的腐蚀、井壁微生物繁殖、加酸洗井等过程可能把一些降低水质的化学物质带入地下水。

有些地下水源热泵系统管路密封不足，加上回扬、负压和沉砂池等因素，会把空气引入地下水，导致地下水具有更强的氧化环境，可能发生不利的化学演变。

另外，地下水温度的大幅度变化，也有可能使地下水中某些对温度敏感的化学物质或物理化学反应过程发生变化。

小规模的和分散的地下水源热泵一般不会严重影响地下水质，但大规模的密集的热泵系统需要注意地下水环境的受害风险。

地埋管地源热泵系统热源侧换热系统属于闭式循环系统，与地下水没有直接接触，不会造成地下水源污染。

使用范围：水地源热泵系统适用于冬季制热、夏季制冷的建筑物，在以下建筑类型中使用较多：●农村新民居的采暖工程●大型商场、超市中央空调系统●办公楼建筑的中央空调系统或采暖系统●酒店、旅馆客房类建筑的中央空调系统及生活热水系统●医院病房类建筑、气象局办公楼建筑●大型商场、超市的中央空调系统●客运站、候车室等交通运输类型的采暖空调系统●轨道交通地铁类空调通风系统●高大车间、厂房的采暖系统●汽车4S店类型建筑中央空调系统●高速路收费站、服务区的采暖空调系统●别墅类、家庭用户式小型空调及采暖系统三、产品介绍（一）压缩机博纳德公司生产的水源热泵机组采用半封闭双螺杆式制冷压缩机。

在运行上采用模糊控制原理，尽量均衡压缩机的运行时间已达到均衡磨损，均衡压缩机寿命，即机组全部停机后再次启动运行时间短的压缩机先启动，运行时间长的压缩机后启动；压缩机在运行过程中的能级调节是逐级加载或逐级卸载。

大大延长了压缩机的使用寿命和运行的安全可靠性。

该压缩机具有以下优势：图3-1 压缩机断面图（1）转子：采用5：6非对称转子齿形；采用英国HOLROYD转子加工机及德国KAPP、KLINGELNBER精密转子研磨机加工成形；德国ZEISS、LEITZ三坐标测量仪严格检测，精度佳，质量稳定；在连续运转状况下，转子可保持最佳间隙值，以达到最高效率之要求。