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地源熱泵原理簡述

邢臺地源熱泵供暖系統安裝，為自然現象，正如水由高處流向低處那樣，熱量也總是從高溫流向低溫，用*的熱力學第二定律準確表述：“熱量不可能自發由低溫傳遞到高溫”。但人們可以創造機器，如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以地源熱泵實質上是一種熱量提升裝置，它本身消耗一部分能量，把環境介質中貯存的能量加以挖掘，提高溫位進行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低，這就是地源熱泵節能的原理。

地源熱泵屬于*空調的一種，但地源熱泵區別于傳統*空調，地源熱泵原理主要是通過與地能進行換熱，是一種十分節能環保的*空調系統。地源熱泵已受到了*、住房城鄉建設部大力支持，許多城市和地區都在積極推廣地源熱泵地源熱泵原理-夏季制冷

邢臺地源熱泵供暖系統安裝，在制冷狀態下，地源熱泵機組內的壓縮機對冷媒做功，使其進行汽-液轉化的循環。通過冷媒/空氣熱交換器內冷媒的蒸發將室內空氣循環所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環的同時再通過冷媒/水熱交換器內冷媒的冷凝，由水路循環將冷媒所攜帶的熱量吸收，zui終由水路循環轉移至地下水或土壤里。在室內熱量不斷轉移至地下的過程中，通過冷媒-空氣熱交換器，以13℃以下的冷風的形式為房供冷。

分成以下三類系統： 

（1）土壤源地源熱泵系統    利用地下埋設的封閉循環管路通過介質（水或水加防凍液）在管路中循環，與土壤或巖體進行熱交換（分垂直和水平兩種埋管形式）。 

，在地下成孔，孔內埋設管道，通過介質（水或水加防凍劑）在管道中循環，在地下與土體或巖體進行熱交換。所以也有人稱其為土源熱泵系統，或地埋管耦合交換熱泵系統，系統示意圖如下地源熱泵系統工作原理 

2.1、制冷工況  在制冷狀態下，地源熱泵機組內的壓縮機對冷媒做功，使其進行汽——液轉化的循環。通過冷媒/空氣熱交換器內冷媒的蒸發將室內空氣循環所需攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環的同時，再通過冷媒/水熱交換器內冷媒的冷凝，由水路循環將冷媒所攜帶的熱量吸收，zui終由水路循環轉移至土壤里。在室內熱量不斷轉移至地下的過程 中，通過冷媒——空氣熱交換器，以13-7℃的冷風的形式為房間供冷。

工藝流程如右圖：

 2.2、制熱工況在制熱狀態下，地源熱泵機組內的壓縮機對冷媒做功，并通過水路切換將水流動方向換向。由地下土壤換熱器循環吸收地下水或土壤里的熱量，通過冷媒/水熱交換器的冷媒的蒸發，將水路循中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環同時，再通過冷媒/空氣熱交換器內的冷媒的冷凝，由空氣循環將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉移至室內的過程中。以35-50℃的熱風的形式向室內供暖，工藝流程見右圖： 

地源熱泵優點  

1、，屬再生能源利用技術  地源熱泵是利用了地球土壤所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。地表土壤和水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽輻射能量，比人類第年利用能量的500倍還多，而且是一個巨大的動態能量平衡系統，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發散的相對的均衡。這使得利用儲存于其中的近乎無限的太陽能或地能成為可能。所以說，地源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術

在制熱狀態下，地源熱泵機組內的壓縮機對冷媒做功，并通過水路切換將水流動方向換向。由地下土壤換熱器循環吸收地下水或土壤里的熱量，通過冷媒/水熱交換器的冷媒的蒸發，將水路循中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環同時，再通過冷媒/空氣熱交換器內的冷媒的冷凝，由空氣循環將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉移至室內的過程中。以35-50℃的熱風的形式向室內供暖，

地源熱泵原理-冬季制熱

在制熱狀態下，地源熱泵機組內的壓縮機對冷媒做功，并通過四通閥將冷媒流動方向換向。由地下的水路循環吸收地下水或土壤里的熱量，通過冷媒/水熱交換器內冷媒的蒸發，將水路循環中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環的同時再通過冷媒/空氣熱交換器內冷媒的冷凝，由空氣循環將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉移至室內的過程中，以強制對流、自然對流或輻射的形式向室內供暖。

地源熱泵設備選型：分區水源熱泵機組選擇

一旦確定了地源熱泵系統類型，就可以選擇每個分區的水源熱泵機組。首先根據機組在分區中所要安裝的位置，選擇合適的機組形式，例如：落地式機組可以安裝在外墻窗下；水平式機組可以安裝在吊頂內；垂直式機組適合安裝在壁櫥或機房里等。

地源熱泵系統設計：地埋管地源熱泵系統設計

地源熱泵系統設計主要包括兩大部分：一是建筑物內的空調系統設計，主要有空氣處理方案確定及設備選擇，水源熱泵機組的選擇、室內整個空調系統的風系統和水系統設計；二是室外地能換熱系統的設計，即地埋管地源熱泵系統中的地埋管換熱器、地下水熱泵系統中的水井系統以及地表水熱泵系統中的地表水換熱器的設計，這部分是地源熱泵系統有別于其他系統之所在。

地源熱泵設備選型：地埋管換熱器管理形式選擇

地埋管換熱器的埋管主要有兩種形式，即水平埋管和垂直埋管。換熱器管路埋置在水平管溝內的地埋管換熱器為水平埋管。換熱管路埋置在垂直鉆孔內的地埋管換熱器為垂直埋管。

地源熱泵設備選型：地埋管換熱器環路形式選擇

地埋管換熱器中流體流動的環路形式有串聯和并聯兩種。在串統中，幾個井（水平管為管溝）只有一個流動通路；并聯方式是一個井（管溝）有一個流動通路，數個井有數個流動通路。

地源熱泵設備選型：地埋管換熱器埋管選擇

由于地埋管的使用場所特殊、施工較復雜，所選管材必須符合特定的性能才能保證施工順利進行、系統才能正常運行，對管材特殊性要求如下：

對管材質量的要求；選擇地埋管規格；選擇地埋管管徑；確定地埋管管子長度。基本介紹

地球表面的淺層地下水溫度常年保持基本恒定，不受外部環境干擾。這個溫度夏季低于環境溫度，冬季高于環境溫度，非常適于水源熱泵從其中提取冷量或熱量供人們使用。尤其是，這部分地下水溫度被提取后再回灌入地下，能夠很快從地層環境中重新恢復溫度，將地層中取之不竭的低位能量不斷輸出。

水井取能的方式就是將淺層地下水用潛水泵自出水井中抽出，通過管道輸送到主機站，經過水源熱泵換熱器進行取能，滿足主機正常運轉，然后再經過管道輸送到回水井，回灌到地下。

基本介紹

地埋管取能方式是利用深埋在地下的閉式循環水管路系統與地層巖土進行換熱，換熱后的循環水將能量傳給水源熱泵主機，實現能量供給。通常也稱這個系統為：“閉式地源熱泵系統”或“地耦合地源熱泵系統”；埋在地下的封閉循環管路稱為“地熱換熱器”，它的形式有兩種：水平埋管、豎直埋管。水平埋管是在地面挖出1-2米深的溝，每個溝內埋設2、4或者6根塑料管，并連形成封閉網狀系統；豎直埋管是在地層中鉆直徑為0.1—0.15米的鉆孔，鉆深30—150米，在每個孔中設置一組或兩組U型塑料管并用灌漿材料灌實，再整個連成封閉網狀系統。

技術要點

A、科學合理計算建筑物需要的能量，減少富余量，避免造成過于龐大的地埋管施工量。

B、充分對當地地層進行了解，如有條件要對地層巖土的傳熱系數、熱擴散系數進行測量，科學計算或估算所需地熱換熱器的管長。

C、平埋時應根據當地凍土層厚度確保合理的埋管深度，以免受地面溫度的影響；豎直埋管時每孔間距要大于3--4米，水平連接總管的埋深也要保證在當地凍土層厚度以下。

D、閉式系統進行聯網連接時，要注意同程原理。

E、施工設計時合理設計檢修點，便于將來故障排查。

F、注意施工過程中的回填工藝質量，過程中保證zui少三次試壓。

地埋管取能方式適用于缺乏水源的項目，雖然前期投資相對較大，但建成后一勞永逸，系統可以正常使用50年左右。采用地埋管取能方式，前期需要注意計算建筑物周邊是否具有足夠的埋管場地。如果冬夏冷熱負荷量差距較大，還需考慮采用冷卻塔或備用熱源進行負荷調節。

污水/中水水源的取能方式

1、基本介紹

污水水源熱泵是通過提取城市原生污水中的溫差，將污水中低品質的恒溫能量“汲取”出來，實現夏季供冷、冬季供暖、生活熱水全年保障的“三聯供”，創造性的化污為“寶”，變成可利用的再生能源，是節能減排的一個新途徑。污水水源中含有固態雜質，需要加裝污水全自動除污設備進行處理，由于水質具有一定的腐蝕性，污水不直接進主機，要增加換熱裝置，或采用防腐型污水水源熱泵機組。

中水是指生活污水處理后，達到規定的水質標準，可在一定范圍內重復使用的非飲用水。中水水溫一般夏季在27--32℃左右，冬季在7—12℃左右（北方寒冷地區需實際了解）。這些中水一般通過直埋大口徑混凝土管道輸送到城內河道、水景湖等處，所以在輸送過程中溫度受外界環境影響不大。一個中等規模的城市污水處理廠日處理生活污水可達10萬噸，所以，管道沿途的建筑物可以利用中水源熱泵系統對該水源中的量加以利用，實現夏季供冷、冬季供暖、生活熱水全年保障的“三聯供”。中水的取用一般是經過市政管理部門同意或合作，在建筑物附近對中水管道進行開口，在管道上對接一個取水口，在取水口下游對接一個入水口，以便將一定量的中水引入主機站通過水源熱泵加以利用，再排回中水管道。

2、技術要點

A、中水水質潔凈，可以直接進入主機進行換熱，工藝簡單、方便。根據中水的實際溫度設計計算合適的中水取用量，安裝相應合理口徑的管道及水泵。

B、因為中水管道一般為混凝土管道，取水管道一般用鋼管，所以，在中水管道上開口以及實現兩種材質管道的無泄漏對接是一個關鍵技術。一般采用相應口徑的鋼制承插管件，該管件與混凝土管連接時，采用石棉水泥、膨脹水泥等措施對邊縫進行密封。

C、污水處理廠一般每年都有一個停產檢修階段，對中水管道的施工要在這個時期抓緊進行。

D、在機房內中水回水管路上，安裝一臺合適的增壓循環泵，主要是為了補充所取用的中水在機房內管路上的壓力損失，以便于回到中水主管路時能順利匯入。

污水、中水水源熱泵系統必須確保穩定、連續的充足水源供應，不能因上游管道的堵塞或污水處理廠的臨時停運而造成水源的間斷供應，從而造成系統不能正常運行。工業尾水取能方式

1、基本介紹

在很多工業生產過程中會產生大量的熱能，在保證生產工藝需要后，很多熱量需要快速排出或直接排放。比如：化工廠的冷凝工段、鋼鐵廠的冷卻工段、熱電廠的冷卻工段、焦化廠的燒制工段等都有大量的余熱排出。這些余熱排出的形式一般有熱水和熱氣兩種形式，對這部分能量的回收取用可以通過板換、熱管等技術，把熱量換取到二次能源水中，再使用水源熱泵技術加以提取利用。采用這種技術既可以達到廢熱利用，節約能源的目的，又可以與生產工藝緊密結合，實現工藝目的，降低生產成本。

地源熱泵系統能效評估及投資增量問題需進一步研究。 

地源熱泵系統能效評估及投資增量問題直接涉及到地源熱泵經濟性問題，然而對于地源熱泵系統經濟性又包括初投資和安裝費用。初投資問題: 并不是所有的地源熱泵系統都是經濟合理的，地下鉆孔埋管和打井都需要較大的工程建設費，尤其是在現場地質水文條件惡劣的情況下更為突出。在有一些工程中，其地下鉆孔埋管或打井費用甚至和地上空調系統的建設費用相接近。由于鉆井費用可能占到整個系統初投資的30% 以上，有些看重初投資的地產商可能會回到傳統的空調形式。安裝維護: 目前地源熱泵系統的安裝費用較高，與電制冷、天然氣加熱系統相比，地源熱泵的維護費用顯然是高的，尤其是地下水系統，它的回收期是5～ 8 年; 而且地源熱泵系統的維護較為困難，這在一定程度上會影響它的使用。但隨著新工藝逐步投入市場以及更加專業化的施工、安裝、維護隊伍的出現，市場逐步規范以及競爭逐漸增多，相信費用問題會得到逐步解決，地源熱泵系統運行的節能省錢的特點將逐步體現。由于對于地源熱泵系統能效評估及投資增量研究不夠詳細，從而導致在計算投資回收期及節能效率差異，zui終可能導致地源熱泵系統不能高效運行。 

匹配高效能換熱管的殼管式水冷冷凝器：

① 采用目前zuixianjin的DAE高效冷凝傳熱管，管外表面的多頭螺旋細肋以及螺旋形突起，使換熱系數和換熱能力大幅度提高。

② 內部結構優化設計，*地提高了冷凝器抗腐蝕、抗污垢的能力，充分發揮冷凝器換熱效果，從而保證機組達到較高的性能水平。

③ 殼管式冷凝器上還安裝安全閥，放氣閥等，確保殼管式冷凝器的安全以及清洗、維護的方便性。

機組避振設計，確保機組低噪聲，低振動：

① 機組壓縮機的下面設置彈簧或橡膠減振器，減振效率在85%以上，即振動傳遞率小于0.15，降低機組振動及系統振動，從而降低機組噪聲。

② 機組系統所有的管道均有避振塑料管夾固定，避免因機組及系統振動而產生的噪聲。

匹配制冷系統配件：

①機組所用制冷系統配件全部選用的產品，如可拆式干燥過濾器、膨脹閥、供液電磁閥、視液鏡、高、低壓力控制器、排氣溫度控制器等均采用世界*的的產品，確保機組具有較高的性能水平。

②機組所有材料經*檢驗合格后方可進廠, 確保機組制冷系統工作的高可靠性。

匹配xianjin、高可靠性的智能控制系統及控制技術：

① 多機控制系統除具備單機自動化配置及功能外，還具備顯示多機組運行情況，根據回水溫度電腦自動判斷空調系統是部分機組運行還是全部機組運行。

② 可選配RS485/RS232通訊接口，方便用戶實現的機組的集中監控和遠程監控。

③ 機組具有控制多臺壓縮機的均衡運行功能，確保機組高效運行。

a) 機組能量調節方式：

機組根據冷凍水回水溫度進行邏輯計算，控制機組的運行狀態及啟停機。每臺機組采用四級能量調節*、75%、50%、25%，實現機組的高效節能運行。

空調領域的應用可分為空氣源熱泵、

水源熱泵以及地源熱泵三類。由于熱泵是提取自然界中能量，效率高，沒有任何污染物排放，是當今zui清潔、經濟的能源方式。在資源越來越匱乏的今天，作為人類利用低溫熱能的方式，熱泵技術已經在*范圍內受到廣泛關注和重視。地源熱泵系統根據地熱交換系統形式的不同又可分為地表水地源熱泵系統、地下水地源熱泵系統、地埋管地源熱泵系統。    

地源熱泵系統按其循環形式可分為：閉式循環系統、開式循環系統和混合循環系統。對于閉式循環系統，大部分地下換熱器是封閉循環，所用管道為高密度聚乙烯管。管道可以通過垂直井埋入地下150－200英尺深，或水平埋入地下4－6英尺處，也可以置池塘的底部。在冬天，管中的流體從地下抽取熱量，帶入建筑物中，而在夏天則是將建筑物內的熱能通過管道送入地下儲存；¨對于開式循環系統，其管道中的水來自湖泊、河流或者豎井之中的水源，在以與閉式循環相同的方式與建筑物交換熱量之后，水流回到原來的地方或者排放到其它的合適地點；對于混合循環系統,地下換熱器一般按熱負荷來計算，夏天所需的額外的冷負荷由常規的冷卻塔來提供地源熱泵是從巖土體、地下水、地表水為低溫熱源，由地（水）源熱泵機組，地熱能采集系統，建筑物內系統組成的供熱空調系統，根據地熱能采集形式不同，

2、技術要點

A、要仔細研究工廠生產工藝流程，有機結合原有管道系統，必須做到不影響正常生產，有利于正常生產。

B、水溫在5℃以上的各種水源均可有效利用，根據熱水溫度、熱水成分、特點，設計合理的取能工藝技術方案。

C、采用熱管等科學合理的技術手段，將多種形式的生產廢熱回收并用水作為介質輸出，達到節能降耗的目的，實現生產、供暖雙功能。

D、提取熱能后的工業尾水水溫可降至4--8℃，可循環用于工業冷卻，達到節約用水的目的。地熱尾水取能方式

1、基本介紹

地熱水是指水井深度在1000米以下、溫度在40℃--90℃的溫泉水。地熱水常用來直接供暖，尾水排走時水溫仍然在30--35℃左右。為了有效利用低溫尾水，使用水源熱泵技術提取利用其中的熱能，根據供暖系統的需要制取出水溫在45—80℃的取暖用水，在原有水量條件下，供暖面積可大大增加。

2、技術要點

A、根據尾水的溫度、流量及可提取溫差準確計算通過尾水所能提取的能量，由此，再結合建筑物的需熱量，計算出可以供應的建筑物面積。

B、工藝原理圖可參照工業廢水取能工藝圖。尾水可循環利用直至zui終排出的水溫降至3℃。水源熱泵項目的前期要了解建筑物周邊是否有空余場地可以用來打井；了解當地政府是否允許開鑿水源熱泵水井，有哪些規定和辦理程序；通過*門和地質勘探部門了解地下水狀況、水井工藝要求、打井成本、水質、水量、水溫等詳細資料。

空調水井一般采用鉆機施工，根據地層結構不同選擇采用回旋鉆或沖擊鉆。水井開孔直徑一般為600毫米左右；井管常采用鋼管、球墨鑄鐵管、高壓水泥管等，直徑一般在300毫米左右；井管和泥孔壁之間用濾料填實，濾料一般采用直徑2毫米至20毫米不等的優質石英砂等材料，上部用粘土球填實（基巖地質結構一般只需下骨架管，無需下井管）。井口制作閥門井池，安裝閥門、管道等設施，井池上方地面上安裝一個鑄鐵井蓋，不影響地面景觀與用途。

技術要點

A、采用這種方式，要根據項目所在地水文地質的實際情況確定適宜的水井深度，開鑿試驗井，再根據試驗井的單井出水量、項目設計總需水量確定出水井數量。為保證井水的循環再生利用效果，根據試驗井的含水層狀況，出水井要配置適當數量的回水井，輔以異層抽灌、加壓回灌、真空回灌、單井回灌等措施，確保井水*可靠地回灌。

B、根據當地地層構造情況以及地下水的流動特性，合理選擇井間距。間距太近，可能會造成地下串水或溫度場的相互影響，使得出水水溫來不及恢復，不能長時間滿足系統運轉；間距太遠，可能造成場地不夠或回灌速度太慢等情況。具體設計也要根據試驗井的含水層狀況確定。

C、嚴格把握水井施工質量，絕不能等同于一般灌溉井的施工。水井施工工藝必須保證出水量、回灌量達到項目設計要求，保證含砂量小于十萬分之一。

D、井水管網采用雙管制，便于水井的功能替換，自動洗井等。

E、如果當地地下水屬較強酸堿腐蝕性，要增加換熱裝置，地下水不直接進主機和機房管線，或采用或采用海水型機組。