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地源熱泵技術(shù)路線   

襄樊的地源熱泵機(jī)組，地源熱泵技術(shù)路線有以下兩種：土--氣型地源熱泵技術(shù)和水--水型地源熱泵技術(shù)    土--氣型地源熱泵技術(shù)以美國的技術(shù)為代表，水--水地源熱泵技術(shù)以北歐的技術(shù)為代表。二者的差別是：前者從淺層土壤或地下水中取熱或向其排熱，通過分散布置于各個房間的地源熱泵機(jī)組直接轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)或冷風(fēng)為房間供暖或制冷。后者是從地下水中取熱或向其排熱，經(jīng)過熱泵機(jī)組轉(zhuǎn)換成熱水或冷水，然后再經(jīng)過布置在各個房間的風(fēng)機(jī)盤管轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)或冷風(fēng)給房間供暖或制冷。由于美國的土--氣型地源熱泵技術(shù)，可以不用地下水，采用埋設(shè)垂直管、水平管或向地表水拋設(shè)管路等多種方式，直接從淺層土壤取效或向其排熱，不受地下水開采的限制，推廣的范圍更大、更靈活。地源分類   

地源按照室外換熱方式不同可分為三類：

(1)土壤埋管系統(tǒng)，

(2)地下水系統(tǒng)，

(3)地表水系統(tǒng)。

襄樊的地源熱泵機(jī)組根據(jù)循環(huán)水是否為密閉系統(tǒng)，地源又可分為閉環(huán)和開環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)如埋盤管方式 （垂直埋管或水平埋管），地表水安置換熱器方式。開環(huán)系統(tǒng)如抽取地下水或地表水方式。  此外，還有一種“直接膨脹式”，它不象上述系統(tǒng)那樣采用中間介質(zhì)水來傳遞熱量，而是直接將熱泵的一個換熱器（蒸發(fā)器）埋入地下進(jìn)行換熱。地源熱泵系統(tǒng)的形式   

土-氣型地源熱泵系統(tǒng)按照室外換熱方式不同分，

主要有三類形式： 

1、地耦管系統(tǒng)

該方案只需在建筑物的周邊空地、道路或停車場打一些地耦管孔，室外水系統(tǒng)注滿水后形成一個封閉的水循環(huán)，利用水的循環(huán)和地下土壤換熱，將能量在空調(diào)室內(nèi)和地下土壤之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換故該方案不需要直接抽取地下水，不會對本地區(qū)地下水的平衡和地下水的品質(zhì)造成任何影響，不會受到國家地下水資源政策的限制。 

2、地下水系統(tǒng)   

項目附近如果有可利用的地表水，水溫、水質(zhì)、水量符合使用要求，則可采用開式地表水（直接抽取）換熱方式，即直接抽取地表水，將其通過板式換熱器與室內(nèi)水循環(huán)進(jìn)行隔離換熱，可以避免對地表水的污染。此種換熱方式可以節(jié)省打井的施工費(fèi)用，室外工程造價較低。

3、地表水系統(tǒng)   

項目附近如果有可利用的地表水，水溫、水質(zhì)、水量符合使用要求，則可采用拋放地耦管換熱方式，即將盤管放入河水（或湖水）中，盤管與室內(nèi)循環(huán)水換熱系統(tǒng)形成閉式系統(tǒng)。該方案不會影響熱泵機(jī)組的正常使用；另一方面也保證了河水（湖水）的水質(zhì)不受到任何影響，而且可以大大降低室外換熱系統(tǒng)的施工費(fèi)用地源熱泵在回灌困難地區(qū)的應(yīng)用  北京市是偉大祖國的首都，為改善空氣環(huán)境、減少大氣污染，市委市政府早在2000年就提出了大氣污染治理規(guī)劃。在城區(qū)內(nèi)利用清潔能源取代燃煤鍋爐，禁止新建燃煤鍋爐。水源熱泵空調(diào)作為一種清潔、節(jié)能、環(huán)保新技術(shù)很快被人們認(rèn)識和接受。但在水源熱泵系統(tǒng)的推廣應(yīng)用中，如何合理地抽取和回灌地下水是困惑用戶的首要問題。在水文地質(zhì)條件相對差的地區(qū)，回灌很難，出現(xiàn)了個別項目難以實現(xiàn)地下水的*回灌，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)正好彌補(bǔ)了水源熱泵系統(tǒng)的不足，它通過密閉的PE換熱管與地層進(jìn)行熱交換，為熱泵提供冷熱源，不再需要提取和回灌地下水。它的成功應(yīng)用和示范，使在水文地質(zhì)條件較差的地區(qū)也能使用地能資源。本文將對比水源熱泵和地源熱泵系統(tǒng)，以及它們所適用的地質(zhì)條件和地區(qū)，并通過對朝陽區(qū)綠化局辦公樓地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的介紹，使大家對地源熱泵進(jìn)一步了解。

一、地能熱泵系統(tǒng)的介紹

1.1地能概述       

人類賴以生存的地球蘊(yùn)藏著豐富的各類礦產(chǎn)資源，同時它還是一個非常巨大的能量資源庫。以淺層地表為例，據(jù)調(diào)查地表以下5~10米的地層溫度就不隨室外大氣溫度的變化而變化，常年維持在15~17℃。這樣的溫度相對于北京等的北方城市，冬季它比大氣溫度（5~-15℃）高，是可利用的低品位熱源；夏季它比大氣溫度（25~40℃）低，是可利用的冷源。地能熱泵系統(tǒng)就是利用地層的冬暖夏涼的特性，通過提取和釋放地層中的熱量，實現(xiàn)冬季供暖和夏季制冷。冬季通過輸入1kW的電能，熱泵機(jī)組可吸收2.5~3kW的地能，為建筑物提供3.5~4kW的熱能；夏季通過輸入1kW的電能，能為建筑物提供3.5~4kW的冷能。而該項目技術(shù)成功的關(guān)鍵就在于如何從地層中提取和釋放熱能。      

水源熱泵和地源熱泵都屬于地能熱泵的范疇，不同之處就在于它們提取和釋放地能的方式不同。 1.2水源熱泵和地源熱泵 1.2.1水源熱泵系統(tǒng)      

水源熱泵是通過抽取與地層同溫度的地下水，機(jī)組與地下水換熱后，地下水通過回灌井回灌到地層中。根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷量及需水量的大小，地層的出水能力和回灌能力來設(shè)計抽水井和回灌井的數(shù)量。  抽灌井可為一抽一灌、一抽多灌或多抽多灌。 1.2.2地源熱泵系統(tǒng)  地源熱泵系統(tǒng)通過在密閉的換熱管里循環(huán)的循環(huán)液與地層之間進(jìn)行熱量交換，冬季吸熱、夏季散熱。根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷量的大小，地層的導(dǎo)熱能力來設(shè)計換熱孔形式、數(shù)量和深度。

地源熱泵的利與弊   

1、地源熱泵：

未明確支持和大力推廣，態(tài)度不明朗，有些地區(qū)明令禁止（天津，上海等）。

2、地源熱泵：

會對地下水資源、對周邊環(huán)境造成了一定程度的破壞，實際上把對大氣的污染轉(zhuǎn)移到地下水水中，土壤中。雖然理論上抽取的地下水將回灌到地下水層，但目前國內(nèi)抽取的地下水真正做到全部回灌的少之又少，回灌難落實，采水量大于回灌量，造成地下水位下降，嚴(yán)重時將導(dǎo)致地質(zhì)層發(fā)生變化，地面沉降。另外，對水資源存在物理、化學(xué)、生物污染，怎樣保證地下水層不受污染也是一個棘手的問題。（武漢湯遜湖地區(qū)做的地下水源熱泵空調(diào)，已經(jīng)停用，沒地下水了！北京地區(qū)使用水源熱泵機(jī)組的地區(qū),由于*使用地下水,倒至地表層下陷。） 

3、地源熱泵：

一旦地下水量不能滿足機(jī)組要求，系統(tǒng)將癱瘓。而且在使用過程中，一般3-5年需對水井、板式換熱器進(jìn)行定期維護(hù)。

4、地源熱泵：

主要取決于水井的壽命，達(dá)到設(shè)計出水的運(yùn)行時間一般為3-5年。 

5、地源熱泵：

水井、板式換熱器需定期（一般為3-5年）維護(hù)，費(fèi)用不菲，需交納水資源費(fèi)。 

6、地源熱泵；

地下水量隨著運(yùn)行時間的延長，不一定能滿足機(jī)組要求，一旦地下水資源潰乏，系統(tǒng)隨之癱瘓。 

7、地源熱泵：

板式換熱器需定期維護(hù)；水井需養(yǎng)井，由于泥砂堵塞，回灌量逐年遞減，井的壽命zui多3～5年。

8、地源熱泵：

風(fēng)險性很大，地下水量的大小，國家對地下水源的使用政策都是不確定因素。誰也無法保證可*利用地下水源。

9、地源熱泵有它的優(yōu)點,

也有很多不足之處,它的應(yīng)用受到地質(zhì)條件的制約：水質(zhì)、水量、地下水的穩(wěn)定性等。地下水源熱泵大量應(yīng)用暴露出了很多問題，zui為典型的是回灌井失效，回灌井堵塞和溢出是大多數(shù)地下水源熱泵都會出現(xiàn)的問題。

10、地源熱泵由于它是利用地下熱能這一可再生能源，zui近幾年受到了人們越來越多的關(guān)注。然而，就在這項技術(shù)逐步被人們所認(rèn)識的時候，我國一些地區(qū)卻紛紛出現(xiàn)了地下水由于嚴(yán)重開采，造成地下水位下降，嚴(yán)重的已導(dǎo)致地質(zhì)層發(fā)生變化。

11、國外如美國、歐州主要研究和應(yīng)用的地源熱泵系統(tǒng)以及我國研究和推廣的重點均是土壤源熱泵系統(tǒng)而不是水源熱泵。在美國地源熱泵，是通過采集土壤、江河湖水中的熱量或冷量，多采用密閉式的系統(tǒng)，一般設(shè)計時，不與地下水資源直接接觸。很少進(jìn)行地下水的抽取。

在中國可能理論上可以達(dá)到環(huán)保，但是實際在使用過程中*會發(fā)生變化，情況如下： a）、系統(tǒng)容易被泥砂堵塞 

b）、水抽幾年就沒了 

c）、存在物理、化學(xué)、生物污染等地下水污染 d）、無法*回灌，回灌難落實，采水量大于回灌量，水資源浪費(fèi)

兩個系統(tǒng)對比

水源熱泵 

地源熱泵

相同之處 站房內(nèi)系統(tǒng)基本相同，都能同時具備供暖、制冷和制生活熱水的功能 不同之處  需要鉆鑿抽灌井  需要鉆鑿換熱孔  抽取、回灌地下水，作為熱交換的媒介 循環(huán)液在換熱管中密閉循環(huán)，不擾動地下水  機(jī)組進(jìn)水溫度穩(wěn)定，與地層溫度相同冬季進(jìn)水溫度為10~13℃，夏季進(jìn)水溫 為17~20℃  水井需要定期維護(hù)  換熱孔不需要任何維護(hù) 

北京市水文地質(zhì)條件       

北京市水文地質(zhì)條件相對較好的地區(qū)主要分布在永定河古河道，潮白河古河道等，比較適合應(yīng)用水源熱泵的地區(qū)有：海淀區(qū)南部、石景山區(qū)、豐臺區(qū)、大興北部、城區(qū)、順義縣城東北部等部分地區(qū)。根據(jù)具體地點的水文地質(zhì)條件不同，其單井的抽水量和回灌量都有所不同。  基本上所有的地區(qū)都能使用地源熱泵，但平原區(qū)，如海淀北部、朝陽區(qū)、昌平區(qū)、順義南部、通縣、大興南部等地區(qū)，地層顆粒細(xì)換熱孔施工容易，成孔費(fèi)用相對較低；山區(qū)及山前地區(qū)，由于地層為巖石地層或顆粒較大，鉆孔費(fèi)用較高。三、地源熱泵案例        北京市朝陽區(qū)綠化局位于朝陽區(qū)紅領(lǐng)巾公園橋西北側(cè)，新辦公樓總建筑面積為4000m2，其中地上局部三層，地下一層。辦公樓于2003年初開始建設(shè)，由于距離城市熱源主干道較遠(yuǎn)，如采用燃?xì)忮仩t或城市熱力供暖都需要投入很大的接口費(fèi)用。因為紅領(lǐng)巾公園所處地區(qū)，地層顆粒較細(xì)，主要以粘土、粉細(xì)砂、粗砂和砂礫層為主，所以選用了地源熱泵系統(tǒng)。        建筑物的總熱負(fù)荷為450kW（含30kW生活熱水負(fù)荷），總冷負(fù)荷為480kW。空調(diào)系統(tǒng)選用東宇制冷設(shè)備廠生產(chǎn)的GWHP530Y30型水水熱泵機(jī)組。地埋管系統(tǒng)布置在辦公樓東側(cè)道路下，換熱孔共計26眼，成兩列排布，孔間距為4米。每孔下入

【產(chǎn)品特性】

◆ 功能齊全

集制冷、制熱、生活熱水三位一體功能的集成系統(tǒng)，具備五大功能：

制冷（夏季）

制熱（冬季）

熱回收：制熱水+制冷（夏季或過渡季節(jié)）

制熱水（全年）

雙制熱：制熱水+制熱（冬季）

◆ 高效穩(wěn)定

采用高效渦旋式壓縮機(jī)，能效比高；雙壓縮機(jī)機(jī)組，可以實現(xiàn)逐級卸載，部分負(fù)荷效率更高；電子膨脹閥精確控制制冷劑流量，運(yùn)行更穩(wěn)定，應(yīng)用范圍更廣。

◆ 設(shè)計*

源側(cè)采用同心套管式換熱器，熱交換效率高，有效減少壓力損失和管路結(jié)垢，并具有抗腐蝕能力，可滿足地下水和地下環(huán)路系統(tǒng)應(yīng)用的需要；負(fù)荷側(cè)采用板式換熱器，結(jié)垢緊湊，熱交換效率更高。

◆ *設(shè)計

機(jī)組采用低噪音設(shè)計，全封閉壓縮機(jī)配以優(yōu)質(zhì)的吸音材料大大減低了機(jī)組的噪音。

◆ 控制*

采用微電腦控制，大屏幕液晶顯示，實時監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)出水溫度，壓縮機(jī)、水泵運(yùn)行狀態(tài)，熱水加熱工作狀態(tài)等。

◆ 應(yīng)用范圍廣

可應(yīng)用于水環(huán)工況、地下水工況、地下環(huán)路工況，廣泛用于別野、賓館及其它商用場合。

地源熱泵的系統(tǒng)優(yōu)勢  
1.高效節(jié)能
地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高約30－50％；全年的運(yùn)行費(fèi)用要比熱網(wǎng)集中供熱或燃油燃?xì)夤嵯到y(tǒng)降低20－60％。
2.綠色環(huán)保地源熱泵系統(tǒng)省去鍋爐和鍋爐房，全年僅采用電力這種清潔能源，*解決了鍋爐造成的大氣污染的問題。由于提高了能源的利用效率，大大減少了由于建筑供熱空調(diào)產(chǎn)生的CO2的排放量。同時避免了地下地源熱泵系統(tǒng)可能造成的對地下水的浪費(fèi)和污染。它是一種清潔的可再生能源，具有*的環(huán)境效益。
3.一機(jī)多用
地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。機(jī)組緊湊、節(jié)省建筑空間。
4.美化建筑
系統(tǒng)不需鍋爐和冷卻塔，也不需家用空調(diào)的窗機(jī)，令建筑與環(huán)境更加賞心悅目。
5.分戶計量
便于分戶計量核算，計費(fèi)合理方便。
6.安全可靠
地下?lián)Q熱器采用高密度聚乙烯塑管，壽命長達(dá)50年；熱泵機(jī)組壽命20年以上。運(yùn)行可靠，維護(hù)費(fèi)用低廉。

地源熱泵打井?dāng)?shù)量的確定：     

1、打井的數(shù)量與地質(zhì)條件有很大的關(guān)系，粗細(xì)紗，黃土層，或卵石層、基巖層打孔的深度都不一樣的， 

2、與所配的地源熱泵機(jī)組的制熱量有關(guān)系，比如：制熱量是100KW，每延米的換熱量是45W     

3、上述兩個條件就能算出打井的數(shù)量來地埋管：     

地源熱泵埋管共分兩種，一種水平地埋，一種為垂直埋管：    

規(guī)范規(guī)定：水平連接管的深度應(yīng)在凍土層以下0.6m，且距地面不宜小于1.5m。      水平地埋管普遍使用在單相運(yùn)行狀態(tài)的空調(diào)系統(tǒng)中，一般的設(shè)計埋管深度在2～4米之間，在只用于采暖時，土壤在整個冬天處于放熱狀態(tài)，溝的深度一定要深，管間距要大。    

規(guī)范規(guī)定：豎直地埋管換熱器埋管深度宜大于20m，鉆孔孔徑不宜小于0.11m，鉆孔間距應(yīng)滿足換熱需要，間距宜為3～6m。     

垂直埋管換熱器通常采用的是U型方式，按其埋管深度可分為淺層（＜ 30 m），中層（30～100 m）和深層（＞100 m）3種。埋管深，地下巖土溫度比較穩(wěn)定，鉆孔占地面積較少，但相應(yīng)會帶來鉆孔、鉆孔設(shè)備的經(jīng)費(fèi)和高承壓埋管的造價提高。