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地源热泵简介及工程勘察、施工第一章地源热泵简介地源热泵（geothermal heat pump, ground-source heat pump）是把地面做低 温热源的热泵，即从地面土壤中吸热来取暖的循环设备它是利用地球表面浅层 水源（如地下水、河流和湖泊）和土壤源中吸收的太阳能和地热能，并采用热泵 原理，既可供热又可制冷的高效节能空调系统1946年，美国第一台地源热泵系统在俄勒冈州的波兰特市中心区安装成功， 1997年，中国和美国能源部（DOE）科技部签署了《中美能效与可再生能源合 作议定书》，其中主要内容之一是“地源热泵”项目的合作o 2006 年, 1月，国 家建设部颁布《地源热泵系统工程技术规范国家标准》一、地源热泵工作原理在自然界中，水总是由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温人们可 以用水泵把水从低处抽到高处，实现水由低处向高处流动，热泵同样可以把热量 从低温传递到高温所以热泵实质上是一种热量提升装置，工作时它本身消耗很少一部分电能， 却能从环境介质（水、空气、土壤等）中提取4-7倍于电能的装置，提升温度进 行利用，这也是热泵节能的原因地源热泵是热泵的一种，是以大地或水为冷热源对建筑物进行冬暖夏凉的空 调技术，地源热泵只是在大地和室内之间“转移”能量。

利用极小的电力来维持 室内所需要的温度从匕圧中按U?冉用替代議炉夏天基斗瓯理中的林.潜优冷却塔◎水为璋弁自士轰散黙图一 夏季土壤源热泵原理图二 冬季土壤源热泵原理二、地源热泵的一般形式地源热泵有开式和闭式两种1、开式系统：是直接利用水源进行热量传递的热泵系统该系统需配备防 砂堵，防结垢、水质净化等装置2、闭式系统： 是在深埋于地下的封闭塑料管内，注入防冻液，通过换热器与水或土壤交换 能量的封闭系统闭式系统不受地下水位、水质等因素影响a. 垂直埋管-深层土壤 垂直埋管可获取地下深层土壤的热量垂直埋 管通常安装在地下 50-150 米深处，一组或多组管与热泵机组相连，封闭的塑料 管内的防冻液将热能传送给热泵，然后由热泵转化为建筑物所需的暖气和热水 垂直埋管是地源热泵系统的主要方式，得到各个国家的政府部门大力支持b. 水平埋管-大地表层 在地下2米深处水平放置塑料管，塑料管内注满防 冻的液体，并与热泵相连水平埋管占地面积大，土方开挖量大，而且地下换热 器受地表气候变化的影响c. 地表水 江、河、湖、海的水以及深井水统称地表水地源热泵可以 从地表水中提取热量或冷量，达到制热或制冷的目的利用地表水的热泵系统造 价低，运行效率高，但受地理位置（如江河湖海）和国家政策（如取深井水）的 限制。

H4卜水系统水源式系统（开路系绒）水平岬「谊（3）土壤埋骨代系统（闭路京统图三 地源热泵的一般形式三、地源热泵的组成地源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、地源热泵机组和 室内采暖空调末端系统 其中地源热泵机主要有两种形式：水—水式或水—空 气式三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，地源热泵与地能之间 换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气四、 地泵的分类热泵是需要冷凝器的热量，蒸发器则从环境中吸热，此时从环境取热的对象 称为热源；相反制冷是需要蒸发器的冷量，冷凝器则向环境排热，此时向环境排 热的对象称为冷源蒸发器冷凝器根据循环工质与环境换热介质的不同，主要分为空气换热和水 换热两种形式 热泵根据与环境换热介质的不同，可分为：水—水式，水—空 气式，空气—水式，和空气—空气式共四类 利用空气作冷热源的热泵，称之 为空气源热泵空气源热泵有着悠久的历史，而且其安装和使用都很方便，应用 较广泛但由于地区空气温度的差别，在我国典型应用范围是长江以南地区在 华北地区，冬季平均气温低于零摄氏度，普通空气源热泵不仅运行条件恶劣，稳 定性差，而且因为存在结霜问题，效率低下、现在新出了一款超低温空气源热泵 专门针对华北地区的，超低温空气源热泵稳定性好，效率高，具有高效除霜功能。

利用水或地热作冷热源的热泵，称之为地源热泵水和地热是一种优良的热源， 其热容量大，传热性能好，一般地源热泵的制冷供热效率或能力高于空气源热泵， 但地源热泵的应用常受到水源或地热的限制五、 市场状况2006年，9月，沈阳被国家建设部确定为地源热泵技术推广试点城市，到 2010年底，实现全市地源热泵技术应用面积约占供暖总面积的1/3地源热泵 技术在我国应用时间较短，总计不到10年时间在近5年内，随着市场的 需要，热泵事业发展十分迅猛90年代后期，政府部门为治理大气污染，在 一些大中城市相继实行了禁止烧煤，取消小锅炉（烟囱）一些措施，地源（水 源）热泵系统才从实验室里、教科书上、设计手册的理论研究阶段进入市场实 际应用阶段奥运村实例1：奥运村：国内 首个“绿色居住区”，奥运 村运动员居住区利用清河 污水处理厂排入河道的再 生水建设的“再生水源热 泵系统”，它是用热交换的 技术方式提取再生水中的 温度能量，为奥运村提供 冬季供暖和夏季制冷城市中（污）水的大型热泵系统，在欧洲等发达国已有几 十年的运行历史，而在国内还没有此类大型项目，将水源热泵技术与城市污水处 理相结合，在扩大城市污水利用范围，拓展城市污水治理效益方面具有重要的推 广意义，将使我国可再生水能源的利用技术，达到国际先进水平。

实例2：世博轴，世界最大地源 热泵基地，上海世博轴借其毗邻黄浦 江边的天然优势，在设计师的巧手装 扮下，成为一条冬暖夏凉的“环保走 廊”，世博轴全部使用黄浦江水源热 泵和地源热泵技术提供空调，可能是 当今世界上规模最大的桩基地源热 泵技术应用实例3：无锡翠竹•芙蓉山庄，据比较 显示，传统中央空调不仅是“电老虎”，而 且还排放大量有害气体;而热泵技术，却只 需要消耗少量电能，不污染环境，无燃烧, 零排放同时，一般的分体空调和热水器 的使用寿命为8~10年，三联供系统外部系 统正常使用是20~25年并且，三联供系无锡翠竹•芙蓉山庄统是采用的国际最节能的地源、水源热泵机组，使用费用比传统采暖、制冷方式 节约运行费用40〜60%，就能在城市建筑中采暖、制冷、供热水相比之下， 传统空调的电耗能效比（能效比:即消耗lkW的电力，产生lkW的热能空调在 所有制热产品中的能效比最高，可以达到1:3左右，即消耗lkW的电力，能够 移动3kW左右的热量，所以空调节能省电）为1:2〜2.2，三联供系统为1:4~4.5， 三联供系统的节能效果突出六、经济分析热泵的实用性和应用前景在很大程度上依赖于它的经济性，通过对经济性进 行分析比较，有利于找到各种热泵的优点和缺陷，以利于更进一步地研究和改进。

在此对地源热泵、太阳能辅助的地源热泵系统进行了经济性分析，以空气源热泵 系统为对象，定量计算并比较了地源热泵和太阳能辅助地源热泵的节能效果，验 证了这两者在经济上的优越性，并指出了节能与降低成本的环节与措施热泵初投资比较：（1）土壤源热泵初投资与风冷热泵相比，土壤热源热泵采用了地下盘管散热，而地下盘管作为中间 换热器与冷凝器进行热交换，主机部分价格相差不大，只须将风冷热泵的风冷冷 凝器价格减去，再加上土壤热泵的地下换热设备以及水冷冷凝器的价格就是土壤 热源热泵的价格地源热泵地下换热器系统的造价构成如下：a. 钻孔费用；b. 开挖及回填管沟，并加盖板、PVC管材费，包括活接头及阀门等；c. 水泵、膨胀水箱费用；d. 人工及保温材料费用2）太阳能辅助地源热泵初投资太阳能在热泵系统中的利用有多种方式，目前太阳能热泵的技术水平已经可 以经济的提供超过 45°的热水本文中研究系统采用太阳能热水与热泵并联方 式，直接用热水来采暖本系统冬季运行的部分负荷要靠太阳能来承担，按照太 阳能提供 30%所需的热量参考当前的市场行情，采用以下计费标准：a. 考虑到地源热泵要维持夏季制冷运行，铺设盘管的费用不变。

b. 太阳能吸热器的吸热量为208W/m2，价格为1000元/m2，则单位换热量造价为4.808元/m2各系统的各项初投资见表1表］两种热泵的初投资比较热泵(kW)制热呈合计

b. 显示了地源热泵，尤其是太阳能辅助地源热泵系统与常规空气源热泵相 比，在技术上和经济性上的较大优势（主要是在太阳能吸热器、敷设盘管等初投 资费用和运行费用均具有优势的地区）,为今后热泵系统的节能、供热质量的提 高以及新型能源的利用指明了方向引自：热泵系统的经济性分析，包 涛，董 玉军等）第二章 地源热泵工程勘察地源热泵的发展是典型的 “需求推动、 市场引导、 企业运作、政府规范” 的模式各个企业在开拓市场方面投入较大， 先期工程勘察投入不足， 从而诱 发一系列地质问题发生， 在此环境下建设部编制 《规范》 是十分必要的， 尽 管在某些技术细节上还有需要进一步完善的地方，但技术上有个标准是非常有必 要的《规范》 明确指出： 地源热泵系统工程在设计之前要先勘察， 勘察中要 做试验， 在此基础编制水资源勘察报告， 最后确定设计方案， 这也充分说明 了政府部门明确指出了工程勘察的重要性一、资质要求为保证工程质量， 勘察工作要有勘察资质的专业部门完成 勘察资质包括 几种：第一、建设部颁发的工程勘察资质 第二、国土资源部颁发的地质勘察资质 第三、水利部颁发的“水资源调查评价”资质和“建设项目水资源论证” 资 质。

二、工程勘察内容首先应开展调查、 调研工作， 目的主要是了解场地地貌特征及区域水文地 质特征， 据此提出勘察方案 如场地周边地表水体及浅井的情况、 地下水是 否丰富、 赋存的特征等， 据此初步设想换热方式， 再编制有侧重点的勘察方 案 工程所在地如为贫水地区， 无法利用地下水， 制定勘察方案时。