1、目錄摘要1地然熱泵介紹11.1熱源31.2組成部分3 1. 3主要特點(diǎn)31. 4形式41.5可再生性51.6高效節(jié)能51.7優(yōu)點(diǎn)71.8工作原理8熱泵原理9熱泵分類91.9系統(tǒng)類型101.10應(yīng)用方式111.11制冷原理121.12制熱原理121.13存在問題122土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要步驟 13 2.1建筑物冷熱負(fù)荷及冬夏季地下?lián)Q熱量計(jì)算 14 2.2地下管道設(shè)計(jì)14 2.21 選擇管材15 2.22確定管徑16 2.23 確定豎井管 16 2.24 確定豎井?dāng)?shù)目及間距 17 2.25 計(jì)算管道壓力損失 17 2.26 水泵選型 17 2.

2、27校核管材承壓力 18 3 其它 18 4 設(shè)計(jì)舉例19 4.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 20 4.1.1 室外設(shè)計(jì)參數(shù)21 4.1.2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)21 4.2 計(jì)算空調(diào)負(fù)荷及選擇主要設(shè)備 21 4.3 計(jì)算地下負(fù)荷 22 4.4 確定管材及埋管管徑 22 4.5 確定豎井埋管管長 22 4.6 確定豎井?dāng)?shù)目及間距22 4.7 計(jì)算地埋管壓力損失 22 4.8 校核管材承壓能力225參考文獻(xiàn) 23 摘要 隨著我國建筑業(yè)持續(xù)發(fā)展，對(duì)建筑節(jié)能的要求越來越高，而供熱系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)是建筑能耗的

3、主要組成部分，因此，設(shè)法減小這兩部分能耗意義非常顯著。地源熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)是一種使用可再生能源的高效節(jié)能、環(huán)保型的系統(tǒng)1。冬季通過吸收大地的能量，包括土壤、井水、湖泊等天然能源，向建筑物供熱；夏季向大地釋放熱量，給建筑物供冷。相應(yīng)地，地源熱泵系統(tǒng)分土壤源熱泵系統(tǒng)、地下水熱泵系統(tǒng)和地表水熱泵系統(tǒng)3種形式。 土壤源熱泵系統(tǒng)的核心是土壤耦合地?zé)峤粨Q器。 地下水熱泵系統(tǒng)分為開式、閉式兩種：開式是將地下水直接供到熱泵機(jī)組，再將井水回灌到地下；閉式是將地下水連接到板式換熱器，需要二次換熱。 地表水熱泵系統(tǒng)與土壤源熱泵系統(tǒng)相似，用潛在水下并聯(lián)的塑料管組成的地下水熱交換器替代土壤熱交換器。雖然采用地下水、地表

4、水的熱泵系統(tǒng)的換熱性能好，能耗低，性能系數(shù)高于土壤源熱泵，但由于地下水、地表水并非到處可得，且水質(zhì)也不一定能滿足要求，所以其使用范圍受到一定限制。國外（如美國、歐洲）主要研究和應(yīng)用的地源熱泵系統(tǒng)以及我國理論研究和實(shí)驗(yàn)研究的重點(diǎn)均是土壤源熱泵系統(tǒng)。目前缺乏系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以及較具體的設(shè)計(jì)指導(dǎo)，本文進(jìn)行了初步探討，以供參考。地源熱泵是陸地淺層能源通過輸入少量的高品位能源（如電能）實(shí)現(xiàn)由低品位熱能向高品位熱能轉(zhuǎn)移。通常地源熱泵消耗1kWh的能量，用戶可以得到4.4kWh以上的熱量或冷量。1地然熱泵的介紹"地源熱泵"的概念，最早在1912 年由瑞士的專家提出，而這項(xiàng)技術(shù)的提出始于英、美

5、兩國。北歐國家主要偏重于冬季采暖，而美國則注重冬夏聯(lián)供。由于美國的氣候條件與中國很相似，因此研究美國的地源熱泵應(yīng)用情況，對(duì)我國地源熱泵的發(fā)展有著借鑒意義 1.1熱源地源熱泵已成功利用地下水、江河湖水、水庫水、海水、城市中水、工業(yè)尾水、坑道水等各類水資源以及土壤源作為地源熱泵的冷、熱源。 1.2組成部分地源熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)主要分三部分：室外地能換熱系統(tǒng)、地源熱泵機(jī)組和室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)。 其中地源熱泵機(jī)主要有兩種形式：水水式或水空氣式。三個(gè)系統(tǒng)之間靠水或空氣換熱介質(zhì)進(jìn)行熱量的傳遞，地源熱泵與地能之間換熱介質(zhì)為水，與建筑物采暖空調(diào)末端換熱介質(zhì)可以是水或空氣。 3主要特點(diǎn)（1）地源熱泵技術(shù)屬可再生

6、能源利用技術(shù)。由于地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源（通常小于400米深）作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地?zé)豳Y源可以稱之為地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地?zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱能。地表淺層是一個(gè)巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲(chǔ)存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。（2）地源熱泵屬經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能技術(shù)。其地源熱泵的COP值達(dá)到了4以上，也就是說消耗1KWh的能量，用戶可得到4KWh以上的熱量或冷量。1 （3）地源

7、熱泵環(huán)境效益顯著。其裝置的運(yùn)行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。（4）地源熱泵一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣。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)；可應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖、水力平衡分配器（5）地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用低。地源熱泵的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安裝在室內(nèi)，從而避免了室外的惡劣氣候，機(jī)組緊湊、節(jié)省空間；自動(dòng)控制程度高，可無人值守。由以上的特點(diǎn)可以看出，地源熱泵的技術(shù)以后可得到廣泛的應(yīng)用。然而

8、，地源熱泵要實(shí)現(xiàn)制冷制熱，則需要給它提供動(dòng)力來輸送制冷制熱管道中的循環(huán)水，傳統(tǒng)機(jī)房可提供動(dòng)力，但施工起來比較復(fù)雜，難度高，周期長，采購的材料種類多，需庫存，漏水隱患大等等問題，針對(duì)此，市場上開發(fā)了一款新型的動(dòng)力輸配系統(tǒng)設(shè)備-節(jié)能空調(diào)機(jī)房。此機(jī)房系統(tǒng)是將傳統(tǒng)機(jī)房中的所有部件進(jìn)行集成模塊化，實(shí)行一體化安裝的模式。不僅在施工難度上大大降低了，而且無需庫存，漏水隱患大大降低了，還能與主機(jī)進(jìn)行無限聯(lián)動(dòng)等等，由此可以看出，節(jié)能空調(diào)機(jī)房實(shí)為一款為暖通行業(yè)提供一整套的解決方案.總而言之，節(jié)能空調(diào)機(jī)房、水力平衡分配器、多功能水箱與地源熱泵的結(jié)合為整個(gè)暖通系統(tǒng)增加亮點(diǎn)，同時(shí)在安裝上便捷了很多，施工時(shí)間、采購周期都

9、大大縮短了，人工成本也將低了等等。由此可見節(jié)能空調(diào)機(jī)房與地源熱泵的配合是未來暖通行業(yè)必然的發(fā)展趨勢。 4形式地源熱泵水源/地源熱泵有開式和閉式兩種。開式系統(tǒng)：是直接利用水源進(jìn)行熱量傳遞的熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)需配備防砂堵，防結(jié)垢、水質(zhì)凈化等裝置。閉式系統(tǒng)：是在深埋于地下的封閉塑料管內(nèi)，注入防凍液，通過換熱器與水或土壤交換能量的封閉系統(tǒng)。閉式系統(tǒng)不受地下水位、水質(zhì)等因素影響。1、垂直埋管-深層土壤垂直埋管可獲取地下深層土壤的熱量。垂直埋管通常安裝在地下50-150米深處，一組或多組管與熱泵機(jī)組相連，封閉的塑料管內(nèi)的防凍液將熱能傳送給熱泵，然后由熱泵轉(zhuǎn)化為建筑物所需的暖氣和熱水。垂直埋管是地源熱泵系統(tǒng)的

10、主要方式，得到各個(gè)國家的政府部門大力支持。2、水平埋管-大地表層在地下2米深處水平放置塑料管，塑料管內(nèi)注滿防凍的液體，并與熱泵相連。水平埋管占地面積大，土方開挖量大，而且地下?lián)Q熱器受地表氣候變化的影響。3、地表水江、河、湖、海的水以及深井水統(tǒng)稱地表水。地源熱泵可以從地表水中提取熱量或冷量，達(dá)到制熱或制冷的目的。利用地表水的熱泵系統(tǒng)造價(jià)低，運(yùn)行效率高，但受地理位置（如江河湖海）和國家政策（如取深井水）的限制。 1.5可再生性地源熱泵是一種利用土壤所儲(chǔ)藏的太陽能資源作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖制冷空調(diào)系統(tǒng)，地源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術(shù)。地表土壤和水體是一個(gè)巨大的太陽能集熱器，收集了

11、47%的太陽輻射能量，比人類每年利用的500倍還多（地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量）；它又是一個(gè)巨大的動(dòng)態(tài)能量平衡系統(tǒng)，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散相對(duì)的平衡，地源熱泵技術(shù)的成功使得利用儲(chǔ)存于其中的近乎無限的太陽能或地能成為現(xiàn)實(shí)。 1.6高效節(jié)能地源熱泵機(jī)組利用土壤或水體溫度冬季為12-22，溫度比環(huán)境空氣溫度表一高，熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高；土壤或水體溫度夏季為18-32，溫度比環(huán)境空氣溫度低，制冷系統(tǒng)冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式，機(jī)組效率大大提高，可以節(jié)約30-40%的供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用，1KW的電能可以得到4KW以上的熱量或5KW

12、以上冷量。與鍋爐（電、燃料）供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90%以上的電能或7090%的燃料內(nèi)能為熱量，供用戶使用，因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省約二分之一的能量；由于地源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為1025，其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.54.4，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運(yùn)行費(fèi)用為普表二通中央空調(diào)的5060%。因此，近十幾年來，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北美如美國、加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國家取得了較快的發(fā)展，中國的地源熱泵市場也日趨活躍，可以預(yù)計(jì)，該項(xiàng)技術(shù)將會(huì)成為21世紀(jì)最有效的供熱和供冷空調(diào)技術(shù)。表一：地源熱泵與其它加熱方式相比的能源消耗

13、情況比較：比較后可得出地源熱泵是所有加熱方式中最節(jié)約能源的。表三表二：地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)各方面的特點(diǎn)相比：地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在各方面都比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)表現(xiàn)優(yōu)秀。表三：300平米別墅，供暖季供暖和生活熱水運(yùn)行費(fèi)用與其它供暖方式相比：注：表三研究對(duì)象為北京的一套高檔別墅，面積為300平米。各種價(jià)格參數(shù)取自市政府相關(guān)部門發(fā)布的2004年度北京能源利用報(bào)告，以及2006年度北京能源利用報(bào)告，2個(gè)年度的能源價(jià)格變動(dòng)較大。本表按用戶每天運(yùn)行15小時(shí)，一個(gè)采暖季計(jì)算。 1.7優(yōu)點(diǎn)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益顯著地源熱泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)，不消耗水也不污染水，不需要鍋爐，不需要冷卻塔，也不需要堆放燃料廢物的場地，環(huán)保

14、效益顯著。地源熱泵機(jī)組的電力消耗，與空氣源熱泵相比也可以減少40%以上；與電供暖相比可以減少70%以上，它的制熱系統(tǒng)比燃?xì)忮仩t的效率平均提高近50%，比燃?xì)忮仩t的效率高出了75%。一機(jī)多用，應(yīng)用廣泛地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)制冷，還可提供生活熱水，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)，特別是對(duì)于同時(shí)有供熱和供冷要求的建筑物。地源熱泵有著明顯的優(yōu)點(diǎn)。不僅節(jié)省了大量的能量，而且用一套設(shè)備可以同時(shí)滿足供熱、供冷、供生活用水的要求，減少了設(shè)備的初投資，地源熱泵可應(yīng)用于賓館、居住小區(qū)、公寓、廠房、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑，小型的地源熱泵更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。維護(hù)費(fèi)用低并可無人

15、值守地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件要比常規(guī)系統(tǒng)少，因而減少維護(hù)，其系統(tǒng)不是埋在地下就是安裝在室內(nèi)，不暴露在風(fēng)雨中，機(jī)組緊湊、節(jié)省空間，也可免遭損壞，更加可靠，延長壽命。自動(dòng)控制程度高，可無人值守、遠(yuǎn)程管理，無需雇傭人員看管。地源熱泵遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)污染小地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少38%以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70%以上，真正的實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排節(jié)能減排是減少能源浪費(fèi)和降低廢氣排放更多。維護(hù)簡單地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件要比常規(guī)系統(tǒng)少，因而減少維護(hù)，系統(tǒng)安裝在室內(nèi)，不暴露在風(fēng)雨中，也可免遭損壞，更加可靠，延長壽命。壽命長地源熱泵的地下埋管選用聚乙烯和聚丙烯塑料管，壽命可達(dá)50年,要比普通空

16、調(diào)高35年使用壽命。維持生態(tài)環(huán)境平衡地源熱泵夏天把室內(nèi)的熱量排到地下，冬天把地下的熱量取出來供室內(nèi)使用，相對(duì)來說，向環(huán)境排放更少的能量，維持生態(tài)環(huán)境的平衡。節(jié)省空間沒有冷卻塔、鍋爐房和其它設(shè)備，省去了鍋爐房，冷卻塔占用的寶貴面積，產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)效益，并改善了環(huán)境外部形象。地源熱泵系統(tǒng)的能量來源于自然能源。它不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣、是一種理想的“綠色空調(diào)”。被認(rèn)為是目前可使用的對(duì)環(huán)境最友好和最有效的供熱、供冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)無論嚴(yán)寒地區(qū)或熱帶地區(qū)均可應(yīng)用?？蓮V闊應(yīng)用在辦公樓、賓館、學(xué)校、宿舍、醫(yī)院、飯店、商場、別墅、住宅等領(lǐng)域。 1.8工作原理在自然界中，水總是地源熱泵系統(tǒng)原理由高處流向低處

17、，熱量也總是從高溫傳向低溫。人們可以用水泵把水從低處抽到高處，實(shí)現(xiàn)水由低處向高處流動(dòng)，熱泵同樣可以把熱量從低溫傳遞到高溫。所以熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，工作時(shí)它本身消耗很少一部分電能，卻能從環(huán)境介質(zhì)（水、空氣、土壤等）中提取4-7倍于電能的裝置，提升溫度進(jìn)行利用，這也是熱泵節(jié)能的原因。地源熱泵是熱泵的一種，是以大地或水為冷熱源對(duì)建筑物進(jìn)行冬暖夏涼的空調(diào)技術(shù)，地源熱泵只是在大地和室內(nèi)之間“轉(zhuǎn)移”能量。利用極小的電力來維持室內(nèi)所需要的溫度。在冬天，1千瓦的電力，將土壤或水源中4-5千瓦的熱量送入室內(nèi)。在夏天，過程相反，室內(nèi)的熱量被熱泵轉(zhuǎn)移到土壤或水中，使室內(nèi)得到?jīng)鏊目諝?。而地下獲得的能量將在

18、冬季得到利用。如此周而復(fù)始，將建筑空間和大自然聯(lián)成一體。以最小的低價(jià)獲取了最舒適的生活環(huán)境。熱泵原理熱泵機(jī)組裝置主要有：壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和膨脹閥四部分組成，通過讓液態(tài)工質(zhì)(制冷劑或冷媒)不斷完成：蒸發(fā)（吸取環(huán)境中的熱量） 壓縮冷凝（放出熱量）節(jié)流再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過程，從而將環(huán)境里的熱量轉(zhuǎn)移到水中。 壓縮機(jī)(Compressor)：起著壓縮和輸送循環(huán)工質(zhì)從低溫低壓處到高溫高壓處的作用，是熱泵（制冷）系統(tǒng)的心臟； 蒸發(fā)器(Evaporator)：是輸出冷量的設(shè)備，它的作用是使經(jīng)節(jié)流閥流入的制冷劑液體蒸發(fā)，以吸收被冷卻物體的熱量，達(dá)到制冷的目的； 冷凝器(Condenser)：是輸出熱量的設(shè)備

19、，從蒸發(fā)器中吸收的熱量連同壓縮機(jī)消耗功所轉(zhuǎn)化的熱量在冷凝器中被冷卻介質(zhì)帶走，達(dá)到制熱的目的； 膨脹閥(Expansion Valve)或節(jié)流閥(Throttle)：對(duì)循環(huán)工質(zhì)起到節(jié)流降壓作用，并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的循環(huán)工質(zhì)流量。 根據(jù)熱力學(xué)第二定律，壓縮機(jī)所消耗的功（電能）起到補(bǔ)償作用，使循環(huán)工質(zhì)不斷地從低溫環(huán)境中吸熱，并向高溫環(huán)境放熱，周而往復(fù)地進(jìn)行循環(huán)。熱泵分類熱泵是需要冷凝器的熱量，蒸發(fā)器則從環(huán)境中吸熱，此時(shí)從環(huán)境取熱的對(duì)象稱為熱源；相反制冷是需要蒸發(fā)器的冷量，冷凝器則向環(huán)境排熱，此時(shí)向環(huán)境排熱的對(duì)象稱為冷源。蒸發(fā)器冷凝器根據(jù)循環(huán)工質(zhì)與環(huán)境換熱介質(zhì)的不同，主要分為空氣換熱和水換熱兩種形式。

20、熱泵根據(jù)與環(huán)境換熱介質(zhì)的不同，可分為：水水式，水空氣式，空氣水式，和空氣空氣式共四類。 利用空氣作冷熱源的熱泵，稱之為空氣源熱泵?？諝庠礋岜糜兄凭玫臍v史，而且其安裝和使用都很方便，應(yīng)用較廣泛。但由于地區(qū)空氣溫度的差別，在我國典型應(yīng)用范圍是長江以南地區(qū)。在華北地區(qū)，冬季平均氣溫低于零攝氏度，普通空氣源熱泵不僅運(yùn)行條件惡劣，穩(wěn)定性差，而且因?yàn)榇嬖诮Y(jié)霜問題，效率低下、新出了一地源熱泵供暖原理圖款超低溫空氣源熱泵專門針對(duì)華北地區(qū)的，超低溫空氣源熱泵穩(wěn)定性好，效率高，具有高效除霜功能。 利用水或地?zé)嶙骼錈嵩吹臒岜茫Q之為地源熱泵。水和地?zé)崾且环N優(yōu)良的熱源，其熱容量大，傳熱性能好，一般地源熱泵的制冷供熱

21、效率或能力高于空氣源熱泵，但地源熱泵的應(yīng)用常受到水源或地?zé)岬南拗?。地源熱泵系統(tǒng)按其循環(huán)形式可分為：閉式循環(huán)系統(tǒng)、開式循環(huán)系統(tǒng)和混合循環(huán)系統(tǒng)。對(duì)于閉式循環(huán)系統(tǒng)，大部分地下?lián)Q熱器是封閉循環(huán)，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150200英尺深，或水平埋入地下46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(nèi)的熱能通過管道送入地下儲(chǔ)存；¨對(duì)于開式循環(huán)系統(tǒng)，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(huán)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(diǎn)；對(duì)于混合循環(huán)系統(tǒng),地下?lián)Q熱器一般

22、按熱負(fù)荷來計(jì)算，夏天所需的額外的冷負(fù)荷由常規(guī)的冷卻塔來提供。工作原理地源熱泵則是利用水與地能（地下水、土壤或地表水）進(jìn)行冷熱交換來作為地源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)采暖，此時(shí)地能為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時(shí)地能為“冷源”。左圖為開式地源熱泵系統(tǒng)。右圖為冬季地源熱泵供暖原理圖。空氣源 水源 土壤源1.9系統(tǒng)類型1.水平式地源熱泵水平式地源熱泵通過水平埋置于地表面24M以下的閉合換熱系統(tǒng)，它與土壤進(jìn)行冷熱交換。此種系統(tǒng)適合于制冷供暖面積較小的建筑物，如別墅和小型單體樓。該系統(tǒng)初投資和施工難度相對(duì)較小，但占地面積較大。2.垂直式地源熱

23、泵通過垂直鉆孔將閉合換熱系統(tǒng)埋置在50M400M深的巖土體與土壤進(jìn)行冷熱交換。此種系統(tǒng)適合于制冷供暖面積較大的建筑物，周圍有一定的空地，如別墅和寫字樓等。該系統(tǒng)初投資較高，施工難度相對(duì)較大，但占地面積較小。3.地表水式地源熱泵地源熱泵機(jī)組通過布置在水底的閉合換熱系統(tǒng)與江河、湖泊、海水等進(jìn)行冷熱交換。此種系統(tǒng)適合于中小制冷供暖面積，臨近水邊的建筑物。它利用池水或湖水下穩(wěn)定的溫度和顯著的散熱性，不需鉆井挖溝，初投資最小。但需要建筑物周圍有較深、較大的河流或水域。4.地下水式地源熱泵地源熱泵機(jī)組通過機(jī)組內(nèi)閉式循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)過換熱器與由水泵抽取的深層地下水進(jìn)行冷熱交換。地下水排回或通過加壓式泵注入地下水層

24、中。此系統(tǒng)適合建筑面積大，周圍空地面積有限的大型單體建筑和小型建筑群落。1.10應(yīng)用方式地源熱泵的應(yīng)用方式從應(yīng)用的建筑物對(duì)象可分為家用和商用兩大類，從輸送冷熱量方式可分為集中系統(tǒng)、分散系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。家用系統(tǒng)用戶使用自己的熱泵、地源和水路或風(fēng)管輸送系統(tǒng)進(jìn)行冷熱供應(yīng)，多用于小型住宅，別墅等戶式空調(diào)。集中系統(tǒng)熱泵布置在機(jī)房內(nèi)，冷熱量集中通過風(fēng)道或水路分配系統(tǒng)送到各房間。分散系統(tǒng)用中央水泵，采用水環(huán)路方式將水送到各用戶作為冷熱源，用戶單獨(dú)使用自己的熱泵機(jī)組調(diào)節(jié)空氣。一般用于辦公樓、學(xué)校、商用建筑等，此系統(tǒng)可將用戶使用的冷熱量完全反應(yīng)在用電上，便于計(jì)量，適用于獨(dú)立熱計(jì)量要求?；旌舷到y(tǒng)將地源和冷卻塔或加

25、熱鍋爐聯(lián)合使用作為冷熱源的系統(tǒng)，混合系統(tǒng)與分散系統(tǒng)非常類似，只是冷熱源系統(tǒng)增加了冷卻塔或鍋爐。1.11制冷原理在制冷狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對(duì)冷媒做功，使其進(jìn)行汽-液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。通過冷媒/空氣熱交換器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)將室內(nèi)空氣循環(huán)所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時(shí)再通過冷媒/水熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝，由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終由水路循環(huán)轉(zhuǎn)移至地下水或土壤里。在室內(nèi)熱量不斷轉(zhuǎn)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(fēng)的形式為房供冷。1.12制熱原理在制熱狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對(duì)冷媒做功，并通過四通閥將冷媒流動(dòng)方向換向。由地下的水路循環(huán)吸收地下水或土壤里

26、的熱量，通過冷媒/水熱交換器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)，將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時(shí)再通過冷媒/空氣熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝，由空氣循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收。地源熱泵將地下的熱量不斷轉(zhuǎn)移至室內(nèi)的過程中，以35以上熱風(fēng)的形式向室內(nèi)供暖。1.13存在問題目前地源熱泵的技術(shù)存在的最大不足是“土壤熱不平衡”的問題。南方地區(qū)以供冷為主，常年向地下注入熱量；而北方地區(qū)冬季供暖需求大，從土壤中大量吸熱，長年運(yùn)行后將導(dǎo)致土壤溫度失衡，影響周圍生態(tài)。夏熱冬冷地區(qū)的夏季供冷量往往大于冬季供熱量，多出的熱量可通過冷卻塔散去，也可通過余熱回收系統(tǒng)，用于供應(yīng)生活熱水，從一定程度上緩解土壤熱不平衡的問題。其次，地源熱

27、泵應(yīng)用會(huì)受到不同地區(qū)、不同用戶及國家能源政策、燃料價(jià)格的影響；一次性投資及運(yùn)行費(fèi)用會(huì)隨著用戶的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，會(huì)受到當(dāng)?shù)氐叵滤Y源的制約；打井埋管受場地限制比較大，必須有足夠的面積用于打井和埋管；設(shè)計(jì)及運(yùn)行中對(duì)全年冷熱平衡有較大要求，要做到夏季往地下排放的熱量與冬季從地下取用的熱量大體平衡。2土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要步驟2.1建筑物冷熱負(fù)荷及冬夏季地下?lián)Q熱量計(jì)算 建筑物冷熱負(fù)荷計(jì)算與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計(jì)算方法相同，可參考有關(guān)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊，在此不再贅述。 冬夏季地下?lián)Q熱量分別是指夏季向土壤排放的熱量和冬季從土壤吸收的熱量?？梢杂上率龉?計(jì)算： 一般地，水源熱泵機(jī)組的

28、產(chǎn)品樣本中都給出不同進(jìn)出水溫度下的制冷量、制熱量以及制冷系數(shù)、供熱系數(shù)，計(jì)算時(shí)應(yīng)從樣本中選用設(shè)計(jì)工況下的 COP1、COP2 。若樣本中無所需的設(shè)計(jì)工況，可以采用插值法計(jì)算。 2.2地下管道設(shè)計(jì) 這部分是土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，主要包括地下熱交換器形式及管材選擇，管徑、管長及豎井?dāng)?shù)目、間距確定，管道阻力計(jì)算及水泵選型等。（在下文將具體敘述）2.21 選擇管材 一般來講，一旦將換熱器埋入地下后，基本不可能進(jìn)行維修或更換，這就要求保證埋入地下管材的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并且耐腐蝕。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中使用的金屬管材在這方面存在嚴(yán)重不足，且需要埋入地下的管道的數(shù)量較多，應(yīng)該優(yōu)先考

29、慮使用價(jià)格較低的管材。所以，土壤源熱泵系統(tǒng)中一般采用塑料管材。目前最常用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材，它們可以彎曲或熱熔形成更牢固的形狀，可以保證使用50年以上；而PVC管材由于不易彎曲，接頭處耐壓能力差，容易導(dǎo)致泄漏，因此，不推薦用于地下埋管系統(tǒng)。2.22確定管徑 在實(shí)際工程中確定管徑必須滿足兩個(gè)要求2：（1）管道要大到足夠保持最小輸送功率；（2）管道要小到足夠使管道內(nèi)保持紊流以保證流體與管道內(nèi)壁之間的傳熱。顯然，上述兩個(gè)要求相互矛盾，需要綜合考慮。一般并聯(lián)環(huán)路用小管徑，集管用大管徑，地下熱交換器埋管常用管徑有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管內(nèi)流速控制在1.22

30、m/s以下，對(duì)更大管徑的管道，管內(nèi)流速控制在2.44m/s以下或一般把各管段壓力損失控制在4mHO/100m當(dāng)量長度以下1。2.23 確定豎井埋管管長 地下熱交換器長度的確定除了已確定的系統(tǒng)布置和管材外，還需要有當(dāng)?shù)氐耐寥兰夹g(shù)資料，如地下溫度、傳熱系數(shù)等。文獻(xiàn)2介紹了一種計(jì)算方法共分9個(gè)步驟， 很繁瑣，并且部分?jǐn)?shù)據(jù)不易獲得。在實(shí)際工程中，可以利用管材“換熱能力”來計(jì)算管長。換熱能力即單位垂直埋管深度或單位管長的換熱量，一般垂直埋管為70110W/m(井深)，或3555W/m(管長)，水平埋管為2040W/m（管長）左右3。 設(shè)計(jì)時(shí)可取換熱能力的下限值，即35W/m

31、（管長），具體計(jì)算公式如下：2.24 確定豎井?dāng)?shù)目及間距 國外，豎井深度多數(shù)采用50100m2，設(shè)計(jì)者可以在此范圍內(nèi)選擇一個(gè)豎井深度H，代入下式計(jì)算豎井?dāng)?shù)目: 然后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行圓整，若計(jì)算結(jié)果偏大，可以增加豎井深度，但不能太深，否則鉆孔和安裝成本大大增加。 關(guān)于豎井間距有資料指出：U型管豎井的水平間距一般為4.5m3，也有實(shí)例中提到DN25的U型管，其豎井水平間距為6m，而DN20的U型管，其豎井水平間距為3m4。若采用串聯(lián)連接方式，可采用三角形布置（詳見2）來節(jié)約占地面積。2.25 計(jì)算管道壓力損失 在同程系統(tǒng)中，選擇壓力損失最大的熱泵機(jī)組所在環(huán)路作為最不利環(huán)路進(jìn)行阻力

32、計(jì)算?？刹捎卯?dāng)量長度法，將局部阻力件轉(zhuǎn)換成當(dāng)量長度，和管道實(shí)際長度相加得到各不同管徑管段的總當(dāng)量長度，再乘以不同流量、不同管徑管段每100m管道的壓降，將所有管段壓降相加，得出總阻力。2.26 水泵選型 根據(jù)上述計(jì)算最不利環(huán)路所得的管道壓力損失，再加上熱泵機(jī)組、平衡閥和其他設(shè)備元件的壓力損失，確定水泵的揚(yáng)程，需考慮一定的安全裕量。根據(jù)系統(tǒng)總流量和水泵揚(yáng)程，選擇滿足要求的水泵型號(hào)及臺(tái)數(shù)。2.27校核管材承壓能力 管路最大壓力應(yīng)小于管材的承壓能力。若不計(jì)豎井灌漿引起的靜壓抵消，管路所需承受的最大壓力等于大氣壓力、重力作用靜壓和水泵揚(yáng)程一半的總和1，即：3 其它3.1 

33、與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)類似，需在高于閉式循環(huán)系統(tǒng)最高點(diǎn)處（一般為1m）設(shè)計(jì)膨脹水箱或膨脹罐，放氣閥等附件。 3.2 在某些商用或公用建筑物的地源熱泵系統(tǒng)中，系統(tǒng)的供冷量遠(yuǎn)大于供熱量，導(dǎo)致地下熱交換器十分龐大，價(jià)格昂貴，為節(jié)約投資或受可用地面積限制，地下埋管可以按照設(shè)計(jì)供熱工況下最大吸熱量來設(shè)計(jì)，同時(shí)增加輔助換熱裝置（如冷卻塔板式換熱器，板式換熱器主要是使建筑物內(nèi)環(huán)路可以獨(dú)立于冷卻塔運(yùn)行）承擔(dān)供冷工況下超過地下埋管換熱能力的那部分散熱量。該方法可以降低安裝費(fèi)用，保證地源熱泵系統(tǒng)具有更大的市場前景，尤其適用于改造工程1。4 設(shè)計(jì)舉例4.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 上海電機(jī)學(xué)院臨港校區(qū)圖書館

34、（空調(diào)面積23700平方米）4.1.1 室外設(shè)計(jì)參數(shù)夏季室外干球溫度tw34， 濕球溫度ts28.2冬季室外干球溫度tw-4， 相對(duì)濕度754.1.2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)夏季室內(nèi)溫度tn27， 相對(duì)濕度n55冬季室內(nèi)溫度tn20， 相對(duì)濕度n454.2 計(jì)算空調(diào)負(fù)荷及選擇主要設(shè)備臨港校區(qū)參數(shù) 上海電機(jī)學(xué)院臨港校區(qū)規(guī)劃容納10000名學(xué)生，按照"一次規(guī)劃、分期建設(shè)"的原則進(jìn)行實(shí)施?？傆玫孛娣e616075平方米，一期工程用地331330平方米;規(guī)劃總建筑面積260000平方米，一期工程150000平方米。一期工程建

35、筑單體包括:圖書館23700平方米，公共教學(xué)樓17000平方米，文理大樓5000平方米，學(xué)生事務(wù)中心5500平方米，工業(yè)中心14500平方米，語言教學(xué)中心3000平方米，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心3000平方米，學(xué)生公寓65000平方米，研究生公寓5000平方米，第一食堂5000平方米，第三食堂3000平方米。 以圖書館為例：空調(diào)安裝面積=23700平方米 參考常規(guī)空調(diào)建筑物冷熱負(fù)荷的計(jì)算方法，計(jì)算得到各房間冷熱負(fù)荷并選擇風(fēng)機(jī)盤管型號(hào)；考慮房間共用系數(shù)（取0.8），得到建筑物夏季設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷為2400.54kW，冬季設(shè)計(jì)總熱符負(fù)荷為1600.38kW，選擇WPWD072型水源熱泵機(jī)組200臺(tái)，本設(shè)計(jì)舉例工況下的 COP13.3，COP2 3.7。4.3 計(jì)算地下負(fù)荷 根據(jù)公式（1）、（2）計(jì)算得所以Q1=3198KW Q2=1195KW取夏季向土壤排放的熱量Q1 進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 4.4 確定管材及埋管管徑選用聚乙烯管材PE63（SDR11）