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地源热泵的可靠跟传统空调相比如何？是否需要当地具有地热资源？

聊城地源热泵集体供暖安装，采用地源热泵进行热交换的方式，已经是非常成熟的施工工艺，只要按相关标准施工，其稳定性已经得到广泛认可。且由于其不受外界气候的影响，地源热泵是目前所有空调系统中运行zui为可靠的。地源热泵有时也被称为地热热泵但实际上，它*不需要当地具有地热资源，它利用的只是地下介质如土壤、岩石和水的蓄热能力。(1)建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算

建筑物冷热负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算方法相同，可参考有关空调系统设计手册。

冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。

一般地，水源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量以及制冷系数、供热系数，计算时应从样本中选用设计工况下的COP1、COP2。若样本中无所需的设计工况，可以采用插值法计算。

地源热泵优点

1、地源热泵技术属可再生能源利用技术

聊城地源热泵集体供暖安装地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能（Earth Energy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。

2、地源热泵属经济有效的节能技术

地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。

3、地源热泵环境效益显著

地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。

4、地源热泵一机多用，应用范围广

地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，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；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。

5、地源热泵空调系统维护费用低

在同等条件下，采用地源热泵系统的建筑物能够减少维护费用。地源热泵非常耐用，它的机械运动部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安装在室内，从而避免了室外的恶劣气候，其地下部分可保证50年，地上部分可保证30年，因此地源热泵是免维护空调，节省了维护费用，使用户的投资在3年左右即可收回。此外，机组使用寿命长，均在15年以上；机组紧凑、节省空间；自动控制程度高，

地源热泵系统不节能就必须从这几个方面分析。　　

1、负荷侧能源消费端，如果这边消耗得多了必然就不节能。首先，负荷侧循环水泵要适配，越大流量或扬程水泵耗电量也越大，所以不要以为水泵大了就占了便宜。其次，负荷侧每个房间温度夏天是否太低，冬天是否太高？室内制冷采暖系统温度设低1℃或设高1℃能耗升高5%可不是骇人听闻，而是真实的。

2、地源侧能源提供系统，如果这边提供得多必然消耗的少，肯定更节能一些。首先，地源侧循环水泵也要选择适配，选择了过大流量和扬程水泵一定耗电量更大。其次，地源热泵换热系统越足裕，即地埋管总量越大，提供的换热量越多，显然更节能，这么说多钻几口井做裕量是再好不过了。　　

3、能源转换提供中心地源热泵主机也应适配，和负荷侧能源消耗系统之需要*即可。因为能源提升是需要压缩机做功的，需要多就提供多一些，需要少就提供少一些，如果一味选大，不仅会增加压缩机做功消耗，还会在运输过程中消耗更多的能量，得不偿失。相反，增加地源热泵自适应调节功能，通过设计几台主机或多台压缩机型，辅以温度自控加以调节，相信一定会节约能源，这也是浅层地热能节能的关键问题之一。　　

再从节点上来谈浅层地热能节能问题，地源热泵技术本身没有问题，具体问题基本上都是出在设计、施工、选型等细节上。

这也是体现一个公司水平的地方，具体有以下几点：　　

一、设计负荷不正确，可能设计的太大了，导致主机选的太大，建筑在主机选型上是很有学问的，经常出现主机选型太大，而实际使用只需要其中很小的一部分能量，导致大量的浪费。我们都知道一般建筑其实绝大部分时间同时使用率都是在50%的以内，所以合理的主机选型非常重要，地大热能在实际项目中也非常重视这个环节。　　

二、水泵选型上有问题，水泵是整个系统里面耗电比较大设备，很多公司并没有真正吃透地源热泵系统，所以在对水泵选型上没有研究，对整个系统的节能性影响很大。

三、室内风机盘管的选型不合理，造成即达不到效果，还非常浪费能量，而且在选用的一些配件时没有实际经验，这也会很大程度上造成大量能量的浪费，这需要专业的公司来进行对风机盘管安装位子的设计以及选型。　　

四、整个系统的保温如果没有做好的话，也是对能耗影响非常大的因素。另外建筑本身的保温性能也是要重点考虑的。新风换气机的工作原理是利用全热交换器将室内排出的污浊空气和室外送入的新鲜空气既通过传热板交换温度，同时又通过板上的微孔交换湿度，从而达到既通风换气又保持室内温、湿度稳定的效果。这就是全热交换过程。当全热交换器在夏季制冷期运行时，新风从排风中获得冷量，使温度降低，同时被排风干燥，使新风湿度降低；在冬季运行时，新风从排风中获得热量，使温度升高，同时被排风加湿。

1、双向换气：室内外双向换气，新风和污风等量置换，根据客户要求可实现正负压操作;新风和排风*隔开，*避免交叉感染发生。

2、过滤处理：配置不同过滤材料，新风过滤处理，可有效净化空气。符合建筑法规要求。配装不同的过滤器可有效阻止灰尘和有害气体等污染物进入室内。根据洁净度要求可配置中、高效过滤器。

3、高效节能：内置静止热交换器，热交换效率大于70%，冷热负荷（室温）不受新风影响，大幅度降低新风理所需能量，实现高效节能。

4、应用简便：多种机型，适合从15平方米到1100平方米的建筑单元，一体化结构，内置热交换器、双风机、过滤器，只需接通电源和风口（道）即可使用，不但简化设计，而且适应各种改造工程。

5、安全可靠：低噪声风机和内部降噪处理，防止了对现场的干扰，整机除风机外无运动部件，几乎无需维护，可确保*稳定可靠工作，一劳永逸。

6、低费用高效益：替代新风处理设备，不必单设操作间，可减少设备投资和建筑面积，利用热回收技术节能降耗，大幅度降低运行费用，节约新风处理能耗30%以上，无冷热源供应，一体化结构减少维护工作量，节能人工费。 新风机组不承担空调区域的热湿负荷，其功能是送新风，当然理想状态是送风的温度和湿度恒定了，所以新风机组一般控制送风温湿度，空调机组用于处理经过新风机处理的空气，而新风机组主要处理室外空气，但是新风机可以有回风，回风也可以有新风，其目的都是为了更好的调节温度和湿度等参数，空调机组负荷空调区域的热湿负荷，对空调区域的空气起到综合处理的作用，同时保证一定的新风量，空调机组通常主要是控制空调区域的温度湿度和空气质量等。新风机组是用来处理新风的，在一座大形建筑内，一般新风机组是和风机盘管配合起来使用，空调机本身有新风口，新风用来保证室内空气的质量，并补充室内排风。因为风机盘管没有新风口，需要新风机提供，新风机组提供的经过处理的新风和经过风机盘管处理过的回风。

风机盘管机组简称风机盘管。它是由小型风机、电动机和盘管（空气换热器）等组成的空调系统末端装置之一。盘管管内流过冷冻水或热水时与管外空气换热，使空气被冷却，除湿或加热来调节室内的空气参数。它是常用的供冷、供热末端装置

地下热交换器设计

这部分是土壤源热泵系统设计的核心内容，主要包括地下热交换器形式及管材选择，管径、管长及竖井数目、间距确定，管道阻力计算及水泵选型等。

选择热交换器形式

水平（卧式）或垂直（立式）

在现场勘测结果的基础上，考虑现场可用地表面积、当地土壤类型以及钻孔费用，确定热交换器采用垂直竖井布置或水平布置方式。尽管水平布置通常是浅层埋管，可采用人工挖掘，初投资一般会便宜些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，所以在实际工程中，一般采用垂直埋管布置方式。

根据埋管方式不同，垂直埋管大致有3种形式：（1）U型管（2）套管型（3）单管型。套管型的内、外管中流体热交换时存在热损失。单管型的使用范围受水文地质条件的限制。U型管应用zui多，管径一般在50mm以下，埋管越深，换热性能越好，资料表明：zui深的U型管埋深已达180m。U型管的典型环路有3种，其中使用zui普遍的是每个竖井中布置单U型管。

串联或并联

地下热交换器中流体流动的回路形式有串联和并联两种，串统管径较大，管道费用较高，并且长度压降特性限制了系统能力。并统管径较小，管道费用较低，且常常布置成同程式，当每个并联环路之间流量平衡时，其换热量相同，其压降特性有利于提高系统能力。因此，实际工程一般都采用并联同程式。结合上文，即常采用单U型管并联同程的热交换器形式。

选择管材

一般来讲，一旦将换热器埋入地下后，基本不可能进行wei修或更换，这就要求保证埋入地下管材的化学性质稳定并且耐腐蚀。常规空调系统中使用的金属管材在这方面存在严重不足，且需要埋入地下的管道的数量较多，应该优先考虑使用价格较低的管材。所以，土壤源热泵系统中一般采用塑料管材。目前zui常用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材，它们可以弯曲或热熔形成更牢固的形状，可以保证使用50年以上；而PVC管材由于不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此，不*用于地下埋管系统。

确定管径

在实际工程中确定管径必须满足两个要求：

（1）管道要大到足够保持zui小输送功率；

（2）管道要小到足够使管道内保持紊流以保证流体与管道内壁之间的传热。显然，上述两个要求相互矛盾，需要综合考虑。一般并联环路用小管径，集管用大管径，地下热交换器埋管常用管径有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管内流速控制在1.22m/s以下,对更大管径的管道，管内流速控制在2.44m/s以下或一般把各管段压力损失控制在4mH２O/100m当量长度以下。

确定竖井埋管管长

地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热系数等。

在实际工程中，可以利用管材“换热能力”来计算管长。换热能力即单位垂直埋管深度或单位管长的换热量，一般垂直埋管为70～110W/m(井深)，或35～55W/m(管长)，水平埋管为20～40W/m（管长）左右。

设计时可取换热能力的下限值，即35W/m（管长）。

确定竖井数目及间距

在国外，竖井深度多数采用50～100m。

关于竖井间距有资料指出：U型管竖井的水平间距一般为4.5m，也有实例中提到DN25的U型管，其竖井水平间距为6m，而DN20的U型管，其竖井水平间距为3m。若采用串联连接方式，可采用三角形布置来节约占地面积。

计算管道压力损失

同程系统中，选择压力损失zui大的热泵机组所在环路作为zui不利环路进行阻力计算。可采用当量长度法，将局部阻力件转换成当量长度，和管道实际长度相加得到各不同管径管段的总当量度，再乘以不同流量、不同管径管段每100m管道的压降，将所有管段压降相加，得出总阻力。管材选择及流体介质

在养殖行业中，传统的养殖方式是*根据自然条件来进行养殖的，这种方式在我国北方受到一定的局限性，如今许多北方的用户开始选择用地源热泵来进行升温，实现冬季的养殖。

以利用燃煤锅炉产生热水的加热方法如今已经禁用，燃油锅炉和电锅炉的运行费用都比较高，不是很经济，对于一些养殖户来讲锅炉运行费用高，环境污染严重，更经济更节能的新方式才是他们所需要的，而电加热的方式不仅运行费用高，一次能源利用率低，能源浪费严重，也不是的方法。

为什么利用地源热泵就可以呢？地源热泵是用地热能进行冷热交换的，它可以在冬季将热量提取出来，夏季将热量存储，作为养殖冷热源时地源热泵机组的吸热端和放热端采用闭环水系统，即使是海水养殖也没有问题，以高强度的塑料管作为热交换器，向海水中吸热放热，热媒不与海水混合，不受材料限制，不对环境造成影响。水产养殖用地源热泵，从已有的例子来看，效果较好，养殖死亡率低，生长速度快，而且无需专人看守，使用起来更方便，经过无数例应用证明，地源热泵在水产养殖中表现出色5

地源热泵的地下埋管部分是十分重要的，关于埋管的选择与安装有着较多的要求，在安装选择时需要注意。

关于地源热泵地埋管管材的选择及流体的介质，一般来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应该首先要保证其具有良好的化学稳定性和耐腐性，其中较为常用的是聚乙烯和聚丁烯，这两种是应用的。流体介质在南方地区一般选用水，原因是南方地区温度相对较高，而北方温度相对较低的地区就需要选择防冻液作为流体介质。

地源热泵埋管的方式包括水平埋管和垂直埋管，单U和双U，串联和并联，这需要对建筑的实际的情况进行选择设计，选择出一种zui为合适的方法。

对于地源热泵地埋管的问题需要注意的地方较多，的方法是选择zui为专业的厂家来设计选型，对的后期地源热泵的使用有着严重的影响。地源热泵系统是将低品位热量转换成高品位热量进行供热、制冷的新型能源利用方式之一。与使用燃煤、燃气、燃油等常规能源方式相比，其能量利用率为3.5以上（燃煤为0.65～0.85；燃油炉为0.7～0.9；燃气炉为0.8～0.85；电锅炉电热膜的理想值也只能接近于1；空气源热泵系统可做到2.5，但在恶劣天气下效率低，甚至无法启动）。地源热泵系统以其环保、节能、一机多用、维护量小、系统运行稳定、能源重复利用等优点而得以推广。

然而在实际工程应用中，很多地源热泵项目因设计、施工及运行管理等问题，远远没有发挥其应有的优势。下面通过地源热泵空调系统工程改造前后的运行数据进行对比，以及与其它地源热泵项目、与其他空调形式进行对比，说明了地源热泵系统在运行中的经济性及影响其经济性的相关因素。

1、工程概况

该项目位于北京海淀区，原地源热泵系统由北京某地源热泵施工单位承建，总建筑面积4.2万平方米，其中主楼2.8万平方米，裙楼1.4万平方米。共设LWP1800.2型水源热泵机组7台，单台标称功率123kW；凿井7眼，深井泵7台，单台标称功率37kW；抽取的地下水除沙后分别经7台板式换热器与机组进行热交换，作为机组的冷热源；井水侧二次水循环泵7台，单台标称功率15kW；末端循环泵7台，单台标称功率18.5kW。系统于2004年6月建成并部分投入使用，运行效果较差，不能满足正常的使用要求。

2006年初进行热泵系统改造设计施工。改造后主楼利用原有水源热泵机组5台，钻凿抽水井3眼、回灌井3眼、水量调节池1眼，新安装深井泵3台，标称功率55kW并配ABB变频器3台，井水经除沙器及电子水处理仪处理后直接进入机组，无井水侧二次循环泵；使用原末端循环泵5台；末端设备采用新风机组加风机盘管进行冬季供暖及夏季供冷。其中新风机组17台，合计71.1kW；风机盘管542台，合计20.3kW。裙楼利用原有水源热泵机组2台；井水部分与主楼共用，使用原末端循环泵2台。

2、地源热泵空调系统运行

本系统运行以来，井水出水温度zui高16.3℃，zui低15.3℃；利用温差大多在3.5～7℃之间；单井出水量大于180m3/h；静水位30.15m、动水位约30.5m；抽水降深为0.35m±8%；水量调节池静水位为12.13m、动水位15.3m，差为3.17m；井水含沙量小于二十万分之一。依此数据判定地下水系统运行较为稳定。

3、地源热泵空调系统与改造前系统对比

原系统于2004年6月建成并部分投入使用。运行中地下井水能量短路及含沙量严重超标，加上板换两侧流体之间的换热效率低下、运行维护不善，致使系统井水侧水路严重堵塞。系统*处于大流量小温差运行状态：为满足一台热泵机组的正常工作需深井泵4台、井水侧二次循环泵3台、末端循环泵3台，井水侧及板换侧温差均工作在2℃以下。末端温度不能有效提升，为满足末端负荷需求进而增开末端循环泵，无形之中又增加了热泵对冷热源需求。如此反复恶性循环，造成系统运行效率低下、热泵机组启停频繁、外管线土方塌陷等问题。

通过对比，可以分析得出原系统出现高能耗的原因：

1）系统设计不合理。单台深井泵抽水后经一台板换换热后回灌，能量利用不够充分；地下水系统存在能量短路现象。

2）施工组织不得力，成井质量不高。井水含沙量严重超标，造成井周围抽空导致地面塌陷。提高成井质量可以解决井水含沙量过大的问题，可去除井水侧的二次循环设备能耗及板换换热的温差损失，有利于实现井水的*回灌。

3）运行维护不得力。运维人员未定期除沙，对系统运行原理理解不够，造成系统管路严重堵塞，增加了水阻而降低了深井泵的运行效率；在井水供应不足的条件下增开末端循环泵，造成末端系统大流量小温差运行。

4、地源热泵空调系统与其它采暖空调系统对比

本系统供暖季能耗折合为煤耗为9.21Kg/m2·季，与其它采暖方式相比能耗zui低。与城市热网采暖相比每平方米每季少耗煤12.52Kg/m2·季，节能58%，每平方米每季少排二氧化硫326g/m2·季、氮氧化物121.7g/m2·季、烟尘34.8克/m2·季；与蓄热式电锅炉相比每平方米每季少耗煤47.89Kg/m2·季，节能83.9%；与电热膜相比每平方米每季少耗煤45.02Kg/m2·季，节能83%；与壁挂式燃气炉相比每平方米每季少耗煤11.61Kg/m2·季，节能55.8%，每平方米每季少排氮氧化物43.4g/m2·季、烟尘2.95g/m2·季；与直燃机相比每平方米每季少耗煤10.38Kg/m2·季，节能53%，每平方米每季少排氮氧化物40.8g/m2·季、烟尘2.8g/m2·季。

从以上分析数据可以看出：

1）地源热泵空调系统运行费用zui低。其全寿命周期价值可因此而趋于。系统的经济性可根据建设投资、运行成本及使用年限进行评价。

2）对于空调系统中，系统的节能与减排具有统一性。热泵系统没有直接排放、其能耗小，间接排放相对较低，因此是日前理想的空调系统。