地源热泵系统培训资料

中国德州亚太集团地源热泵系统设计资料二○○九年十月目录一、地源热泵发展现状二、地源热泵技术基础知识三、地源热泵系统工程地质勘查四、地源热泵室外系统设计五、地埋管换热系统施工六、常用机具一、地源热泵发展现状20世纪初，地源热泵技术出现在瑞士，在苏黎世市政大厅安装了175KW的地源热泵系统，这是地源热泵系统的首次应用。

20世纪80—90年代，在我国的一些大学开展了有关地源热泵技术的研究。

1997年，美国土—气（水）地源热泵技术以中美两国政府合作项目形式引入中国。

美国土—气（水）型地源热泵技术主要采用土壤作为低品位热源，以闭式系统为主，推广过程中主要注重系统应用技术。

1997年，欧洲水—水型地源热泵技术以国内某些制造厂仿造欧洲厂商的地源热泵机组的形式引入中国。

欧洲水—水型地源热泵技术主要采用地下水作为低品位热源，以开式系统为主，其推广过程中主要注重产品制造技术。

截止到2006年底，除青海、云南、贵州等少数省区外，其他省区都不同程度地在推广地源热泵技术。

全国已安装地源热泵系统的建筑面积超过了3000万㎡。

北京已超过800万m2，计划到2010年安装到3500万m2。

沈阳计划到2010年安装6500万m2,占全市供暖面积的32.5%。

全国地源热泵市场年销售额已超过50亿元，并以20%以上的速度在增长，初装费已由开始合作时每建筑面积平方米400—450元，降低到目前的270—320元。

据美国10年来的统计资料，地源热泵的运行费用（采暖）比耗电空调节约22%～25%，比燃油、燃煤锅炉运行费用节约40%～60%。

应抓住当前中央严令节能减排的大好契机及中央提供的各种优惠政策，加强对用户宣传，扩大市场份额。

二、地源热泵技术基础知识1、地源热泵系统的定义：学术上的定义：是一种利用少量高位能，实现从低位能向高位能转移的热泵空气调节系统。

通俗的定义：是一种通过浅层土壤进行热交换的高效节能、无污染的，即可供暖又可制冷，并可提供生活用水的空气调节系统。

2、地源热泵室外系统的分类室外系统包括开式系统和闭式系统；开式系统具体分为：地下水换热方式、开放式地表水换热方式、城市再生水换热方式。

闭式系统具体分为：垂直埋管换热方式、水平埋管换热方式、闭式地表水式换热方式。

3、室外换热系统的分类与特点；开式系统特点：系统设计难度低、室外占地面积小，适用于大型单体建筑、室外施工费用相对较低、如缺乏系统设计，系统效率容易降低。

1）、地下水换热方式；优点：机组换热效率最高、应用范围广泛、适合供暖地区使用。

缺点：打井受政策限制、系统易受地下水源及地质结构状况影响、回灌困难是主要的影响因素。

2）、开放式地表水换热方式；优点：不受地下水源及地质结构状况影响，适合制冷地区使用。

缺点：受地表水资源状况限制，水质处理相对复杂，资源水输送能耗较大。

3）、城市再生水换热方式；优点：不受地下水源及地质结构状况影响，适合供暖地区使用。

缺点：受城市管网状况限制，资源水输送能耗较大。

闭式系统特点：不受地下水资源状况的影响，不存在回灌困难的问题，系统简单，辅助设备少，系统效率高。

室外施工费用受当地地质状况影响较大，系统设计相对复杂，一定要考虑长期运行的热平衡问题。

1）、垂直地埋管换热方式；优点：室外占地面积相对较小、换热效率相对较高、适合供暖地区使用。

缺点：室外施工相对难度较大。

2）、水平埋管换热方式；优点：室外施工相对难度较小、适合制冷地区使用。

缺点：室外占地面积较大、换热效率相对较低。

3）、闭式地表水式换热方式；优点：系统初投资相对较小、适合制冷地区使用，适用于海水系统。

缺点：不适合严寒地区使用，换热效率相对较低。

三、地源热泵系统工程地质勘查1、浅层地热能的定义：浅层地热能是蕴藏在地表下一定深度（一般为200m）范围内的岩土体、地下水和地表水中具有开发利用价值的热能。

浅层地热能是地热资源的一部分。

地下0—200m称为浅层，其中上部20m以上为变温带；中部20—50m为恒温带，下部50m以下为增温带。

变温带的表层（0—2m)受气温影响最大，冬季形成冻土（零下），夏季可达30—50℃；2—20m的地层温度年变化为±10 ℃。

恒温带地层温度年变化小于±2℃，基本恒定。

增温带地层温度随深度增加，每百米升高2.5—3.5 ℃。

2、几个设计师应注意的问题；1）、地下恒温层是无热源的温度场。

它的利用本质属性在于其作为良好的蓄热体，夏蓄热冬用，冬蓄冷夏用。

蓄冷量、蓄热量再生循环利用的运行机制，从而给地源热泵空调系统造成一个稳定的、良好的、高效的工作运行环境。

2）、地源热泵空调系统的关键在于地下换热器，而设计地下换热器的关键是年冷热负荷的平衡上，必须强调保持全年释热量与取热量的基本平衡的设计原理与原则，地源热泵系统利用的“热”主要来源于工程上的补充，而不是自然的储存或再生的热能。

3）、在某一小区域上大面积应用地源热泵技术，如果不把握地下恒温带资源利用的本质属性，只从地下取热（北方只采暖地区）或只向地下放热（南方只供冷地区），逐年形成的局部岩土层冷岛（北方）或热岛（南方）将很快使系统失效，而且造成新的环境破坏是无法估量的，引起的问题也将是灾难性的。

3、地埋管换热系统勘查内容：1）、岩土体的结构、性质、分布情况；2）、岩土体的热物性、包括导热性能、换热效率、导热系数、温度，确定恒温带的深度和温度；3）、岩土体的含水率、颗粒级配、密度、比热、导热系数、温度；4）、地下水赋存情况、水文、静水位、水质及其动态变化；5）、地下水径流方向、流速；6）、冻土层厚度；7）、采用水平地埋管换热器时，地质勘查采用槽探、坑探或钎探进行，深度应超过埋管深度1米，地质勘查采用钻探进行，钻孔深度应超过埋管深度5米；8）、当地源热泵系统供给面积小于3000m2时，应至少布置1个钻孔；大于10000m2时，至少布置2个钻孔。

采用地埋管时必须做试验井。

4、地下水换热系统勘查内容：1）、地下水类型，补给和排泄条件；2）、含水层结构、岩性、分布、埋深、厚度、富水性和渗透性；3）、地下水水位分布、水温分布、水质及其动态变化；4）、地下水的径流方向、速度；5）、地下水的开发利用历史及现状；6）、抽水试验；7）、回灌试验；8）、水质评价、腐蚀评价、结垢评价；9）、水流方向试验；10）、当地源热泵系统供给面积小于3000m2,应至少布置1个水井测试孔，大于10000m2时，至少布置2个水井测试孔。

四、地源热泵室外系统设计1、地源热泵室外换热系统设计流程：1）、收集项目地相关地质资料和建筑物资料；2）、根据建筑物负荷和地质状况确定室外换热系统换热形式；3）、根据建筑物负荷情况和设备选型情况计算全系统最大释热量和最大吸热量最大释热量=Σ［空调分区冷负荷×(1+1/EER)+ Σ输送过程中得热量+ Σ水泵释放热量；最大吸热量=Σ［空调分区热负荷×(1-1/COP)+ Σ输送过程中失热量- Σ水泵释放热量；4）、根据全年冷热负荷平衡情况确定是否增加辅助散热或加热设备；5）、进行工程地质勘查，测定土壤热物性并根据测试结果进行地埋管长度计算或地下水水量计算；6）、通过模拟运行软件进行20年周期的模拟运算，观察在全周期内岩土热量是否平衡，温度是否有较大变化，如出入较大需重新计算地埋管长度；7）、根据循环液种类、水井深度和系统的管道布置及长度进行水力计算；8）、循环水泵、潜水泵及其它辅助设备的选型、设计；9）、根据系统形式进行自动控制系统设计。

2、垂直式地埋管室外换热系统的设计要点：1）、要详细了解待埋管区域的各种地下管线情况及未来承载道路情况；2）、要根据场地情况、埋管长度、钻孔成本、管材成本等多因素综合考虑确定埋管方式；3）、要考虑环路集管对回水温度的影响；4）、水平环路集管的埋深应在冻土层以下0.6米，距地面距离一般为1.2—1.5米；5）、水平环路集管管径的选型在经济可行的前提下以大口径为原则，以减少循环泵功率；6）、地埋管路内循环液每冷吨流量建议为0.15—0.19L/S;7）、地埋管垂直孔孔径应大于100mm，钻孔间距应满足换热需要，宜为3—6米;8）、当建筑物过高，形成的水垂压力大于地埋管公称压力时，地上系统和地下系统应用换热器隔离；9）地埋管管材⏹宜选用聚乙烯（PE）或聚丁烯管材（PB），不宜采用聚氯乙烯（PVC）管材；⏹管材公称压力不得小于1.0MPa,宜选用PE80或PE100 SDR11系列管材；⏹PE管材的公称标称为DE，指的是管材的外径，区别于钢管的DN标称。

3、地埋管设计方案概算指标：4、水平地埋管室外换热器设计要点：1）、要有足够的场地来埋设地埋管，通常矩形排列的换热管沟所占面积为建筑面积的4—6倍；2）、水平式地埋管换热器埋设要求沟深：1.8—2m，沟宽：1m，沟间距：3.5—5m，最上层管道埋深应在冻土层以下0.6m,距地面距离不小于0.8m；3）、水平环路管径的选型在经济可行的前提下以大口径为原则，以减少循环泵功率；5、潜水式室外换热系统的设计要点：1）、按总散热量和吸热量较大值作为管长设计依据；2）、水环路中央集管应采用同程布置方式，每组盘卷式换热器宜采用中央式集水方式，每组排圈式换热器宜采用同程式集水方式；3）、潜水式地埋管换热器埋设要求：水深：大于1.5米；每个盘卷式换热器换热当量：1冷吨10个为一组；每个排圈式换热器换热当量：1冷吨5个为一组；每个盘卷式换热器间距：5米。

4）、供回水环路集管的管沟应分开设置；5）、换热器排架的底部应安装衬垫物。

6、地下水式室外换热系统的设计要点：1）、根据建筑物负荷和机组的工况特性确定项目的总需水量；2）、根据地源热泵工程地质勘查的数据确定取水井和回灌方式、水井的类型、抽水井与回灌井的数量和布置；3）、井或井群的管路设计；4）、中间换热器的选型；井水矿化度小于350mg/l、含沙量小于1/20000时，可不设中间换热器，由机组直接使用井水换热；井水矿化度在350--500mg/l之间时，应设置中间换热器；井水矿化度大于500mg/l时，应设置抗腐蚀型的中间换热器；5）、确定地下水回灌方式；6）、进行潜水泵和循环泵的选型。

五、地埋管换热系统施工1）地埋管管道连接应符合以下规定：埋地管道应采用热熔或电熔连接。

聚乙烯管道连接应符合国家现行标准《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101的有关规定。

竖直地埋管换热器的U型弯管接头，宜选用定型的U型弯头成品件，不宜采用直管道煨制弯头。

竖直地埋管换热器U型管的组对长度应能满足插入钻孔后与环路集管连接的要求，组对好的U型管的两开口端部应及时密封。

竖直地埋管换热器U型管安装应在钻孔钻好且孔壁固化后立即进行。

下管过程中，U 型管内宜充满水，并使两支管处于分开状态。