土壤源热泵_一种节能的中央空调系统冷热源
土壤源热泵技术
土壤源热泵技术摘要：本文以前沿的土壤源热泵空调技术为例，着重介绍了土壤源热泵空调技术的工作原理，并与传统的空气源热泵空调技术进行比较，得出土壤源热泵空调技术的优缺点。
关键词：土壤源热泵；地下埋管换热器；节能；环保一、引言目前，空调冷、热源用能主要以电力和常规能源（煤、石油、天然气）为主，特别是煤炭所占比例较大，能源结构不合理，能源利用率低，环境污染严重［1］。
首先，从可持续发展的方面来看，选择空调冷、热源时，应从环境保护、节能等方面考虑；同时，在技术方面，传统空调系统在冬季运行时，当室外温度过低时，存在蒸发器结霜的问题，这就阻碍了系统的正常运行，使得传统空调系统的应用受到地域的限制。
所以，如果能找到一种最佳冷、热源来代替空气源热泵，这样不但可以提高效率，而且可以减少空气源热泵对环境的污染和不受地域的限制。
土壤便是一种最佳的冷热源，而土壤源热泵系统在运行时不存在蒸发器结霜的问题。
二、土壤源热泵的工作原理土壤源热泵系统是把地下土壤作为热泵机组的低温热源，通过循环液体（水或者以水为主要成分的防冻液）在封闭的地下埋管中流动，实现系统与大地之间的换热。
冬季供热时，流体从地下收集热量，再通过热泵系统把热量带到室内；同时在地下储存冷量，以备夏季制冷用。
夏季制冷时，系统逆向进行，即从室内带走热量，再通过埋管内的循环液体将热量送到地下岩土中；同时在地下储存热量，以备冬季供热用。
土壤源热泵空调系统主要包括三套管路系统：室外环路系统、制冷剂环路系统和室内空调环路系统［2］。
土壤源热泵空调系统的工作原理如图1－1所示。
（一）室外环路系统由高强度塑料管（U型管）组成的地下循环封闭环路，循环介质为水或者防冻液。
冬季从周围土壤吸收热量，夏季向土壤释放热量，并与热泵机组之间交换热量。
其循环由一台或者数台低功率的循环泵来实现。
（二）制冷剂环路系统即在热泵机组内部的制冷循环，与空气源热泵相比，只是将空气—制冷剂换热器换成水—制冷剂换热器，其他结构基本相同。
地源热泵中央空调原理
地源热泵中央空调原理
地源热泵中央空调是一种利用地下热能来进行空调供暖和制冷的系统。
其工作原理是通过地下的地热能源，利用地源热泵进行能量的转换来达到空调供暖和制冷的目的。
地源热泵中央空调系统由地热换热器、室内机组、室外机组和地下供暖管路组成。
地热换热器一般埋设在地下1.5-2米的深度，通过地下供暖管路与室内机组相连接。
室内机组通过冷媒的循环来完成制冷和供暖的过程。
在夏季制冷过程中，室内机组将室内的热空气吸入，通过蒸发器中的冷媒与地热能源进行换热。
地下的低温土壤会吸收冷媒中的热量，使冷媒变为液态，然后冷媒通过压缩机被压缩成高温高压气体。
随后冷媒通过冷凝器中的热交换，将热量释放到室外空气中。
最后，冷媒再次流经膨胀阀，降低压力，变成低温低压气体，重新进入蒸发器循环。
在冬季供暖过程中，室内机组将室内的冷空气吸入，通过蒸发器中的冷媒与地热能源进行换热。
地下的高温土壤会释放热量给冷媒，使冷媒变为气态。
然后冷媒通过压缩机被压缩成高温高压气体，通过热交换器将热量释放到室内空气中，实现供暖过程。
最后，冷媒再次流经膨胀阀，降低压力，变成低温低压气体，重新进入蒸发器循环。
地源热泵中央空调系统通过循环过程中的能量转换，将地下的热能源利用起来，实现了高效的空调供暖和制冷。
相比传统的
空调系统，地源热泵中央空调更节能环保，对环境的影响更小，具有广阔的应用前景。
土壤源热泵原理
土壤源热泵原理近年来，由于能源危机和环境污染的加剧，人们对于可再生能源的需求越来越迫切。
而土壤源热泵作为一种利用地下土壤的热能来供暖和制冷的新型能源技术，受到了广泛的关注和研究。
土壤源热泵是一种利用地下土壤的稳定温度来实现室内空调和供暖的热泵系统。
它通过在地下埋设换热器，利用土壤的热能来实现室内的舒适温度。
其原理可以简单地概括为：在冬季，土壤的温度高于室内空气温度，通过地下换热器吸收土壤的热能，然后通过热泵机组将热能传递到室内，实现供暖；而在夏季，土壤的温度低于室内空气温度，通过地下换热器排放室内的热能到土壤中，实现制冷。
这样一来，不仅能够节约能源，还能减少对环境的污染。
土壤源热泵利用地下土壤的稳定温度来实现室内的舒适温度，有以下几个优点：土壤源热泵具有高效节能的特点。
由于地下土壤的温度相对稳定，比空气源热泵更适合用于供暖和制冷。
相比传统的电暖气和空调，土壤源热泵能够显著降低能耗，达到节能减排的效果。
土壤源热泵具有环保的特点。
它不需要燃烧化石燃料，不会产生二氧化碳等温室气体的排放，减少了对大气的污染。
同时，由于土壤本身是一个良好的热媒介，能够有效地传递热量，减少能源的损耗。
土壤源热泵具有稳定可靠的特点。
地下土壤的温度相对稳定，不受季节和气候的影响，因此土壤源热泵能够在不同的气候条件下保持稳定的供暖和制冷效果。
而且由于地下土壤的保温性能较好，土壤源热泵的换热器也能够更好地保护和维护，延长使用寿命。
土壤源热泵具有经济实用的特点。
尽管土壤源热泵的设备和安装成本较高，但是其运行成本相对较低。
由于土壤本身就是一个免费的热媒介，不需要额外的能源消耗，因此土壤源热泵的运行费用较低，能够在长期使用中节约大量的费用。
土壤源热泵作为一种利用地下土壤的热能来供暖和制冷的新型能源技术，具有高效节能、环保、稳定可靠和经济实用的特点。
它不仅能够满足人们对于舒适温度的需求，还能够为社会的可持续发展做出贡献。
相信随着技术的不断进步和推广，土壤源热泵将会逐渐成为未来能源领域的主流。
土壤源热泵中央空调简介
土壤热泵中央空调工作原理热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分电能，从环境介质中提取几倍于输入电能的能量，提高温位进行利用，这也是热泵节能的原因。
具体的说土壤热泵是以大地为热源对建筑进行空调的技术，冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位对建筑供暖，同时储存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑进行降温，同时储存热量，以备冬用，大地在整个循环中起到了蓄热器的作用。
土壤热泵中央空调形式分类1、大地表面（地下3米以上水平埋管）。
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的影响，效率较低，可靠性差。
2、地下水。
地下水的应用因其存在不可避免的污染问题而在我国受到严格的限制，且易抽难灌，因此其推广势难持久。
土壤热泵中央空调的优势1.技术成熟：本系统在北欧、北美已普遍应用近30年，技术成熟、可靠。
2.运行节能：土壤源热泵夏季冷凝温度比风冷热泵低。
冬季利用地下土壤热量供热比风冷热泵COP(能效比)值高出40%左右，运行费用可降低30-40%。
3.运行安全可靠：基本不受环境气温的影响：系统简单，省去冷却塔等部件的维护工作，可稳定持续地供冷供热。
4.利于环保：系统全部为闭式循环，不会造成地下水的污染；即无直燃机的二氧化碳排放，又无风冷机的噪音污染，运行安静、占地面积小，布置灵活，不影响建筑外观。
5.一机多用：既可制冷又可制热，尚可供应生活热水。
6.土壤源热泵机组放置在封闭机房内，机组噪声和机组的检修对住户干扰最少。
7.使建筑物成为环保型低消耗建筑，符合国际发展趋势。
土壤热泵中央空调的特点1.卫生、健康、舒适强制供冷供热，室内温度分布均匀，温差小，无温度死角，是国际上公认使室内舒适程度最高的空调末端系统。
2.节能，运行费用低在更合适的情况下，夏季可提高室内平均温度，冬季可降低室内温度，通过降低室内外温差来减少空调负荷。
3.节省空间空调系统占用室内净空高度很小，无较低的复式吊顶，房间空间感好。
4.环保机组噪声小，无污染物排放，节能，氟利昂用量少，对建筑外立面无损坏，不影响美观。
土壤源热泵的工作原理
土壤源热泵的工作原理
土壤源热泵是一种利用土壤中储存的地热能来进行供暖和制冷的设备，其工作原理如下：
1. 土壤换热：土壤层具有较稳定的温度，在地下深处温度较高。
土壤源热泵通过地下埋设的热交换器，将土壤中的热能传递给热泵系统。
2. 系统循环：土壤源热泵系统中包括蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀等组件。
在循环过程中，制冷剂在低温低压状态下进入蒸发器，与地下的温暖土壤交换热量，使制冷剂汽化吸收热量。
3. 压缩和冷凝：经过蒸发器后，制冷剂被压缩机压缩，使其温度和压力升高。
高温高压的制冷剂进入冷凝器，与室内的冷热源交换热量，释放出热能。
4. 膨胀阀和回流：经过冷凝器后，制冷剂通过膨胀阀进入低温低压状态，重新进入蒸发器循环，开始下一轮热交换。
通过这样的循环过程，土壤源热泵能够利用土壤中的地热能源，将地下储存的热能转化为供暖和制冷所需的热能。
这种方式不受气候的影响，且能够节约能源、环保节地，逐渐受到人们的关注和采用。
地源热泵简介
一、地源热泵简介一、地源热泵的概念地源热泵系统（groud-source heat pump system）（又称地源中央空调系统）是一种利用浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调设备。
地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现由低温位热能向高温位热能转移。
地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。
地源热泵性能系数（即COP值）高于空气源热泵，目前空调系统中能效比（COP值）最高的制冷、制热方式，理论计算可达到7，实际运行为4～6。
系统运行性能稳定，它利用地下常温土壤或地下水温度相对稳定的特性：冬季：当机组在制热模式时，就从土壤／水中吸收热量，通过电驱动的压缩机和热交换器把大地的热量集中，并以较高的温度释放到室内。
夏季：当机组在制冷模式时，就从土壤／水中提取冷量，通过机组的运行将冷量集中，送入室内，同时将室内的热量排放到土壤／水中，达到空调的目的。
地源热泵机组只用一套设备可以满足供热和制冷的要求，同时还可以提供生活热水，减少了设备的初投资，是最经济的节能环保型中央空调系统。
热泵是一种将低温热源的热能转移到高温热源的装置。
通常用于热泵装置的低温热源改是我们周围的介质——空气、河水、海水，或者是从工业生产设备中排出助工质，这些工质常与周围介质具有相接近的温度。
热泵装置的工作原理与压缩式制冷机是一致的；在小型空调器中，为了充分发挥它的效能，在夏季空调降温或在冬季取暖，都是使用同一套设备来完成的。
在冬季取暖时，将空温器中的蒸发器与冷凝器通过一个换向阀来调换工作。
在夏季空调降温时，按制冷工况运行，由压缩机排出的高压蒸汽，经换向阀(又称四通阀)进入冷凝器，制冷剂蒸汽被冷凝成液体，经节流装置进入蒸发器，并在蒸发器中吸热，将室内空气冷却，蒸发后的制冷剂蒸汽，经换向阀后被压缩机吸入，这样周而复始，实现制冷循环。
土壤源热泵空调系统设计及施工指南
土壤源热泵空调系统设计及施工指南1. 介绍在现代建筑中，空调系统是必不可少的设备之一。
然而，传统的空调系统常常不仅耗能高，而且对环境造成较大的污染。
为了解决这一问题，土壤源热泵空调系统应运而生。
本文将详细探讨土壤源热泵空调系统的设计及施工指南。
2. 全面了解土壤源热泵空调系统2.1 什么是土壤源热泵空调系统土壤源热泵空调系统是一种利用土壤中的热能进行空调供暖和制冷的系统。
它利用土壤的稳定温度以及地下水的热能来实现空调效果。
2.2 土壤源热泵空调系统的工作原理土壤源热泵空调系统通过地下的水循环系统和地下热交换器来实现空调效果。
水循环系统通过水泵将水引入地下热交换器，利用地下的稳定温度来进行热交换，并将温度适当调整后送入建筑内部。
3. 土壤源热泵空调系统设计指南3.1 土壤分析和水质测试在设计土壤源热泵空调系统之前，需要对土壤进行分析和检测，以确定土壤的热导率和热容量。
此外，还需要对地下水的水质进行测试，以确保其符合使用要求。
3.2 室内外换热机组的选择根据建筑的规模和热负荷，选择合适的室内外换热机组，并确定其数量和布置方式。
3.3 地下热交换器的设计地下热交换器是土壤源热泵空调系统的关键组成部分。
在设计地下热交换器时，需要考虑地下水的流量、土壤热导率和热容量等因素。
3.4 管道设计和布局合理的管道设计和布局可以有效地提高土壤源热泵空调系统的效能。
在设计中应考虑管道的长度、直径和材料选择等因素。
3.5 控制系统设计良好的控制系统是土壤源热泵空调系统顺利运行的保证。
控制系统应能实时监测室内外温度、湿度和水流量等参数，并能根据需求自动调节系统运行状态。
4. 土壤源热泵空调系统施工指南4.1 施工前准备工作在施工前，需要进行现场勘查和土壤测试，以确保施工的可行性。
同时还需要制定详细的施工计划，并准备好所需材料和设备。
4.2 地下热交换器的施工地下热交换器的施工包括开挖地下水井、铺设管道和填充导热材料等步骤。
土壤源热泵技术简介
土壤源热泵技术土壤源热泵的概念最早出现在1912年，经过50多年的研究与开发，土壤源热泵技术在北美和欧洲已非常成熟，针对土壤源热泵机组、地热换热器以及系统设计和安装有一整套标准、规范、计算方法和施工工艺。
在美国土壤源热泵系统占整个空调系统的20％，是美国政府极力推广的节能环保技术。
我国土壤源热泵的研究始于20世纪80年代，近十几年来发展很快，并已开始应用于工程实践。
土壤源热泵包括了使用土壤、地下水和地表水作为热源和冷源的系统，土壤源热泵系统是一种机械蒸汽压缩制冷循环的运行系统，该系统将热量排入地表层或从地表层吸收热量。
土壤源热泵主要有垂直地埋管土壤土壤源热泵系统、水平地埋管土壤土壤源热泵系统、地下水土壤源热泵系统、地表水土壤源热泵系统。
以下主要介绍土壤源热泵。
土壤源热泵（GSHP：Ground Source Heat Pump）可以解释为土壤热交换器土壤源热泵（Geothermal Heat Exchanger），包括一个土壤耦合地热交换器，它或是水平地安装在地沟中，或是以U形管状垂直安装在竖井之中。
不同的管沟或竖井中的热交换器成并联连接，再通过不同的集管进入建筑物内并与其中的水环路相连接。
在液体温度较低时系统中需加入防冻液。
许多采用土壤源热泵系统的商用或公用项目，还可考虑适合热交换器安装的其他有关地域，如运动场、草坪和公园等。
背景材料1：考察一个工程是否适合采用土壤源热泵系统时，首先要看是否有足够的场地布设换热孔，一般公共建筑可按30%建筑面积估算，换热孔可布置在绿地、停车场、学校操场、甚至可以考虑在建筑基础下埋设）。
背景材料2：换热孔的深度及孔径主要根据当地的地质条件、现有钻机的钻进能力，通过经济性比较确定。
一般第四系粘土、粉质粘土地层比较容易钻，钻进成本也较低，而基岩地层不易钻，成本较高，对该两种地层所采用的钻机也不同。
土壤源热泵与常规空调特点比较项目土壤源热泵中央空调溴化锂吸收式直燃机组水冷机组+燃油（气）热水锅炉水冷机组+电热锅炉占地面积机房占地面积小可设在地下室机房占用建筑面积，冷却塔占用屋顶面积储油设备需要占地面积须冷冻站和锅炉房，冷却塔占用屋顶面积，储油设备需要占地面积须冷冻站和锅炉房，冷却塔占用屋顶面积需要较大的电负荷设备寿命20年10年冷水机组20年燃油锅炉10年冷水机组20年电锅炉15年水资源消耗量只利用地下水的热量采用回灌技术，不消耗水资源冷却水循环量的2%冬季供热的排污补水冷却水循环量的2%冬季锅炉的排污补水冷却水循环量的2%冬季锅炉的排污补水驱动能源方式电能能源利用系数为 3.8～4.5燃油或燃气能源利用系数80%夏季：电能利用系数为3.5～3.8冬季燃油或燃气80%夏季：电能利用系数为 3.5～3.8冬季90%环境保护无燃烧污染，水资源不和制冷剂接触，水没有污染有燃烧污染，有一定的噪音和水霉菌污染(冷却塔)有燃烧污染，有一定的噪音和水霉菌污染(冷却塔)无燃烧污染，夏季有一定的噪音和水霉菌污染（冷却塔）备注需要一定量的水资源机房需要设置自动安全报警系统需要设置两套机组和人员，运行维护复杂锅炉房需要设置自动安全报警装置需要设置两套机组和人员，运行维护复杂背景材料3：目前在京津地区，换热孔的深度一般为80～150米之间，多数项目的孔深北京150米、天津120米。
土壤源热泵
土壤源热泵
土壤源热泵是一种利用土壤中的地热能源进行空调供暖的环保节能技术。
该技
术利用地下恒定的温度对建筑室内温度进行调节，同时减少对传统能源的依赖，具有很高的可持续性和环保性。
原理介绍
土壤源热泵的核心原理是利用地下土壤温度比较稳定的特点，通过地下排热管
和回热管在建筑物内外形成热交换系统。
在冬季，土壤源热泵从地下获取地热能源，将热量传递至建筑物内部供暖；而在夏季，热泵则将建筑内部的热量通过地下排热管散热到地下，实现空调效果。
优势
1.节能环保：相比传统空调供暖方式，土壤源热泵能够大幅减少对化
石能源的需求，降低碳排放，减少环境污染。
2.稳定性强：由于地下温度变化相对缓慢，土壤源热泵在运行过程中
温度波动较小，保持室内舒适稳定。
3.运行成本低：尽管土壤源热泵的初始投资较高，但长期运行成本较
低，节能效果明显，可在一定时间内收回成本。
应用范围
土壤源热泵适用于各种建筑类型，包括住宅、商业建筑、办公楼等。
尤其对于
位于温带或温暖地区的建筑，土壤源热泵更具优势，效果更加显著。
发展趋势
随着人们对节能环保的重视和可再生能源的推广，土壤源热泵作为一种地热能
利用技术将在未来得到更广泛的应用。
未来，土壤源热泵技术会进一步完善，成本会逐渐下降，应用范围会更加广泛化。
结语
土壤源热泵作为一种绿色节能供暖技术，具有很大的发展潜力。
通过不断创新
和推广应用，土壤源热泵有望成为建筑行业中一种重要的供暖空调方式，为环境保护和可持续发展做出贡献。
水源热泵空调原理
水源热泵介绍水源空调系统是一种从地下水资源中提取热量的高效、节能、环保、再生的供热（冷）系统。
该系统是成熟的热泵技术、暖通空调技术配套地质勘察成井技术于一体，在相对稳定的水体温度下高效、稳定、经济的运行。
水源中央空调系统是由末端（室内空气处理末端等）系统、水源中央空调主机（又称为水源热泵）系统和水源水系统三部分组成。
为用户供热时，水源中央空调系统从水源中提取低品位热能，通过电能驱动的水源中央空调主机（热泵）“泵”送到高温热源，以满足用户供热需求。
为用户供冷时，水源中央空调系统将用户室内的余热通过水源中央空调主机（制冷）转移到水源水中，以满足用户制冷需求。
用户（室内末端等）系统由用户侧水管系统、循环水泵、水过滤器、静电水处理仪、各种末端空气处理设备、膨胀定压设备及相关阀门配件等组成。
水源中央空调主机系统由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、各种制冷管道配件和电器控制系统等组成。
水源水系统由取水装置、取水泵、各种水处理设备、水源水管系统和阀门配件等组成。
水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的冷暖空调系统。
地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量），而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散相对的均衡。
这使得利用储存于其中的似乎无限的太阳能或地能成为可能。
所以说，水源热泵是利用可再生能源的一种有效途径。
水源热泵有如下特点：（1）环保洁净没有燃烧过程，避免了排放任何烟尘及有害物质，社会效益显著。
自由运用地表水资源，又可成功地控制地面沉降。
可以利用城市已有的地热资源的弃水，既可解决热污染问题，又可进一步提高能效比，进一步节省能源。
（2）节水省地省去了锅炉房，冷却塔及附属的煤场、渣场所占用的面积。
（3）节能经济能源利用率为传统方式的3—4倍，1KW的电能可得到4—5KW以上的制冷或供热的能量。
土壤源热泵
土壤源热泵的运行成本与经济效益分析
土壤源热泵的运行成本
• 主要包括能源消耗成本、设备维护成本和运行管理成本 • 通过优化设计和运行管理，降低运行成本
土壤源热泵的经济效益
• 土壤源热泵的运行成本较低，具有较高的经济效益 • 土壤源热泵的环保性好，有助于实现可持续发展
土05壤源热泵在不同领域的
应用
土壤源热泵在建筑供暖与制冷中的应用
土壤源热泵的维护保养与故障排除
土壤源热泵的维护保养
• 定期清洗土壤换热器和循环水泵 • 检查热泵机组的制冷剂和润滑油，确保其充足 • 对热泵系统进行定期调试，提高运行效率
土壤源热泵的故障排除
• 针对热泵机组、循环水泵和土壤换热器等设备的故障，进行排除 • 分析故障原因，采取相应的处理措施 • 对热泵系统进行优化改进，提高系统运行的可靠性
土壤源热泵在农业领域的应用实例
• 以某农业科技公司为例，介绍了土壤源热泵在农业领域 的应用 • 通过实际工程应用，验证了土壤源热泵在农业领域的可 行性和优越性
06
土壤源热泵的政策与法规
国内外土壤源热泵的政策支持与法规限制
国内外土壤源热泵的政策支持
• 各国政府制定了一系列政策，支持土壤源热泵技术的研发和应用 • 提供财政补贴、税收优惠等政策措施，降低土壤源热泵的初始投资成本
03
土壤源热泵的设计与安装
土壤源热泵的设计原则与方法
土壤源热泵的设计原则
• 确保热泵系统的安全性和可靠性 • 考虑土壤温度场和地下水位等因素，优化系统设计 • 兼顾经济性和环保性，降低运行成本
土壤源热泵的设计方法
• 采用数值模拟和现场试验相结合的方法，确定热泵系统 的参数 • 设计合理的土壤换热器，提高热量交换效率 • 选择合适的热泵机组，满足建筑物供暖和制冷的需求
土壤源热泵介绍
土壤源热泵的特点
2.经济有效的节能技术
全年土壤温度（5m以下）相对稳定，夏季土壤中的 温度低于对应气候条件下空气温度，冬季土壤温度高 于空气温度 理论上讲，降低冷凝温度和提高蒸发温度都可提高循 环效率，达到节能的效果 土壤对地面空气温度波动有衰减和延迟，在耗电量相 同的条件下，分别提高夏季供冷量或冬季的供热量
地源热泵示意图——夏季
热
冷 热 冷
热 热
热
冷
地源热泵示意图——冬季
寒 冷
温暖 冷 温暖
温暖
冷
土壤源热泵与普通空调的比较
土壤源热泵空调
主机设置 主机设置灵活
普通空调
风冷：主机要与外界通风良好，设置 地点受限制（屋顶、地面）； 水冷：冷却塔，锅炉位置受限制 受外界天气条件影响大，运行不稳定 效率低 北方冬季，风冷热泵冲霜问题，主机 逆循环，室内室温控制受限。 将废热气或水蒸气排向室外环境，对 环境造成很大的污染 。 CO埋管的变种，比水平埋管占地小，单位管 长换热比水平埋管小，管用量比较大。
淹没环路
淹没环路闭式系统
形式
埋深、管径和最小钻孔孔径对应表
垂直土壤换热器
1. 深度,一般为50m~120m
2. 3.
占地面积,由孔数和孔距决定 孔的直径,一般为100mm~150mm
4. 孔的距离一般为4m~8m 5. 孔内的管束: 单U, 双U 6. U形管的材质直径,一般为1′PE管
国际组织及从事热泵的研究者都普遍认为土壤源热泵是：
•在目前和将来最有前途的节能装置和系统 •国际空调和制冷行业前沿课题之一 •地热利用的重要形式
1998年美国暖通空调工程师学会ASHRAE技术奖就授予 土壤热源热泵系统。
土壤源热泵工作原理
土壤源热泵工作原理土壤源热泵是一种高效的采暖、制冷系统，可以从地下获取热量或冷量，以满足建筑物的采暖或制冷需求。
与传统的采暖和制冷系统相比，土壤源热泵具有更高的效率和更低的能耗。
它的工作原理是基于热交换的原理。
土壤源热泵的主要工作部件包括地下水管网络、地源热泵主机和建筑物内部的暖通空调设备。
地下水管网络通常是埋在地下1~2m深度的一系列管道，通过这些管道，土壤源热泵可以将地下的能量转移到建筑物内部。
地源热泵主机则包含了压缩机、膨胀阀、冷凝器和蒸发器等部件，用于将地下的热能转移到建筑物内部，并实现采暖或制冷。
建筑物内的暖通空调设备则包括散热器或换热器等，用于将热能传递到室内，或者从室内移除热量。
土壤源热泵的工作原理可以分为采暖模式和制冷模式两个部分：1. 采暖模式在采暖模式下，地下的热能被地源热泵主机吸收，通过压缩机将低温的热能提升到高温状态，并将高温的热能传递到建筑物内。
地下水管网络中的水负责传递热能，当水流经地源热泵主机时，它会吸收压缩机释放的热能，然后流回到地下水管网络，继续蓄热。
在采暖模式下，建筑物内的暖通空调设备会从地源热泵主机中得到热能，将其传递到室内。
2. 制冷模式在制冷模式下，地下水管网络中的水被用于吸收建筑物内部的热量，将其传递到地源热泵主机中。
地源热泵主机将低温的热量提取出来，通过蒸发器释放到地下水管网络中，达到制冷的效果。
在制冷模式下，建筑物内的暖通空调设备会传递热量到地源热泵主机中，将其释放到地下水管网络中，完成制冷过程。
总的来说，土壤源热泵的工作原理是基于地下的热能转移，通过地下水管网络将热能传递到建筑物内部，再通过地源热泵主机将低温的热能提升到高温状态，实现采暖或制冷的过程。
相比传统的采暖和制冷系统，土壤源热泵具有更高的能效。
具体的能效水平取决于地下水管网络的数量和深度、地源热泵主机的型号和压缩机的效率等因素。
简述土壤源热泵系统
简述土壤源热泵系统摘要：土壤源热泵系统同水源热泵系统一样是以水或其它换热液作为冷热能的载体。
与水源热泵系统不同的是土壤源热泵系统通过埋设在地下的换热管与岩土体进行热交换，冬季把岩土体中的热量取出来，供给室内采暖；夏季把室内热量取出来，释放到岩土体中。
关键词：土壤；热泵；热量；埋管一、系统的结构土壤源热泵系统由土壤热交换系统、热泵机组和末端系统三大部分组成。
土壤源热泵系统是通过热泵机组将土壤热交换循环系统和末端供冷暖循环系统连接起来。
土壤热交换系统是由土壤热交换器、循环水泵和水管道等组成的闭式循环系统。
与地下水源系统不同的是用土壤热交换器代替抽水井和回灌井。
土壤热交换器一般是垂直或水平埋设在土壤中的高密度聚乙烯管。
二、工作原理我们周围环境中一些低品味的能源可以通过热泵系统将其转化为高品位的能源，其中土壤耦合热泵就是将地热能这种低品位能源转化为可供人们利用的高品位能源的能量转化系统[1]。
水平埋管是在浅层土壤中挖沟渠，将 hdpe 管水平的埋置于沟渠中，并填埋的施工工艺。
水平埋管式通常浅层埋设，工程量大而开挖技术要求不高，初期投资低于竖直埋管式；缺点是占地面积大，温度稳定性也较差，现在已很少采用。
即便采用，也是引入热管等经过改进的技术。
竖直埋管式工程量小，占地面积少，恒温效果好，维护费用少，适合于用地紧张的城市；缺点是技术要求较高，初期投资较大。
垂直埋管是在地层中垂直钻孔，然后将地下热交换器（hdpe 管）以一定的方式置于孔中，并在孔中注入填充材料的施工工艺。
竖直埋管式地热换热器目前应用较多，发展较快。
它是在地面下竖直钻孔，在孔内埋入换热管，换热管的形式又有两种：u 型管式和套管式，目前以 u 型管应用较多。
垂直埋管地热换热器计算的基础是单个钻孔（u 型管）的传热分析。
在多个钻孔的情况下，可以在单孔的基础上运用叠加原理加以扩展[2]。
地下钻孔的孔径一般为 1o0～150mm，孔间距和深度取决于土层的热性质和气象条件并随地理位置而变。
土壤源热泵空调系统设计及施工指南
土壤源热泵空调系统设计及施工指南
一、土壤源热泵空调系统概述
1.1 热泵空调系统的基本原理
1.2 土壤源热泵空调系统的优点和适用范围
二、土壤源热泵空调系统设计
2.1 土壤源热泵空调系统设计的基本要素
2.2 土壤源热泵空调系统的设计流程
2.2.1 确定制冷量和制热量
2.2.2 地源换热器的选型和设计
2.2.3 确定水路和管路布置方案
2.2.4 制冷机组和辅助设备的选型和配置
三、土壤源热泵空调系统施工指南
3.1 施工前准备工作
3.1.1 设计图纸审核和确认
3.1.2 施工现场勘测和准备工作
3.2 地下水管道铺设与连接
3.2.1 地下水管道材料选择与规格确定
3.2.2 挖掘地下管道沟槽并进行铺设连接工作
3.3 设备安装与连接
3.3..1 制冷机组的安装与连接
3.3.2 地源换热器的安装与连接
3.4 系统调试与运行
3.4.1 系统调试前的准备工作
3.4.2 系统调试过程中需要注意的问题
3.4.3 系统正常运行后需要注意的问题
四、土壤源热泵空调系统维护管理
4.1 日常维护管理
4.2 定期检查和维护
4.3 故障处理
五、总结
5.1 土壤源热泵空调系统设计和施工的优点和不足 5.2 土壤源热泵空调系统未来发展趋势。
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能
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土壤源热泵
一种节能的中央空调系统冷热源
张国强 张泉 陈在康 土壤源
湖南大学( 长沙 410082 ) 宋春玲
摘要 介绍了一种利用土壤中储存的地能作为一次能源的中央空调系统
热泵系统 , 简述了土壤源热泵系统的系统构成、 分类及其特点。 讨论了影响土壤源热泵 性能的因素, 并对各类因素进行了简要分析 , 指出由于其具有显著的节能 、 节水效果 , 适 于在缺能少水的地区推广使用。 关键词 土壤源热泵 性能 埋管 节能 类进行介绍 , 并对其性能及其影响因素和特点 进行简要分析。
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能
1998 年第12 期 场钻孔条件 及经济条 件决定 , 一般 为 33m 到 180m 不等。溶液在垂直的 U 形弯管中循环 , 为了减少泵容量 , 有必要采用 平行埋设 , 见图 4。在垂直埋管系统中 , 管道深入地下 , 土壤热 特性不会受地表温度影响, 因此能确保冬季散 热与夏季得热间土壤的热平衡。平衡的方法可 以采用集热器, 在夏季集中热量并送入地下加 热土壤 , 或使热泵反转在夏季为土壤加热 , 以备
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前言
土壤源热泵以土壤中储存的地能为能源 ,
可以代替普通热泵作为中央空调系 统的冷热 源。由于冷热源是中央空调系统最大的能耗部 件, 因此, 使用土壤源热泵的中央空调系统具有 显著的节能效果。土壤源热泵的 研究虽然 从 1912 年就已开始, 但直到 70 年代初出现第一 次能源危机, 才得到重视 , 出现了较多的应用实 例。目前在欧洲和美国已有相当一部分小型住 宅和别墅使用土壤源热泵。但在我国 , 很少见 到有关土壤源热泵的研究报道。 本文就土壤源热泵的系统构成、 原理和分 益的贡献 , 更应看到它巨大的社会效益 , 从政府 到企业都应加强节约能源的激励政策的研究与 制订。我们在从事节能事业中发现, 一些企业 在 80 年代建立的节能激励机制已名存实亡, 极 大影响了节能工作人员的积极性。在能源供应 相对充足时 , 人们也容 易忽视节能 技术应用。 为了提高全民的节能意识 , 强化节能的激励政 策是必需的。 节能技术的开发应用对人类可持续发展是 必不可少的, 对于能源利用率较低的中国, 节能 技术的开发应用更具有明显意义。中国近年来 加强了节能、 环保项目, 据统计 , 九五 期间, 仅
表1
材料 聚乙烯
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9ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
以提高。大地温度最主要的特点就是它的延迟 和蓄热性。美国同我国相似, 领土的大部分位 于中纬度地带。从地表到地下 15mm 的表层 , 土壤全 年平 均温 度略 高于 气 温。一 般来 说 , 15mm 以下到 15m 土壤就进入常温层, 土壤温 度相当于该地区全年的平均气温 , 多数情况下 比气温高 1 到 2 。从 15m 到 20m 以下, 土 壤增温率 为 3 / m 。当深度达到 100m 后, 随 着深度的增加 , 土壤温度开始 出现下 降趋势。 我们所利用的土壤处于上述各土壤层区间内 , 土壤温度变化虽然随纬度、 位置不同有所不同 , 但基本上具有相同的规律, 它不会受室外气温 的突变或季节变化的太大影响。根据土壤温度 变化, 可以看出土壤热泵在制热工况下很有利 , 虽然室外大气温度很低 , 但由于土壤的特性, 热 泵的供热能力不会降得很低, 其制热性能系数 约为 2. 2~ 3. 2 。 ( 2) 土壤特性对土壤源热泵系统的影响 土壤的类型、 热特性、 热传导性、 密度、 湿度 等也是影响 系统性能的主 要因素。就 地表而 言 , 垂直地表土壤方向的导热性大于水平方向 的导热性 , 土壤特性值见表 2、 表 3 。虽然卵石 性土壤导热系数高, 但施工费用大, 因此粘土和 沙地是埋管系统较合适的土壤类型。另外土壤 潮湿可以加大导热系数, 因为水的导热系数为 0. 6W/ ( m K) , 而土壤的导热系数为 0. 519W/ ( m K) , 所以若土壤潮湿或地下水位高, 埋地盘 管位于地下水位线附近或地下水位线以下时 , 土壤接近饱和, 那么就可按照水的传热来计算。 另外热泵的循环对土壤的传热有明显的影响 , 由于热泵在运行期间会在盘管周围因湿土壤的 冻结出现冻土层 , 使土壤膨胀, 与管道接触紧密 而传热系数增大 , 但热泵一旦停止运行, 冻土融 化 , 就会使土壤移位, 从而在土壤与盘管间出现 空隙 , 由于空气的存在 , 使导热系数 大 幅 度 下 降 。为 避 免 这 种 情 况 发 生 , 应 采 用 沙 土 回 填 。一 般 来 说 , 沙 土 回 填 有 利 于 在 供 热 模 式 下运 行 , 粘 土 回 填 有 利 于 在 制 冷 模 式 下 运 行。
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表2
土壤类型 粗砂石 细砂石 亚砂石 亚粘土
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土壤特性值 ( 1)
导热系数 W / ( m K ) 干燥土 0. 197 0. 193 0. 188 0. 138 饱和土 1. 717 0. 633 1. 340 0. 879
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1998 年第12 期 泵除霜。融霜后的突然启动对热泵压缩机最危 险。而土壤源热泵系统与大地进行换热, 大地 的温度保证了它不会结霜, 也就没有融霜循环。 系统运转部件少则系统噪音小 , 这很适用于对 噪音有要求的住宅、 医院等地区。
埋管热泵和垂直埋管热泵。水平埋管是目前工 程实例中常采用的 , 多只用于采暖。而垂直埋 管一般认为其性能优于水平埋管系统 , 但施工 难度相对高一些。 ( 1) 水平埋管热泵系统 关于水平埋管热泵的研究开始于 1930 年 到 1940 年。现在欧洲普遍使用的此类系统多 只用于采暖。水平盘管系统有单层和双层两种 形式 , 可采用 U 形、 蛇 形、 单槽单管、 单槽多管 等形式。单层是最早也是最常用的一种形式 , 一般的设计管埋深度为 0. 5m 到 2. 5m 之间。 由于土壤饱和度不同, 壕沟深度也不同。若整 个冬季土壤均处于饱和状态, 壕沟的深度就一 定要大于 1. 5m 。同时用于采暖, 管埋深度超过 1. 5m 蓄热就慢, 而小于 0. 8m , 盘管就会受地面 冷却和结冻的影响, 另外管间距小于 1. 5m, 盘 管间可能会产生固体冰晶并使春季蓄热减少。 双层盘管系统一层约在 1. 2m 深 , 另 一层约在 1. 9m 深 , 见图 2, 即先在 1. 9m 深敷设一层管道 再回填至 1. 2m 深铺设另一层。双层铺设大幅 度降低了挖掘深度和填土需砂石量。 ( 2) 垂直埋管热泵系统 垂直埋管热泵系统有浅埋和深埋两种。浅 埋深度为 8m 到 10m, 安装成环形、 六边形或直 角形, 并采用同轴柔性套管 , 见图 3 。这种设计 是由 Ambrose 在 1946 年提出的, 增大外壳直径 是为了提高热交换性能。深埋的钻孔深度由现 垂直埋管热泵 系统较水 平系统有 许多优 点。首先它不需像水平埋管系统那样需要大的 场地面积。其次在许多地区, 地面以下的一段 距离, 土壤处于湿度饱和状态, 而这段距离又正 是热交换器所在的 位置, 因此 对热交 换有利。 在制冷季节 , 水平系统流入盘管中的溶液加热 了饱和的土壤层使水分降低, 从而降低了土壤 导热率, 使得热交换的效率也降低。而垂直埋 管中 , 这种水分转移只有很小的一部分。而且 垂直埋管热泵的稳定工况和部分负荷的运行效 率比满负荷情况好 , 而一般的空调系统设计工 况是在满负荷情况下 , 但实际却很少在此情况 下运行 , 效率也就很难保证是在高效区。 3. 2 按有无中间流体分类
气提供的能量。其工作原理同常规热泵系统并 无太大差别, 但由于土壤的特性, 所以又使这种 系统具有一定的特点 , 这将在下文进一步说明。
图1
土壤源热泵系统示意图
冬季之用。集热设备一般采用太阳能和风能集 热 , 此类设备具有高蓄热能力、 温升能力。
3
3. 1
土壤源热泵的分类
按地下埋管系统分类 地下埋管热泵系统按埋管形式可分为水平
图 4 垂 直 U 形地下埋管的平行敷设 图2 双层水平埋管系统 图3 同轴套管
1998 年第12 期 按有无中间流体分类, 土壤源热泵分为二 次流体地偶热泵 , 即在制冷剂和大地之间存在 一种中间流体 , 多为水、 盐水或乙二醇溶液; 另 一种用得较少的系统是直接膨胀式地偶热泵系 统, 即利用大量制冷剂直接在地下盘管内与环 境进行热交换。 3. 3 按与土壤换热管道材料分类 现在用于土壤系统的管道材料多采用热熔 性塑料, 包括聚乙烯管、 聚丁烯管和聚氯乙烯管 ( PVC) 。各种管道的热特性见表 1。由表 1 可 见, P VC 管的导热系数相对低 , 所以 不适合用 于此类系统下的导热材料。试验表明 , 若使土 壤导热性提高一倍, 在连续运行情况下 , 聚乙烯 管道 的热 交 换 升 高 25% , 而 PVC 管 只 升 高 12% 。所以应尽量采用高密度聚乙烯材料 , 尽 管金属具有良好的导热性 , 它们的性能比高密 度聚乙烯提高不多 , 但造价昂贵。另外由于高 密度聚乙烯具有高强度和抗腐蚀能力 , 所以选 用这一类柔性材料作为地下埋管换热材料的土 壤源热泵系统寿命可长达 50 年之久。由于土 壤热交换与管径并没有很明显的关系 , 所以管 径的选择是出于管道压力损失而产生的运行费 用与 管道 造价的 折衷 考虑 , 一 般取 20m m 到 50mm 。
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土壤源热泵的构成及原理
常规土壤源热泵系统同一般热泵系统的系 统构成基本相同, 均由设置在建筑物内的水 空气热泵并通过循环泵连接的室外水回路以及 室内水回路构成。 图 1 表示的是一个用在商业建筑内的土壤 源热泵系统 , 室内设备与水回路热泵系统相似 , 其室外水系统由地下埋管系统取代了冷却塔、 锅炉、 辅助泵和换热器等。冷凝器采用土壤内 存在的冷热量进行冷却 , 不再需要水或空 辽宁省立项的大型节能、 环保项目约 200 项, 节 能已创造了明显的经济效益和社会效益。对中 小型节能改造项目也应给予充分的重视 , 集腋 成裘, 它们所产生的效益也是相当可观的。 节能技术开发应用任重道远 , 在我国经济 发展处于较大变化的格局中, 节能技术将发挥 愈来愈重要的作用 , 它将成为中国能源利用率 接近世界先进水平的主要手段 , 中国节能技术 的广泛应用将为全人类的可持续发展作出巨大 贡献。 编辑/ 孙玉茹