《地源热泵技术讲解》——新员工培训

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2.2系统的原理
制冷原理 制热原理
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2.3系统的分类
（1）土壤源热泵系统 土壤源热泵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 装在竖井中。 （3）地表水、海水源热泵系统 土壤源热泵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 装在竖井中。 （2）地下水水源热泵系统 地下水地源热泵系统分外两种， 一种通常被称为开式系统，另一 种则为闭式系统
1988年，美国俄克拉荷马 商务部开始对地源热泵进行 商务推广。
1993年，美国环保署（EPA） 大力宣传地源热泵系统，加 深美国民众对地源热泵的认 识。
1994年，美国政府第一套 地源热泵空调系统在俄勒冈 州国会大学安装。
1997年，中美签订《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。
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系统组成
地源热泵主机 末端设备 室内管道系统 地埋换热器 辅助冷却塔
夏季：4.5 冬季：4 1807万元 221.72万元 87.21万元
3 4 5 6
系统能效比 系统初投资 空调系统全年 运行费用 热水系统全年 运行费用
水冷机组 末端设备 室内管道系统 冷却塔 锅炉 夏季：4.3 冬季：用燃气锅炉，天然气热值： 8700 大卡/立方
1912年瑞士人提出地源热 泵系统概念
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。
1978年，美国能源部 （DOE）开始对地源热泵投 入了大量的科技研发基金。
1979年，美国阿克拉荷马 州能源部成立了地源热泵系 统科技研发基金会。
1987年，国际地源热泵协 会（IGSHPA）在阿克拉荷 马州大学成立。
缺点： 需临近有较大面积水域 系统效率低于其他方式 使用寿命比地埋换热系统短
A、闭式系统
B、开式系统
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污水源
与其他热源相比，
1、污水源热泵的技术关键和难点在于防堵塞、防污染、与防腐蚀。 2、投资费用相对较低
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地
源
热
泵
知
识
讲
解
——基础知识普及版
主讲人：金磊
目录

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一、空调系统的分类 二、地源热泵空调系统原理与分类 三、中国地源热泵发展概况


四、地源热泵资源状况
五、地源热泵系统与其他系统比较
六、地源热泵常用三板斧
七、地源热泵相关知识问答
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一、空调系统的分类
A、开式地下水地源热泵系统
• 是将地下水直接供应到每台热泵机组， 之后将井水回灌地下。
B、闭式地下水地源热泵系统
• 是在地下水和地源机组之间用板式换 热器隔离。地下水通过板式换热器和 机组内的循环水进行能量的交换。
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地表水海水
优点：
无需占用土地 室外施工费用低 不产生任何污染
地源热泵系类使用百分比图
地表水水源热泵系统 地下水水源热泵系统 土壤源热泵系统
26%
28%
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3.3发展疑问
足够的信心推广大型项目
技术实力资金支持上的保证 优惠补助政策
技术与经验和品质的保证
有了
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四、地源热泵资源状况
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地质分布规律
地源热泵的适应情况
日本 亚洲技术领先
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3.3中国状况
目前，我国地源热泵系统发展经过了20世纪80年代~21世纪初的起步阶段和 21世纪初~2004年的初步推广阶段，已经进入了快速发展阶段。如图所示 地源热泵系统应用面积增长图
1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 2006 2007 2008 2009 2007 2009 32% 34% 面积亿m2 42% 38%
1998年，国内重庆建筑大 学、青岛建工学院、湖南大 学、同济大学等数家大学开 始建立了地源热泵实验台
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》。
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3.2国际状况
加拿大 50%
瑞士
96%
奥地利
45%
丹麦 35%
美国 全球75%
把冷媒的热量排放到空气或 水等介质中使气态冷媒变为 液态
膨胀阀（膨胀）
降低冷媒压力 调整冷媒流量
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二、地源热泵空调系统介绍
2.1系统的定义
国家标准《地源热泵工程技术规范》
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以岩土体、地下水或地表水 为低碳热源，由水源热 泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供 热空调系统。 百度百科 1、利用浅层地热能既可供热又可制冷的高效节能空 调设备； 2、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。 3、通常地源热泵消耗1kWh的能量，用户可以得到 4kWh以上的热量或冷量。
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4.1分布情况
区域
北京
典型地区
北部地区 南部地区
典型地质
以岩石为主 以沙土为主，部分地区卵石层较厚 粘土、粉细砂、少量卵石层 岩石为主 粗砂、细砂、卵石为主 岩石为主
主要应用类型
土壤源 地下水 土壤源 土壤源 海水源 土壤源
应用深度
≤150m ≤180m ≤1来自百度文库0m ≤150m ≤200m ≤120m
优点： 运行及维护费用低 系统可靠性强，稳定性强 占地面积小 节能效果明显，不产生任何污染 缺点： 初投资费用稍高
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地下水
优点：运行及维护费用低 室外施工费用较低 建筑周围环境影响小 缺点：打井受政策限制 系统易受地下水源状况影响
1567万元 271.99万元 192.96万元
1839万元 327.04万元 192.96万元
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8 9
相对水冷螺杆机组 + 锅炉系统节能 系统全年运行 33.56% --费用比较 相对VRV系统节能40.52% 地下土壤温度稳定，不受室外环境 受室外环境高低温影响（结冰），以及冷却塔受室外环境影响较小，锅炉运行需 故障率 影响，机组运行工况条件好，故障 日晒雨淋，故障率较高 考虑一定的安全系数，故障率较低 率低 主机20～25年 VRV主机8～10年 水冷主机10～15年 使用寿命 地埋系统50年 壁挂炉15～20年 锅炉15～20年 维护保养 随着管道的加长，对管材材质、制造工 维护简单，系统运行工况稳定，效 锅炉为压力容器，存在安全隐患，须专人 艺、现场焊接等的要求也提高；冷媒渗 率高，故障率低。 看管，维护费用较高 漏等问题也增多。
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2.5实现功能
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三、中国地源热泵的发展
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地源热泵的发展历史
地源热泵的现况
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3.1发展历史
1973年，美国阿克拉荷马 大厦安装了地源热泵空调系 统，并且进行全面的系统研 究
地下水
土壤
地水源：地源热泵空调系统等；
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1.2系统的原理 空调组成：
压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置（四大件） 压缩机（压缩）
耗电做功使低温低压冷媒气 体变为高温高压气体
蒸发器（蒸发）
冷凝器（冷凝）
冷媒通过空气或水等介质吸 收热量使液态冷媒变为气态
（4）污水源热泵系统 地下水地源热泵系统分外两种， 一种通常被称为开式系统，另一 种则为闭式系统
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土壤源
A、水平敷设地耦管路
优点： 初投资较垂直埋管系统低 运行维护费用低 节能效果明显 没有任何污染
缺点： 换热器占地面积较大
B. 垂直敷设地耦管路
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序号
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分项
混合式地源热泵空调
VRV+热水系统
水冷螺杆+锅炉系统
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如每户一台主机可实现单独计费；如一 需用两套计量系统，夏天计量方式按时 做分户计量的远程控制，采用时台主机拖多个房间可通过计量电子膨胀 计费 间型，冬天用锅炉，采用分时计量，间 间型或能量型控制方式 阀的开度，算出制冷剂的流量，进而算 断式快速高温加热与低温保暖运行。 出消耗的冷量，结合单价算出费用 室外机可采用壁挂或立式放置，不需机 机房设备布置较紧凑，节约机房空 机房面积 房 需要冷冻站和锅炉房，机房面积较大 间 置于室内影响房间有效空间 室外系统隐蔽，机房位于地下室，室外机需要置于开敞空间，对建筑外观机房位于地下室，对外观无影响，只是 外观 对外观无影响 有影响 机房面积需求大 受环境影响大，舒适性低 舒适性高，不受环境影响 舒适性能满足要求，不受环境影响 舒适性 冷媒导致房间空气干燥 噪音低 噪音大 室外机噪音高 需借助壁挂炉制热水，有废弃物，对环 环境影响 真正意义的低碳、绿色环保空调 境有影响 锅炉运行，废热废气影响环境； 制冷剂泄漏影响环境 国家大力扶持可再生能源项目，水 政策 暂无 锅炉使用需消防部门审批 地源技术成为十一五重点推广技术 无冷却塔等辅助设备，一套系统实现制 高效、节能、低运行费用，一机多 系统其它优点 冷制热功能 造价低，适用性强，系统结构简单 用，稳定 需另配热水系统 受环境影响严重，需要自动除霜装置， 增加了功耗 系统其它缺点 造价稍高，受地质、场地等的限制 需专人负责，增加了管理费用 露天放置，风吹日晒，易受腐蚀，机组 寿命短 地源热泵系统总投资费用1807万元，运行费用308.93万元（含生活热水），不影响建筑立面，只需机房即可满足 总结 设备要求，受国家政策扶持，建议采用地源热泵系统
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4.1分布规律 根据土壤的分布情况，同时结合当地地质地形形成的砾石 原因，在地源热泵系统通常利用的土壤深度范围内，也存 在有规律性的因素可循
1.一般来说江河湖泊流域周边，以沙石、粉细砂、粘土为主。河流 冲击形成的平原地带，地质结构以沙土为主， 部分地 区地表水 较为丰富，但其对地源热泵系统而言，开采回灌 的工艺难度较大。 2.海岸周边的地质情况基本可以分为两类：沙石、卵石为主； 以岩石为主。 3.山地、丘陵以及海拔较高地区以及周边以岩石为主。
土壤源
土壤源 土壤源 土壤源 地下水 土壤源 土壤源 地表水 土壤源地表水
≤120m
≤120m ≤120m ≤120m ≤120m ≤120m ≤120m
≤120m
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五、地源热泵系统与其他系统比较
序号
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水冷螺杆+锅炉系统
分项
混合式地源热泵空调
VRV+热水系统
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2.4系统设备 末 端 设 备 主 机 设 备
（1）螺杆式水源热泵机组 （2）涡旋水源热泵机组 （3）离心式热泵机组
组合式空调机组 2000~170000m3/h
吊顶空调机组 2000~30000m3/h
柜式空调机组 3000~30000m3/h
卧式风机盘管 340~2380m3/h
卡式风机机组 340~2040m3/h
空调总冷量：6900KW ， 空调总热量：4130KW 热水+泳池总热量：921KW 室外机 室内机 室内管道系统 壁挂炉 夏季：2.2～2.5 冬季：1.3～2.5
总冷量：5712KW 系统总冷热量 总热量：3428KW 热水+泳池总热量：921KW
总冷量：5712KW 总热量：3428KW 热水+泳池总热量：921KW
黄河中部平原 长江中部 渤海内部海域周边 黄海北部
郑州、西安 武汉 天津、秦皇岛 威海、青岛、日照
天山山脉
长三角流域 内蒙古中部平原 山东中部 江苏中部 山西中部 浙江中东部 重庆 湖南江西
乌鲁木齐
苏州、扬州、上海 呼和浩特、包头 济南 徐州 太原 杭州、宁波 重庆 长沙南昌
岩石为主
粘土、粉细砂 沙土为主，还有部分卵石 岩石为主 卵石为主 沙土为主，还有部分卵石 岩石为主 地表水为主 地表水为主
1.1系统的分类
一般空调系统可以按设备的设置、
空气
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空气源
负荷侧的介质、处理空气的来源、风
管的风速进行分类，为了体系初地源 热泵的空调系统的区别，现按照冷热
太阳
太阳能源
海水
源的类型进行分类：
空气源：VRV、多联机、热水机等、常 规冷水机组（冷却塔）； 太阳能：太阳能热泵（实验阶段）；
地表水
地（水）源