地源热泵两种换热方式之比较.doc

地下水及地埋管两种地源热泵换热方式之比较杨佃俊 杨树伟 杨树华（潍坊市星河地下水热资源研究所，山东 潍坊261041）【摘要】地源热泵是有效利用浅层地热能的最佳工程系统。地埋管换热及地下水换热是地源热泵两种最常用的与浅层地热能进行热交换的工程系统，这两种换热系统适宜的地质条件及技术要求各不相同。本文对两种换热方式进行了对比分析。【关键词】地源热泵；换热方式一般把地下200米以内的地热能叫做浅层地热能。浅层地热能是一种分布广泛、开采容易、具有一定可再生能力的低焓能源，在我国已得到了广泛地推广使用。大力开发使用浅层地热能对于节能减排、改善环境、降低供冷供热成本意义重大，利国利民。地源热泵就是有效利用浅层地热能的最佳工程系统。地源热泵取用浅层地热能需采用的地下换热系统，一是地埋管换热系统（也叫土壤源热泵，有的简称为地源热泵），二是地下水换热系统（有的简称为水源热泵），三是地表水换热系统。其中大量使用的是地埋管及地下水换热方式。第一作者：杨佃俊，男，兼山东科灵空调公司技术顾问，原潍坊市水利局总工程师兼副局长，研究员，多年从事水文地质和地下水取水与回灌技术的研究，取得了多项发明专利和国内领先的科技成果。电话地埋管换热方式就是先在地下钻一个钻孔，在孔中下入两根（或四根）底端相连的PE管，管的上端通过水平集管与热泵机组相连接。不抽取地下水，只用一部分循环水在PE管中上下流动，便可以与地下交换热量。地下水换热方式就是先从抽水井中把地下水抽出来，送入热泵机组，提取热量后再把尾水注入回灌井，注入地下的水再通过透水层流向取水井，在地下流动的过程中吸收地下的热量使水温恢复原状，周而复始，循环利用。这两种换热方式的共同之处都是使用水源热泵机组，对土壤或地下水零污染，对用户末端空调形式的要求相同，都属于能影响地源热泵系统优劣或成败的热源工程。但二者对地质条件的要求是不一样的，由此产生了诸多明显不同的特点。主要有以下六个方面。首先是对地质条件的要求不同。地埋管换热不抽用地下水，不受地下水贫富的制约，适宜范围广。尽管岩石的可钻性、热物性、换热量、原始地温等地质地热条件对其设计、施工、造价都有较大影响，但一般都是适宜使用的。地下水换热则不同，必须水源充足，回灌可靠。如果只抽不灌很容易造成水位下降、水量减小、水源枯竭、工程报废。如果回灌不好而大量排放地下水，浪费宝贵的水资源，国家政策也是不允许的。这就要求事先必须进行适宜性评价和水资源论证，切不可盲目决策。二是一次性投资不同。地埋管换热需要换热孔数多，环路集管长。一般建筑物，每平米建筑面积需换热孔深度12米，大型公共建筑需3米左右。如孔深100米，每万平米建筑面积就需要打换热孔100300个。地埋管地源热泵的一次性投资与地下水源热泵相比要大1倍以上，主要是增加在热源工程方面。三是对场地条件要求不同。地埋管换热需要打的换热孔多，孔距一般45米，需要大面积的场地，往往与地下车库等建筑物相矛盾。换热孔也可以打在车库内或建筑物的地基基坑内，但打换热孔与建筑施工在工期上必须科学安排，互不影响。地下水换热的热源井则对场地条件要求不高，楼间绿地或场区边角都可以布井。四是对全年冷热负荷的不平衡度要求不同。地埋管换热，由于孔距小，换热孔密度大，温度场范围小，要求全年冷热负荷不平衡度不能大于20%，否则需要增加辅助热源或冷源。如果是单供暖工况，不平衡度将达100%，极易造成逐年的冷量积累，是不可行的。而地下水换热可以通过热源井合理的规划布局尽量扩大地下温度场范围，即使是单供暖工况也可以使地下水温度保持常年稳定。五是系统的综合能效比不同。综合能效比的大小除了受机组能效比影响外，更多地是受换热系统能耗大小的影响。地埋管换热由于取用温差小，在制热工况下只有4，因而循环水量大，能耗高。地下水换热在制热工况下可取用温差810，循环水量小，能耗相对较小。2012年山东省建科院对我市25家热泵用户的系统综合能效比进行了测试，地埋管的平均系统COP为2.6，最小为2.24，最大为3.29。地下水的平均系统COP为3.0，最小为2.49，最大为3.77，地埋管的系统能效比普遍小于地下水的。六是热源工程的技术含量不同，技术性要求不同。地埋管换热设计施工较为简单，只要搞好了项目的可行性研究一般不会出大问题。而地下水换热却不像地埋管“钻个眼，下根管”那么简单，需要一系列技术保障措施，这些技术措施缺一不可，主要有以下要点：1.要进行水资源论证。确保在任何情况下水量充足；2.要进行可灌性论证。不是能抽水就能回灌。有的含水层可灌性好，有的可灌性不好，不能一概而论；3.对热源井要合理规划布局，确保地下水温度常年稳定；4.成井工艺要符合热源井要求。不能按打农业井的工艺打热源井。要做到过滤器进水阻力小，抗堵塞能力强，出水量及回灌量大，水的质量好；5.每个井都要做物探测井，滤水管要正对测井确定的含水层，否则井的水跃值太大。要根据测井确定的各个含水层颗粒大小采用不同的填砾直径和滤网目数，分层包网，分层填砾；6.每个井都要进行抽水试验，据以进行水文地质计算，算出各井不同降深的出水量及适宜回灌量；7.计算抽回井数比，确定取水井及回灌井数量，提出回灌井防堵塞措施；8.对每眼井都要提出合理的配套方案，尽量做到各个井降深合理，动水位基本一致；9.对回灌井进行统一调试，对吃水多的井多灌水，吃水量小的少灌水，使水位升幅大致相同。只要把上述技术工作做好了，地下水换热系统完全可以做到水量充足，回灌可靠，水温稳定，井的寿命满足设计要求，综合能效比高，供热成本低，节能效果好。2012年我市经测试的一批地下水源热泵用户中，有的热泵企业重视热源系统的工