地源热泵培训资料

地源热泵系系统2011年4月一地地源热热泵概述二地地源热热泵由来三热热泵工工作原理四地地源热热泵组成五地地源热热泵优点六地地源热热泵特点七地地源热热泵分类八地地源热热泵地下换换热器形式式与埋管九地地源热热泵应用方方式十常常见问问题讨论十一地地源热泵系系统的设计计经验总结结一地源热热泵概述地源热泵是利用浅层层地能进行行供热制冷冷的新型能能源利用技技术，是热热泵的一种种,热泵是利用用卡诺循环环和逆卡诺诺循环原理理转移冷量量和热量的的设备.地源热泵通通常是指能能转移地下下土壤中热热量或者冷冷量到所需需要的地方方.通常热泵都都是用来做做为空调制制冷或者采采暖用的.地源热泵还还利用了地地下土壤巨巨大的蓄热热蓄冷能力力,冬季地源把把热量从地地下土壤中中转移到建建筑物内,夏季再把地地下的冷量量转移到建建筑物内,一个年度形形成一个冷冷热循环。。二地源热热泵由来"地源热泵"的概念，最最早于1912年由瑞士的的专家提出出，而该技技术的提出出始于英、、美两国。。

北欧欧国家主要要偏重于冬冬季采暖，，而美国则则注重冬夏夏联供。由由于美国的的气候条件件与中国很很相似，因因此研究美美国的地源源热泵应用用情况，对对我国地源源热泵的发发展有着借借鉴意义。。三热泵工工作原理作为自然界界的现象，，正如水由由高处流向向低处那样样，热量也也总是从高高温流向低低温。但人人们可以创创造机器，，如同把水水从低处提提升到高处处而采用水水泵那样，，采用热泵泵可以把热热量从低温温抽吸到高高温。所以以热泵实质质上是一种种热量提升升装置，它它本身消耗耗一部分能能量，把环环境介质中中贮存的能能量加以挖挖掘，提高高温位进行行利用，而而整个热泵泵装置所消消耗的功仅仅为供热量量的三分之之一或更低低，这也是是热泵的节节能特点。。节流装置冷凝器蒸发器压缩机供热侧需热侧热泵原理工作作原原理理地源源热热泵泵是是地地热热利利用用的的一一种种形形式式,是将将低低位位热热能能用用热热泵泵提提升升为为高高位位热热能能加加以以利利用用。。热热泵泵机机组组是是制制冷冷机机的的逆逆循循环环1制冷冷模模式式：：在制制冷冷状状态态下下，，地地源源热热泵泵机机组组内内的的压压缩缩机机对对冷冷媒媒做做功功，，使使其其进进行行汽汽-液转转化化的的循循环环。。通通过过蒸蒸发发器器内内冷冷媒媒的的蒸蒸发发将将由由风风机机盘盘管管循循环环所所携携带带的的热热量量吸吸收收至至冷冷媒媒中中，，在在冷冷媒媒循循环环同同时时再再通通过过冷冷凝凝器器内内冷冷媒媒的的冷冷凝凝，，由由水水路路循循环环将将冷冷媒媒所所携携带带的的热热量量吸吸收收，，最最终终由由水水路路循循环环转转移移至至地地表表水水、、地地下下水水或或土土壤壤里里。。在在室室内内热热量量不不断断转转移移至至地地下下的的过过程程中中，，通通过过风风机机盘盘管管，，以以13℃℃以下下的的冷冷风风的的形形式式为为房房间间供供冷冷。。2供暖暖模模式式:在供供暖暖状状态态下下，，压压缩缩机机对对冷冷媒媒做做功功，，并并通通过过换换向向阀阀将将冷冷媒媒流流动动方方向向换换向向。。由由地地下下的的水水路路循循环环吸吸收收地地表表水水、、地地下下水水或或土土壤壤里里的的热热量量，，通通过过冷冷凝凝器器内内冷冷媒媒的的蒸蒸发发，，将将水水路路循循环环中中的的热热量量吸吸收收至至冷冷媒媒中中，，在在冷冷媒媒循循环环的的同同时时再再通通过过蒸蒸发发器器内内冷冷媒媒的的冷冷凝凝，，由由风风机机盘盘管管循循环环将将冷冷媒媒所所携携带带的的热热量量吸吸收收。。在在地地下下的的热热量量不不断断转转移移至至室室内内的的过过程程中中，，以以35℃℃以上上热热风风的的形形式式向向室室内内供供暖暖。1地缘缘热热泵泵机机组组的的组组成成热泵泵与与制制冷冷的的原原理理和和系系统统设设备备组组成成及及功功能能是是一一样样的的，，对对蒸蒸气气压压缩缩式式热热泵泵（（制制冷冷））系系统统主主要要由由压压缩缩机机、、蒸蒸发发器器、、冷冷凝凝器器和和节节流流阀阀组组成成：：压缩缩机机：：起着着压压缩缩和和输输送送循循环环工工质质从从低低温温低低压压处处到到高高温温高高压压处处的的作作用用，，是是热热泵泵（（制制冷冷））系系统统的的心心脏脏；；蒸发发器器：：是输输出出冷冷量量的的设设备备，，它它的的作作用用是是使使经经节节流流阀阀流流入入的的制制冷冷剂剂液液体体蒸蒸发发，，以以吸吸收收被被冷冷却却物物体体的的热热量量，，达达到到制制冷冷的的目目的的；；四地地源源热热泵泵组组成成冷凝凝器器：：是输出热量的的设备，从蒸蒸发器中吸收收的热量连同同压缩机消耗耗功所转化的的热量在冷凝凝器中被冷却却介质带走，，达到制热的的目的；膨胀阀或节流流阀：对循环工质起起到节流降压压作用，并调调节进入蒸发发器的循环工工质流量。根根据热热力学第二定定律，压缩机机所消耗的功功（电能）起起到补偿作用用，使循环工工质不断地从从低温环境中中吸热，并向向高温环境放放热，周而往往复地进行循循环。2地源热泵系统统组成地源热泵系统统主要分三部部分（如下图图）：室外地地能换热系统统、地源热泵泵机组和室内内采暖空调末末端系统。其其中地源热泵泵机主要有两两种形式：水水—水式或水—空气式。三个个系统之间靠靠水或空气换换热介质进行行热量的传递递，地源热泵泵与地能之间间换热介质为为水，与建筑筑物采暖空调调末端换热介介质可以是水水或空气。1.高效节能，稳稳定可靠地能或地表浅浅层地热资源源的温度一年年四季相对稳稳定，土壤与与空气温差一一般为17度，冬季比环环境空气温度度高，夏季比比环境空气温温度低，是很很好的热泵热热源和空调冷冷源，这种温温度特性使得得地源热泵比比传统空调系系统运行效率率要高40%～60%，因此要节能能和节省运行行费用40％－50％左右。通常常地源热泵消消耗1KW的能量，用户户可以得到5KW以上的热量或或4KW以上冷量，所所以我们将其其称为节能型型空调系统。。五地源热泵泵优点：2.无环境污染地源热泵的污污染物排放，，与空气源热热泵相比，相相当于减少40％以上，与电电供暖相比，，相当于减少少70％以上，真正正的实现了节节能减排。3.一机多用地源热泵系统统可供暖、制制冷，还可供供生活热水，，一机多用，，一套系统可可以替换原来来的锅炉加空空调的两套装装置或系统。。4.维护费用低地源热泵系统统运动部件要要比常规系统统少，因而减减少维护，系系统安装在室室内，不暴露露在风雨中，，也可免遭损损坏，更加可可靠，延长寿寿命。5.使用寿命长地源热泵的地地下埋管选用用聚乙烯和聚丙丙烯塑料管，寿命可达50年。要比普普通空调高35年使用寿命。。6.节省空间没有冷却塔、、锅炉房和其其它设备，省省去了锅炉房房，冷却塔占占用的宝贵面面积，产生附附加经济效益益，并改善了了环境外部形形象。1.属可再生能源源利用技术地源热泵是利利用了地球表表面浅层地热热资源（通常常小于400米深）作为冷冷热源，进行行能量转换的的供暖空调系系统。地表浅浅层地热资源源可以称之为为地能（EarthEnergy），是指地表表土壤、地下下水或河流、、湖泊中吸收收太阳能、地地热能而蕴藏藏的低温位热热能。地表浅浅层是一个巨巨大的太阳能能集热器，收收集了47％的太阳能量量，比人类每每年利用能量量的500倍还多。它不不受地域、资资源等限制，，真正是量大大面广、无处处不在。这种种储存于地表表浅层近乎无无限的可再生生能源，使得得地能也成为为清洁的可再再生能源一种种形式。六地源热泵泵特点2、属经济有效效的节能技术术地能或地表浅浅层地热资源源的温度一年年四季相对稳稳定，冬季比比环境空气温温度高，夏季季比环境空气气温度低，是是很好的热泵泵热源和空调调冷源，这种种温度特性使使得地源热泵泵比传统空调调系统运行效效率要高40%，因此要节能能和节省运行行费用40%左右。另外，，地能温度较较恒定的特性性，使得热泵泵机组运行更更可靠、稳定定，也保证了了系统的高效效性和经济性性。据美国环环保署EPA估计，设计安安装良好的地地源热泵，平平均来说可以以节约用户30～40％的供热制冷冷空调的运行行费用。3、环境效益显显著地源热泵的污污染物排放，，与空气源热热泵相比，相相当于减少40％以上，与电电供暖相比，，相当于减少少70％以上，如果果结合其它节节能措施节能能减排会更明明显。虽然也也采用制冷剂剂，但比常规规空调装置减减少25％的充灌量；；属自含式系系统，即该装装置能在工厂厂车间内事先先整装密封好好，因此，制制冷剂泄漏机机率大为减少少。该装置的的运行没有任任何污染，可可以建造在居居民区内，没没有燃烧，没没有排烟，也也没有废弃物物，不需要堆堆放燃料废物物的场地，且且不用远距离离输送热量。。4一机多用，应应用范围广地源热泵系统统可供暖、空空调，还可供供生活热水，，一机多用，，一套系统可可以替换原来来的锅炉加空空调的两套装装置或系统；；可应用于宾宾馆、商场、、办公楼、学学校等建筑，，更适合于别别墅住宅的采采暖、空调。。此外，机组组使用寿命长长，均在15年以上；机组组紧凑、节省省空间；维护护费用低；自自动控制程度度高，可无人人值守。当然然，象任何事事物一样，地地源热泵也不不是十全十美美的，如其应应用会受到不不同地区、不不同用户及国国家能源政策策、燃料价格格的影响；一一次性投资及及运行费用会会随着用户的的不同而有所所不同；采用用地下水的利利用方式，会会受到当地地地下水资源的的制约，实际际上地源热泵泵并不需要开开采地下水，，所使用的地地下水可全部部回灌，不会会对水质产生生污染。5.地源热泵同空空气源热泵相相比，有许多多优点：全年温度波动动小。冬季温温度比空气温温度高，夏季季比空气温度度低，因此地地源热泵的制制热、制冷系系数要高于空空气源热泵，，一般可高于于40%，因此可节能能和节省费用用40%左右。冬季运行不需需要除霜，减减少了结霜和和除霜的损失失。地源有较好的的蓄能作用。。七地源热泵泵的分类地源按照室外外换热方式不不同可分为三三类：1.地表水系统2.土壤埋盘管系系统3.地下水系统1地表水系统地表水地源热热泵系统，由由潜在水面以以下的多重并并联的塑料管管组成的地下下水热交换器器取代了土壤壤热交换器，，与土壤热交交换器地源热热泵一样，它它们被连接到到建筑物中。。一般情情况下，只要要地表水冬季季不结冰，均均可作为低温温热源使用。。我国有丰富富的地表水资资源，用其作作为热泵的低低温热源，可可获得较好的的经济效益。。地表水水相对于室外外空气是温度度较高的热源源，且不存在在结霜问题，，冬季温度也也比较稳定。。利用地表水水作为热泵的的低温热源，，要附设取水水和水处理设设施，如清除除浮游生物和和垃圾，防止止泥沙等进入入系统，影响响换热设备的的传热效率或或堵塞系统，，而且应考虑虑设备和管路路系统的腐蚀蚀问题。2土壤热交换器器系统土壤是热泵良良好的低温热热源。通过水水的流动和太太阳辐射热的的作用，土壤壤的表层贮存存了大量的热热能。土壤的的温度变化不不大，并有一一定的蓄热作作用。热泵可可以从土壤表表层吸收热量量，土壤的持持续吸热率(能量密度)为20-40w／m2，一般在25w／m2左右。土壤的的主要优点是是：(1)温度稳定，全全年波动较小小，冬季土壤壤温度比空气气高，因此热热泵的制热系系数较高；(2)土壤的传热盘盘管埋于地下下，热泵运行行中不需要要通过风机机或水泵采热热，无噪声，，换热器也不不需要除霜；；(3)土壤有蓄能作作用。3地下水系统八地源热泵泵地下换热器器形式与埋管管土壤热交换器器是地源泵机机组设计的关关键。地源热热土壤换热器器有多种形式式,如水平埋管、、竖直埋管等等。这两种埋埋管型式各有有自身的特点点和应用环境境。在中国采采用竖直埋管管更显示出其其优越性:节约用用地面面积,换热性性能好好,可安装装在建建筑物物基础础、道道路、、绿地地、广广场、、操场场等下下面而而不影影响上上部的的使用用功能能,甚至可可在建建筑物物桩基基中设设置埋埋管,见缝插插针充充分利利用可可利用用的土土地面面积。。1竖直埋埋管材材料和和深度度埋管材材料最最好采采用塑塑料管管,因与金金属管管相比比,塑料管管具有有耐腐腐蚀、、易加加工、、传热热性能能可满满足换换热要要求、、价格格便宜宜等优优点。。可供供选用用的管管材有有高密密度聚聚乙烯烯管(PE管),铝塑管管等。。竖直直埋管管的管管径也也可有有不同同选择择,如DN20、DN25、DN32、DN50等。竖竖直埋埋管可可须根根据当当地地地质条条件而而定,可以从从20m-200m。确定定深度度应综综合考考虑占占地面面积、、钻孔孔设备备、钻钻孔成成本和和工程程规模模。如如果地地表土土壤层层很厚厚,钻孔费费用相相对便便宜,宜采用用较深深的竖竖直埋埋管,反之,采用浅浅埋。。埋管管间距距一般般以5-6m及以上上,要综合合考虑虑当地地的地地质及及土壤壤的传传热情情况。。2竖直埋埋管换换热器器回填填、灵灵敏度度竖直埋埋管换换热器器的形形成是是从地地面向向下钻钻孔达达到预预计深深度,将制作作好的的U型管下下入孔孔中,然后在在孔中中回填填不同同材料料。在在接近近地表表层处处用水水平集集水管管、分分水管管将所所有U型管并并联构构成地地下换换热器器。根根据地地质结结构不不同,回填材材料可可以选选用浇浇铸混混凝土土、回回填沙沙石散散料或或回填填土壤壤等。。材料料选择择要兼兼顾工工程造造价、、传热热性能能、施施工方方便等等因素素。从从实际际测试试比较较浇铸铸混凝凝土换换热性性能最最好,但造价价高、、施工工难度度大,但可结结合建建筑物物桩基基一起起施工工。3竖直埋埋管换换热器器中传传热的的衰减减竖直埋埋管换换热器器中流流动的的循环环水的的温度度是不不断变变化的的。夏夏季供供冷工工况进进行时时,由于蓄蓄热地地温提提高,机组运运行时时水温温不断断上升升,停机时时水温温又有有所下下降,当建筑筑物得得热达达到最最大时时水温温升至至最高高点。。冬季季供热热工况况运行行时则则相反反,由于取取热地地温下下降,当建筑筑物失失热最最多时时,换热器器中水水温达达到最最低点点。对对于浅浅埋管管尤其其严重重。设设计时时,首先应应设定定换热热器埋埋管中中循环环水最最高温温度和和最低低温度度。同同时,由于埋埋管换换热器器的表表面结结垢等等影响响,设计时时要考考虑衰衰减,设定值值应通通过经经济比比较选选择最最佳状状态点点。4串联或或并联联地下热热交换换器中中流体体流动动的回回路形形式有有串联联和并并联两两种，，串联联系统统管径径较较大，，管道道费用用较高高，并并且长长度压压降特特性限限制了了系统统能力力。并并联系系统管管径较较小，，管道道费用用较低低，且且常常常布置置成同同程式式，当当每个个并联联环路路之间间流量量平衡衡时，，其换换热量量相同同，其其压降降特性性有利利于提提高系系统能能力。。因此此，实实际工工程一一般都都采用用并联联同程程式。。结合合上文文，即即常采采用单单U型管并并联同同程的的热交交换器器形式式。5选择管材一般来讲，，一旦将换换热器埋入入地下后，，基本不可可能进行维维修或更换换，这就要要求保证埋埋入地下管管材的化学学性质稳定定并且耐腐腐蚀。常规规空调系统统中使用的的金属管材材在这方面面存在严重重不足，且且需要埋入入地下的管管道的数量量较多，应应该优先考考虑使用价价格较低的的管材。所所以，土壤壤源热泵系系统中一般般采用塑料料管材。目目前最常用用的是聚乙乙烯（PE）和聚丁烯烯（PB）管材，它它们可以弯弯曲或热熔熔形成更牢牢固的形状状，可以保保证使用50年以上；而而PVC管材由于不不易弯曲，，接头处耐耐压能力差差，容易导导致泄漏，，因此，不不推荐用于于地下埋管管系统。6确定管径在实际工程程中确定管管径必须满满足两个要要求：（1）管道要达达到足够保保持最小输输送功率；；（2）管道要小小到足够使使管道内保保持紊流以以保证流体体与管道内内壁之间的的传热。显显然，上述述两个要求求相互矛盾盾，需要综综合考虑虑。一般并并联环路用用小管径，，集管用大大管径，地地下热交换换器埋管常常用管径有有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管内流速速控制在1.22m/s以下,对更大管径径的管道，，管内流速速控制在2.44m/s以下或一般般把各管段段压力损失失控制在4mH２O/100m当量长度以以下7确定竖井数数目及间距距国外，竖井井深度多数数采用50～100m，设计者可可以在此范范围内选择择一个竖井井深度H，计算结果果进行调整整，若计算算结果偏大大，可以增增加竖井深深度，但不不能太深，，否则钻孔孔和安装成成本大大增增加。关关于竖竖井间距有有资料指出出：U型管竖井的的水平间距距一般为4.5m，也有实实例中提到到DN25的U型管，其竖竖井水平间间距为6m，而DN20的U型管，其竖竖井水平间间距为3m。若采用串串联连接方方式，可采采用三角形形布置，来来节约占地地面积。8计算管道压压力损失在同程系统统中，选择择压力损失失最大的热热泵机组所所在环路作作为最不利利环路进行行阻力计算算。可采用用当量长度度法，将局局部阻力件件转换成当当量长度，，和管道实实际长度相相加得到各各不同管径径管段的总总当量长度度，再乘以以不同流量量、不同管管径管段每每100m管道的压降降，将所有有管段压降降相加，得得出总阻力力。9水泵选型根据上述计计算最不利利环路所得得的管道压压力损失，，再加上热热泵机组、、平衡阀和和其他设备备元件的压压力损失，，确定水泵泵的扬程，，需考虑一一定的安全全裕量。根根据系统总总流量和水水泵扬程，，选择满足足要求的水水泵型号及及台数。其它与常规空调调系统类似似，需在高高于闭式循循环系统最最高点处（（一般为1m）设计膨胀胀水箱或膨膨胀罐，放放气阀等附附件。地源热泵的的应用方式式从应用的的建筑物对对象可分为为家用和商商用两大类类，从输送送冷热量方方式可分为为集中系统统、分散系系统和混合合系统。1家用系统用户使用自自己的热泵泵、地源和和水路或风风管输送系系统进行冷冷热供应，，多用于小小型住宅，，别墅等户户式空调。。九地源热热泵应用方方式2集中系统热泵布置在在机房内，，冷热量集集中通过风风道或水路路分配系统统送到各房房间。3分散系统用户单独使使用自己的的热泵机组组调节空气气。一般般用于办公公楼、学校校、商用建建筑等，此此系统可将将用户使用用的冷热量量完全反应应在用电上上，便于计计量，适用用于目前的的独立热计计量要求。。4混合系统：：将地源和冷冷却塔或加加热锅炉联联合使用作作为冷热源源的系统，，混合系统统与分散系系统非常类类似，只是是冷热源系系统增加了了冷却塔或或锅炉。南方地区，，冷负荷大大，热负荷荷低，夏季季适合联合合使用地源源和冷却塔塔，冬季只只使用地源源。北方地地区，热负负荷大，冷冷负荷低，，冬季适合合联合使用用地源和锅锅炉，夏季季只使用地地源。这样样可减少地地源的容量量和尺寸，，节省投资资。分散系系统或混合合系统实质质上是一种种水环路热热泵空调系系统形式。。5水环路热泵泵空调系统统水环路热泵泵(Water-LoopHeatPump，简称WLHP)空调系统，，它由许多多台水源热热泵空调机机(WSHP)组成。这些些机组由一一个闭式的的循环水管管路连在一一起，该水水管路既作作空调工况况下的冷源源，又作供供暖工况下下热泵热源源。水环路路的冷热源源可以是地地源，或锅锅炉、冷却却塔联合方方式。夏夏季运行行：全部或或大多数机机组为供冷冷，热量水水环路排至至室外的冷冷源，如地地源或冷却却塔。1．为什么地地源热泵在在美国、欧欧洲以及中中国，尤其其是近些年年来为越来来越多的用用户所认识识，市场日日趋活跃呢呢？一方面是由于全世世界范围内内比以往更更加关注能能源、环境境与可持续续发展的问问题，对于于中国由于于以燃煤为为主的能源源结构已经经造成了极极为严重的的大气污染染，因此，，要实现经经济的可持持续发展，，必须尽可可能多地利利用清洁的的可再生能能源，必须须加大节能能的力度，，而既能在在冬季供暖暖、又能在在夏季制冷冷空调的地地源热泵系系统是很好好的一个选选择；另一方面是地源热泵泵系统经过过多年的研研究，在技技术上已经经比较成熟熟，而且经经过多年的的示范与实实践，确认认了地源热热泵系统的的很多优点点：节约能能源、舒适适、安全、、性能稳定定、清洁、、使用灵活活等。十常见问问题讨论2．水环路热热泵（WLHP）系统与地地源热泵（（GSHP）系统有什什么异同？？适用于什什么场合？两者都可通通过水源热热泵如水－－空气热泵泵或水－水水热泵系统统为建筑物物提供热量量或冷量，，区别是WLHP系统通常是是指利用冷冷却水塔和和锅炉保持持全年冬夏夏两季节的的供水温度度稳定的系系统，而GSHP系统则通常常是指通过过利用地下下水、地下下换热系统统、地表水水或者地下下换热系统统与冷却塔塔、锅炉相相结合等形形式维持供供水温度稳稳定的系统统。对于WLHP系统适用于于什么场合合，有研究究认为，单单纯的供冷冷或单纯的的供热选用用水环路热热泵是不合合理的；对对同时具有有制冷和制制热需要的的空调建筑筑，当其内内部余热量量较小或较较大时，使使用WLHP系统节能效效果不明显显，只有当当机组排出出的热量与与部分水源源热泵机组组吸收的热热量相近时时，才具有有明显的节节能优势。。对于某一一特定建筑筑，设计者者需根据建建筑物的冷冷热负荷曲曲线、使用用特点、功功能，所处处环境