制冷技术 课件 第9章 热泵

第九章热泵>9.1热泵技术概念1、工作原理

9.1热泵技术概念2、热源热泵运行时，通过蒸发器从热源吸收热量，而向供热对象提供热量。因此，不同的热源对热泵装置、工作特性、经济性等都有重要的影响。热泵的供热温度取决于热泵的用途及工作对象的要求。热泵热源一般应满足下列要求：

热源温度尽可能高。因为在一定的供热温度条件下，热泵的热源温度与供热温度之间的差值越小，其供热系数就越大。热源应尽可能多地提供热量，以免设置辅助加热装置，这样可以减少附加投资。热源的热能应便于输送，而且输送热量的热(冷)媒动力消耗应尽可能小，以减少热泵的运行费用。热源对换热设备的材料无腐蚀作用，而且尽可能不产生污染和结垢现象。热源温度的时间特性和供热的时间特性应尽量一致，以免造成热量供求的矛盾。2、热源两类自然资源生活或生产中的废热空气、水、土壤、太阳能建筑物内部的排热、工业生产过程的排热、生产或生活废水、地下铁道、垃圾焚烧过程的排热温度较低温度较高9.1热泵技术概念9.2空气源热泵1、特点

以室外空气为热源空气是空气源热泵机组的理想热源：在空间上，处处存在；在时间上，时时可得；在数量上，随需而取。适用于中小规模工程由于空气源热泵机组难以实现空气流动方向的改变，因此为实现空气源热泵机组的制冷工况和热泵工况转换，只能通过机组内的四通换向阀改变热泵工质的流动方向来实现。基于此，空气源热泵机组必须设置四通换向阀，同时，由于机组的供热能力又受四通换向阀大小的限制，因此很难生产大型机组。1、特点室外侧换热器冬季易结霜空气源热泵机组冬季运行时，室外空气侧表面温度容易低于周围空气的露点温度且低于0℃时，等效换热器表面容易结霜。机组结霜将会降低室外侧换热器的传热系数，增加空气侧的流动阻力，使风量减小，导致机组的性能系数及供热能力下降，严重时机组会停止运行。因此，空气源热泵机组一般都具有必要的除霜系统。室外机运行噪声较大由于空气的热容较小，因此其换热所需要的空气量较大，导致所选用的风机较大，产生的噪声也较大。9.2空气源热泵2、空气源热泵冷热水机组冬季运行制冷剂流程：压缩机1→止回阀16→四通换向阀2→水/制冷剂换热器8-止回阀11(电磁阀12关闭)→贮液器4→液体分离器9中的换热盘管→干燥器5→电磁阀6→热力膨胀阀7(或电子膨胀阀)+空气/制冷剂换热器3→四通换向阀2→液体分离器9→压缩机1。此循环制备出45℃热水，送入空调系统。9.2空气源热泵2、空气源热泵冷热水机组夏季运行制冷剂流程：四通换向阀换向，电磁阀12开启，关闭电磁阀6。压缩机1→止回阀16→四通换向阀2→空气/制冷剂换热器3→止回阀10→贮液器4→液体分离器9中的换热盘管干燥器5→电磁阀12→制冷膨胀阀13(或电子膨胀阀)→水/制冷剂换热器8→四通换向阀2→液体分离器9→压缩机1。此循环制备出7℃冷冻水，送入空调系统。经电磁阀14、膨胀阀15降为低压、低温的R22液体喷入螺杆式压缩机腔内，供冷却用。9.2空气源热泵2、空气源热泵冷热水机组空气源热泵冷热水机组属于空气水热泵机组，相对于空气/空气热泵而言，具有如下特点:供热工况时热源端为空气，供热端为水(热媒)，供冷工况时放热端为空气，供冷端为水(冷冻水)。需要较高的冷凝温度。在相同的室外空气温度下，相同容量大小的空气源热泵冷热水机组的制热系数要比空气/空气热泵小些。由上图可见，当室外温度为0℃，压缩机容量为10m³/h时，空气/空气热泵的COP约为3.6,而空气/水热泵的COP约为3.1，比空气/空气热泵约小14%。但是两者的COP,在大容量压缩机时都大。9.2空气源热泵3、空气源热泵多联机空气源热泵多联机也称多联式空调系统，根据其功能不同，可分为单冷型、热泵型和热回收型。右图为某热泵多联机组系统。该系统的室外机由4台压缩机(其中1台是变频型，另外3台为恒速型)、油分离器、室外换热器、气液分离器、高压贮液器、过冷却器、轴流风机和辅助器件(如电磁阀、毛细管、单向阀、过滤器、电子膨胀阀、分液器)等组成。室内机由室内换热器、电子膨胀阀、过滤器和离心风机等构成。室外机和室内机之间通过制冷剂管路系统连接起来，构成热泵多联机组空调系统。9.2空气源热泵3、空气源热泵多联机为了提高系统的稳定性、可控性和可靠性，在系统申增设了一些辅助回路：热气旁通回路：热泵多联机组由于管路长、高差大，常使冷凝器远离蒸发器，因此设置热气旁通回路。如右图中由毛细管10和电磁阀9组成排气管与吸气管之间的热气旁通回路，可以将部分热气旁通至吸气管，用这种方法控制吸气压力和调节能量。为保证返回压缩机时制冷剂气体温度在允许范围内，应在气液分离器内使旁通热气、蒸发器回气和液体制冷剂充分混合。同时在热气旁通回路上接一电磁阀，用于关断和抽空循环用，以平衡压缩机高低压差，避免压缩机带压差起动。9.2空气源热泵3、空气源热泵多联机再冷却回路：热泵多联系统管路长，且存在上升立管，这将引起高压液体沿程闪发，制冷剂到达室内机电子膨胀阀前已呈气液两相状态，严重影响电子膨胀阀的正常供液，或出现偏流现象而不能充分、完全地发挥室内换热器的换热作用。技术措施：在室外换热器处设置一组过冷却器。在高压贮液器出口液体管上设置过冷却回路。在吸气管路上的气液分离器中设置高压液体盘管，实现热循环。9.2空气源热泵3、空气源热泵多联机安全保护回路：空气源热泵多联机由于系统复杂，且有容量控制、配管长度、制冷剂分流、并联压缩机吸排气状态一致性的控制等诸多技术要求的限制，必须设计一些安全保护回路，以保证系统的可靠运行。技术措施：双电子膨胀阀+液侧旁通控制回路用于除霜的高低压旁通回路喷液冷却回路压缩机气平衡回路9.2空气源热泵3、空气源热泵多联机压缩机回油和均油回路：空气源热泵多联机组系统相对一般制冷系统，更容易导致压缩机失油，甚至导致压缩机断续失油而损坏。因此，对于多联机系统压缩机设置单独的高效油分离器，以便随制冷剂流出的润滑油能及时、可靠地自动回到压缩机中。同时，也要保证并联的各台压缩机之间油的相对均衡，防止油跑到某一台压缩机内。右图为高压油腔压缩机回油控制回路。采用交叉两台压缩机的均油孔和油分离器分离出的润滑油通过毛细管自回油的方式，均油孔开在压缩机油腔的一定位置，这样保证多余的润滑油可以在高压的作用下，自由溢出到达另一台压缩机，既可防止过多的润滑油引发油压缩，又可以保障在压缩机缺油的情况下可从另外一台压缩机借油使用。9.2空气源热泵3、空气源热泵多联机多联机组系统应用在大型建筑时，由于系统制冷剂管路配管过长、高差太大、变制冷剂流量等，会存在以下一些问题:制冷剂管路的配管长度过长，对系统性能将会带来不良影响。室内室外机高差太大，将会对系统的正常运行带来不良影响。室内机之间高差过大，也会对系统的正常运行带来不良影响。多联机系统回油困难，将会对系统的可靠运行带来不良影响。9.2空气源热泵4、四通换向阀四通换向阀是空气源热泵机组实现功能转换和热气融霜的一个关键部件，通过切换制冷剂循环回路，达到制冷或制热、热气融霜的目的。四通换向阀的工作原理如图。电磁线圈装在先导滑阀上，先导滑阀的两根毛细管分别与排气管和回气管相连。制冷时，四通换向阀不通电，先导滑阀的排气管毛细管与四通阀活塞腔的右腔相通，低压部分的毛细管(回气管毛细管)与四通阀活塞腔的左腔相通，因此左右腔就存在压差，把活塞推到左边，于是压缩机的排气管与右边的连接管连通，回气管与左边的连接管连通。制冷循环时四通换向阀工作原理9.2空气源热泵4、四通换向阀制热时，电磁线圈通电，在电磁力的作用下，先导滑阀向右移动，排气管毛细管与四通阀的活塞腔左腔相通，回气管毛细管与活塞腔右腔相通，在压差的作用下，把活塞推向右边，压缩机的排气管与左边的管相通，压缩机的回气管与右边的管相通，从而完成制冷剂流动方向的变换。制热循环时四通换向阀工作原理9.2空气源热泵5、蒸发器的除霜方法空气源热泵机组冬季运行时，换热器表面容易结霜，需要不定期除霜，以恢复其供热能力。常规除霜方法主要有自然除霜法、逆循环除霜法、热气旁通除霜法、显热除霜法、高压静电除霜法和声波除霜法等，其中逆循环除霜法和热气旁通除霜法被广泛应用在空气源热泵机组的除霜控制中。9.2空气源热泵5、蒸发器的除霜方法1、逆循环除霜法逆循环除霜法是一种传统除霜方式，其原理是通过四通阀换向改变制冷剂流向，将室外换热器转换成冷凝器，使机组进入除霜工况。由于恢复制热时，室内换热器表面温度较低，会吹出冷风，造成室内温度波动，影响室内舒适性;另外，四通换向阀动作时，系统压力波动比较剧烈，产生极大的机械冲击和气流噪声等。9.2空气源热泵5、蒸发器的除霜方法2、热气旁通除霜法热气旁通除霜法是利用压缩机排气管和室外换热器与毛细管间的旁通回路，将压缩机的高温排气直接引入室外换热器中，通过蒸气液化放出的热量将换热器外侧霜层融化。四通换向阀不需要切换，系能压力波动不大，产生的机械中击和气流噪南较小；制冷剂不再反向流动，室内换热器表面温度不会降得很低，这样就不会从房间取热，且室内温度波动不大，因此舒适性较好。但是这种方法在除霜过程中能耗损失较大，节能效果不佳。9.2空气源热泵5、蒸发器的除霜方法3、其他常规除霜方法其他的常规除霜方法还有自然除霜法、淋水融霜法、电加热除霜法、显热除霜法等。自然除霜法又称中止制冷循环法，主要用于包装间、冷却间等室温大于0℃的库房。需要除霜时，停止制冷，冷风机的轴流风机继续运转使霜层融化。电加热除霜法是在冷风机的翅片和水盘上设置电热管使其通电加热，融化霜层。显热除霜法是指利用旁通回路，将压缩机的高温高压排气直接引到电子膨胀阀前，再经过电子膨胀阀的等焓节流将压缩机排气引入室外空气换热器中，利用压缩机排气的热量将空气换热器翅片侧的霜层除掉，同时通过调节电子膨胀阀控制制冷剂流量，保证制冷剂在室外空气换热器中只进行显热交换而不进行冷凝。9.2空气源热泵9.3地源热泵1、地源热泵系统的组成及工作原理系统组成：由地表浅层地能采集系统、热泵机组、建筑物空调采暖系统三部分组成。热泵机组水或空气循环水循环地能采集系统建筑物空调采暖系统地源热泵系统示意图（1）浅层地能采集系统是指通过水循环或含有防冻剂的水溶液循环将岩土体或地下水、地表水中的热量或冷量采集出来并输送给水源热泵机组的换热系统；通常分为地埋管换热系统、地下水换热系统和地表水换热系统。（2）水源热泵机组主要有水/水热泵和水/空气热泵两种。（3）室内采暖空调系统主要有风机盘管系统、地板辐射采暖系统等。

热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。1、地源热泵系统的组成及工作原理系统工作原理

地源热泵系统通过输入少量的电能，最大限度地利用地表浅层能量，实现由低温位向高温位或由高温位向低温位的转换。即：在冬季，把地下的热量“取”出来，经过热泵进一步换热后为室内供暖，同时将冷能传输到地下；在夏季，把地下的冷能“取”出来，经过热泵进一步制冷后供室内使用，同时将热能释放到地下。9.3地源热泵2、地源热泵的分类以岩土体、地下水或地表水为低温热源，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，统称为地源热泵系统。根据地热能交换系统形式不同，分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。其中地埋管地源热泵系统，也称地耦合系统或土壤源地源热泵系统。比较内容室外地能换热系统地埋管系统地下水系统地表水系统换热强度土壤热阻大,换热强度低水质比地表水好,换热强度高水热阻小,换热强度比土壤高运行稳定运行性能比较稳定短期稳定性优于地表水,长期可能变化气候影响较大占地面积较多较少不计水体占用面积,占地最少建设难度设计难度、施工量及投资较大设计难度、施工量及投资较小设计难度、施工量及投资最小运行维护基本免维护维护工作量及费用较大维护工作量及费用较小环境影响基本无明显影响对地下水及生态的影响有待观测和评估短期无明显影响,长期有待观测和评估使用寿命寿命在50年以上取决于水井寿命,优质井可达20年以上取决于换热管或换热器寿命应用范围应用范围比较广泛取决于地下水资源情况取决于附近是否有大量或大流量水体地源热泵室外地能换热系统的比较9.3地源热泵3、地源热泵系统的特点（1）利用可再生能源。地源热泵从常温土壤或地表水（地下水）中吸热或向其排热，利用的是可再生的清洁能源，可持续使用。（2）高效节能、运行费用低。地源热泵的冷热源温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%；另外，地能温度较恒定，使得热泵机组运行更稳定、可靠，也保证了系统的高效性和经济性；整个系统的维修量极少、折旧费和维修费大大低于传统空调，所以其运行费用比传统集中式空调系统低40%左右。（3）节水、省地。不消耗水资源，不会对其造成污染；省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施，机房面积大大小于传统空调系统，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。9.3地源热泵3、地源热泵系统的特点（4）环境效益显著。系统运行没有污染。无燃烧和排烟，无废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，不会产生城市热岛效应。（5）运行安全可靠。地源热泵系统中无燃烧设备，因此运行中不产生CO2、CO之类的废气，也不存在丙烷气体，因而不会有爆炸危险，使用安全。（6）一机多用，应用范围广。地源热泵系统可供暖、制冷、供生活热水，一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机两套装置或系统。可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于住宅的采暖、供冷。（7）自动化控制程度高。地源热泵机组由于工况稳定，所以系统简单、部件较少、机组运行简单可靠、维护费低，易于实现较高程度的自动控制，可无人值守。（9）机组使用寿命长，均在20年以上。9.3地源热泵9.3.4土壤源热泵系统1、土壤源热泵系统分类及特点土壤源热泵系统的分类

土壤源热泵系统以土壤为热源和热汇。它是利用地下土壤的温度相对稳定的特性，通过消耗少量高位能(电能)，在夏季把室内余热转移到土壤热源中，在冬季把低位能转移到需要供暖的地方;同时可以提供生活热水，是种高效、节能的空调装置。系统中最主要的设备之一是室外地表浅层换热器。根据地埋管换热器埋管方式的不同，土壤源热泵系统可分为水平式地埋管换热器系统和竖直式地埋管换热器系统。1、土壤源热泵系统分类及特点水平式地埋管换热器系统水平式地埋管埋深通常为1.2-3.0m,如果埋深太浅，埋管周围土壤温度易受地上空气温度波动的影响，甚至可能出现冻冰现象;同时埋管易受到地面载荷的碾压破坏，因此最上层埋管顶部应在冻土层以下0.4m,且距地面不宜小于0.8m。根据埋管形式可分为水平式埋管换热器和螺旋换热器。水平式的特点是施工方便、造价低;但换热效果差，受地面温度波动影响大，热泵运行不稳定;占地面积较大，一般用于地表面积不受限制的场合。9.3.4土壤源热泵系统1、土壤源热泵系统分类及特点竖直式地埋管换热器系统竖直式地埋管换热器的埋管形式有U形埋管、套管和螺旋管等。竖直式根据埋深分为浅埋和深埋两种，浅埋埋深为8-10m，深埋埋深为33-180m,一般埋深为23-92m。目前，一般常用U形竖直埋管。竖直式地埋管换热器的特点是占地面积小，土壤温度全年比较稳定，热泵运行稳定，所需的管材较少，流动阻力损失小，但初投资(钻孔、打井等土建费用)大。水平式地埋管和竖直式地埋管的形式中都有螺旋形埋管形式，它结合了水平地埋管和竖直地埋管的优点，占地面积小，安装费用低，但其管道系统结构复杂，管道加工困难，系统运行阻力较大。9.3.4土壤源热泵系统1、土壤源热泵系统分类及特点土壤源热泵系统的主要特点

土壤源热泵系统除了具有地源热泵的优点外，与空气源执泵相比，还有以下特点：土壤温度全年波动较小且数值相对稳定。地表面约5m以下的土壤温度基本不受地面温度的影响，而保持一个定值。有研究表明，地下约10m深处的土壤温度比全年的平均温度(在多数情况下)高出1-2℃，并且几乎无季节性波动。因此，可以提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度，这说明无论是夏季还是冬季，都非常适用于空调系统。土壤源热泵机组不因外界空气的变化而影响运行效率，因此，运行效率较高。土壤具有良好的蓄热性能，冬、夏季从土壤中取出(或放入)的能量可以分别在夏、冬季得到自然补偿。运行工况平稳。与空气源热泵相比，地下土壤温度较高且相对稳定，几乎不受地上温度变化的影响，没有结霜之忧，土壤源热泵运行工况平稳。同时，也节省了空气源热泵结霜、除霜所消耗的能量。9.3.4土壤源热泵系统1、土壤源热泵系统分类及特点土壤源热泵系统存在的缺点

地埋管换热器的换热性能受土壤热物性参数的影响较大。长期连续运行时，热泵的冷凝温度或蒸发温度受土壤温度变化的影响而发生波动。当换热量较大时，地埋管换热器的占地面积较大。初始投资较高。9.3.4土壤源热泵系统2、土壤换热器（1）土壤换热器设计步骤确定建筑物的供暖、制冷和热水供应(如果选用)的负荷，并根据所选择的建筑空调系统的特点确定热泵的形式和容量。确定土壤换热器的布置形式。土壤换热器的布置形式主要包括水平埋管、竖直埋管闭式循环以及串联、并联的管路连接形式。选择换热器管材。如果设计工况中热泵主机蒸发器出口的流体温度低于0℃,应选用适当的防冻液作为循环介质。合理设计分、集水器。分、集水器是从热泵到并联环路的土壤换热器的流体供应和回流的管路。为使各支管间的水力平衡，应采用并联同程对称布置。为有利于系统排除空气，在水平供、回水干管应各设置-一个自动排气阀。根据所选择的土壤换热器的类型及布置形式，计算土壤换热器的管长。土壤换执器换热系统的设计应考虑全年冷热负荷的影响。9.3.4土壤源热泵系统2、土壤换热器（2）土壤换热器（地埋管）的布置形式埋管形式：在现场勘测结果的基础上.确定换热器采用竖直地埋管形式还是水平地埋管形式，现场可用地表面积是一个需要考虑的因素。当可利用地表面积较大时，宜采用水平地埋管换热器:否则，宜采用竖直地埋管换热器。另一个需要考虑的因素是建筑物高度。对水平换热器，建筑高度不是问题，埋设地埋管换热器的地表面积是唯一的限制。如果地下换热器盘管和建筑物内管路间没有用换热器隔开，竖直地埋管换热器将被限制在一定高度内的建筑物中使用。

经过恰当选型后，水平式系统和竖直式系统的性能相当，也就是说两种系统的运行费用近似相等。如果上述选择水平式或垂直式系统的限制因素都不存在，安装费用就成了主要考虑因素。9.3.4土壤源热泵系统2、土壤换热器竖直地埋管换热器的典型环路构造单U形埋管的竖井内热阻比双U形埋管大30%以上，但实测与计算结果均表明:双U形埋管比单U形埋管仅可提高15%-20%的换热能力。这是因为竖井内热阻仅是埋管传热总热阻的一部分。竖井外的岩土层热阻，对双U形埋管和单U形埋管来说是一样的。双U形埋管管材用量大，安装较复杂，运行中水泵的功耗也相应增加。因此，一般地质条件下，多采用单U形埋管。对于较坚硬的岩石层，经过经济技术分析后，因选用双U形埋管而节省的钻竖井的费用，有可能补偿因双U形埋管使用的管道数量多而增加的费用。这种情况下，选用双U形埋管，有效地减少了竖井内热阻，使单位长度U形埋管的换热能力明显提高，同时可以减少地下埋管空间。9.3.4土壤源热泵系统2、土壤换热器水平地埋管换热器的典型环路构造9.3.4土壤源热泵系统2、土壤换热器（2）土壤换热器（地埋管）的布置形式连接方式：竖直地埋管换热器和水平地埋管换热器都有并联管路和串联管路两种形式。并联管路竖直式换热器与串联管路竖直式换热器相比，U形管管径可以更小，从而可以降低管路费用、防冻液费用。由于较小的管路更容易制作，人工费用也可能减少。如果U形管管径的减小使竖井直径也相应变小，钻孔费用也能相应降低。并联管路换热器同一环路集管连接的所有竖井的传热量是相同的，而串联管路换热器每个竖井的传热量是不同的。

并联管路竖直式换热器与串联管路竖直式换热器的比较结果也同样适用于并联管路水平式换热器与串联管路水平式换热器的比较。采用并联还是串联取决于系统的大小、埋管深浅及安装成本的高低等因素。9.3.4土壤源热泵系统2、土壤换热器（2）土壤换热器（地埋管）的布置形式水平连接集管：分、集水器是防冻液从热泵到地热换热器各并联环路之间循环流动的调节控制装置。设计时应注意各并联环路间的水力平衡及有利于系统排除空气。与分、集水器相连接的各并联环路的多少，取决于竖直U形埋管与水平连接管路的连接方法、连接管件和系统的大小。9.3.4土壤源热泵系统2、土壤换热器（3）地埋管管材和传热介质地埋管管材的选择，对初装费用、维护费用、水泵扬程和热泵的性能等都有影响。地埋管及管件应符合设计要求，且应具有质量检验报告和生产厂的合格证。地埋管管材及管件应符合下列规定:地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、热导率大、流动阻力小的塑料管材及管件，宜采用聚乙烯管(PE80或PE100)或聚丁烯管(PB)，不宜采用聚氯乙烯(PVC)管。管件与管材应为相同材料。传热介质应以水为首选，也可选用符合下列要求的其他介质:1)安全，与地埋管管材无化学反应。2)具有较低的冰点。3)具有良好的传热特性，较低的摩擦阻力。4)易于购买、运输和储藏。9.3.4土壤源热泵系统2、土壤换热器（4）地埋管管长的确定根据所选择的地热换热器的类型、布置形式及建筑物负荷,设计计算地热换热器的管长。1)确定土壤换热器容量计算所需的设计参数:确定钻井参数，包括钻井的几何分布形式、估井半径、模拟计算所需的钻井保度、钻井间距及回填材料的热导率等。确定U形管参数，如管道材料、公称外径、壁厚及两支管的间距。确定土壤的热物性和当地土壤的平均温度。确定循环介质的类型，如纯水或某种防冻液。确定热泵性能参数或热泵性能曲线，如热泵主机循环介质的不同入口温度值所对应的不同制热量(或制冷量)及压缩机的功率。9.3.4土壤源热泵系统2、土壤换热器（4）地埋管管长的确定根据所选择的地热换热器的类型、布置形式及建筑物负荷,设计计算地热换热器的管长。2)根据已知的设计参数按如下步骤计算土壤换热器的长度:初步设计土壤换热器，包括设计土壤换热器的几何尺寸及布置方案。计算钻井内热阻，根据初步设计的土壤换热器几何参数、物性参数等计算。计算运行周期内孔壁的平均温度和极值温度。计算循环介质的进出口温度、极值温度或平均温度。调整设计参数，使循环介质进出口温度满足设计要求。9.3.4土壤源热泵系统2、土壤换热器（5）竖井、管沟数目及间距对于竖直式埋管，知道所需的埋管长度就可以确定钻井的深度，但还要考虑钻井数目。对于水平式埋管，管沟的数目要由初始投资和占地面积等因素来确定。《地源热泵系统工程技术规范》(GB50366-2005)中规定，竖直地埋管换热器埋管深度宜大于20m，钻孔径不宜小于0.11m，钻孔间距应满足换热需要，宜为3-6m。水平连接管的深度应在冻土层以下0.6m,且距地面不宜小于1.5m。（6）管道压力损失计算与循环泵的选择传热介质不同，其摩擦阻力也不同，水力计算应按选用的传热介质的水力特性进行计算。国内已有塑料管的比摩阻均是针对水而言的，对添加防冻剂的水溶液，目前尚无相应数据。为此，可参照《地源热泵系统工程技术规范》(GB50366-2005)中给出的计算方法。根据水力计算的结果，合理确定循环水泵的流量和扬程，并确保水泵的工作点在高效区。9.3.4土壤源热泵系统2、土壤换热器（7）校核管材承压能力校核地埋管换热器最下端管道的重力作用静压是否在其耐压范围内。换热器最下端管道的重力作用静压由循环系统最高点对该点的重力作用压力加上作用在环路最高点的所有正压决定，如果该静压超出管道耐压极限，则需换用耐压极限更高的管道或用板式换热器将土壤换热器与建筑环路分开。现场地下水的静压虽然可以起到抵消管内作用静压的作用，但除非确认地下水水位很稳定，否则不应将其抵消作用完全考虑在内。（8）土壤换热器传热计算方法在以半经验公式为主的土壤换热器的计算方法中，以国际地源热泵协会(IGSHPA)和美国供暖制冷与空调工程师协会(ASHRAE)共同推荐的IGSHPA模型方法的影响最大，我国《地源热泵系统工程技术规范》中土壤换热器的计算方法基本参考了此种方法。该方法是北美确定地下土壤换热器尺寸的标准方法，是以Kelvin线热源理论为基础的解析法。它是以年最冷月和最热月负荷作为确定土壤换热器尺寸的依据，使用能量分析的温频法计算季节性能系数和能耗。9.3.4土壤源热泵系统9.3.5地下水源热泵系统1、地下水源热泵系统的分类及特点

按照地下水是否直接作为热泵的冷却介质，可以将地下水源热泵系统分为闭式环路（间接）地下水系统和开式环路（直接）地下水系统。

闭式环路地下水系统中，热交换器把地下水和热泵机组隔开，热交换器采用小温差换热的方式运行。系统所用地下水由单个或供水井群提供，然后排入地下回灌。

开式地下水热泵系统是将地下水经处理后直接供给并联连接的每台热泵，与热泵中的循环工质进行热量交换后回灌。1、地下水源热泵系统的分类及特点9.3.5地下水源热泵系统1、地下水源热泵系统的分类及特点9.3.5地下水源热泵系统1、地下水源热泵系统的分类及特点（1）节能性。地下水的温度相当稳定，一般等于当年全年平均气温或高1～2℃。国内的地下水源热泵的制热性能系数可达3.5～4.4，比空气源热泵的制热性能要高40%。（2）经济性。一般来说，对于浅井（60m）的地下水源热泵不论容量大小，都是经济的；而安装容量大于528kW时，井深在180～240m范围时，地下水源热泵也是经济的。这也是大型地下水源热泵应用较多的原因。地下水源热泵的维护费用虽然高于土壤源热泵，但与传统的冷水机组加燃气锅炉相比还是低的。据专家初步计算，使用地下水源热泵技术，投资增量回收期约为4～10年。（3）回灌是地下水源热泵的关键技术。如果不能将100%的井水回灌回含水层内，那将带来地下水位降低、含水层疏干、地面下沉等环境问题，为此地下水源热泵系统必须具备可靠的回灌措施。适用场合如果有足够的地下水量、水质较好，当地政府规定又允许，就应该考虑使用地下水源热泵系统。9.3.5地下水源热泵系统2、热源井热源井是地下水源热泵空调系统的抽水井和回灌井的总称。热源井的主要形式有管井、大口井、辐射井等。管井按含水层的类型划分，有潜水井和承压井；按揭露含水层的程度划分，有完整井和非完整井，管井是目前地下水源热泵空调系统中最常见的。管井主要由井室、井壁管、过滤器、沉淀管等部分组成。9.3.5地下水源热泵系统2、热源井

井径大于1.5m的井称之为大口井，大口井可以作为开采浅层地下水的热源井,它具有构造简单、取材容易、施工方便、使用年限长，容积大能兼起调节水量作用等优点。但由于井深度小，它对潜水水位变化适应性差。辐射井是由集水井与若干呈辐射状铺设的水平集水管（辐射管）组合而成。集水井用来汇集从辐射管来的水，同时又是辐射管施工和抽水设备安装的场所。辐射管是用来集取地下水的，辐射管可以单层铺出亦可多层铺设。9.3.5地下水源热泵系统2、热源井9.3.5地下水源热泵系统3、地下水的回灌

回灌量大小与水文地质条件、成井工艺、回灌方法等因素有关，其中水文地质条件是影响回灌量的主要因素。9.3.5地下水源热泵系统3、地下水的回灌单井回灌技术：从原理上讲，单井抽灌是在地下局部形成抽灌的平衡和循环，如图所示，深井被人为地分隔为上部的回灌区和下部的抽水区两部分。9.3.5地下水源热泵系统9.3.6地表水源热泵系统1、地表水的性质地表水作为地源热泵系统的冷热源，主要涉及水温和水质两方面问题。一般5～38℃的地表水能够满足水源热泵的运行要求，而最适宜的水温是10～22℃。作为地源热泵系统冷热源的水体，应当水质良好、稳定，处理起来比较简单，否则会使系统工艺复杂或投资增大。不同水源热泵的水体特性见表，选择地表水源热泵的冷热源时应该综合考虑。2、地表水源热泵系统的分类

根据热泵机组与地表水连接方式的不同,可将地表水源热泵分为两类：开式地表水源热泵系统和闭式地表水源热泵系统。开式系统是直接将地表水经处理后引入热泵机组或板式换热器，换热后排回原水体中。闭式系统是将中间换热装置放置在具有一定深度的水体底部，通过中间换热装置内的循环介质与水体进行换热。9.3.6地表水源热泵系统3、地表水源热泵系统的特点（1）开式系统的特点优点：换热效率较高，初投资较低，适合于区域供冷、供热等容量较大的场合。缺点：需要将地表水提升到一定的高度，水泵扬程较高。另外，直接将地表水引入热泵机组或板式换热器，所以对水质要求较高。（2）闭式系统的特点优点：容量一般比较小，通常与水—空气热泵机组相连接。不需要将地表水提升到较高的高度，水泵扬程低于开式系统。缺点：内部结垢的可能性小，盘管的外表面往往会结垢，外表面换热系数降低。9.3.6地表水源热泵系统4、开式地表水源热泵系统设计的关键是取、排水口和取水构筑物的设计。取排水口的布置原则是上游深层取水，下游浅层排水；在湖泊、水库水体中，取水口和排水口之间还应相隔一定的距离，保证排水再次进入取水口之前温度能得到最大限度的恢复。（1）取水构筑物形式按水源种类的不同，地表水取水构筑物可分为河水、湖水、水库水和海水取水构筑物；按结构形式地表水取水构筑物可分为活动式和固定式两种。9.3.6地表水源热泵系统5、闭式地表水源热泵系统（1）设计特点关键是换热器的设计。湖水的温度变化更复杂，比地下土壤或地下水的温度更难预测。（2）地表水换热器材料最常用的材料是高密度聚乙烯塑料管，国内是塑料盘管换热器。美国是铜管来制作换热器的，铜管导热性能比聚乙烯管要好，但使用寿命不如聚乙烯管长。（3）塑料盘管换热器类型（4）中间循环介质闭式系统采用清水作循环介质。当冬季地表水温度在5～7℃时，若换热器的进出口温差为5℃，则可能导致热泵机组入口水温低于0℃，此时必须采用防冻液。9.3.6地表水源热泵系统6、特殊地表水源热泵（1）海水源热泵海水不但容量巨大，而且比热容也较大，温度变化迟缓。夏季，海水的温度远低于环境空气温度，冬季，海水的温度远高于环境空气温度，其温度极值出现的时间也比气温延迟一段时间。海水具有良好的热泵冷热源的温度特性。月份深度（m）海水温度（℃）黄海、渤海东海南海2月250～139～2317～27505～1211～2319～265月256～1110～2623～29505～1212～2522～278月258～2520～2821～29507～1615～2721～2911月2512～1920～2622～28509～2020～2524～28我国四大海区的海水温度分布9.3.6地表水源热泵系统6、特殊地表水源热泵（1）海水源热泵海水对设备和管道的腐蚀与海洋附着生物造成的管道和设备的堵塞是海水源热泵利用的两个重要问题。目前较常用的防腐措施和技术如下:①选用耐腐蚀材料。②管道涂层保护。③阴极保护。防治和清除海洋附着生物的措施和技术如下:①设置拦污栅、格栅、筛网等粗过滤和精过滤装置。②投放氧化型杀生剂或非氧化型杀生剂等药物。③用电解海水法产生的次氯酸钠杀死海洋生物幼虫或虫卵。④涂刷防污涂料进行防污。9.3.6地表水源热泵系统6、特殊地表水源热泵（2）污水源热泵排入城市污水管网的各种污水的总和称为城市污水，包括生活污水、各种工业废水，还有地面的降雨、融雪水。城市污水中夹杂各种垃圾、废物、污泥等。城市污水具有水量大、水质成分复杂、冬暖夏凉等特点。与河水水温、气温相比，城市污水温度冬季最高，夏季最低。城市污水的温度一年四季比较稳定，变化幅度较小，冬季即使气温在0℃以下时，城市污水温度也达到10～18℃，夏季即使气温在35℃以上时，城市污水温度仅为20～28℃。从热能利用的角度，城市污水主要分为三类：原生污水、一级污水和二级污水。9.3.6地表水源热泵系统9.4热泵的应用1、热泵在食品、生物制品及制药工业中的