2024年某市XX国际大酒店地源热泵设计方案

某市XX国际大酒店

地源热泵系统方案

北京某科技有限公司

2024年7月

关于某国际酒店能源方案的说明

某国际大酒店占地103亩，总建筑面积约5.5万nf,其中酒店部

分建筑面积3.8万行，别墅部分建筑面积1.7万行。地埋管地源热泵

系统（以下简称地源热泵系统）室外地埋管部分占地近1万疔，除去

建筑占地，项目有足够的面积用于室外地埋管。

一、负荷状况

某大酒店供热负荷为5200kw；供冷负荷为4300kw；生活热水负

荷为2800kwo

别墅部分参考酒店负荷进行估算，总热负荷为2380kw；总冷负

荷为1870kwo

二、对比方案

1、“燃油锅炉+冷水机组”

系统按冷热需求分系统设计，依据总热负荷8000kw配置燃气锅

炉、依据总冷负荷4300kw配置冷水机组及冷却塔，相应配置其它机

房设备及室外管线。

2、“用燃油锅炉调峰的地源热泵系统”

用地源热泵解决基础负荷（总负荷的60%）,用燃油锅炉解决调

峰负荷（总负荷的40%）

依据酒店热负荷5200kw的60%,即3120kw配置地源热泵系统，

依据酒店热负荷40%,即2080kw配置燃油锅炉。地源热泵系统可担

当冷负荷3510kw,酒店冷负荷的其余部分790kw由冷水机组担当。

本项目中别墅部分的供暖及制冷完全由地源热泵系统来解决。

三、项目初投资估算

“燃油锅炉+冷水机组”的形式总投资840万元；地源热泵系统的总

投资为2642万元。室外地埋管部分寿命长达50年，假如依据20年

的投资期折算，仅相当于708万元，系统投资相当于1580万元。

地源热泵系统中别墅部分考虑了分户供暖的方式，如不考虑

分户的问题亦可按调峰方式并入酒店系统，可节约初投资305万元。

酒店部分费用表

序工程费用（万元）

工程或费用名称

号燃油锅炉+冷水机组地源热泵+锅炉调峰

机房设备540615

1燃油锅炉8035

热泵机组—270

冷水机组20055

2水泵4040

3机房配套设备160160

4电气、限制系统6066

二、室外工程401000

地埋管—990

冷却塔4010

三、总计5801615

四、单位面积造价153元/nf425元/m'

别墅部分空调系统费用表

序工程费用（万元）

工程或费用名称

号燃油锅炉+冷水机组地源热泵

一、机房设备245247

1燃油锅炉40

热泵机组—135

冷水机组90

2水泵2022

3机房配套设备7080

■1电气、限制系统2510

二、室外工程15780

地埋管—780

冷却塔15—

三、总计2601027

四、单位面积造价153元/加604元/面

四、投资分析

1）运行费用表

单位（万元）燃油锅炉+冷水机组地源热泵+调峰

供冷费用3030

供暖费用412168

生活热水7051

费用总计512249

2）从上表可以看出，“地源热泵+调峰”的方案每年比“燃油锅

炉+冷水机组”的方案节约运行费用263万元，前者的初投资比后者

多1800万元，项目的回收期为6.9年。

目录

一、项目简介......................................................—5

二、设计依据..............................5

三、冷、热负荷估算............................5

1、气象参数.......................................................5

1）气象参数....................................................5

2）最冷月干球温度..............................................6

3）最热月干球温度..............................................7

4）太阳F1总辐射年改变图.......................................7

2、冷、热负荷.....................................................7

四、地源热泵系统介绍.......................8

五、设计方案概述....................................................10

1、方案概述......................................................10

2、地埋管系统设计................................................11

3、设备选型......................................................13

六、经济性分析............................13

1、初投资估算....................................................13

2、能源费用估算..................................................14

1）室外温度改变曲线图.........................................14

2）能源费用...................................................15

七、污水利用.........................................................18

附录一华清工程业绩..........................19

附录二地源热泵系统介绍.............................................26

一、项目简介

本项目位于吉林省白山市，项目包括五星级酒店建筑面积3.8万平米，别墅

建筑面积1.7万平米，总建筑面积5.5万平米。

本方案拟采纳绿色环保、高效节能的地源热泵系统作为能源系统，为酒店

和别墅冬季采暖、夏季制冷；采纳燃油锅炉解决生活热水需求，在夏季通过热

泵系统的冷凝热回收技术获得免费的生活热水，春、秋过渡季采纳地源热泵系

统制取。

系统末端均采纳风机盘管系统。

二、设计依据

1、《采暖通风与空气调整设计规范GB50019—2024》

2、《建筑给水排水设计规范GB50015-2025》

3、《通风与空调工程施工质量验收规范GB50243-2025》

4、《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水》

5、《全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调•动力》

6、《公共建筑节能设计标准GB50189-2025》

7、甲方供应的相关资料

三、冷、热负荷估算

1、气象参数

D气象参数

卜.表依据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》给出了吉林临江的设计用

室外气象参数，白山市与临江市相距较近，可参考该地气象参数。

设计用室外气象参数单位数值

采暖室外计算温度℃-21.3

冬季通风室外计算温度℃-20.3

夏季通风室外计算温度℃27.3

夏季通风室外计算相忘湿度%61

冬季空气调整室外计算温度℃-24.3

冬季空气调整室外计算相对湿度%72

夏季空气调整室外计算干球温度℃30.7

夏季空气调整室外计算湿球温度℃23.5

夏季空气调整室外计算日平均温度℃25.1

冬季室外平均风速m/s0.4

冬季室外最多风向的平均风速m/s1.6

夏季室外平均风速m/s1.1

冬季最多风向—NNE

冬季最多风向的频率%5

夏季最多风向—N

夏季最多风向的频率%16

年最多风向—N

年最多风向的频率%14

冬季室外大气压力Pa98560

夏季室外大气压力Pa96840

冬季日照百分率%60

设计计算用采暖期日数日168

设计计算用采暖期初E—10月23日

设计计算用采暖期终匚—4月8日

极端最低温度℃-33.8

极端最高温度℃37.9

2）最冷月干球温度

最冷月干球温度变化图

(

Q

)

弱

明

故

卜

日平均温度（C）日最高温度（C）日最低温度（C）

3）最热月干球温度

最热月干球温度变化图

T一日平均海度CC）-•一日最高温度（C）日最低温度（C）

4）太阳日总辐射年改变图

太阳日总辐射年变化图

C

E

S

W

)

第

孱

期

二

2、冷、热负荷

建设方供应的酒店总热负荷为5200kw,折合137w/n）2；总冷

负荷为4300kw,折合113w/m2；生活热水负荷为2800kw。

别墅部分依据酒店负荷进行估算，热负荷指标依据140w/m2,

总热负荷为2380kw；冷负荷指标依据llOw/痛，总冷负荷为

1870kwo

四、地源热泵系统介绍

地源热泵系统是以地下岩土体为低温热源，由水源热泵机

组、地温采集系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。地源热

泵系统设有垂直或水平埋设在岩土体中的地埋管换热器，通过地

埋管换热器中传热介质的循环流淌与岩土体进行热交换，冬季从

地下岩土中汲取热量，由热泵机组提升能量品位后将热量释放到

建筑物内，为建筑供暖；夏季将建筑物内的热量释放到地下岩土

体中，为建筑物空调供冷。

地源热泵系统夏季供冷原理如下图所示：

循环介质带走热盘=压缩机做功4带走房间热量

室

内

工

冷

末

作

凝

端

介

地下换热器供冷循环

介质循环质

循

环

竖

直

埋图1夏季供冷原理图

管

Ki/vjzvj/

冬季供暖原理如下图:

从上填中提取热蚊+乐缩机做功=供至房间热量

室

内

蒸

工

冷

末

发

作

凝

端

器

介

抱卜换热器供热循环

介质循环质

循

环

图2冬季供热原理图

地埋管地源热泵系统利用的浅层地温资源。浅层地温资源储

存于地下土壤、岩石和地下水中，地下自然状况困难，资源的产

生、形成、储存、开采利用受到其所在区域的地质、水文地质条

件的制约，项目实施前须对工程场区的地质、水文地质条件进行

勘查。

影响地源热泵系统的地质、水文地质条件因素主要有：地层

结构、岩土体热物性参数等地层条件；地下水含水层的分布、静

水位、流速等水文地质条件；地温、水质等物理化学特性。

地源热泵是可再生能源利用技术，具有绿色环保、高效节能、

运行稳定牢靠、环境效益显著、一机多用、自动运行等优点，被

称为21世纪的“绿色空调技术”，是解决建筑供暖系统节能问题

的重要技术之一。

五、设计方案概述

1、方案概述

该项目地处止间盆地，第四系较薄，厚度为10米，下伏泥

岩。在该类地层钻凿换热孔成本较高，为了相对精确地确定项目

投资规模，须要在项目前期钻凿试验孔以确定单孔换热量和可行

的钻凿深度。为了有效降低空调系统的初投资，特殊是降低地埋

管换热器系统的投资，削减运行费用，本方案设计采纳调峰的方

案，即用地源热泵系统供应系统所需的基础负荷，燃油锅炉解决

大约40%的调峰负荷。地埋管换热器系统设计以基础负荷为依据,

冷负荷的不足部分由冷水机组来担当。在本方案的设计中，酒店

与别墅分别进行地源热泵系统的设计。

1）酒店部分

依据冬季热负荷设计室外地埋管系统，并进行热泵机组的配

置选型。校核地埋管系统的放热实力后，确定能够解决的夏季冷

负荷大小，不足的部分用冷水机组加冷却塔的方式解决。

系统末端采纳风机盘管，冬季采暖热水供回水温度为

45/40C；夏季冷冻水供回水温度为7/12C。生活热水冬季日燃

油锅炉供应，夏季采纳冷凝热回收的方式免费获得，春、秋过渡

季采纳地源热泵系统制取。

2）别墅部分

别墅群设计统一的地埋管换热器系统，单个别墅室内设置独

立的热泵机组。依据冬季热负荷设计室外地埋管系统，并进行热

泵机组的配置选型。

系统冬季供暖供回水温度为45/40C；夏季制冷供回水温度

为7/12℃。

3）地源热泵供暖、制冷的系统原理图如卜所不：

2、地埋管系统设计

冬季热泵效率（COP）取为4,地源热泵担当总热负荷的60%

(3120kW),须要从土壤中汲取热量2340kW。依据我公司多年的

实际工程阅历给出设计孔深和单位孔深的换热量,在实际施工图

设计中要以现场的实际勘察数据为计算依据。地埋管吸热量取为

50W/m,放热量取为90W/m,以此作为方案计算的依据。其中埋

地孔深按150nl设计，孔间距依据5mX5m,实际地埋管的敷设依

据建筑物四周的绿地，道路等进行调整，地埋管采纳高密度爽乙

烯管，双U垂直埋设。则冬季埋地换热器与四周土壤的换热状况

见下表。

1)酒店部分

冬季地埋管系统计算表

热负荷从土壤中吸热单位孔换热量孔深孔数孔间距占用面积

(kW)(kW)(W/m)(m)(个)(mXm)(m2)

312()2340501503125X578co

地埋管系统夏季校核计算表

孔深孔间距占用面积单位孔换热量向土壤中放热可担当冷负荷

孔数(个)

(ni)(mXm)(m2)(W/m)(kW)(kW)

3121505X5780009042123510

室外布312个换热孔，占地面积约为7800m2：＞

2)别墅部分

冬季地埋管系统计算表

热负荷从土壤中吸热单位孔换热量孔深孔数孔间距占用面积

(kW)(kW)(W/m)(m)(个)(mXm)(nr)

23801785501502405X560CO

地埋管系统夏季校核计算表

孔深孔间距占用面积单位孔换热品向土壤中放热可担当冷负荷

孔数(个)

(m)(mXm)(n?)(W/m)(kW)(kW)

2401205X5600090324027(H)

室外布240个换热孔，占地面积约为6000抗

3、设备选型

主要设备选型如下表所示:

1)酒店部分

额定功率

设备型号备注

(kW)

地源热泵WPS3台

空调侧循环泵QPG2OO-315A373用I备

地源侧循环泵QPG200-260302用1备

空调侧补水泵QPG50-200A42用1备

地源侧补水泵QPG50-I60A2.22用1备

其他200

额定电功率：1600kW,不含生活热水系统。

2)别墅部分

设备额定功率

型号备注

(kW)

地源热泵WPS060.1B4511台

水泵

空调侧循环泵QPG80-160B5.51用1备,11套

地源侧循环泵QPG125-260A113用1备

地源侧补水泵QPG50-160A2.22用1备

额定电功率：600kW,不含生活热水系统。

六、经济性分析

1、初投资估算

I)酒店部分

序号工程或费用名称费用备注

机房设备

1正机2703台

2冷水机组551台

3燃油锅炉353吨

1水泵40屏蔽泵

5机房配套设备90软水设备、分集水器、水箱、定压

辘T岁•钟纬转睬卜住

6机房配套安装80设备、工艺管线、管道附件安装

7电气、限制系统55低压配电柜及电气安装

二、室外工程

312个150米深的孔，高密度聚乙

垂直打孔、双U管理设、水平990

眯绍筲烯，双U垂直埋设

三、总计1615万元

四、估算造价425元/一建筑面积3.8万in?

注：以上初投资为依据现有条件的粗略估算，不含电力增容、土建、末端

部分，实际工程造价以施工图预算为准。

2）别墅部分

序号工程或费用名称费用备注

一、机房设备

■,主机13511台热泵

2水泵2211组22台屏蔽泵

3机房配套设备及安装80分集水器、工艺管线、管道附件

4电气、限制系统10低压配电柜及电气安装

—«、室外工程

240个150米深的孔，高密度聚乙

垂直打孔、双U管理设、水平780

睬绢管烯,双U垂直埋设

三、总计1027万元

四、估算造价604元/n?建筑面积1.7万d

注：以上初投资为依据现有条件的粗略估算，不含电压增容、土建、末端

部分，实际工程造价以施工图预算为准。

2、能源费用估算

1）室外温度改变曲线图

室外温度是随时间波动的，下图给出了外温随日期的改变曲线。

日干球温度统计

4O

3O

2O西双酸树慨版0W<

1OA

O

AM斑侬加费

O_

照根幽微缈・

O1*4-----------&>+

-1

-2O

-3*

——日平均温度（C）—日最高温度（C）——日鼠低温度（,C）

2）能源费用

①供热负荷与外温的改变关系曲线

供热负荷随着室外温度的波动在不断改变中，下图为相对供热负荷与外温的

改变关系曲线：

负荷一外温

②能源费用

1）.酒店部分供暖能源费用:

A供暖期取为168天，当量满负荷运行时间为6小时，则供

暖年耗热量为：

Q=6X5200X168=5241600kW.h/a

a）热泵电费：70万元燃油费：31万元水家电费：21

万元

总费用122万元。

b）燃油锅炉供暖费用为282万元。

B供冷期取为60天，当量满负荷运行时间为4小时，则供

暖年耗热量为：

Q=4X4300X60=1032000kW.h/a

热泵电费：16万兀水泵电费：7万兀

C热泵供暖供冷总能源费用为：145万元

单位面积费用为：38元/痛.年

2）.别墅部分供暖能源费用：

A供暖期取为168天，当量满负荷运行时间为6时'则供暖

年耗热量为：

Q=6X2380X168=2399040kW.h/a

a）热泵电费：36万元水泵电费：10万元

总费用46万元。

b）燃油锅炉供暖费用为130万元。

B供冷期取为60天，当量满负荷运行时间为4小时，则供

暖年耗热量为：

Q=4X1870X60=448800kW.h/a

热泵电费：5万元水泵电费：2万元

C热泵供暖供冷总能源费用为：53万元

单位面积费用为：31元Ai?.年

3）.制取生活热水的能源费用：

假设某国际大酒店全年供应热水天数共计300天，每天供应

量为100丁,冬季供暖的168天内，系统均采纳燃油锅炉供应生

活热水，下面对夏季及过渡季的132天制取生活热水的成本进行

测算。

燃油锅炉地源热泵

燃料价格5.3元/kg0.781元/kwh

加热总量13200吨13200吨

自来水温升40℃40℃

加热费用30.7万元12.3万元

单位成本23.3元/吨9.3元/吨

测算说明：

A.供冷季按60天运行期计算，供暖季按168天计算。

B.水泵运行电费取0.781元/kW.h,热泵运行费用计算中

时考虑负荷分布与峰谷电价分布的特点，取平均电价0・6元

/kW.h,燃油费为5元/kg。

C.上述运行费用测算未考虑入住率的影响因素，是依据现

有条件的粗略估算。

说明：

1、初投资，不含电压增容、土建、末端部分，生活热水由

燃油锅炉解决。

2、在工程实施过程前要进行现场钻孔试验，依据试验结果

及具体的当地水文地质条件，优化技术方案，作出具体的设计方

案，以保证系统长期平安、稳定、高效地运行。

七、污水利用

本项目建设条件具备480m3/d的污废水排水条件，如结合热

泵加以利用，可建成约200kw的污水水源热泵系统，解决部分建

筑面积的供热制冷需求，相当于钻凿23个换热孔，可降低初投

资约70万元。

附录一华清工程业绩

工程名称天湖国际会议酒店地源热泵空调系统工程

工程地点北京市房山区

工程施工服务范围整个酒店空调、生活热水

建筑面积4万门

业主名称北京市天创房地产开发有限公司

业主地址北京市房山区青龙湖镇

该工程在地下水贫乏的基岩地区采纳地源热泵系统，设计

钻孔218个，利用先进的热泵机组，实现酒店的夏季供冷、冬

备注

季供暖，以及供应全年的生活热水。该项H为市发改委的科研

示范项目。

中国人民武装警察部队警卫局培训

工程名称

基地地源热泵设备改造工程

工程地点北京市昌平区北七家镇

JL程施工服务范围综合建筑群空调、生活热水及游泳池加热

建筑面积3.6万户

业主名称中国人民武装警察部队警卫局

业主地址北京市昌平区北七家镇

采纳垂直埋管式的地源热泵系统来供应全部建筑的冬季供

备注

温煦夏季制冷、以及全年牛•活热水和游泳池用水的加热。

工程名称朝阳区绿化局办公楼地源热泵空调系统

工程地点北京市朝阳区

工程施工服务范围0.4万平米建筑面积供暖制冷、供应生活热水

合同施工期

建筑面积0.4万肝

业主名称朝阳区绿化局

业主地址红领巾公园西区

北京市朝阳区绿化局位于红领巾公园西区，建筑面积0.4

备注万平米，采纳埋管地源热泵对规划区域供暖制冷，并采纳热回

收方式供应生活热水。

工程名称石油管理干部学院地源热泵系统工程

工程地点北京市朝阳区

工程施工服务范围冬季供暖、夏季空调及生活热水供应

建筑面积5万行

业主名称石油管理干部学院

业主地址朝阳区立水桥甲1号

本建筑位于北京市朝阳区立水桥甲1号，是地源热泵系统

备注工程，该工程利用土壤作为热泵的冷热源，冬季供应55/45C的

空调水，夏季供应12/7CE勺空调水。

工程名称用友软件园地源热泵工程

工程地点北京市海淀区

工程施工服务范围供暖制冷、供应生活热水

合同施工期2024.12月已签合同

建筑面积27万户

业主名称用友软件园

业主地址北京市海淀区

结合冰蓄冷为27万m2的建筑供应供暖制冷。冬季供应

备注

40/45C的空调水，夏季供应12/7C的空调水。

工程名称当代万国城地源热泵中心空调系统

工程地点东直门东北角'

工程施工服务范围冬季供暖、夏季制冷、生活热水

合同施工期合同已签

建筑面积22万户

业主名称北京天成天房地产开发有限贡任公司

业主地址北京市朝阳区

包括公寓13万m2、宾馆5000m2、商场5500m2、电影院

2500m2、幼儿园3000m2、地下室约55000m2。本工程的目标

备注是建设一座高舒适度、低能耗、健康、绿色、环保型的里程碑

式建筑，使其成为引领国内地产市场走向的一面旗帜。

工程名称北方国家林木种苗基地地源热泵供暖工程

工程地点国家北方苗木培育基地

工程施工服务范围冬季供暖

合同施工期在建

建筑面积2万行

业主名称国家北方苗木培育基地

业主地址国家北方苗木培育基地

该工程规划区域为2万行大棚，利用地源热泵空调系统实

备注现冬季供暖，满意植物生长须要，同时不会污染四周环境，营

造了良好的生态环境。

工程名称

北京海剑大）1水源热泵空调系统改造工程

工程地点北京市海淀区

工程施工服务范围冬季供暖、夏季制冷及生活热水供应

建筑面积2.6万6

业主名称北京海剑大厦

业主地址海剑大度

本建筑位于北京市海淀区厂洼路8号，是海剑大厦办公楼

空调系统改造工程，该工程利用15℃的浅层地下水作为水源热

备注

泵的冷热源，采纳水源热泵，冬季供应55/45C的空调水，夏季

供应12/7℃的空调水。

工程名称燕山办事处办公楼污水源热泵工程

工程地点北京市房山区

工程施工服务范围整个办公楼冬季供暖、夏季制冷

建筑面积2万行

业主名称北京市房山区人民政府燕山办事处

业主地址北京市房山区

该项目利用污水作为燕山办事处办公楼冷热源，不存在任

何污染问题，对北京市污水热能的开发利用具有典型的示范作

备注用，可为北京市建设可再生能源产业化、能源利用多元亿，发

展循环经济，建设节约型城市，实现可持续发展发挥良好的推

动作用。

工程名称

空军丰台款待所水源热泵空调系统工程

工程地点北京市丰台区

工程施工服务范围供暖制冷、供应生活热水

建筑面积2.5万肝

业主名称空军丰台款待所

业主地址丰台区七里庄路22号

空军丰台款待所位于丰台区七里庄路22号，是空政系统一

所集住宿、会议、餐饮、消遣于一体的综合性其中主楼、北楼

备注为客房、餐厅及会议室，两楼具有大小会议室10多个，客房

2()0余间，要求冬季供暖、夏季供冷，并且24小时供应生活热

水；其它各楼要求冬季供暖，散热器为一般四柱铸铁暖气片。

工程名称天桥地矿局水源热泵空调系统工程

工程地点北京市宜武区

工程施工服务范围冬季供暖、夏季空调

建筑面积1.19万肝

业主名称北京市地矿局

业主地址北京市宣武区南纬路4号

建筑面积为7000nV的办公楼需冬季供暖、夏季空调,家属

备注宿舍及附属用房4880nr只需冬季供暖。对原有燃煤锅炉进行了

改造，安装新型的无污染、节能的供暖(制冷)设备。

工程名称

北京商务会馆水源热泵空调工程

工程地点北京市丰台区

工程施工服务范围供暖制冷、供应生活热水

合同施工期2024.7-2024.12

建筑面积2.98万肝

业主名称北京商务会馆

业主地址北京市右安门玉林里1号

北京商务会馆位于右安门玉林里1号，是燃煤锅炉系统改

造工程，该工程利用15℃的浅层地下水作为水源热泵的冷热

备注

源,采纳水源热泵，冬季供应55/45C的空调水，夏季供应12/7℃

的空调水。

工程名称地热水系统、B会所地源热泵空调系统设计与施工

工程地点北京昌平区马坊

工程施工服务范围冬季供暖、夏季制冷、生活热水

合同施工期合同已签

建筑面积3400m2

业主名称北京天成天房地产开发有限责任公司

业主地址北京市朝阳区

本项目别至491栋，会所3座，会所高度为8.5米，地上

二层，地下一-层，主要功能为餐饮服务。采纳地源热泵系统用

备注

于冬季供暖、夏季制冷以及泳池水加热。

附录二地源热泵系统介绍

一.地下能量（地能）简介

地能是指埋藏在地下的、由于与地表大气温度有差异而可以

被人类利用的能源。依据埋藏深度的不同可分为：深层地能（包

括深层地热水和干热岩）和浅层地能（主要为浅层恒温层以下的

能量）。地能的载体形式有：水、岩石、土壤。

深层地能一般温度较高，可以干脆利用其热能（如发电、温

室养殖、供暖、洗娱等）；而浅层地能一般指地表以下常年温度

保持恒定的热能，由于该部分的能量主要靠汲取并储存太阳辐射

的能量，因此其与地表大气的温差较小，干脆利用其能量效率会

很低、不经济，因此对浅层地能的利用须要借用协助设备。目前

的协助设备主要有水源热泵（通过地下水为介质提取地下的能

量）和地源热泵（从浅层土壤中提取能量）。

二.地源热泵系统简介

1、热泵系统、地源热泵系统的概念

通常所说的热泵系统是指以建筑物的空调（包括供热和制

冷）为目的系统，其一个热源（冷源）是建筑物内部的环境，就

其另一个热源（冷源）的性质来分，可分为空气源热泵、水源热

泵和地源热泵等几大类。空气源热泵的热源（冷源）为室外空气,

水源热泵的热源主要是浅层地下水。由于室外空气温度随气候而

改变，并且温度越低时供热量越小，热泵的效率会大大降低。以

浅层地下水为热源的水源热泵系统受诸多条件的影响和限制：地

下水文地质条件、回灌技术条件、对地下水的污染评价、政府对

开采地下水的政策等。地下水文地质条件确定了所在区域的地下

水的抽水量的状况，而回灌技术目前仍旧不成熟，对于全部回灌

存在肯定困难，而且将用后的水回灌到地卜可能会对地卜含水层

造成肯定的污染，这也是政府部门所担忧的。

另一种热泵为地源热泵(Ground-SourceHeatPump),地源

热泵的广义理解是指以一切与地有关的能量作为冷热源的热泵，

包括以地下水为冷热源的水源热泵、以池塘、河流和湖泊等为冷

热源的地源热泵等。这里所指的地源热泵是指狭义的理解，指利

用大地作为热源，其通过地下换热器干脆与大地土壤进行热交

换，而不须要开采地下水的地源热泵。由于在地表以下肯定深度

的地层中在未受干扰的状况下常年保持恒定的温度，远高于冬季

的室外温度，又低于夏季的室外温度，这样地源热泵可克服空气

源热泵的技术障碍，大大提高效率。而且不须要开采地下水，这

样可以消退水源热泵开采地下水所带来的不利影响。

此外，冬季通过热泵把大地中的热量上升温度后对建筑供

热，同时使大地中的温度降低，即蓄存了冷量，可供夏季运用；

夏季通过热泵把建筑物中的热量传输给大地，对建筑物降温，同

时在大地中蓄存热量以供冬季运用。这样在冬夏负荷相平衡的状

况下，在地源热泵系统中的大地起到了蓄能器的作用，进一步提

高了空调系统全年的能源利用效率。可以大大削减对化石燃料的

消耗，削减对环境的污染，符合人类可持续发展的要求。

2、地源热泵系统的发展过程

地源热泵（Ground-SourceHeatPump）的概念最早出现在

1912年瑞士的一份专利文献中，在20世纪50年头就已在一些

北欧国家的供热中得到实际应用。由于石油危机的影响，地源热

泵在70年头得到较大的发展。

1985年美国共有14,000台地源热泵，而1997年一年就安装

了45,000台，到目前为止已安装了400,000台，而且每年以10%

的速度稳步增长（1999年个人用户增长11%,商业用户增长

35%）01998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量

的19%,其中新建筑中占30%。美国已经成立了由美国能源部、

环保署、爱迪逊电力探讨所及众多地源热泵厂家组成的美国地源

热泵协会，该协会在近年中投入一亿美元从事开发、探讨和推广

工作。美国安排最终达到每年安装40万台地源热泵的目标，届

时将降低温室气体排放1百万吨，相当于削减50万辆汽车的污

染物排放或种植1百万英亩的树木，每年节约能源费用达4.2亿

美元，此后，每年节约能源费用还可再增加1.7亿美元。此外,

在美国还成立了国际地源热泵协会。

3、地源热泵系统的分类

地源热泵系统室外地下换热环路（即地下热交换器）采纳埋

管（即埋置地下热交换器）的方式来实现，埋管方式多种多样。

目前国外普遍采纳的有垂直埋管和水平埋管两种基本的配置形

式（如图所示）。

垂直埋管是在地层中垂直钻孔，然后将地下热交换器以肯定

的方式置于孔中，并在孔中注入填充材料的施工工艺。

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。

水平埋管和垂直埋管示意图

地下热交换器型式和结构的选取应依据实际工程以及给定

的建筑场地条件来确定。水平埋管占地面积大，而且水平埋管的

地下热交换器受地表气候改变的影响较大，效率较低，因此水平

埋管的地源热泵系统在多数场合不适合中国人多地少的国情。因

此，在地源热泵系统的室外地下换热系统中，我们重点探讨庭直

埋管系统。在以下所提到的均为垂直埋管的地源热泵系统。

4、地源热泵系统的组成

地源热泵冷暖空调系统主要由3部分组成：室外地下换热环

路（地下热交换器）系统、地源热泵机组、室内换热系统。

室外地下换热环路系统

室外地下换热环路系统由埋设在地下的HDPE管(高密度聚

乙烯管)、孔内填充材料和循环水泵及相关附属部件组成。循环

水泵驱动HDPE管路中的循环液体(一般为水或加入防冻剂的水

溶液)，使其不断循环，将地下的能量置换出作为地源热泵系统

的冷热源。

(1)室内换热系统

室内换热系统由室内循环系统、电气自控系统、室内末端系

统(多为风机盘管)及相关附属部件组成。该部分的作用是将已

经调整好的空气安排到建筑物中去，从而实现建筑物内的供温煦

制冷。

(2)地源热泵机组

地源热泵机组是室外地下换热环路系统与室内换热系统的

连接点，其通过输入肯定的动力，使压缩机做功，室机组内部的

制冷剂进行循环，从而将室外地下环路中的能量传送到室内换热

系统中去。

5、地源热泵系统工作原理

(1)制冷原理

在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其

进行汽-液转化的循环。地源热泵机组蒸发器中的冷媒汲取室内

循环系统中所携带的热量而蒸发，这样就将室内循环系统中所携

带的热量汲取至冷媒中，然后压缩机对冷媒做功，将蒸发器中的

冷媒蒸汽压缩到冷凝器中，在冷凝器中，冷媒所携带的热量传递

给室外的地下热交换器环路系统中，这样冷媒在放出热量后而凝

聚成液体，并流到蒸发器中，而室外地下热交换器环路系统中的

循环液体在汲取了冷媒的热量后，将该部分热量携带到地下，把

热量释放到大地中。这样，各环路不断的循环，室内的热量就不

断的被转移至地下，从而实现建筑物的制冷。

(2)制热原理

在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通

过四通阀将冷媒流淌方向换向。地源热泵机组蒸发器中的冷媒汲

取室外地下热交换器环路系统中与大地所交换