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简介

地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于400米深)作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能(EarthEnergy，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。地能或地表浅层地热资源的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，是很好的热泵热源和空调冷源，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%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的性和经济性。地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25%的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。

地源热泵空调系统主要包括两大部分：一是建筑物内的水环路空调系统;二是地源热泵空调系统的地下部分，即地下耦合热泵系统的地下热交换器、地表水热泵系统的地表水热交换器、地下水热泵系统的水井系统。

地源热泵空调系统在我国还属初级阶段，需要因地制宜、统筹规划、使用能量特点和水文地质条件相结合，不同地区的地下水水质不同，在实际工程中应对当地地下水水质进行测试，对不符合标准的地下水要进行相应的处理。

当地下水含砂量较高时，应采用过滤器或除砂设备进行处理。目前，普遍使用体积小、除砂效率高、可在不间断供水的情况下清除水中砂粒的旋流式除砂器。要按照处理流量选配除砂器的型号和台数。有些水源水浑浊度较大，回灌时容易造成管井过滤器和含水层堵塞，影响供水系统的稳定性和使用寿命。对浑浊度大的水源，可以安装净水器进行过滤。当水中含铁量大于0.3mg/L时，应在水系统中安装除铁设备。

我国地下水中含铁量一般都超过允许值，故在使用前要进行除铁。离子棒防垢器是一种新型*的水处理设备。它具有防垢、除垢、除锈、防腐蚀等功能，功耗小，使用寿命长。这种设备水平安装在热泵机组入口处的管路上，安装简单，不需另外设置阀门和旁通管路。有些水源的矿化度较高，对金属的腐蚀性较强，直接进入机组会降低机组的使用寿命，如果通过水处理的办法减少矿化度，费用又很大。通常采用加装板式换热器的中间换热方式，把水源水与机组隔离开，使机组*避免水源水可能产生的腐蚀作用。对不同矿化度的地下水，宜采用不同的换热方式与设备。　地源热泵行业从设计、制造到施工，每个环节都非常关键，因此要实现行业的健康发展，就要系统地整合各个部分，这也迫切需要在行业里形成一批有责任的工程集成商，通过专业的设计、施工以及工程前期的专项调查，做出一批地源热泵的示范项目，增加社会对于地源热泵产品的认知和了解。

单井循环地能采集技术是具有发明的原始创新技术，这是我们国家的荣誉，我们应该珍惜这项荣誉，并帮助他们来完善这项技术。现在这项技术是依靠恒有源公司通过一个工程一个工程的实践来不断完善和推广的。如今这项技术只有恒有源一家公司在推广，其他公司没有介入，原因就在于没有形成量化公式。所以量化将是今后的主要任务，只有量化才能实现全面推广，这需要我们共同的努力。应用范围广地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。在同等条件下，采用地源热泵系统的建筑物能够减少维护费用。地源热泵非常耐用，它的机械运动部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安装在室内，从而避免了室外的恶劣气候，其地下部分可保证50年，地上部分可保证30年，因此地源热泵是免维护空调，节省了维护费用，使用户的投资在3年左右即可收回。三合一地源热泵系统由一台地源热泵机组即可制出三个工况的水温度;分别是7℃的冷水供夏季的空调;45℃的热水供冬季的地暖;55℃的生活热水供洗浴和厨房;实现制冷/风暖，地板采暖，供应生活热水这三大功能，*实现一机多用，不用再繁琐的购买三套不同的设备来实现这些功能。从降低运行费用、节省能源、环保方面来看，传统*空调和燃油、燃煤采暖设备将逐步受到制约，而地源热泵空调系统是一个不错的选择;

地源热泵则是利用水源热泵的一种形式，它是利用水与地能(地下水、土壤或地表水)进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”;夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。

地源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统。其中水源热泵机主要有两种形式：水―水式或水―空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水源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。地源热泵同空气源热泵相比，

有许多优点：

 (1) 全年温度波动小。冬季温度比空气温度高，夏季比空气温度低，因此地源热泵的制热、制冷系数要高　　于空气源热泵，一般可高于40%，因此可节能和节省费用40%左右。

 (2) 冬季运行不需要除霜，减少了结霜和除霜的损失。

 (3) 地源有较好的蓄能作用。

地源分类

地源按照室外换热方式不同可分为三类：1.土壤埋盘管系统，2.地下水系统，3.地表水系统。

根据循环水是否为密闭系统，地源又可分为闭环和开环系统。

闭环系统如埋盘管方式 (垂直埋管或 水平埋管)，地表水安置换热器方式。 开环系统如抽取地下水或地表水方式。此外，还有一种“直接膨胀式”，它不象上述系统那样采用中间介质水来传递热量，而是直接将热泵的一个换热器(蒸发器)埋入地下进行换热。

地源热泵应用方式

地源热泵的应用方式从应用的建筑物对象可分为家用和商用两大类，从输送冷热量方式可分为集中系统、分散系统和混合系统。

1、家用系统

用户使用自己的热泵、地源和水路或风管输送系统进行冷热供应，多用于小型住宅，别墅等户式空调。

2、集中系统

热泵布置在机房内，冷热量集中通过风道或水路分配系统送到各房间。

3、分散系统

用户单独使用自己的热泵机组调节空气。一 般用于办公楼、学校、商用建筑等，此系统可将用户使用的冷热量*反应在用电上，便于计量，适用于目前的独立热计量要求。

4、混合系统：

将地源和冷却塔或加热锅炉联合使用作为冷热源的系统，混合系统与分散系统非常类似，只是冷热源系统增加了冷却塔或锅炉。

南方地区，冷负荷大，热负荷低，夏季适合联合使用地源和冷却塔，冬季只使用地源。北方地区，热负荷大，冷负荷低，冬季适合联合使用地源和锅炉，夏季只使用地源。这样可减少地源的容量和尺寸，节省投资。分散系统或混合系统实质上是一种水环路热泵空调系统形式。

5、水环路热泵空调系统

水环路热泵(Water-Loop Heat Pump，简称WLHP)空调系统，它由许多台水源热泵空调机(WSHP)组成。这些机组由一个闭式的循环水管路连在一起，该水管路既作空调工况下的冷源，又作供暖工况下热泵热源。水环路的冷热源可以是地源，或锅炉、冷却塔联合方式。

夏季运行：全部或大多数机组为供冷，热量水环路排至室外的冷源，如地源或冷却塔。

春季/秋季运行：对有内区与周边区的建筑物，会出现内区需要供冷而周边区需要供热，内区的热量就可被周边区所利用，即内区空调的排热与周边区热泵供热所需热量接近平衡时，室外的冷热源可以停运。这种制冷供热同时进行，能量在建筑物内部转移，运行费用zui少，节能效果明显。水环路热泵空调系统除具有显著节能特点外，

还具有以下特点：

1、节省占地：不设大的冷冻机房，没有冷却塔系统。

2、能源费用单独计量：由各部门、住户或单位独立承担，能源费用计量简单且公平，符合当前的能源费用独立计量方法。

3、调节灵活：每台热泵空调机在任何时间可以选择供冷或供热。

4、灵活应用：能灵活充份地满足建筑物各个区的需要，并随时可以更改用途

三合一地源热泵空调系统采用了全新再生能源利用技术，利用地球表面浅层地热能作为冷热源，进行能量转换的制冷采暖空调和地热系统，地表浅层地热能不受地域、资源等限制。这套技术的应用，改变了以往消耗大量电能才能实现的三大家居功能，现在*取源大地能量，是真正的“低碳”设计地源热泵遵循逆卡诺原理，即从外部供给热泵较小的耗功W，同时从低温环境TL中吸收大量的低温热QL，热泵就可以输出温度高得多的热能QH，并送到高温环境TH中去，从而达到不能直接利用的低温热回收利用起来。地源热泵根据地下换热器的形式不同可以分为开式和闭式。闭式循环系统有水平埋管和直埋式两种，其循环介质*被封闭在管路中，不受外界环境干扰。垂直埋管式地源热泵适合于用地比较紧张的城市地区，而且恒温效果好，维护费用少。一般采用φ100~φ150的孔径，孔深100~300m，空间距为4~10m。地下管线采用高密度聚乙烯（HDPE）管或聚丁烯（PB）管，管线口径φ25~φ35mm，钻孔总长度由建筑面积大小而定。正常是每平方米建筑面积钻孔1m左右。各孔内管线的连接方式有并联和串联。每一钻孔内可以放单“U”型管，也可以放双“U”型管。孔内用与地层岩土成分相近的材料（一般为膨润土水泥或硅砂）充填。　　

埋入地下钻孔中的地下换热器一进一回形成回路与大地进行换热。地源热泵在于夏季利用冬季蓄存的冷量供冷，同时蓄存热量，以备冬用；冬季利用夏季蓄存的热量供热，同时蓄存冷量，以备夏用。夏热冬冷地区供冷和供暖天数大致相同，冷暖负荷基本相当，可用同一地下埋管换热器实现建筑的冷暖联供，实属一种节能又保护环境的绿色空调。通常地源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW左右的热量或冷量。

设计:

1.前期准备：确认空调冷热负荷、生活热水负荷等；收集项目所在地地质资料，获得土壤的换热量资料

2.确认运行模式：想好怎么供热、怎么供冷、怎么供生活热水

3.选择设备：根据冷热负荷及你的运行模式，确定由热泵提供的负荷，从而选择热泵主机，然后选择水泵

4.室外工程设计：按规范要求，室外工程设计需要做全年8760小时的逐时负荷变化模拟，一般工程中很难做到，按大家常用的设计方法，根据负荷计算出想土壤的取热量、排热量，在根据收集到的土壤换热资料计算出所需要的埋管长度，根据地质条件确定打孔深度，计算出换热孔数量。

施工:

1.施工前准备

A、系统施工前应具备区域的工程勘察资料、设计文件和施工图纸，并有经审批的施工组织设计。

B、对埋管场地应进行地面清理，铲除杂草、杂物，平整场地。

C、进入现场的地埋管及管件应逐件检查，破损和不合格产品严禁使用，宜采用制造不久的管材、管件；地埋管运抵现场后应用空气试压进行检漏试验。存放中，不得在阳光下曝晒。搬运和运输中，应小心轻放，不得划伤管件，不得抛摔和沿地拖曳。

2.地埋管的连接要求

A、应采用热熔或电熔连接;

B、竖直地埋管换热器的U形弯管接头，应选完整的U形弯头成品件，不应采用直管煨制弯头;

C竖直地埋管换热器的U形管的组对应满足设计要求，组对好的U型管的开口端部应及时完封;

3.钻孔

钻孔是竖埋管换热器施工zui重要的工序。为保证钻孔施工完成后孔壁保持完整，如果施工区地层土质比较好，可以采用裸孔钻进；如果是砂层，孔壁容易坍塌，则必须下套管，孔径的大小略大于U型管与灌浆管组件的尺寸为宜，一般要求钻机的钻头直径根据需要在100毫米～150毫米之间，钻进深度可达到40米～150米，钻孔总长度由建筑的供热面积大小、负荷的性质以及地层及回填材料的导热性能决定，对于大中型的工程应通过仔细的设计计算确定，地层的导热性能通过当地的实测得到。钻孔施工时，要注意不得损坏原有地下管线和地下构筑物。

4.下管

下管是工程的关键之一，因为下管的深度决定采取热量总量的多少，所以必须保证下管的深度。下管方法有人工下管和机械下管两种，下管前应将U型管与灌浆管捆绑在一起，在钻孔完毕后立即进行下管施工。钻孔完毕后孔内有大量积水，由于水的浮力影响，会对放管造成一定的困难，而且由于水中含有大量泥沙，泥沙沉积会减少孔内的有效深度。为此，每钻完一孔，应及时把U型管放入，并采取防止上浮的固定措施。在安装过程中，应注意保持套管的内外管同轴度和U型管进出水管的距离。对于U型管换热器，可采用的弹簧把U型管的两个支管撑开，以减小两支管间的热量回流。下管完毕后，要保证U型管露出地面，在埋管区域做出标志并定位，以便于后续施工。

5.灌浆封井

灌浆封井也称为回填工序。在回填之前应对埋管进行试压，确认无泄漏现象后方可进行回填。正确的回填要达到两个目的：一是要强化埋管与钻孔壁之间的传热，二是要实现密封的作用，避免地下含水层受到地表水等可能的污染。为了使热交换器具有更好的传热性能，一般选用特殊材料制成的灌注材料进行回填，钻孔过程中产生的泥浆沉淀物也是一种可选择的回填材料。回填物中不得有大粒径的颗粒，回填时必须根据灌浆速度的快慢将灌浆管逐步抽出，使混合浆自上而下回灌封井确保回灌密实，无空腔，减少传热热阻。当上返泥浆密度与灌注材料密度相等时，回填过程结束。系统安装完毕后，应进行清洗、排污，按要求对管道进行冲洗和试压，确认管内无杂质后，方可灌水。

6.安装水平地埋管换热器

铺设前沟槽底部应先铺设相当于管径厚度的细沙，安装时管道不应折断、扭结，沙中不得有石块，转弯处应光滑，并有固定措施。在室外环境温度低于0℃时不应进行地埋管换热器的施工。

维护:

地源热泵的维护是极其重要的正确的保养不仅可以延长产品的寿命，还可以带给我们的效果，对于地源热泵的维护，我们有几点建议：

*，压缩机的保养很重要。

1)压缩机的外观检查 检查方法：目测检查标准：检查压缩机进出口阀门的连接可靠性，是否有泄露情况；试验时应该注意压缩机运行的声音来判断是否有异常。

2)电压及电流测量 测量工具：钳形电流表用钳形电流表工作电压，运行电流。测量运行电流时电缆应该位于测量环路的中心。 测量标准：运行电压范围为 380V(±10%)，运行电流不应该大于电机铭牌的额定输入电流。

3)绝缘电阻的测量 测量工具：兆欧表 测量方法： 在机组切断电源的情况下，用兆欧表检测压缩机的三相对地阻值是否符 合标准。如果机组长时间未启用，则应该先将机组的曲轴箱电加热启动，加热机组的油腔，使机组机油内的氟利昂蒸发，提高测量电阻的准确度测量注意：严禁在真空状态下测量绝缘度，防止绝缘层被击穿引起事故 测量标准： 压缩机电机的绝缘标准为不低于 500 兆欧，实际测量值应大于 100 兆欧 为合格，热态和冷态下绝缘值大于 8 兆欧才允许运行。

4)油品的测定方法：可从机组内提取少许冷冻油装入容器， 取一滴装入酸试剂瓶观察酸度，与比色卡进 行对照。符合比色卡对照颜色的不需要更换冷冻油可从机组内提取少许冷冻油装入容器，尽量减少在空气中的暴露时间，然后用 PH 试纸判别油的酸度。符合油酸度要求的不需要更换 冷冻油用吸水纸检查油中的杂质，如有碳析出或其它杂质，应更换冷冻油。

第二，机械清洗需要注意以下问题：

1)关闭冷却水进出口阀门

2)拆开冷凝器前后端盖

3)清理冷凝器端盖、水室腔内结垢和锈蚀

4)用管路清洗机清洗传热管路

5)清洗完后用清水冲洗，直到达到标准，然后盖好端盖 保养标准：保养后水室、传热管目测整体干净，管壁无明显结垢。设计地源热泵系统的地热换热器需要知道地下岩土的热物性参数。如果热物性参数不准确，则设计的系统可能达不到负荷需要；也可能规模过大，从而加大初期投资确定地下岩土热物性参数的传统方法是首先根据钻孔取出的样本确定钻孔周围的地质构成，再通过查有关手册确定导热系数。然而地下地质构成复杂，即使同一种岩石成分，其热物性参数取值范围也比较大。况且不同地层地质条件下的导热系数可相差近十倍，导致计算得到的埋管长度也相差数倍，从而使得地源热泵系统的造价会产生相当大的偏差。另外，不同的回填材料、埋管方式对换热都有影响，因此只有在现场直接测量才能正确得到地下岩土的热物性参数。但是由于在以往的工程实践中很少涉及这样的问题，既缺乏这方面的数据积累，也缺乏现成的测试方法。针对此问题，我司和相关科研机构合作进行了深入的研究，开发出了具有自主知识产权的便携式地源热泵单孔换热量测试仪，并应用到实际工程中; 对于于3000m2至5000 m2的建筑所使用的垂直式地热交换器系统，建议至少使用一个测试井。建筑面积大于5000m2的建筑至少应钻3个测试井；每个测试井的深度应钻到zui深的设计热交换器设计深度下10米;地源热泵是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的节能环保型空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源(电能)，即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。

冬季制热

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动方向换向。由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量，通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以强制对流、自然对流或辐射的形式向室内供暖。

夏季制冷

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。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，zui终由水路循环转移至地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气热交换器，以13℃以下的冷风的形式为房供冷。