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簡介

地源熱泵是利用了地球表面淺層地熱資源(通常小于400米深)作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。地表淺層地熱資源可以稱之為地能(EarthEnergy，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地熱能而蘊藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。地能或地表淺層地熱資源的溫度一年四季相對穩定，冬季比環境空氣溫度高，夏季比環境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統空調系統運行效率要高40%，因此要節能和節省運行費用40%左右。另外，地能溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩定，也保證了系統的性和經濟性。地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當于減少40%以上，與電供暖相比，相當于減少70%以上，如果結合其它節能措施節能減排會更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規空調裝置減少25%的充灌量；屬自含式系統，即該裝置能在工廠車間內事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏機率大為減少。該裝置的運行沒有任何污染，可以建造在居民區內，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量。

地源熱泵空調系統主要包括兩大部分：一是建筑物內的水環路空調系統;二是地源熱泵空調系統的地下部分，即地下耦合熱泵系統的地下熱交換器、地表水熱泵系統的地表水熱交換器、地下水熱泵系統的水井系統。

地源熱泵空調系統在我國還屬初級階段，需要因地制宜、統籌規劃、使用能量特點和水文地質條件相結合，不同地區的地下水水質不同，在實際工程中應對當地地下水水質進行測試，對不符合標準的地下水要進行相應的處理。

當地下水含砂量較高時，應采用過濾器或除砂設備進行處理。目前，普遍使用體積小、除砂效率高、可在不間斷供水的情況下清除水中砂粒的旋流式除砂器。要按照處理流量選配除砂器的型號和臺數。有些水源水渾濁度較大，回灌時容易造成管井過濾器和含水層堵塞，影響供水系統的穩定性和使用壽命。對渾濁度大的水源，可以安裝凈水器進行過濾。當水中含鐵量大于0.3mg/L時，應在水系統中安裝除鐵設備。

我國地下水中含鐵量一般都超過允許值，故在使用前要進行除鐵。離子棒防垢器是一種新型*的水處理設備。它具有防垢、除垢、除銹、防腐蝕等功能，功耗小，使用壽命長。這種設備水平安裝在熱泵機組入口處的管路上，安裝簡單，不需另外設置閥門和旁通管路。有些水源的礦化度較高，對金屬的腐蝕性較強，直接進入機組會降低機組的使用壽命，如果通過水處理的辦法減少礦化度，費用又很大。通常采用加裝板式換熱器的中間換熱方式，把水源水與機組隔離開，使機組*避免水源水可能產生的腐蝕作用。對不同礦化度的地下水，宜采用不同的換熱方式與設備。　地源熱泵行業從設計、制造到施工，每個環節都非常關鍵，因此要實現行業的健康發展，就要系統地整合各個部分，這也迫切需要在行業里形成一批有責任的工程集成商，通過專業的設計、施工以及工程前期的專項調查，做出一批地源熱泵的示范項目，增加社會對于地源熱泵產品的認知和了解。

單井循環地能采集技術是具有發明的原始創新技術，這是我們國家的榮譽，我們應該珍惜這項榮譽，并幫助他們來完善這項技術。現在這項技術是依靠恒有源公司通過一個工程一個工程的實踐來不斷完善和推廣的。如今這項技術只有恒有源一家公司在推廣，其他公司沒有介入，原因就在于沒有形成量化公式。所以量化將是今后的主要任務，只有量化才能實現全面推廣，這需要我們共同的努力。應用范圍廣地源熱泵系統可供暖、空調，還可供生活熱水，一機多用，一套系統可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統；可應用于賓館、商場、辦公樓、學校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖、空調。在同等條件下，采用地源熱泵系統的建筑物能夠減少維護費用。地源熱泵非常耐用，它的機械運動部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安裝在室內，從而避免了室外的惡劣氣候，其地下部分可保證50年，地上部分可保證30年，因此地源熱泵是免維護空調，節省了維護費用，使用戶的投資在3年左右即可收回。三合一地源熱泵系統由一臺地源熱泵機組即可制出三個工況的水溫度;分別是7℃的冷水供夏季的空調;45℃的熱水供冬季的地暖;55℃的生活熱水供洗浴和廚房;實現制冷/風暖，地板采暖，供應生活熱水這三大功能，*實現一機多用，不用再繁瑣的購買三套不同的設備來實現這些功能。從降低運行費用、節省能源、環保方面來看，傳統*空調和燃油、燃煤采暖設備將逐步受到制約，而地源熱泵空調系統是一個不錯的選擇;

地源熱泵則是利用水源熱泵的一種形式，它是利用水與地能(地下水、土壤或地表水)進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內采暖，此時地能為“熱源”;夏季把室內熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。

地源熱泵供暖空調系統主要分三部分：室外地能換熱系統、水源熱泵機組和室內采暖空調末端系統。其中水源熱泵機主要有兩種形式：水―水式或水―空氣式。三個系統之間靠水或空氣換熱介質進行熱量的傳遞，水源熱泵與地能之間換熱介質為水，與建筑物采暖空調末端換熱介質可以是水或空氣。地源熱泵同空氣源熱泵相比，

有許多優點：

 (1) 全年溫度波動小。冬季溫度比空氣溫度高，夏季比空氣溫度低，因此地源熱泵的制熱、制冷系數要高　　于空氣源熱泵，一般可高于40%，因此可節能和節省費用40%左右。

 (2) 冬季運行不需要除霜，減少了結霜和除霜的損失。

 (3) 地源有較好的蓄能作用。

地源分類

地源按照室外換熱方式不同可分為三類：1.土壤埋盤管系統，2.地下水系統，3.地表水系統。

根據循環水是否為密閉系統，地源又可分為閉環和開環系統。

閉環系統如埋盤管方式 (垂直埋管或 水平埋管)，地表水安置換熱器方式。 開環系統如抽取地下水或地表水方式。此外，還有一種“直接膨脹式”，它不象上述系統那樣采用中間介質水來傳遞熱量，而是直接將熱泵的一個換熱器(蒸發器)埋入地下進行換熱。

地源熱泵應用方式

地源熱泵的應用方式從應用的建筑物對象可分為家用和商用兩大類，從輸送冷熱量方式可分為集中系統、分散系統和混合系統。

1、家用系統

用戶使用自己的熱泵、地源和水路或風管輸送系統進行冷熱供應，多用于小型住宅，別墅等戶式空調。

2、集中系統

熱泵布置在機房內，冷熱量集中通過風道或水路分配系統送到各房間。

3、分散系統

用戶單獨使用自己的熱泵機組調節空氣。一 般用于辦公樓、學校、商用建筑等，此系統可將用戶使用的冷熱量*反應在用電上，便于計量，適用于目前的獨立熱計量要求。

4、混合系統：

將地源和冷卻塔或加熱鍋爐聯合使用作為冷熱源的系統，混合系統與分散系統非常類似，只是冷熱源系統增加了冷卻塔或鍋爐。

南方地區，冷負荷大，熱負荷低，夏季適合聯合使用地源和冷卻塔，冬季只使用地源。北方地區，熱負荷大，冷負荷低，冬季適合聯合使用地源和鍋爐，夏季只使用地源。這樣可減少地源的容量和尺寸，節省投資。分散系統或混合系統實質上是一種水環路熱泵空調系統形式。

5、水環路熱泵空調系統

水環路熱泵(Water-Loop Heat Pump，簡稱WLHP)空調系統，它由許多臺水源熱泵空調機(WSHP)組成。這些機組由一個閉式的循環水管路連在一起，該水管路既作空調工況下的冷源，又作供暖工況下熱泵熱源。水環路的冷熱源可以是地源，或鍋爐、冷卻塔聯合方式。

夏季運行：全部或大多數機組為供冷，熱量水環路排至室外的冷源，如地源或冷卻塔。

春季/秋季運行：對有內區與周邊區的建筑物，會出現內區需要供冷而周邊區需要供熱，內區的熱量就可被周邊區所利用，即內區空調的排熱與周邊區熱泵供熱所需熱量接近平衡時，室外的冷熱源可以停運。這種制冷供熱同時進行，能量在建筑物內部轉移，運行費用zui少，節能效果明顯。水環路熱泵空調系統除具有顯著節能特點外，

還具有以下特點：

1、節省占地：不設大的冷凍機房，沒有冷卻塔系統。

2、能源費用單獨計量：由各部門、住戶或單位獨立承擔，能源費用計量簡單且公平，符合當前的能源費用獨立計量方法。

3、調節靈活：每臺熱泵空調機在任何時間可以選擇供冷或供熱。

4、靈活應用：能靈活充份地滿足建筑物各個區的需要，并隨時可以更改用途

三合一地源熱泵空調系統采用了全新再生能源利用技術，利用地球表面淺層地熱能作為冷熱源，進行能量轉換的制冷采暖空調和地熱系統，地表淺層地熱能不受地域、資源等限制。這套技術的應用，改變了以往消耗大量電能才能實現的三大家居功能，現在*取源大地能量，是真正的“低碳”設計地源熱泵遵循逆卡諾原理，即從外部供給熱泵較小的耗功W，同時從低溫環境TL中吸收大量的低溫熱QL，熱泵就可以輸出溫度高得多的熱能QH，并送到高溫環境TH中去，從而達到不能直接利用的低溫熱回收利用起來。地源熱泵根據地下換熱器的形式不同可以分為開式和閉式。閉式循環系統有水平埋管和直埋式兩種，其循環介質*被封閉在管路中，不受外界環境干擾。垂直埋管式地源熱泵適合于用地比較緊張的城市地區，而且恒溫效果好，維護費用少。一般采用φ100~φ150的孔徑，孔深100~300m，空間距為4~10m。地下管線采用高密度聚乙烯（HDPE）管或聚丁烯（PB）管，管線口徑φ25~φ35mm，鉆孔總長度由建筑面積大小而定。正常是每平方米建筑面積鉆孔1m左右。各孔內管線的連接方式有并聯和串聯。每一鉆孔內可以放單“U”型管，也可以放雙“U”型管。孔內用與地層巖土成分相近的材料（一般為膨潤土水泥或硅砂）充填。　　

埋入地下鉆孔中的地下換熱器一進一回形成回路與大地進行換熱。地源熱泵在于夏季利用冬季蓄存的冷量供冷，同時蓄存熱量，以備冬用；冬季利用夏季蓄存的熱量供熱，同時蓄存冷量，以備夏用。夏熱冬冷地區供冷和供暖天數大致相同，冷暖負荷基本相當，可用同一地下埋管換熱器實現建筑的冷暖聯供，實屬一種節能又保護環境的綠色空調。通常地源熱泵消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW左右的熱量或冷量。

設計:

1.前期準備：確認空調冷熱負荷、生活熱水負荷等；收集項目所在地地質資料，獲得土壤的換熱量資料

2.確認運行模式：想好怎么供熱、怎么供冷、怎么供生活熱水

3.選擇設備：根據冷熱負荷及你的運行模式，確定由熱泵提供的負荷，從而選擇熱泵主機，然后選擇水泵

4.室外工程設計：按規范要求，室外工程設計需要做全年8760小時的逐時負荷變化模擬，一般工程中很難做到，按大家常用的設計方法，根據負荷計算出想土壤的取熱量、排熱量，在根據收集到的土壤換熱資料計算出所需要的埋管長度，根據地質條件確定打孔深度，計算出換熱孔數量。

施工:

1.施工前準備

A、系統施工前應具備區域的工程勘察資料、設計文件和施工圖紙，并有經審批的施工組織設計。

B、對埋管場地應進行地面清理，鏟除雜草、雜物，平整場地。

C、進入現場的地埋管及管件應逐件檢查，破損和不合格產品嚴禁使用，宜采用制造不久的管材、管件；地埋管運抵現場后應用空氣試壓進行檢漏試驗。存放中，不得在陽光下曝曬。搬運和運輸中，應小心輕放，不得劃傷管件，不得拋摔和沿地拖曳。

2.地埋管的連接要求

A、應采用熱熔或電熔連接;

B、豎直地埋管換熱器的U形彎管接頭，應選完整的U形彎頭成品件，不應采用直管煨制彎頭;

C豎直地埋管換熱器的U形管的組對應滿足設計要求，組對好的U型管的開口端部應及時完封;

3.鉆孔

鉆孔是豎埋管換熱器施工zui重要的工序。為保證鉆孔施工完成后孔壁保持完整，如果施工區地層土質比較好，可以采用裸孔鉆進；如果是砂層，孔壁容易坍塌，則必須下套管，孔徑的大小略大于U型管與灌漿管組件的尺寸為宜，一般要求鉆機的鉆頭直徑根據需要在100毫米～150毫米之間，鉆進深度可達到40米～150米，鉆孔總長度由建筑的供熱面積大小、負荷的性質以及地層及回填材料的導熱性能決定，對于大中型的工程應通過仔細的設計計算確定，地層的導熱性能通過當地的實測得到。鉆孔施工時，要注意不得損壞原有地下管線和地下構筑物。

4.下管

下管是工程的關鍵之一，因為下管的深度決定采取熱量總量的多少，所以必須保證下管的深度。下管方法有人工下管和機械下管兩種，下管前應將U型管與灌漿管捆綁在一起，在鉆孔完畢后立即進行下管施工。鉆孔完畢后孔內有大量積水，由于水的浮力影響，會對放管造成一定的困難，而且由于水中含有大量泥沙，泥沙沉積會減少孔內的有效深度。為此，每鉆完一孔，應及時把U型管放入，并采取防止上浮的固定措施。在安裝過程中，應注意保持套管的內外管同軸度和U型管進出水管的距離。對于U型管換熱器，可采用的彈簧把U型管的兩個支管撐開，以減小兩支管間的熱量回流。下管完畢后，要保證U型管露出地面，在埋管區域做出標志并定位，以便于后續施工。

5.灌漿封井

灌漿封井也稱為回填工序。在回填之前應對埋管進行試壓，確認無泄漏現象后方可進行回填。正確的回填要達到兩個目的：一是要強化埋管與鉆孔壁之間的傳熱，二是要實現密封的作用，避免地下含水層受到地表水等可能的污染。為了使熱交換器具有更好的傳熱性能，一般選用特殊材料制成的灌注材料進行回填，鉆孔過程中產生的泥漿沉淀物也是一種可選擇的回填材料。回填物中不得有大粒徑的顆粒，回填時必須根據灌漿速度的快慢將灌漿管逐步抽出，使混合漿自上而下回灌封井確保回灌密實，無空腔，減少傳熱熱阻。當上返泥漿密度與灌注材料密度相等時，回填過程結束。系統安裝完畢后，應進行清洗、排污，按要求對管道進行沖洗和試壓，確認管內無雜質后，方可灌水。

6.安裝水平地埋管換熱器

鋪設前溝槽底部應先鋪設相當于管徑厚度的細沙，安裝時管道不應折斷、扭結，沙中不得有石塊，轉彎處應光滑，并有固定措施。在室外環境溫度低于0℃時不應進行地埋管換熱器的施工。

維護:

地源熱泵的維護是極其重要的正確的保養不僅可以延長產品的壽命，還可以帶給我們的效果，對于地源熱泵的維護，我們有幾點建議：

*，壓縮機的保養很重要。

1)壓縮機的外觀檢查 檢查方法：目測檢查標準：檢查壓縮機進出口閥門的連接可靠性，是否有泄露情況；試驗時應該注意壓縮機運行的聲音來判斷是否有異常。

2)電壓及電流測量 測量工具：鉗形電流表用鉗形電流表工作電壓，運行電流。測量運行電流時電纜應該位于測量環路的中心。 測量標準：運行電壓范圍為 380V(±10%)，運行電流不應該大于電機銘牌的額定輸入電流。

3)絕緣電阻的測量 測量工具：兆歐表 測量方法： 在機組切斷電源的情況下，用兆歐表檢測壓縮機的三相對地阻值是否符 合標準。如果機組長時間未啟用，則應該先將機組的曲軸箱電加熱啟動，加熱機組的油腔，使機組機油內的氟利昂蒸發，提高測量電阻的準確度測量注意：嚴禁在真空狀態下測量絕緣度，防止絕緣層被擊穿引起事故 測量標準： 壓縮機電機的絕緣標準為不低于 500 兆歐，實際測量值應大于 100 兆歐 為合格，熱態和冷態下絕緣值大于 8 兆歐才允許運行。

4)油品的測定方法：可從機組內提取少許冷凍油裝入容器， 取一滴裝入酸試劑瓶觀察酸度，與比色卡進 行對照。符合比色卡對照顏色的不需要更換冷凍油可從機組內提取少許冷凍油裝入容器，盡量減少在空氣中的暴露時間，然后用 PH 試紙判別油的酸度。符合油酸度要求的不需要更換 冷凍油用吸水紙檢查油中的雜質，如有碳析出或其它雜質，應更換冷凍油。

第二，機械清洗需要注意以下問題：

1)關閉冷卻水進出口閥門

2)拆開冷凝器前后端蓋

3)清理冷凝器端蓋、水室腔內結垢和銹蝕

4)用管路清洗機清洗傳熱管路

5)清洗完后用清水沖洗，直到達到標準，然后蓋好端蓋 保養標準：保養后水室、傳熱管目測整體干凈，管壁無明顯結垢。設計地源熱泵系統的地熱換熱器需要知道地下巖土的熱物性參數。如果熱物性參數不準確，則設計的系統可能達不到負荷需要；也可能規模過大，從而加大初期投資確定地下巖土熱物性參數的傳統方法是首先根據鉆孔取出的樣本確定鉆孔周圍的地質構成，再通過查有關手冊確定導熱系數。然而地下地質構成復雜，即使同一種巖石成分，其熱物性參數取值范圍也比較大。況且不同地層地質條件下的導熱系數可相差近十倍，導致計算得到的埋管長度也相差數倍，從而使得地源熱泵系統的造價會產生相當大的偏差。另外，不同的回填材料、埋管方式對換熱都有影響，因此只有在現場直接測量才能正確得到地下巖土的熱物性參數。但是由于在以往的工程實踐中很少涉及這樣的問題，既缺乏這方面的數據積累，也缺乏現成的測試方法。針對此問題，我司和相關科研機構合作進行了深入的研究，開發出了具有自主知識產權的便攜式地源熱泵單孔換熱量測試儀，并應用到實際工程中; 對于于3000m2至5000 m2的建筑所使用的垂直式地熱交換器系統，建議至少使用一個測試井。建筑面積大于5000m2的建筑至少應鉆3個測試井；每個測試井的深度應鉆到zui深的設計熱交換器設計深度下10米;地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源既能供熱又能制冷的節能環保型空調系統。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源(電能)，即可實現能量從低溫熱源向高溫熱源的轉移。

冬季制熱

在制熱狀態下，地源熱泵機組內的壓縮機對冷媒做功，并通過四通閥將冷媒流動方向換向。由地下的水路循環吸收地下水或土壤里的熱量，通過冷媒/水熱交換器內冷媒的蒸發，將水路循環中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環的同時再通過冷媒/空氣熱交換器內冷媒的冷凝，由空氣循環將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉移至室內的過程中，以強制對流、自然對流或輻射的形式向室內供暖。

夏季制冷

在制冷狀態下，地源熱泵機組內的壓縮機對冷媒做功，使其進行汽-液轉化的循環。通過冷媒/空氣熱交換器內冷媒的蒸發將室內空氣循環所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環的同時再通過冷媒/水熱交換器內冷媒的冷凝，由水路循環將冷媒所攜帶的熱量吸收，zui終由水路循環轉移至地下水或土壤里。在室內熱量不斷轉移至地下的過程中，通過冷媒-空氣熱交換器，以13℃以下的冷風的形式為房供冷。