北京市某别墅地源热泵供暖方案的
热力学分析报告
The thermodynamic analysis on the Ground Source Heat Pumps heated method for a villadom in Beijing
作者：***（*** **********）
任课老师：*** 老师
完成日期：2014年12月14日
目录
摘要 (4)
Abstract (5)
第1章：引言 (6)
第2章：地源热泵发展现状 (7)
2.1地源热泵的发展历史 (7)
2.2地源热泵的研究现状 (8)
2.2.1国外研究现状 (8)
2.2.1国内研究现状 (8)
2.2.3北京地区地源热泵发展特点 (8)
2.2.4地源热泵研究的一些问题 (10)
第3章：北京市某别墅地源热泵供暖案例分析 (10)
3.1热泵系统简介 (10)
3.1.1热泵系统的组成 (11)
3.1.2热泵系统的理想工作过程 (11)
3.2热泵系统分析预备知识 (12)
3.2.1热泵供热系数的计算公式 (12)
3.2.2压缩机的选择 (14)
3.2.3工质的选择 (17)
3.3热泵系统能量分析 (19)
3.3.1热泵供热系数的计算 (19)
3.3.2热泵耗电量的计算 (20)
3.3.3热泵中水和工质的质量流率计算 (21)
3.3.4热泵系统能量分析小结 (22)
3.4热泵系统环保性分析 (22)
3.5热泵系统经济性分析 (23)
3.6小结 (24)
第4章：知识拓展——地源热泵系统制冷 (24)
4.1地源热泵的制冷原理 (25)
4.2地源热泵制冷系数的计算 (25)
4.3地源热泵制冷与传统中央空调制冷对比分析 (26)
总结 (27)
参考文献 (28)
创新点 (29)
后记 (30)
北京市某别墅地源热泵供暖方案的
热力学分析报告
***
（***********，北京 100084）
摘要：本文先对地源热泵及其发展状况进行了简单介绍，然后以北京市某别墅为例，综合考虑各方面因素，选择合适的压缩机和工质，为其设计出涡旋式压缩机和R123搭配使用的地源热泵供暖方案，并对该方案的能量利用、环保和经济性能进行了对比分析。最后扩展探讨了热泵的制冷循环。
关键词：地源热泵供暖工质供热系数
The thermodynamic analysis on the Ground Source Heat Pumps heated method for a villadom in Beijing
****
Abstract: The development of Ground Source Heat Pumps is introduced at the beginning of the article. Then based on a villadom in Beijing, we select a proper compressor and refrigerant after taking many factors into consideration------scroll compressor and R123. We analyze the efficiency of energy utilization, environmental and economical performance of the heated method based on comparison. At last, the refrigerating cycle of heated pump is discussed.
Key Words:Ground Source; Heat Pumps; heating; refrigerant; coefficient of performance
第1章引言
地源热泵技术是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，通过消耗电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。
地源热泵（Ground Source Heat Pumps, GSHP）不需要人工的冷热源，可以取代锅炉或市政管网等系传输的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热，向建筑物供暖；夏天它向土壤、地下水或者地表水放热，达到给建筑物降温的目的。同时，它还可以供应生活用水，是一种有效利用能源的方式。
地源热泵系统包括三种不同的系统：以利用土壤作为冷热源的土壤源热泵，又称为地下耦合热泵系统（Ground-coupled heat pump systems）或者地下热交换热泵系统（Ground heat exchanger）；以利用地下水为冷热源的地下水热泵系统（Ground water heat pumps）；以利用地表水为冷热源的地表水热泵系统（Surface-water heat pumps）。
表1 能源消费总量及构成[1]
在中国，煤作为主要能源，长期以来在生产、消费中占据着绝对主导地位。尽管
近年来煤炭所占比例略有下降，但仍保持在65%以上。2013年煤炭在我国能源消费中的比例依然高居66.23%[2]。特别在冬季，国内农村和北方城市几乎全部靠煤取暖。煤是各种能源中污染环境最严重的能源，只有减少城市地区煤的使用，城市空气污染问题才可能得到解决。现在各地都在采取措施控制燃煤的数量，选用电采暖、燃油或者燃气采暖等措施，但都存在着运行费用高、资源不足和排放大量CO?等问题，受能源，特别是一次能源与环保条件的限制，传统的燃油、燃煤中央空调方式将逐步受到制约。而从降低运行费用、节约能源、减少CO?排放量来看，地源热泵是一个很好的选择。
第2章地源热泵发展现状
2.1地源热泵的发展历史
地源热泵技术最先开始于1912年，瑞士Zoelly提出了“地热源热泵”的概念。1946年美国开始对地源热泵系统进行系统研究，在俄勒冈州建成第一个地源热泵系统，运行很成功，由此掀起了地源热泵系统在美国的商用高潮。1985年美国安装地源热泵14000台，1997年则安装了45000台，目前已安装了400000台以上的地源热泵，并且以每年10%的速度递长。1998年美国商用建筑的地源热泵空调系统已经占到了空调所有量的19%以上，其中在新建筑中占30%[3]。在欧洲国家里更多的是利用浅层地热资源来供热或者取暖。
进入21世纪前后，中国开始试验性的应用和引进地源热泵，并取得了快速的发展。我国最初的地源热泵工程应用，以北京起步最早发展最快，2006年北京市地源热泵工程应用面积738万m2，居全国之首。此后北京虽然每年增长300至500万m2，但沈阳市的地源热泵应用后来居上，2007年跃居全国第一，达到1810万m2，身为东北重工业的主要城市，沈阳的地源热泵供暖为城市环境保护和利用清洁能源闯出了一条新路。从整体上看，我国地源热泵工程应用每年扩展面积越来越大，2007年增长了近1800万m2，2008年增长了2400万m2，2009年更增长了3870万m2，全国地源热泵总利用面积已达1.007亿m2[4]。这个数字在2010年的世界地热大会上，已经使中国地源热泵在世界上的排名跃升至世界第二位。中国连续两年的年增长率都超过60%，这个速度远远超过了世界地源热泵近5年来保持的近20%年增长率。而伴随地源热泵工程应用的快速增长，为适应市场急速膨胀的巨大需求，国内地源热泵生产企业迅速发展。10年来，我国生产热泵机组的厂商由世纪初的几家，已发展至超过200家，分布在山东、北京、深圳、大连、杭州、苏州、广州等地。2007年，中国政府已全面开
展了节能减排的工作，本年下达的资金已10368万元，占首批可再生能源建筑应用示范项目补贴的50%，其中地源热能占了相当的比例。
2.2地源热泵的研究现状
2.2.1国外研究现状
国外对土壤源热泵的研究主要集中在地下换热器，1946年，美国进行了12个地下换热器的研究项目，这些研究项目测试了埋底盘管的几何尺寸、管间距、埋深等，并将热电偶埋入地下，测试了土壤温度随时间变化和受传热过程影响的情况。1953年，美国电力协会的研究表明，以上这些实验还没有提供可用于地下换热器的设计方程。20世纪50年代初，英国安装了用于住宅供暖的地源热泵系统。1974年，欧洲实施了30个工程开发研究项目，发展了地源热泵的设计、安装技术，并积累了运行经验。1971年-1978年，美国进行了多种形式地下换热器的测试，并引入太阳能集热器，组成混合土壤源热泵系统。这一时期开始采用塑料盘管替代金属盘管。美国和欧洲国家设计安装的土壤源热泵系统大多参照类似的已建工程设计安装，另一些工程的设计则采用估算的方法[5]。
2.2.2国内研究现状
目前，国内外的热泵产品主要以风冷热泵和地源热泵为主，输出温度大于60℃，以地源或低温地热水（50℃以下）为热源的高温地源热泵在国内只有少数几个单位在研制，如中科院广州能源研究所、天津大学、清华大学等，广州能源研究所于2001年初率先推出了最高出水温度可达72℃的高温地缘热泵机组，并在近两年里由其下属公司——北京中科能源高科技有限公司在北京、广州等地成功实施了十余个工程项目，设计空调取暖、散热器采暖、热水供应、地热尾水热回收利用等多种形式，取得了良好的运行效果。
国内对土壤源热泵的研究主要集中在一下5个方面：地下换热器的传热计算模型的建立，地下换热器传热计算的模拟研究，地下换热器的筛选及埋底盘管合理管间距的理论分析，土壤冻结对地下换热器传热的影响，地下换热器间歇运行工况的分析。
2.2.3北京地区地源热泵发展特点
据不完全统计，截至2009年北京市采用地源热泵系统的建设项目已累计583个，其中地下水源热泵项目445个，土壤源热泵项目138个；服务面积达1394万m2[6]。其发展特点总结如下。
一．从盲目发展高峰逐渐回归到正常健康发展轨道
总体来看，北京市地源热泵的发展经历3个阶段。
第一阶段是90年代末期到2004年，北京市地源热泵呈迅速发展态势，此间北京市发展的地源热泵93%是地下水源热泵。
第二阶段是2004-2006年，这期间地下水源热泵在应用过程中的不足之处如回灌困难、出水量不足、耗电量大等问题开始凸显，人们对于地下水源热泵的合理应用开始质疑和反思。
第三阶段是2006年至今，北京市地源热泵的发展开始从以地下水源热泵为主向以土壤源热泵为主转变。
二．发展区域集中
地下水源热泵在北京市分布广泛，全市各区县都有建设，尤以海淀区最多，建设数量和服务面积分别占全市地源热泵的28.8%和26.5%。土壤源热泵主要集中在顺义、昌平、朝阳、通州、海淀等区[7]。
三．建筑规模集中
北京市地下水源热泵和土壤热泵的服务规模主要集中在3万m2以下。
四．应用建筑类型广泛
目前地源热泵项目应用于北京市各种类型的建筑，包括办公楼、住宅、医院等。建设项目最多，服务面积最大的建筑类型是办公楼，分别为288个和518万m2，占总服务面积的33.0%。
五．“复合式”地源热泵应用于大型建筑
大型建筑所需冷热负荷较高，如果按照建筑所需最高负荷进行设计，势必会选用大容量机组，从而大大增加地源热泵系统的初投资，而全年满负荷运行的时间并不长，这对整个系统来说是一种浪费，也降低了热泵系统的性价比。因此北京市许多大型建筑选用地源热泵系统和其他冷热源相结合的负荷方式为建筑物供暖制冷。复合式地源热泵不仅可以“削峰填谷”，增加热泵的性价比，还可以有效解决因场地限制而不能使用土壤源热泵的问题，如果建设项目所在地埋空间不够支撑建筑的冷、热需求，则可以联合其他冷热源，共同为建筑供暖制冷。
2.2.4地源热泵研究的一些问题
影响地源热泵推广应用的主要原因有
（1）土壤特性问题。地源热泵系统的性能好坏与当地土壤热性能密切相关，地热源的最佳间隔和深度取决于当地土壤的热物性和气候条件。土壤的热特性研究主要包括土壤的能量平衡、热工性能、土壤中的传热与传湿以及环境对土壤热物性的影响等。
（2）地下换热器传热吉利的理论研究繁多，但是缺乏理论与实践的有效结合，缺乏多环境下应用技术的系统研究以及实际有效的强化传热方法。
（3）不同冷、热负荷下，地下换热器与热泵系统最佳匹配技术的研究不够。20世纪90年代以来，地热空调技术的研究热点依然集中在地热能换热器的换热机理、强化换热及热泵系统与地热能换热器匹配方面。与前一阶段单纯采用线源传热模型不同，最新的研究更多地开始关注相互耦合的传热、传质模型以更好地模拟地热能换热器的真实换热情况；同时开始研究采用热物性更好的回填材料，以强化土壤埋管在土壤中的导热过程，从而降低系统用于安装土壤埋管的初投资：为进一步优化系统，国外有关地热能换热器与热泵装置的最佳匹配参数的研究也在开展。
（4）热泵技术与其它技术的配合问题：地源热泵技术是暖通空调技术与钻井技术相结合的综合技术，两者缺一不可，这要求工程组织者和工程技术人员能够合理协调，做好充分的技术经济分析。
（5）对环境的影响问题：目前地下水的回灌技术不完善，在一定程度上会影响以水为低位热源的地源热泵的进一步推广；此外地源热泵空调系统钻井对土壤热、湿及盐分迁移的影响研究有待进一步的深入，如何使不利因素减少到最小是必须考虑的问题[8]。
第3章北京市某别墅地源热泵供暖案例分析
3.1热泵系统简介
现北京地区有一栋300m2的别墅准备采用地源热泵供暖，其设计的地源热泵系统如下：
图1 地源热泵供暖示意图
3.1.1热泵系统的组成
热泵系统由压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀四部分组成，通过让液态工质(制冷剂或冷媒)不断完成：蒸发（吸取环境中的热量）→压缩→冷凝（放出热量）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。
压缩机(Compressor)：起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用，是热泵系统的心脏
蒸发器(Evaporator)：是输出冷量的设备，它的作用是使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的
冷凝器(Condenser)：是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的
膨胀阀(Expansion Valve)：对循环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量。
根据热力学第二定律，压缩机所消耗的功（电能）起到补偿作用，使循环工质不断地从低温环境中吸热，并向高温环境放热，周而往复地进行循环。
3.1.2热泵系统的理想工作过程
从蒸发器出来的干饱和蒸气1，经过压缩机绝热可逆压缩后变成高温高压的过热蒸气2，然后在冷凝器中与水充分交换热量，实现可逆的等压放热过程，变为饱和液
体状态4，再流过膨胀阀，经过不可逆的绝热节流过程降压降温至状态5，最后进入蒸发器实现可逆的定压蒸发吸热过程变为状态1，至此完成了一个循环。在冷凝器中，进入其中的温度较低的水吸热后变为温度较高的水，从而为房间供热。在T-s图和p-h图上画出循环示意图（由于4-5过程是不可逆的，所以用虚线表示）：
图2 理想工作过程
3.2热泵系统分析预备知识
3.2.1热泵供热系数的计算公式
一．供热系数的理论计算公式
循环的吸热量 q2=?1??5而4-5是绝热节流过程，有h4=?5
故循环的吸热量q2=?1??4压缩机做功量 w=q1?q2=?2??1。
所以循环的供热系数为：
ε′=q1
w =q1
q1?q2
=?2??4
?2??1
（1）
式中，?1为p1压力下的饱和气体的焓，可以单独由 p1来确定，?2 可以由 p2和 s2确定，?4为 p2 压力下的饱和液体的焓，可以单独由 p2 来确定。
1-2是等熵过程，所以 s1=s2，即 s2也可以由p1 来确定。所以我们只需要确定 p1和 p2 两个参数即可确定各个状态的参数。
二．采用过冷措施后供热系数的计算公式
采用过冷措施，可以提高热泵的供热系数，即让蒸气在换热器中冷却到过冷液
体的状态4。p-h图和T-s图如图。
图3 采用过冷措施
变此时，w=?2??1不变，而供热量 q1=?2??4变大，故供热系数 ε′=q1
w 大。
但是过冷措施要求设备比较高，所需要的程序比较复杂，一间别墅不是很有必要安装这样复杂的设备，所以是否采用过冷措施需要仔细斟酌。
三．考虑压缩机的效率
如果考虑实际情况，压缩机的压气过程并不是等熵过程，则蒸气经过压缩机后的状态就变为了2’，循环如下图所示。
图4 考虑压缩机效率
假设压缩机的效率为η，则有
η=?2??1
?2’??1
，故 ?2’=
?2??1
η
+?1 (2)
所以，实际供热系数
ε′=q1
w′
=
?2’??4
?2’??1
=
?2??4
?2??1
?
(1?η)(?1??4)
?2??1
(3)
显然相比于理想的压缩机，供热系数减小。
3.2.2压缩机的选择
压缩机是热泵系统的心脏，它从吸气管吸入低温低压的工质，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的工质，从而实现压缩→放热→膨胀→吸热的循环。合理地选择压缩机对我们的方案尤为重要。
常见的压缩机有往复式、螺杆式、转子式、涡旋式和离心式五类，其特点分析如下。
一．往复式
优点：
1、热效率高、单位耗电量少。
2、加工方便，对材料要求低，造价低廉。
3、装置系统较简单。
4、设计、生产早，制造技术成熟。
5、应用范围广。
缺点：
1、运动部件多，结构复杂，检修工作量大，维修费用高。
2、转速受限制。
3、活塞环的磨损、气缸的磨损、皮带的传动方式使效率下降很快。
4、噪音大。
5、控制系统的落后，不适应连锁控制和无人值守的需要。
二．螺杆式
优点：
1、可靠性高：螺杆压缩机零部件少，没有易损件，因而它运转可靠，寿命长，大修间隔期可达4-8万小时。
2、操作维护方便。
3、动力平衡好：体积小、重量轻、占地面积少。
4、适应性强：螺杆压缩机具有强制输气的特点，容积流量几乎不受排气压力的影响，在宽广的范围内能保持较高的效率，在压缩机结构不作任何改变的情况下，适用于多种工质。
5、多相混输：螺杆压缩机的转子齿面间实际上留有间隙，因而能耐液体冲击，可输送含液气体、含粉尘气体、易聚合气体等。
缺点：
1、造价高：由于螺杆压缩机的转子齿面是一空间曲面，需利用特制的刀具在价格昂贵的专用设备上进行加工。另外，对螺杆压缩机气缸的加工精度也有较高的要求。
2、不能用于高压场合：由于受到转子刚度和轴承寿命等方面的限制，螺杆压缩机只能用于中、低压范围，排气压力一般不超过3MPa。
3、不能用于微型场合：螺杆压缩机依靠间隙密封气体，一般只有容积流量大于0.2m3/min时，螺杆压缩机才具有优越的性能。
4、噪音大。
三．转子式
优点：
1、零部件少，结构简单。
2、易损零件少，运行可靠。
3、没有吸气阀片，余隙容积小，输气系数较高。
4、在相同制冷量情况下，压缩机体积小，重量轻，运转平衡。
缺点：
1、加工精度要求较高。
2、密封线较长，密封性能较差，泄露损失较大。
3、滑片与汽缸壁面之间的泄露、摩擦和磨损较大，限制了它的工作寿命和效率的提高。
四、涡旋式
优点：
1、效率高，更有利于节能，保护环境。
2、噪声更低。
3、体积更小，重量更轻。
4、运行平稳，气流脉动小，扭矩变化小，压缩机寿命长。
5、压缩过程长，相邻压缩腔压差小，泄漏量小，效率更高。
缺点：
1、制造成本高。
2、难以达到较高的压缩比。
五、离心式
优点：
1、离心式压缩机的气量大，结构简单紧凑，重量轻，机组尺寸小，占地面积小。
2、运转平衡，操作可靠，运转率高，摩擦件少，因之备件需用量少，维护费用及人员少。
3、在化工流程中，离心式压缩机对化工介质可以做到绝对无油的压缩过程。
4、离心式压缩机为一种回转运动的机器，它适宜于工业汽轮机或燃汽轮机直接拖动。对一般大型化工厂，常用副产蒸汽驱动工业汽轮机作动力，为热能综合利用提供了可能。
缺点：
1、离心式压缩机还不适用于气量太小及压比过高的场合。
2、离心式压缩机的稳定工况区较窄，其气量调节虽较方便，但经济性较差。
3、离心式压缩机效率一般比活塞式压缩机低。
地源热泵是为住宅设计的，噪音不宜太大，否则会影响居民的正常生活，故不能使用往复式压缩机和螺杆式压缩机。住宅用压缩机所需要的气量比较小，故离心式压缩机也不适用。转子式压缩机和涡旋式压缩机比较符合条件，二者各有特点，转子式
压缩机成本比较低，涡轮式压缩机使用寿命比较长。考虑到案例中是在建设别墅，主人在资金上可能考虑较少，更重要的是是否能够长久供暖，故涡轮式压缩机更加合适，在本案例中转子式压缩机也参与到讨论中，因为它所能提供的压力更大，可以满足一些特定的需求。
3.2.3工质的选择
北京市地下10m处的土壤温度常年保持在13.4℃左右[9]，假设为别墅供热的水温要求达到72℃，则工质需要在13.4℃～72℃之间循环工作。
常见的制冷剂有R12，R22，R123，R134a，R404a，我们逐一分析其特点。
R12在常温下为无色气体，是一种使用方便，安全的制冷剂，广泛应用于各种制冷系统中。由于对臭氧层有破坏、并且存在温室效应，R12已经属于国际和国家禁止使用的冷媒物质。
R22在常温下为无色，近似无味的气体，不燃烧、不爆炸、无腐蚀，毒性比R12略大，但仍然是安全的制冷剂，安全分类为A1。R22 是一种低温制冷剂，可得到-80℃的制冷温度。其在13.4℃下的饱和蒸汽压为0.7533Mpa，等熵压缩到72℃时蒸气压为2.2836Mpa。其理想工况制冷系数（COP）为6.98，臭氧消耗指数（ODP）值为0.05，温室效应指数（GWP）值为0.34。
R123属于HCFC类物质（第二批受限的ODS物质）。虽然R-123仍然对臭氧层有破坏、并且存在温室效应，但是R-123的综合性能很好，因此，到2014年，包括美国在内的发达国家和绝大多数发展中国家，仍然有用于新空调设备的初装或旧设备上的再添加；中国对于R123制冷剂的生产、初装、以及再添加没有限制。其在13.4℃下的饱和蒸汽压为0.0582Mpa，等熵压缩到72℃时蒸气压为0.4304Mpa。其理想工况制冷系数（COP）为7.44，臭氧消耗指数（ODP）值为0.02，温室效应指数（GWP）值为0.02。
R134a是使用最广泛的中低温环保制冷剂，由于HFC-134a良好的综合性能，使其成为一种非常有效和安全的CFC-12的替代品，主要应用于在使用R12制冷剂的多数领域。它完全不破坏臭氧层，是当前世界绝大多数国家认可并推荐使用的环保制冷剂，也是目前主流的环保制冷剂，广泛用于新制冷空调设备上的初装和维修过程中的再添加。其在13.4℃下的饱和蒸汽压为0.4638Mpa，等熵压缩到72℃时蒸气压为2.0869Mpa。其理想工况制冷系数（COP）为6.94，臭氧消耗指数（ODP）值为0，温室效应指数（GWP）值为0.29。
R404A属于HFC型非共沸环保制冷剂（完全不含破坏臭氧层的CFC、HCFC），得
到目前世界绝大多数国家的认可并推荐的主流低温环保制冷剂，广泛用于新冷冻设备上的初装和维修过程中的再添加。符合美国环保组织EPA、SNAP和UL的标准，符合美国采暖、制冷空调工程师协会（ASHRAE）的A1安全等级类别。其在13.4℃下的饱和蒸汽压为0.9126Mpa，等熵压缩到72℃时蒸气压为3.3209Mpa。其理想工况制冷系数（COP）为6.43，臭氧消耗指数（ODP）值为0，温室效应指数（GWP）值为0.42。
R410A是一种新型环保制冷剂，不破坏臭氧层，工作压力为普通R22空调的1.6倍左右，制冷（暖）效率高，提高空调性能，不破坏臭氧层。R410A是目前为止国际公认的用来替代R22最合适的的冷媒，并在欧美，日本等国家得到普及。R410A替换在主要国际市场的全球趋势及展望的使用状况和进入国际市场的动态。其在13.4℃下的饱和蒸汽压为1.2019Mpa，等熵压缩到72℃时蒸气压为3.5972Mpa。其臭氧消耗指数（ODP）值为0，温室效应指数（GWP）值为1730。
其中，由于R12对臭氧层有破坏，并且有温室效应，现在已经被禁用了。而对于传统的制冷剂R22，考虑到其ODP和GWP也较大，不符合环保的主题，在此也不使用。
R123，臭氧消耗指数（ODP）值为0.02，温室效应指数（GWP）值为0.02，并不属于环保制冷剂，但是等熵压缩到72℃，R123需要的压力远远低于其他制冷剂。考虑涡旋式压缩机的工作压力比较低，难以达到较大的增压比，R123刚好可以与其结合使用。
R134a，臭氧消耗指数（ODP）值为0，温室效应指数（GWP）值为0.29。对臭氧层没有大的破坏，但是在一定程度上会加剧温室效应。不可燃又无毒，工作压力虽然高于R123，但也算制冷剂中比较低的工质，做制冷剂比较合适，尤其是使用涡旋式压缩机，工作压力比较小时，R134有其优势。
R404a，虽然臭氧消耗指数（ODP）值为0，温室效应指数（GWP）值为0.42，属于环保冷媒，毒性非常低，但是会加剧温室效应，而且工作状态下需要的压力较大，涡旋式压缩机根本无法提供到3Mpa的高压，倘若使用转子式压缩机则可以考虑。
R410a，臭氧消耗指数（ODP）值为0，温室效应指数（GWP）值为1730。对臭氧层没有大的破坏，但是会大大加剧温室效应。在倡导低碳生活的今天，R410a应该慎用。而且工作状态下需要的压力也较大，涡旋式压缩机无法提供3Mpa的高压，倘若使用转子式压缩机则可以考虑。
综上所述，倘若使用的是涡旋式压缩机，R123和R134a各有优劣，若房主更看重环保，则选用R134a作为工质；但是若考虑压缩机的特性，选择R123更加合适。倘若使用的是转子式压缩机，则R404a和R410a都可以考虑。
3.3热泵系统能量分析
3.3.1热泵供热系数的计算
涡旋式压缩机的效率一般略高于转子式压缩机，我们假设涡旋式压缩机的效率是η1=80%，转子式压缩机的效率是η2=75%。压缩机进口温度t1=13.4℃，压缩机出口温度t2=72℃。
由（3）式
ε′=q1
w′
=
?2’??4
?2’??1
=
?2??4
?2??1
?
(1?η)(?1??4)
?2??1
通过查询R123、R134a、R404a、R410a四种工质各个状态下的焓[9]，计算出其对应的供热系数，列表如下。
表2 不同工质供热系数的计算
其中，R134a同时计算了80%和75%两种效率，这是因为R134a在等熵压缩到72℃时所需的压力为2.0869Mpa，涡旋式压缩机不一定能提供这样的压力，可能需要使用转子式压缩机，所以同时计算了涡旋式压缩机和转子式压缩机的效率。在实际应用过
程中使用哪个压缩机取决于压缩机的性能。
结合以上几种工质的物化性质及其对应的供热系数，我们发现R404a的供热系数较小，故不予以考虑。
倘若使用涡旋式压缩机，只有R123所需要的压力是涡旋式压缩机一定可以提供的，而且R123的供热系数在几种工质中处于中等偏上的位置，不过R123不是环保型制冷剂，可能不被提倡。若对环保有较高的要求，则可以考虑使用R134a,此时应该注意选取能够提供较大压力的涡旋式压缩机。
倘若使用转子式压缩机，R410a是一个很好的选择，它对臭氧层没有污染，属于环保型制冷剂。与此同时，R410a在案例条件下的供热系数是最大的，能量利用效率较高，是很好的选择。不过R410a可能会大大加剧温室效应，使用时也应该谨慎。
综上所述，倘若使用涡旋式压缩机，R123和R134a都比较合适，R123所需压力小，但是对臭氧层有一定破坏；R134a所需压力相对较大，但是对臭氧层没有破坏。倘若使用转子式压缩机，R134a和R410a比较合适，R134a对温室效应作用不明显，但是供热系数相对较低；R410a会大大加剧温室效应，但是供热系数很高。
考虑案例中的情况，别墅中使用涡旋式压缩机的可能性更大，因为涡旋式压缩机使用时间更为长久。在以下分析中，我们假设将R123作为工质。
3.3.2热泵耗电量的计算
下图为民用建筑采暖热指标。本案例中别墅属于住宅，对其采用节能措施，即采暖热指标选取为q?=45W/m2。
图5 北京市采暖热指标推荐值q?
新建精伊霍铁路ZH3标站后工程 伊宁东站地源热泵工程 开 工 报 告 XXXXX精伊霍铁路ZH3项目经理部
德州亚太集团地埋管换热系统及机房施工方案 目录 第一章工程概况 第一节工程安装、验收执行规范、标准 第二节工程特点 第三节施工技术关键 第四节施工平面布置 第二章安装方案 第一节工期目标 第二节施工进度总体安排 第三节工期控制点 第四节工期保证措施 第五节各工序的协调措施 第六节现场管理及有关协调配合 第三章主要安装方法及技术措施 第一节预留预埋方法和技术措施 第二节风管及部件的安装 第三节空调水管道系统施工方法 第四节空调设备的安装 第五节空调系统调试 第四章劳动力计划 第一节施工力量部署 第二节劳动力供应计划 第三节劳动力管理措施 第四节施工机械设备进场计划 第五节施工机具的管理 第六节材料进场计划 第五章工期、质量保证措施 第一节工期目标 第二节施工进度总体安排 第三节工期控制点
第四节施工进度计划 第五节工期保证措施 第六节质量目标 第七节质量保证措施 第八节冬、雨季施工措施 第九节现代管理方法 第六章安全、文明保证措施 第一节安全目标 第二节文明施工目标 第三节安全保证措施 第四节文明施工保证措施 第五节施工现场环保措施 第六节消防安全保障措施 第七章成品半成品保护措施 第一节成品保护 第二节管道成品保护 第八章技术服务 第一节运营相关人员的培训计划 第二节维修保养服务 附表 拟投入的主要施工机械设备表 质量保证体系机构图 安全保证体系机构图 劳动力计划表 项目经理简历表 项目技术负责人简历表 项目管理机构配备情况表 项目管理机构配备情况辅助说明资料 施工进度表 第一节工程安装、验收执行规范、标准 1、GB50300—2001 《建筑安装工程质量检验评定统一标准》
地源热泵工作原理地源热泵原理图 舒适100网2010-7-9 12:00:38 .shushi100. 地源热泵是一种绿色技术，地源热泵工作原理是利用地热资源将低位能量转化成高位能量从而达到节能的目的，地源热泵能效比一般可以达到5以上，比普通的中央空调要节能40%以上，目前我国也在大力倡导地源热泵中央空调系统，很多专家认为，地源热泵将是中央空调的未来和趋势。 地源热泵为什么如此节能呢，这要从地源热泵工作原理说起，地源热泵主要是利用了地能和水能，和太阳能一样，他们都是免费可再生能源。下面我们通过地源热泵原理图为大家详细介绍一下地源热泵工作原理，看看地源热泵是如何节能的。 地源热泵原理简述 作为自然现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温流向低温，用著名的热力学第二定律准确表述：“热量不可能自发由低温传递到高温”。但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以地源热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低，这就是地源热泵节能的原理。
地源热泵原理图 地源热泵工作原理 地源热泵系统是从常温土壤或地表水（地下水），冬季从地下提取热量，夏季把建筑的热量又存入地下，从而解决冬夏两季采暖和空调的冷热源。 夏季通过机组将房间的热量转移到地下，对房间进行降温，同时储存热量，以备冬用。冬季通过热泵将土壤中的热量转移到房间，对房间进行供暖，同时储存冷量，以备夏用，土壤提供了一个很好的免费能量存贮源泉，这样就实现了能量的季节转换。 地源热泵原理图
开题报告 设计题目：天津迎光丽苑供热系统及换热站工程设计学生姓名： 学院名称：城建学院 专业名称：建筑环境与能源应用工程 班级名称： 学号： 指导教师： 教师职称: 教授 学历：本科 2017年3月3日
开题报告 一、选题依据 1.设计目的及意义 冬季采暖是我国北方居民的生活需求。采暖是人们为了保证适宜的生活条件而创造的。因此采暖方式与设备便成为了一直以来人们所关心的话题。随着社会的发展，人们对室内环境水平程度也越来越看重。现在的供暖方式日新月异，当然，每种供暖方式也存在一定的弊端。保障冬季供热工作安全稳定运行，保障城市居民的正常生活。同时，通过进一步的熟悉相关专业知识，了解相关规范，做好有关专业知识的衔接，为以后的工作和学习奠定基础，让自己可以在这个领域有进一步的发展。 通过本设计可以清晰的了解供热系统及换热. 站的设计不走和相关设备的工作原理，进一步熟练应用专业知识，熟悉相关规范；同时，本设计也应理论联系实际，在符合相关规范的前提下，尽可能的设计出节能环保的供热系统，使设计方案达到最佳。 2.设计拟解决的工程实际问题 （1）根据建筑物的实际工程概况，选择采暖系统，供水方式，计算热负荷； （2）选择散热器种类或者采用地暖，并计算散热器片数或者地暖热负荷； （3）计算管径和水利平衡并进行采暖管路布置； （4）选择换热器型号及数量； （5）选择水泵、水箱等设备并确定水泵、水箱等设备的布置位置； 室内供暖系统要考虑如何能够让整栋楼达到水力平衡，使每户温度在设计温度。室外管网要考虑怎样进行室外管网的最优设计，使其既经济合理，又不影响小区的整体规划美观，在出现故障时还能够方便检修；换热站的设计中设备、各种附件等的选型与布置，要保证其提供的热量能够满足各用户的需求，并且方便设备的维护与检修等。 3.设计拟应用的现场资料综述 据《供热通风与通条工程设计资料大全》气象资料，采暖室外计算温度-9℃，冬季室外平均风速3.1m/s，冬季室外最多风向的平均风速6.0m/s，冬季最多风向
地源热泵系统施工方案 1、施工准备 1.1、技术准备 （1）根据业主和监理工程师进场时间的要求，提前5日在监理工程师的主持下，与业主协调将临时用电、用水接入施工现场，迅速组织施工人员和施工机具进场，建立后勤保障。 （2）组织设计人员、施工人员参加图纸会审，根据施工现场和业主的要求完善设计图纸。 （3）要求严格按图纸施工，详细阅读设备、机具使用说明等有关资料，掌握其技术要求，各项工程要求做出施工方案及措施，并报公司工程部审批。 （4）做好施工班组的质量、安全、技术交底工作。 （5）做好设备的清点交接工作。 （6）熟悉现场，规划总平面布置，编制施工组织设计及施工方案、开工报告送业主审批。 1.2、临时设施准备 （1）工作场地：工程施工临时设施在施工现场内，设材料仓库、产品预制区、半成品、成品摆放区，办公区和生活区根据业主要求另行设置。减少++噪音影响，噪音大的施工作业尽量远离办公区、住宅区。 （2）材料机具及其配件堆放、加工制作场地设置在临时施工用地内，现场施工布置与土建筑施工总平面布置统一考虑。具体安排有
业主统一协调布置。（施工平面图附后） （3）现场临时用电：业主提供施工现场临时电源，我方提前统计好这个工程施工用电量，并由专用供电回路配电（若提供电源供电不足，考虑凭柴油发电机）。施工用电现场所设有带漏电开关的配电箱，采用三相五线制配电。 2、室内机房施工 2.1、设备安装流程 2.2、空调设备安装方法 （1）设备安装前应开箱检查，设备和电器有无损坏，产品合格证书和技术资料及零、配件是否齐全，并做好设备开箱检查记录。 （2）校对设备地脚螺栓孔尺寸与现浇混凝土基础尺寸是否相符，准备好安装机具。 （3）本工程空调机房设在建筑物地下一层，机组设备吊装孔吊入机房，然后根据现场情况采用导轨安装法、平板安装法、水平牵引法和滚筒移动法等安装方式进行机器设备的水平搬运。 （4）在吊装设备时，索具应挂在底座上或机组安装孔上，不允许吊在设备的螺栓孔或设备轴承体（水泵不能在电机轴上）。起吊时应在吊装重心，应确保吊装设备的承载能力，并防止设备碰撞，特别应避免设备连轴器处、轴加工配合面等的损坏。 （5）混凝土基础采用强度等级C15，应依据设计图纸和设备技
地源热泵在解决农村采暖问题中大显身手 2009-3-14 农村冬季采暖现状的分析 冬季采暖的方式从某种意义上来说,可以认为是衡量居民生活质量高低的标准之一。对于生活在农村的居民来说,采暖的投入是占了家庭支出中比例较大的一部分。在何谓新农村建设的解释中，新房舍是“五新”之一，那新房舍的采暖及选择什么样的能源实现供暖也就必然成为了一个重要的现实问题。 北京英沣特能源技术有限公司总经理庄永卫在接受记者采访时说，他们公司曾对农村采暖市场进行过一些调研,在总结调研结果时他们认为，目前，我国农村广大地区居民的采暖形式还是比较落后，以燃煤为主，甚至一些地区仍然烧柴。因为目前适合农村选用的新型采暖技术不多，有相当一部分农民家中选用燃煤的土制采暖炉采暖（土暖气），甚至很多地区仍靠小煤炉、火炕等取暖。 北京市科委的一份调查报告也说明了此情况：2006年，北京市科委在北京市10个远郊区县组织开展了农村能源调研工作，共走访1000户农民家庭，获得有效调研问卷900余份，初步摸清了农村能源利用的“家底”。 调研结果显示：北京农村居民家庭能源消费基本上完成由初级能源向商品能源的转化。农村家庭平均年用煤2.9吨，用电920kW?h ，液化气3~4罐。在家庭总能源消费中，煤炭占74%，电力占13%，液化气占8%，秸秆等生物质能源仅占5%。农村居民家庭能源消费2.9吨煤中用于采暖的达到2.3吨，比例接近80%。按照热量折算，家庭能源消费中的60%左右用于冬季采暖，78%的家庭认为采暖负担重。北京10个远郊区县农业户籍家庭年总燃煤量高达300万吨（折标煤215万吨），用于采暖240万吨（折标煤170万吨、CO2445万吨、SO21.45万吨、NOx1.26万吨）。 通过以上调查报告中数据分析看出：在北京近郊的农村家庭尚如此，在边远地区和经济不发达地区的农村里，居民采暖问题更是迫切需要改变的。由此，我们认为，解决农村的采暖问题应是新农村建设中能源问题的重点方向。 地源热泵技术在农村推广应用的瓶颈
总目录 一、地源热泵空调设计依据 (4) 二、地源热泵空调系统原理 (11) 三、地源热泵空调设计方案 (15) 四、地源热泵空调设备选型 (20) 五、地源热泵空调工程造价 (21) 六、运行费用测算 (28) 七、XX地埋管专用地源热泵性能特点 (29) 八、地源热泵空调系统施工要点 (31) 九、售后服务保证 (44) 十、XX空调公司简介 (45) 附件：公司资质证明文件 企业法人营业执照 质量管理体系认证 环境体系认证 质量信誉证书 专利认证证书 国家级重点新产品证书 部分用户名录
一、地源热泵空调设计依据 1.1国家有关设计规范 《水源热泵机组》 GB/T19409－2003 《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003 《采暖与卫生工程施工及验收规范》 GBJ242－82 《城市热力管网设计规范》 GJJ34－90 《通风与空调工程施工及验收规范》 GBJ243－82 《制冷设备安装工程施工及验收规范》 GBJ66－84 《空气调节系统经济运行》 GB/T17981-2000 《地源热泵系统工程技术规范》 GB/T50366-2005 1.2供热设计参数 夏季空调室外计算干球温度 33.2℃ 夏季空调室外计算湿球温度 20.4℃ 冬季空调室外计算干球温度 -13℃ 冬季空调室外最低日平均温度 -15.8℃ 冬季室外平均风速 0.5m/s 冬季室外主导风向 NW 冬季最大冻土深度 79 cm 1.3工程概况 本工程位于廊坊市，为豪华型、绿色环保生态别墅，其中样板间为36456.39平方米，其中地上7879.79平方米，地下192.60平方米。主要功能是住宅、休闲与一体的综合性高档别墅。廊坊隶属于北温带大陆性季风气
一、什么是地源热泵 我们先来简单的认识一下什么的地源热泵，地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术，是热泵的一种，热泵是利用卡诺循环和逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备。地源热泵通常是指能转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方。通常热泵都是用来做为空调制冷或者采暖用的。地源热泵还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内，一个年度形成一个冷热循环。 二、一般比较： 地源热泵中央空调和传统中央空调相比，最大的特点就在于它的节能性，这也是很多用户不顾高额初投资选择地源热泵中央空调的原因，地源热泵除了节能外，还有很多的优点，我们可以通过与传统中央空调的对比来分析地源热泵到底具有哪些优势，为什么如此深受用户青睐。 地源热泵中央空调与传统中央空调对比：环境保护 从土壤源热泵的整个运行原理来看，土壤源热泵系统实际是真正意义的绿色环保空调，不管是冬季还是夏季的运行，都不会对建筑外大气环境造成不良影响。而普通中央空调系统，将废热气或水蒸气排向室外环境，无一例外的都对环境造成了极大的污染。以地球表 面浅层地热资源作为冷热源，利用清洁的、近乎无限可再生的能源，符合可持续发展的战略要求。地源热泵中央空调与传统中央空调对比：运行效率 对于普通中央空调系统，不管是采用风冷热泵机组还是采用冷却塔的冷水机组，无一例外的要受外界天气条件的限制，即空调区越需要供冷或供热时，主机的供冷量或供热量就越不足，即运行效率下降，这在夏热冬冷地区的使用就受到了影响。而土壤源热泵机组与外界的换热是通过大地，而大地的温度很稳定，不受外界空气的变化而影响运行效率，因此，土壤源热泵的运行效率是最高的。 地源热泵中央空调与传统中央空调对比：经济方面 地源热泵系统还可以集采暖、空调制冷和提供生活热水于一体。一套热泵系统可以替换原有的供热锅炉、制冷空调和生活热水加热的三套装置或系统，从而减少使用成本，十分经济。 地源热泵中央空调与传统中央空调对比：运行费用 地源热泵系统在运行中的节能特点也是显而易见的：通常地源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量，其制冷、制热系数可达4以上，与传统的空气源热泵相比，要高出40%，其运行费用为普通中央空调的50%～60%。达到相同的制冷制热效率，土壤源热泵主机的输入功率较小，即为业主提供了较低运行费的空调系统，在全年时间使用空调的场所，这种效果尤为明显。锅炉只能将70%～90%的燃料内能为热量，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省约二分之一的能量。 地源热泵中央空调与传统中央空调对比：主机设置 对于普通中央空调系统，若设置风冷热泵机组进行冷热空调，则风冷热泵主机的设置必须要与外界通风良好，要么设置于屋顶，要么设置于地面，这对别墅空调受限就更严重。而土壤源热泵主机的设置就非常灵活，可以设置在建筑物的任何位置，而不受考虑位置设置的限制。若设置冷水机组+锅炉进行冷热空调，冷却塔和锅炉的位置就更受限制。因此，就主机的设置而言，地源热泵系统的主机设置是非常灵活的。． 地源热泵中央空调与传统中央空调对比：系统简单 一机多用，节约设备用房，应用范围广。地源热泵可供暖、空调，还可用于生活热水供应系统，一套系统可替代锅炉加空调的两套系统，因此一机多用，节省了建筑空间及设备的初投资，机组紧凑，节省设备用房空间，由此而产生的经济效益相当可观。 地源热泵中央空调与传统中央空调对比：无需除霜 大地土壤温度一年四季相对保持恒定，冬季也能保持在15℃以上，埋地换热器不会结霜，可
1、引言 节能是我国一项长远的战略方针。我国政府对节能工作高度重视，特别是改革开放以后节能工作出现了欣欣向荣的局面。节能对于供热行业来说潜力是相当大的。供热行业是能耗大户，能耗支出占据其大部分成本。由于以往的住宅供暖按面积收取热费，存在很大的不合理性，且不便于用户进行局部调节，造成供热用热浪费很大。随着人们生活水平的提高和供暖事业的不断发展，对供暖系统实现用热量的分户计量和独立控制的呼声越来越高。 近年来节能问题在供暖系统设计中越来越被人们重视。因此有必要在新建住宅中采用更合适的供暖系统形式来满足热费按户计量的需要。在节能问题上，尤其要特别重视能源利用过程前的处理，即在规划设计整个供暖系统时，应该考虑该系统的节能前景及经济效益。建设部《建筑节能“九五”计划和2010年规划》明确指出，“对集中供暖的民用建筑安装热表及有关调节设备并按户计量收费的工作，1998年通过试点取得成效，开始推广，2000年在重点城市新建小区中推行，2010年全面推广”。因此，在进行住宅室内采暖系统设计时，设计人员应考虑热用户分户及分室控制温度的需要。据初步测算，采取供暖分户计量，可以实现采暖节能20%以上。本文就几种适宜分户计量的采暖系统做一浅析。 2、旧式采暖系统的基本形式及其优缺点 长期以来，我国城市住宅室内采暖系统设计基本上都采用单管垂直系统的方案进行设计。（如图1）这种设计方案有许多优点：1系统简单；2施工方便；3造价低等，但是也存在一定缺陷，主要是不便于用户进行局部调节，因而造成能源的浪费。随着能源结构的变化及节能和物业管理的要求，这一缺陷越来越明显，使得此种供暖系统不得不被逐步替代。
一、地源热泵是如何工作的？ 为何能够节能？与传统空调有何不同？地源热泵主要是与地下土壤进行热交换，而不是与室外空气进行热交换。在夏季，在为室内提供冷气的同时，其废热不再是排入空气中，而是储存于地下，以此提高冬季供暖的效率；在冬季，室内供暖的大部分能量来自于地下，利用地下土壤的温度来为室内提供免费的热能。一般来讲，冬季每千瓦的电力能为室内带来4—5千瓦热量，而土壤温度的降低又为下一季节的空调带来冷源。 二、地源热泵的可靠跟传统空调相比如何？ 采用地源热泵进行热交换的方式，已经是非常成熟的施工工艺，只要按相关标准施工，其稳定性已经得到广泛认可。且由于其不受外界气候的影响，地源热泵是目前所有空调系统中运行最为可靠的。 三、地源热泵是否需要当地具有地热资源？ 地源热泵(Ground Source Heat Pump)有时也被称为地热热泵 (Geothermal Heat Pump)但实际上，它完全不需要当地具有地热资源， 它利用的只是地下介质如土壤、岩石和水的蓄热能力。 四、哪些情况下不宜安装地源热泵？ 答：相比之下，在下列情形中，地源热泵的优势不是十分明显： （1）楼层高、档次较低的住宅，此时地源热泵投资会明显抬高单位面积成本，影响房产商的利润，用户可能更倾向于简便、低廉的窗式空调或分体式空调。 （2）地质情况不好，如遇岩层、空洞等特殊土壤结构等，或外部场地十分狭小，造成钻井距离不足甚至是无法完成钻孔布局的情况下，就不宜安装地源热泵。
五、地源热泵的使用年限是多少年？ 地源热泵系统非常的可靠耐用。一般室外地埋换热部分寿命为50年，热泵机组寿命为15-25年。热泵主机系统安装于室内，没有风吹、日晒、雨淋、不用频繁的清洗，寿命远远长于传统空调。 六、地源热泵系统需要占用多大的室内空间？ 地源热泵系统的热泵机组常用的有两种：一种是别墅型涡旋机组，单机制冷量为 10KW-120KW，需要机房面积为4-10平米；一种是大型螺杆机组，单机制冷量一般都在几百个千瓦以上，需安装在专门的机房内，占用面积为25-60平米，噪音也较大。总体来说，地源热泵机组占地面积约为传统中央空调的三分之一。 七、热泵主机运行过程中噪音大吗？ 热泵主机都有独立的机房，所以噪音还是比较小的。如果业主对噪音比较敏感，建议在机房内做隔音处理。另外各个设备的品牌不同，安装工艺水平不同，噪音表现也所不同，所以我们建议水泵尽量选择知名品牌。 八、室内温度及舒适度怎样？ 地源热泵采取小温差、大流量的工作模式，在房间内您不会感觉到有任何的吹风感，比传统空调有明显的舒适比较。再加上系统自带的新风功能，让您仿佛置身于大自然般的宜人环境中。 九、地源热泵系统能提供热水吗？
地源热泵冬季供暖测试及传热模型3重庆建筑大学 魏唐棣☆ 胡鸣明 丁 勇 刘宪英 提要 概述了国外地源热泵的发展情况,报告了在所建设的15kW浅埋竖管换热器地源热泵试验装置上做的冬季供暖效果测试,建立了地下浅埋套管式换热器的传热模型。 关键词 地源热泵 地下浅埋套管式换热器 冬季供暖 传热模型 M e a s ure m e nt a n d h e a t tr a nsf e r m o d e lli n g of a s h a ll o w b uri e d gr o u n d s o ur c e h e a t p u m p i n wi nt e r h e a ti n g o p e r a ti o n By Wei T angdi★,H u M ingming,Ding Y ong and Liu X ianying Abs t r a c t Out li ne s d e ve l op me n t of GS HP(g r ound s our c e he a t p ump)a b r o a d,r e p o r t s t he me a s ur e me n t d one t o a15kW GS HP wi t h s ha ll ow buri e d ve r t i c a l t ub e he a t e xc ha ng e r s i n he a t i ng op e r a t i on mo d e,a nd e s t a bli s he s a he a t t r a ns f e r mo d e l. Ke yw o r ds g r ound s our c e he a t p ump,s ha ll ow buri e d t he rma l w e ll t yp e und e r g r ound e xc ha ng e r,he a t i ng i n wi n t e r,he a t t r a ns f e r mo d e l ★Chongqing Jianzhu University,China ① 1 概述 地源热泵是以大地为热源对建筑进行空调的技术。冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位对建筑供暖,同时蓄存冷量,以备夏用;夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温,同时蓄存热量,以备冬用。夏热冬冷地区供冷和供暖天数大致相当,冷暖负荷基本相同,用同一系统,可以充分发挥地下蓄能的作用。地下蓄能系统的埋管可环绕建筑布置;可布置在花园、草坪、农田下面或湖泊、水池内;可布置在土壤、岩石或地下水层内;也可在混凝土桩基内埋管。不必远距离输送,不必大面积开挖,也不占用地面,实是一种节能、对环境无害的绿色空调设备,符合可持续发展的要求。 “地源热泵”(GSHP)的名称最早出现在1912年瑞士的一份专利文献中,20世纪50年代欧洲出现了利用地源热泵的第一次高潮。在此期间,Ingersoll和Plass根据K elvin 线源概念提出了地下埋管换热器的线热源理论,但当时由于能源价格低,系统造价高,未得到广泛应用。70年代,石油危机把人们的注意力集中到节能、高效益用能,使地源热泵的发展进入了又一次高潮,此时地下埋管已由早期的金属管改为塑料管。这个时期欧洲建立了不少水平埋管换热器的地源热泵,但主要用于冬季供暖。80年代初开始,美国、加拿大开展了冷暖联供地源热泵方面的研究工作,不少文献报道了地源热泵不同形式地下埋管换热器的传热过程及模型,并有部分工程的运行总结和性能比较。 到目前为止,“地源热泵”的命名尚不统一,国外文献[1]称“地源热泵”(GSHP),文献[2]称“地耦合式热泵”(GCHP),文献[3]称“土壤—水热泵”;国内文献[4,5]称 3本文属国家自然科学基金资助项目,批准号为59778007“土壤热源热泵”,“土壤热泵”,“土地热源热泵”,“大地耦合式热泵”等;1997年建设部下发的《住宅产业现代化试点技术发展要点》中称作地热源热泵。考虑到“热泵”的科学含义一个重要内容是“热源”,地源热泵突出了“热源”,而且简单顺口,笔者采用“地源热泵”这一名称。 笔者查阅了美国、加拿大80年代中期到90年代中期建成的冷暖联供的数十个地源热泵的工程实例[6,7],大多数采用的是U形竖埋管换热器,按其埋管深度可分为浅层(<30m),中层(30～100m)和深层(>100m)三种,埋管深,地下岩土温度比较稳定,传热模型比较简单,钻孔占地面积较少,但相应会带来钻孔、钻孔设备的经费和高承压PVC管的造价增加。根据笔者的实践比较,埋深10～15m 的竖管要比埋深80～100m造价低60%～80%。国外在中、深层埋管换热器传热模型及工程实例方面的文献报道较多,但浅层埋管方面文献报道甚少,本文研究主要集中在浅层埋管换热器地源热泵的试验及传热模型的建立。 2 试验装置及测试仪表 根据竖埋单管试验结果[8],套管式换热器比U形管换热器传热效率高20%～25%,故试验装置采用了埋深10m 的套管式换热器5排15根埋管,错排布置,间距1.5m,孔洞与套管之间的缝隙用钻孔回收的岩浆回填。为了研究水平埋管换热器和冷暖地板的性能,还安装了3m×4m,深2 m和1m的两层水平蛇形管,室内地板下埋设了冷暖地板蛇形换热盘管。地下埋管换热器按总换热量15kW设计, ? 2 1 ?专题研讨 2000年第30卷第1期 ①☆魏唐棣,男,1963年2月生,讲师,在读博士研究生 400045重庆市沙坪坝区重庆建筑大学城建学院 (023)65121806 收稿日期:1999-08-31
第十八节采暖系统 一、工艺流程 安装准备→预制加工→干管安装→卡件安装→立管安装→散热器安装→系统试压冲洗→保温、调试。 二、管材使用及连接方法 共用立管及干管采用镀锌钢管，DN＞50焊接，DN≤20丝扣连接。 三、安装准备 1．认真熟悉图纸，核对已经配合土建施工进度预留的槽、洞及安装预埋件。 2．按设计图纸画出管路的位置、管径、变径、预留口、坡向、卡架位置等施工草图，包括干管起点、末端和拐弯、节点、预留口、坐标位置等。 3．管道安装前应熟悉管材的一般性能，掌握基本操作要点，严禁盲目施工。 四、预制加工 1.镀锌钢管焊接安装 1）管道焊接前应先清除接口处的锈迹、污垢及油脂割口断面应与管中心线垂直，当管壁厚大于4mm时，需开坡口，并清除渣屑、氧化铁，并用锉刀打磨直至露出金属光泽。 2）焊接钢管的切割坡口采用氧-乙炔焰气割，气割完成后，用锉刀清除干净管口氧化铁，用磨光机将影响焊接质量的凹凸不平处削磨平整。 3）小直径管道采用砂轮切割机和手提式电动切管机进行切割，然后用磨光机进行管口坡口。管道坡口采用V型坡口，坡口用砂轮机打磨，光滑、平整。对坡口两侧20mm范围内将油污，铁锈和水份去除，且保证露出金属光泽，保证坡口表面不得有裂纹、夹层等缺陷，并清除坡口内外侧污物。管口组对确保管子的平直度和对口平齐度。管道对接焊口的组对必须做到内壁齐平；管子组对点固，应由焊接同一管子的焊工进行，点固用的焊条或焊丝应与正式焊接所用的相同，点焊长度为10～15mm，高度为2～4mm，且应超过管壁厚的2/3；管道焊缝表面不得裂缝、气孔、夹渣等缺陷。
4）不同管径焊接，缩口的管头不应有皱折、裂纹、壁厚不均匀等现象，管口应平直，不应凹凸不平。 2.镀锌钢管丝扣连接同排水系统衬塑钢管丝扣连接方法。 五、管道的支吊架、套管制作安装 1．套管安装（预埋、栽设） 普通套管：管道穿过墙壁和楼板，应设置硬质套管。 根据所穿构筑物的厚度及穿越管道管径大小确定套管材质、规格和长度；并根据图纸统计出套管的规格与数量，编制套管加工统计表。当设计无要求时，对于小管径管道，其套管管径应比穿越管大两号；对于大管径管道，其套管内径应大于穿越管外径50mm。穿墙套管的长度应为墙厚加墙两面装饰层的厚度；穿楼板长度应为该处楼板厚度加楼板两面装饰层厚度之后，一般房间再加上20mm，卫生间等有防水要求的房间再加上50mm。 按照加工统计表、根据施工进度的要求制作套管。选取合适的管材，按相应的长度截取，套管两端面垂直于轴线、光洁无毛刺。下料后套管内刷防锈漆一道，必要的在适当部位焊好架铁。 套管安装应随同干管、立管、支管安装。将预制好的套管套在管道上，放在指定位置（预留孔洞处）。管道安装完毕找正后，再调整套管的位置及与管道的间隙，调整完毕加以固定不得位移。 需预埋套管时，应用小线拉直、找正，套管端面应与墙面平行，中心线宜与穿越管道的中心线在同一条直线上，且水平管需注意坡度要求。根据不同部位的要求把套管固定牢固，不得因轻微的碰撞而产生位移。安装在楼板内的套管，其顶部应高出装饰地面20mm；安装在卫生间及厨房内的套管，其顶部应高出装饰地面50mm，底部应与楼板底面相平；安装在墙壁内的套管其两端与饰面相平。 安装管道时应注意穿越管道与套管周边的间隙要一致，管道安装完毕应及时填堵套管与构筑物的缝隙。穿过楼板的套管与管道之间缝隙应用阻燃密实材料和防水油膏填实，端面光滑；穿墙套管与管道之间缝隙宜用阻燃密实材料填实，且端面应光滑。管道接口不得在套管内。
E 一、地源热泵的特点 1?地源热泵空调技术属经济、高效、可再生的能源利用技 术； 2?地源热泵基本为零排放； 3.地源热泵效率高； 4?地源热泵空调一机多用，应用范围广； 5?地源热泵空调系统维护、运行费用低； 6.地源热泵空调系统全年温度波动小，适合极冷和极热地 区。 二、地源热泵的应用条件 1?地源热泵系统最适用采暖/制冷比较均衡的地区； 2.建筑物周围有可供埋管的较大面积的空地； 3.建筑物周围有可供利用的河流或湖水（水源热泵）。 三、地源热泵推广中存在的问题 1.设计难度大 设计前需要关注的问题多： ①地埋管换热器的全软件计算全年进、出口温度； ②土壤温度的全年变化； ③地质勘察资料（岩土层的结构、热物性及温度、地下水位、 径流方向、水温及流速、冻土层厚度等）。 设计需计算的内容复杂：
①传热介质与U 型管内壁的对流换热热阻计算、U 型管的 管壁热阻计算； ②钻孔回填材料的热阻计算及地层热阻、从孔 壁到无穷远处的热阻计算； ③短期脉冲负荷引起的附加热阻计算、垂直地埋 管换热器钻孔的长度计算。 影响地埋管设计的因素多： ①埋管区域岩土体的初始温度、岩土体的导热系统； ②回填料的导热系统、地源热泵系统的负荷； ③传热介质与U 型管内壁的对流换热系统、土层深度，可 埋管面积等。 2.施工工艺特殊的问题目前，地源热泵的主机多为进口机组，而各种管件、集分水器多为国产产品，造成材料和设备的设计、制作规范不一致，给施工和使用带来困难。 在设计、材料、设备、规范等方面有配合问题，使得地源热 的施工相对复杂。 3.相关验收规范、配套政策滞后的问题 ①缺乏完善的产品制造标准和应用技术规范； ②技术标准来自欧美，与中国还有适应和配合问题； ③多头管理：归口部门不清晰，推广管理部门多种多样; ④中央政府部门缺乏明确的鼓励政策及配套措施。 4.系统衰减快，修复困难的问题
地源热泵供暖方案
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静海时运花园地源热泵供暖方案 某中学地源热泵技术 供暖方案
第一部分地源热泵项目设计
一、项目概况及设计依据 该总建筑面积约22916平方米，节能建筑，其中教学楼分别为2872㎡和2761㎡各一栋，综合教学楼3916㎡，专业教室2545㎡,学生公寓两栋计8722㎡，餐厅2100㎡,其中学生餐厅暂不考虑供暖，机组选用KLSH-160D两台，按照供热需求调剂使用以便节能；地源侧循环泵和用户端循环泵分别按照机组配置；水泵的启用模式与机组启用模式相同，可降低运行费用。地源热泵水源水系统来自室外地下埋管系统，其水系统在闭式PE管路中循环，无须自地下提取地下水。 设计依据 1、甲方提出的设计任务及相关专业提供的条件图； 2、《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003） 3、《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366-2005） 4、《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008 5、《民用建筑电气设计手册》 6、《智能建筑设计规范》GB/T50314-2000 7、《智能建筑弱电工程设计施工图集》GBBT-471 8、《建筑电气工程施工质量及验收规范》GB50303-2002 9、《建筑电气通用图集》92DQ1 10、暖通专业要求及暖通专业条件图 二、方案考虑原则 1、在条件允许的情况下，满足建筑物冬季采暖要求； 2、在保证安全可靠的情况下，尽量节省投资费用；
地源热泵系统工程 技术方案 一、项目介绍
1、工程概况 本工程为。总用地15322.46㎡。 本项目总建筑面积约为，包括，旧楼。空调系统需满足建筑物冷、热负荷要求。 2、设计依据 2.1 参考资料 《建筑给水排水设计规范》GB 50015-2003（2009） 《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50019-2003 《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045-95（2005年版） 《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005 《公共建筑节能设计标准》DB13(J)81-2009 2.2 设计参数 采用负荷指标法估算建筑物的冷、热负荷： 夏季冷指标为94.5w/㎡，冷负荷为3130.82kw； 冬季热指标为81.7 w/㎡，热负荷为2706.75kw。 二、设计方案描述 1、设计思路 本项目埋孔面积有限，土壤换热器的数量仅能满足部分建筑物冷热需求，所以空调系统采用地源热泵+户式空调的组合方式，新增建筑的七层以下（含七层）及原有培训楼（旧楼）采用地源热泵系统，新增建筑的八层以上（含八层）采用户式空调。地源热泵系统采用集中温控系统实现自动控制。 2、热泵主机配置描述 本方案配置2台美国美意公司生产的 MWH2800CC型地水源热泵机组。 MWH2800CC型地水源热泵机组是以地能即 地下水(井水、地埋管或其他地表水)为主要能源辅以 电能，通过先进的设备将地下取之不竭但不易利用的 低品位再生能源开发利用，使其变为高品位能源。
MWH2800CC型地水源热泵机组的性能参数如下：
3、室外地埋孔描述 目前普遍采用的有垂直埋管和水平埋管两种基本的配置形式。 水平埋管是在浅层土壤中挖沟渠，将PE管水平的埋置于沟渠中，并填埋的施工工艺。水平埋管占地面积较垂直埋管大，效率较垂直埋管低。 垂直埋管是在地层中垂直钻孔，然后将地下热交换器（PE管）以一定的方式置于孔中，并在孔中注入填充材料的施工工艺。 地下热交换器型式和结构的选取应根据实际工程以及给定的建筑场地条件来确定。本方案采用垂直埋管的型式。 根据本项目地源热泵空调系统设计负荷，经过计算得土壤换热器总延米数为42000m，单位土壤换热器孔深选100m，则需要布置土壤换热器的数量为420个，孔径φ220mm。换热孔间距4×4m，若单孔占地面积平均以16㎡计，孔位分布总面积为6557㎡ 室外埋管采用高密度聚乙烯（PE100）塑料管，采用进口原料。垂直管采用抗压1.6MPa，SDR11 D32的PE100塑料管，单U下管。室外水平管采用抗压1.0MPa，SDR17的PE100塑料管。 室外地埋管为隐蔽工程，使用寿命50年以上，地埋管的管材、管件的选择与土壤热泵系统的使用效果、寿命等密切相关。多年来我公司致力于土壤源热泵技术的发展，在地下埋管方面做了许多研发工作，并在国家《土壤源热泵系统工程技术规范》GB 50366-2005中得以体现。 4、软化水系统描述 空调系统末端循环水侧由于要经常运行，同时要适应冷、热两种工况，必须进行软化处理，选用全自动软化水器制取软化水共空调系统末端侧循环系统使用。 5、水泵描述 本方案水泵采用了上海凯泉泵业（集团）有限公司生产的KQL、KQDP 系列水泵。该系列水泵用电机直接连接，振动小、噪音低；电机采用Y2型电机，防护等级IP54全封闭结构，防止粉尘、飞雨、飞溅水滴等进入电机内部，造成电机损坏；F级绝缘，提高了电机使用的最高允许温升，因而抗过载能力高，
目录 1 编制依据 (1) 2 工程概况 (1) 3 施工方案 (1) 3.1 拆除原暖气系统 (2) 3.2 安装准备 (2) 3.3卡架安装 (2) 3.4管道安装 (2) 3.5散热器安装 (4) 3.6水压试验 (4) 3.7系统冲洗 (4) 3.8保温防腐 (4) 3.9系统调试 (4) 3.10后期恢复 (4) 3.11劳动力计划 (5) 3.12主要机具计划 (5) 3.13质量控制和保证的具体措施 (6) 3.14质量控制点及控制措施 (6) 4 安全生产、文明施工及安全措施 (7) 5 成品保护措施 (8)
1编制依据 1.1 设计文件； 1.2 《采暖通风及空气调节设计规范》GB50019-2003； 1.3 《建筑设计防火规范》GB50016-2006； 1.4 《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002； 1.5 国家现行的工程建设、安全生产、文明施工、环保及消防等有关规定； 2 工程概况 2.1 工程名称：沈阳市服装艺术学校昆山校区采暖改造工程。 2.2 建设单位：******服务管理中心。 2.3 工程地点：******公司机关办公楼。 2.4 主要工程内容：拆除原暖气系统、新暖气系统安装、后期恢复。 2.5 工程期限：按甲方要求 3 施工方案 本工程施工过程要做到正常施工并保证办公楼内工作的正常运行，这使得施工难度增加，顾施工中应注意以下几点： （1）原暖气系统的拆卸必须采用工人手工拆除，搬运过程中有些设备不方便使用，要采用人工搬运方式，同时设专门人员对拆卸搬运过程进行监督，以免造成人身伤害。 （2）楼内人员活动频繁，为防止造成人身伤害，需要放置安全警示牌等以示提醒，同时采取一定的遮挡措施，以免管件机具等倾斜、掉落砸伤楼内办公人员； （3）管件、机具等要轻拿轻放，以免出现噪音，影响楼内人员正常办公； （4）施工过程中的管件、机具要轻拿轻放，必要时需要在墙壁、地面上铺设遮挡物，以防止管件、机具等放置、移动过程中对墙壁及楼地面造成破坏； （5）施工时间根据现场办公人员在场时间确定，办公人员不在场时不得施工，在场时方可施工。因办公人员不在场导致的施工进度延缓，要在其余时间加班加点完成；
地源热泵施工方案及流程 时间：2011-12-12 13:49:33 来源：本站原创点击：341 一、地源热泵是如何工作的？为何能够节能？与传统空调有何不同？地源热泵主要是与地下土壤进行热交换，而不是与室外空气进行热交换。在夏季，在为室内提供冷气的同时，其废热不再是排入空气中，而是储存于地下，以此提高冬季供暖的效率；在冬季，室内供暖的大部分能量来自于地下，利用地下土壤的温度来为室内提供免费的热能。一般来讲，冬季每千瓦的电力能为室内带来4—5 千瓦热量，而土壤温度的降低又为下一季节的空调带来冷源。因此地源热泵更多地是在室内和地下“转移”能量，而不是“创造”热量。由于地源热泵是在土壤和室内空气之间工作，二者的温差较室内外空气温差要小很多所以它的工作效率非常的高。是目前国际上最先进的中央空调系统。 二、地源热泵的可靠跟传统空调相比如何？采用地源热泵进行热交换的方式，已经是非常成熟的施工工艺，只要按相关标准施工，其稳定性已经得到广泛认可。且由于其不受外界气候的影响，地源热泵是目前所有空调系统中运行最为可靠的。 三、地源热泵是否需要当地具有地热资源？ 地源热泵(Ground Source Heat Pump) 有时也被称为地热热泵(Geothermal Heat Pump) 但实际上，它完全不需要当地具有地热资源，它利用的只是地下介质如土壤、岩石和水的蓄热能力。 四、哪些情况下不宜安装地源热泵？ 答：相比之下，在下列情形中，地源热泵的优势不是十分明显： (1)楼层高、档次较低的住宅，此时地源热泵投资会明显抬高单位面积成本，影响房产商的利润，用户可能更倾向于简便、低廉的窗式空调或分体式空调。 (2)地质情况不好，如遇岩层、空洞等特殊土壤结构等，或外部场地十分狭小，造成钻井距离不足甚至是无法完成钻孔布局的情况下，就不宜安装地源热泵。 五、地源热泵的使用年限是多少年？地源热泵系统非常的可靠耐用。一般室外地埋换热部分寿命为50 年，热泵机组寿命为15-25 年。热泵主机系统安装于室内，没有风吹、日晒、雨淋、不用频繁的清洗，寿命远远长于传统空调
地源热泵——供暖空调的绿色技术 出处：作者：张峰珠节能网2005年08月03日 摘要：地源热泵系统是一种节能、环保、高效的能源利用技术，它充分发挥了浅层岩体的储冷储热作用，实现对建筑物的供暖和制冷，是一种典型的绿色技术。本文对地源热泵技术进行了阐述，介绍了地源热泵的原理及发展历史，分析了其形式及优点，对其与常规空调技术的技术特点及投资和运行费用进行了比较，分析了制约其发展的主要问题，并提出了地源热泵技术在中国的发展前景和展望。 关键词：地源热泵供暖空调冷热源绿色技术 近年来随着资源和环境的问题日益严重，在满足人们健康、舒适要求的前提下，合理利用自然资源，保护环境，减少常规能源消耗，已成为暖通空调行业需要面对的一个重要问题。地源热泵空调系统通过吸收大地（包括土壤、井水、湖泊等）的冷热量，冬季从大地吸收热量，夏季从大地吸收冷量，再由热泵机组向建筑物供冷供热而实现节能，是一种利用可再生能源的高效节能、无污染的既可供暖又可制冷的新型空调系统。 在中国，煤作为主要能源, 煤炭在我国能源体系中占主导地位，长期以来，煤炭在我国能源生产结构、消费结构中一直占有绝对主导地位，尽管近年来，比例略有下降，但仍保持在65%以上，并再次呈现出上升的迹象。2002年煤炭在我国能源生产结构、消费结构中的比例分别由2001年的68.6%和65.3%上升为70.7%和66.1%【1】。特别在冬季,在国内的农村和部分城市几乎全部靠煤取暖。煤是各种能源中污染环境最严重的能源,只有减少城市地区煤的使用,城市大气污染问题是才可能得到解决。现在各地都在采取措施控制燃煤的数量,选用电采暖、燃油或者燃气采暖等措施,但都存在运行费用高、资源不足和排放CO2这些问题。受能源、特别是一次性能源与环保条件的限制,传统的燃油、燃煤中央空调方式将逐步受到制约。从降低运行费用、节省能源、减少排放CO2排放量来看,地源热泵技术是一个不错的选择。 地源热泵不需要人工的冷热源,可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热,向建筑物供暖;夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。同时,它还可供应生活用水，可谓一举三得，是一种有效地利用能源的方式。 地源热泵（ground source heat pumps, GSHP）系统包括三种不同的系统：以利用土壤作为冷热源的土壤源热泵，也有资料文献成为地下耦合热泵系统（ground-coupled heat pump systems, GCHPs）或者叫地下热交换器热泵系统（ground heat exchanger, GHPs）；以利用地下水为冷热源的地下水热泵系统（ground water heat pumps, GWHPs）；以利用地表水为冷热源的地表水热泵系统（surface-water heat pumps, SWHPs）。 1.地源热泵的工作原理 系统通过地源热泵将环境中的热能提取出来对建筑物供暖或者将建筑物中的热能释放到环境中去而实现对建筑物的制冷，夏季可以将富余的热能存于地层中以备冬用；同样，冬季可以将富余的冷能贮存于地层以备夏用。这样，通过利用地层自身的特点实现对建筑物、环境的能量交换。