土壤源热泵系统施工方法及工艺
1.1土壤源热泵系统概述
汉口站空调采用地源热泵系统，土壤源换热器采用垂直埋管技术，采用高密度聚乙烯管双U埋管，根据建筑平面布置，土壤源换热器分区，各区分别由分、集水器单独供（回）水,各区换热器水平接管均为同程式。系统示意图如下图
图1-1 系统示意图
1.2地源热泵换热器系统安装流程图
检验验收地源热泵系统调试
地埋管换热器系统试压
沟槽回填
集管环路试压
水平地埋管安装并与
集管装备形成环路
环路集管装备安装
水平地埋管第一次试压
水平地埋管沟槽开挖
灌浆封井
垂直U型管第二次试压
U型管下管
施工准备
垂直U型管第一次试压
钻 孔测 井
图1-2 地源热泵换热器系统安装流程图
1.3施工准备
施工准备包括掌握埋管区域的工程勘察资料、设计文件和施工图纸，了解埋管场地内已有地下管线、其它地下构筑物的功能及其准确位置，并应进行地面清理，铲除地面杂草、杂物和浮土，平整地面；管材、管路配件以及熔接设备、钻进设备的进场和现场就位；熔接技术、钻井、下管及封井技术规范等相应的施工技术交底、U型管制作等内容。
U型弯管接头，宜选用定型的U型弯头成品件（如下图），组对好的U型管的两开口端部，应及时密封。
图1-3 U型弯头成品件图
1.4钻孔
钻孔是竖埋管换热器施工中最重要的工序。为保证钻孔施工完成后于孔壁保持完整，如果施工区地层土质比较好，可以采用裸孔钻井；如果是砂层，孔壁容易坍塌，则必须下套管，具体施工时，必须依据工程勘察资料，根据地层的不同采用不同的钻井工艺，直到达到设计要求孔深。
基于本项目特点和要求，结合影响钻孔质量与效率较大的两方面因素（排屑与注入物），本项目采用反循环钻进、泥浆或清水护壁。
钻井技术要求：
把好开孔关，对换层、换径要调整钻进参数，防止井斜超限。
做好钻具丈量和记录工作，做好各种原始报表的记录工作。
做好设备维护保养工作，保证设备在运转时性能良好。
达到设计深度后及时更换井内稠浆度,提钻、测量成孔深度、成孔位置、孔口标高。
1.5 换热器安装
U 型管换热器应尽量采用成卷供应的管材 ,以利用单根管制作成一个埋管单元 ,减少连接管件。管子联接方法采用热熔联接。热熔技术有两种:承接联接和对接联接(图1-4)
图1-4 承接联接和对接联接图
1.6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。本项目采用机械下管，需采用灌浆回填时，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。
钻孔完毕后孔洞内有大量积水，由于水的浮力影响，将对放管造成一定的困难；
而且由于水中含有大量的泥沙，泥沙沉积会减少于孔的有效深度。为此，垂直地埋管换热器安装应在钻孔钻好且孔壁固化后立即进行，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；下放U型管时要求保证管道不会扭曲、变形；下管完毕后要保证U型管露出地面，以便于后续施工。
1.7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。具体回填材料依据设计要求予以确定，但是必须确保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，使混合浆自下而上回灌封井，如图1-5所示，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的密度相等时，回填过程结束。系统安装完毕，应进行清洗、排污，确认管内无杂质后，方可灌水。
图1-5 灌浆示意图
对回填过程的检验应与安装地埋管换热器同步进行。
地埋管换热器安装完成后，应在埋管区域做出标志或表明管线的定位带，并以现场的两个永久目标进行定位
地埋管换热系统施工时，应避免雨水和施工用水浸入管沟或钻孔。
1.8地埋管换热系统的检验与验收
地埋管换热系统安装过程，应由相关国家授权检测机构进行现场检验，并提
供检验报告。检验内容应符合以下规定：
管材、管件等材料应符合国家现行标准的规定；
钻孔、埋管位置、深度以及地埋管的直径、壁厚及长度均应符合设计要求；
回填材料及其配比应符合设计要求；
水压试验应合格；
各环路流量达到平衡要求；
防冻剂和防腐剂的特性及浓度应符合设计要求；
循环水流量及进出水温差及流态均应符合设计要求。
1.9水压试验应符合以下规定：
地埋管换热器安装过程中应进行水压试验。安装前后应对管道进行冲洗，充注防冻和防腐液前，应进行排气。
试验压力：当工作压力小于等于1.0MPa时，应为工作压力的1.5倍，且不应小于0.6MPa；当工作压力大于1.0MPa时，应为工作压力加0.5 MPa。
垂直地埋管换热器插入钻孔前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压至少15分钟，压力不降，不渗不漏；将其密封后插入钻孔，完成灌浆之后再稳压1小时，压力不降，不渗不漏，则认为合格。
水平地埋管换热器放入沟槽前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压1小时，压力不降，不渗不漏，则认为合格。
垂直或水平地埋管换热器与环路集管装配完成后，回填前应进行第二次水压试验。在试验压力下，稳压至少2小时，压力不降，不渗不漏，则认为合格。
环路集管与机房分集水器连接完成后，回填前应进行第三次水压试验。在试验压力下，稳压至少2小时，压力不降，不渗不漏，则认为合格。
地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗、排气及回填完成后，应进行第四次水压试验。在试验压力下，稳压至少12小时，压力不降，不渗不漏，则认为合格。
水压试验宜采用手动泵缓慢升压，升压过程中应随时观察与检查不得有渗漏；不得以气压试验代替水压试验。
地源热泵节能技术论文 为了缓解全球能源短缺问题，建筑采暖行业开始引入地下水地源热泵技术，期望能利用该技术所具备的节能。—了地源热泵节能技术，有的亲可以来阅读一下！ 地源热泵节能分析 摘要：利用土壤、地表水和地下水等地表浅层的地源热泵，是夏季制冷以及冬季供暖的空调系统，相对比传统的空调系统地源热泵供暖空调技术因全年恒定的地源温度，所以其有较高的运行效率。地源热泵的经济竞争性还是有待考究的。文章首先对地源热泵技术的概念进行了描述，分析了地源热泵供暖空调技术的现状，阐述的地源热泵技术的优点，同时分析了地源热泵技术在国内发展中存在的障碍。 关键词：地源热泵;节能;分析 ：TE08： A
为了缓解全球能源短缺问题，建筑采暖行业开始引入地下水地源热泵技术，期望能利用该技术所具备的节能。环保性能有效降低能源损耗，实现建筑暖通节能，为建筑节能做出贡献，为了更深入的了解地下水地源热泵系统特性，笔者现结合地下水地源热泵技术特点，对该技术在建筑暖通工程施工中的应用作详细探讨。 一、地源热泵原理与组成 随着经济的发展和生活水平的提高，公共建筑和住宅的供热和空调己成为普遍的需求。在发达国家中，建筑能源耗费量大约占总能耗的三分之一，其中供热和空调的能耗可占到建筑能耗的65%。在全球能源形势日趋紧张的今天，空调节能变得尤其重要。而且大量燃烧矿物燃料所产生的环境问题也己成为各国政府和公众关注的焦点。因此，除了集中供热以外，急需发展其他的替代供热方式。地源热泵就是能有效节省能源、减少大气污染的供热和空调新技术。地源热泵是利用大地“土壤、地表、地下水”作为热源。地源热泵系统一般由地热能交换系统、水源热泵机房系统和建筑内末端散热系统三部分组成。其中，地热能交换系统可以说是地源热泵与其它传统中央空调系统唯一和最大的区别。 二、地源热泵技术的概念及现状 地源热泵技术是指使用地下的岩石作为稳定的蓄热体，将地下浅层热资源，通过少量的高位能源，将低品位能源向高品位能转移，以实现冬
土壤源热泵系统的设计方法 上海工程技术大学 胡建平★ 摘要：本文主要介绍了土壤源热泵系统的设计方法和步骤，重点论述了地下热交换器的设计过程。并举例加以说明。 关键词：土壤源热泵 热交换器 设计 The Design Ways of Ground-coupled Heat Pump System By Hu Jianping ☆ Abstract: In this paper the design ways and steps of ground-coupled heat pump system have been introduced. The design of the underground heat exchanger has been discussed in details, and an example has been taken to illustrate the process of the design. Keywords: Ground-coupled heat pump Heat exchanger Design ☆Shanghai University of Engineering Science ，China 0 引言 随着我国建筑业持续发展，对建筑节能的要求越来越高，而供热系统和空调系统是建筑能耗的主要组成部分，因此，设法减小这两部分能耗意义非常显著。地源热泵供热空调系统是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的系统[1]。冬季通过吸收大地的能量，包括土壤、井水、湖泊等天然能源，向建筑物供热；夏季向大地释放热量，给建筑物供冷。相应地，地源热泵系统分土壤源热泵系统、地下水热泵系统和地表水热泵系统3种形式。 土壤源热泵系统的核心是土壤耦合地热交换器。 地下水热泵系统分为开式、闭式两种：开式是将地下水直接供到热泵机组，再将井水回灌到地下；闭式是将地下水连接到板式换热器，需要二次换热。 地表水热泵系统与土壤源热泵系统相似，用潜在水下并联的塑料管组成的地下水热交换器替代土壤热交换器。 虽然采用地下水、地表水的热泵系统的换热性能好，能耗低，性能系数高于土壤源热泵，但由于地下水、地表水并非到处可得，且水质也不一定能满足要求，所以其使用范围受到一定限制。国外（如美国、欧洲）主要研究和应用的地源热泵系统以及我国理论研究和实验研究的重点均是土壤源热泵系统。目前缺乏系统设计数据以及较具体的设计指导，本文进行了初步探讨，以供参考。 1 土壤源热泵系统设计的主要步骤 （1）建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算 建筑物冷热负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算方法相同，可参考有关空调系统设计手册，在此不再赘述。 冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。可以由下述公式[2]计算： ???? ? ?+?='11111COP Q Q kW （1） ???? ? ?-?='22211COP Q Q kW （2） 其中'1Q ——夏季向土壤排放的热量，kW 1Q ——夏季设计总冷负荷，kW
土壤源热泵系统的设计计算方法 摘要：本文主要介绍了土壤源热泵系统的设计方法和步骤，重点论述了地下热交换器的设计过程。并举例加以说明。 0 引言 随着我国建筑业持续发展，对建筑节能的要求越来越高，而供热系统和空调系统是建筑能耗的主要组成部分，因此，设法减小这两部分能耗意义非常显著。地源热泵供热空调系统是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的系统[1]。冬季通过吸收大地的能量，包括土壤、井水、湖泊等天然能源，向建筑物供热；夏季向大地释放热量，给建筑物供冷。相应地，地源热泵系统分土壤源热泵系统、地下水热泵系统和地表水热泵系统3种形式。 土壤源热泵系统的核心是土壤耦合地热交换器。 地下水热泵系统分为开式、闭式两种：开式是将地下水直接供到热泵机组，再将井水回灌到地下；闭式是将地下水连接到板式换热器，需要二次换热。 地表水热泵系统与土壤源热泵系统相似，用潜在水下并联的塑料管组成的地下水热交换器替代土壤热交换器。 虽然采用地下水、地表水的热泵系统的换热性能好，能耗低，性能系数高于土壤源热泵，但由于地下水、地表水并非到处可得，且水质也不一定能满足要求，所以其使用范围受到一定限制。国外（如美国、欧洲）主要研究和应用的地源热泵系统以及我国理论研究和实验研究的重点均是土壤源热泵系统。目前缺乏系统设计数据以及较具体的设计指导，本文进行了初步探讨，以供参考。 1 土壤源热泵系统设计的主要步骤 （1）建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算 建筑物冷热负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算方法相同，可参考有关空调系统设计手册，在此不再赘述。 冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。可以 由下述公式[2]计算： ??????? ?+×=′11111COP Q Q kW （1） ??????? ??×=′22211COP Q Q kW （2） 其中——夏季向土壤排放的热量，kW ′1Q 1Q ——夏季设计总冷负荷，kW ′2Q ——冬季从土壤吸收的热量，kW 2Q ——冬季设计总热负荷，kW 1COP ——设计工况下水源热泵机组的制冷系数 2COP ——设计工况下水源热泵机组的供热系数 一般地，水源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量以及制冷系数、供热系数，计算时应从样本中选用设计工况下的、。若样本中无所 1COP 2COP
土壤源热泵系统设计方法步骤 佚名 简介：随着我国建筑业持续发展，对建筑节能的要求越来越高，而供热系统和空调系统是建筑能耗的主要组成部分，因此，设法减小这两部分能耗意义非常显著。地源热泵供热空调系统是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的系统。冬季通过吸收大地的能量，包括土壤、井水、湖泊等天然能源，向建筑物供热；夏季向大地释放热量，给建筑物供冷。相应地，地源热泵系统分土壤源热泵系统、地下水热泵系统和地表水热泵系统3种形式。 关键字：土壤源热泵系统,地下热交换器 土壤源热泵系统的核心是土壤耦合地热交换器。 地下水热泵系统分为开式、闭式两种：开式是将地下水直接供到热泵机组，再将井水回灌到地下；闭式是将地下水连接到板式换热器，需要二次换热。 地表水热泵系统与土壤源热泵系统相似，用潜在水下并联的塑料管组成的地下水热交换器替代土壤热交换器。 虽然采用地下水、地表水的热泵系统的换热性能好，能耗低，性能系数高于土壤源热泵，但由于地下水、地表水并非到处可得，且水质也不一定能满足要求，所以其使用范围受到一定限制。国外（如美国、欧洲）主要研究和应用的地源热泵系统以及我国理论研究和实验研究的重点均是土壤源热泵系统。目前缺乏系统设计数据以及较具体的设计指导，本文进行了初步探讨，以供参考。 1 土壤源热泵系统设计的主要步骤 （1）建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算 建筑物冷热负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算方法相同，可参考有关空调系统设计手册，在此不再赘述。 冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。可以由下述公式[2]计算： kW （1） kW （2） 其中Q1＇——夏季向土壤排放的热量，kW Q1——夏季设计总冷负荷，kW Q2＇——冬季从土壤吸收的热量，kW Q2——冬季设计总热负荷，kW COP1——设计工况下水源热泵机组的制冷系数 COP2——设计工况下水源热泵机组的供热系数 一般地，水源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量以及制冷系数、供热系数，计算时应从样本中选用设计工况下的COP1、COP2 。若样本中无所需的设计工况，可以采用插值法计算。 （2）地下热交换器设计 这部分是土壤源热泵系统设计的核心内容，主要包括地下热交换器形式及管材选择，管径、管长及竖井数目、间距确定，管道阻力计算及水泵选型等。（在下文将具体叙述） （3）其它 2 地下热交换器设计 2.1 选择热交换器形式 2.1.1 水平（卧式）或垂直（立式） 在现场勘测结果的基础上，考虑现场可用地表面积、当地土壤类型以及钻孔费用，确定热交换器采用垂直竖井布置或水平布置方式。尽管水平布置通常是浅层埋管，可采用人工挖掘，初投资一般会便宜些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，所以在实际工程中，一般采用垂直埋管布置方式。 根据埋管方式不同，垂直埋管大致有3种形式：（1）U型管（2）套管型（3）单管型（详见[2]）。套管型的内、外管中流体热交换时存在热损失。单管型的使用范围受水文地质条件的限制。U型管应用最多，管径一般在50mm以下，埋管越深，换热性能越好，资料表明[4]：最深的U型管埋深已达180m。U型管的典型环路有3种，其中使用最普遍的是每个竖井中布置单U型管。 2.1.2 串联或并联 地下热交换器中流体流动的回路形式有串联和并联两种，串联系统管径较大，管道费用较高，并且长度压降特性限制了系统能力。并联系统管径较小，管道费用较低，且常常布置成同程式，当每个并联环路之间流量平衡时，其换热量相同，其压降特性有利于提高系统能力。因此，实际工程一般都采用并联同程式。结合上文，即常采用单U型管并联同程的热交换器形式。 2.2 选择管材 一般来讲，一旦将换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，这就要求保证埋入地下管材的化学性质稳定并且耐腐蚀。常规空调系统中使用的金属管材在这方面存在严重不足，且需要埋入地下的管道的数量较多，应该优先考虑使用价格较低的管材。所以，土壤源热泵系统中一般采用塑料管材。目前最常用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材，它们可以弯曲或热熔形成更牢固的形状，可以保证使用50年以上；而PVC管材由于不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此，不推荐用于地下埋管系统。
jil^na*H 广州瑞姆节能设备有限公司简介 美国节能联盟（Allianee to save energy , 简称ATSE是全世界最专业的节能技术和产 品联合体，其总部设在美国纽约，主要在全世界范围内推广最新的节能技术和节能产品。广州瑞姆节能设备有限公司是美国ATSE在中国的战略合作伙伴。通过由美国ATSE提供最先进的热泵节能技术，结合天津大学热能研究所的深入研发，现拥有“热姆热泵” （REALM 自主品牌。在广州和天津分别设立了生产基地和研发中心，主要负责热姆热泵系列产品的研发，制造和中国境内的产品销售，美国ATSE负责国际市场的产品销售。 ?热姆热泵（REALM 系列产品主要有：家用、商用空气源热泵热水机组家用、商用冷暖热三联供机组热泵型冷暖中央空调 水源、地源热泵热水机组 ?我们的企业目标打造中国的节能品牌-- 热姆热泵成为国内先进的热泵新技术研发、新产品实验及生产基地建立国内一流的热泵营销、服务培训基地建立全国性的热姆热泵连锁专卖店及服务保障体系 ?我们的服务及保障产品整机保修一年，保修范围内的故障配件一年免费包换产品正常使用寿命10-15 年每年提供一次免费例行巡检服务 热姆热泵（REALM系列产品严格按照美国ATSE的质量控制体系及工艺要求进行生产，并通过了IS09001认证和美国EMC成员认证，中国CCC认证、全国工业产品生产许可证和节能认证，全国热泵热水器十大著名品牌，全国质量、信誉、服务AAA级会员单位。 目录 文章编号: 1005—0329(2004)02—0041—05 制冷空调 太阳能—土壤源热泵系统联合运行模式的研究 杨卫波,董 华,周恩泽,胡 军 (青岛建筑工程学院,山东青岛266033) 摘 要: 针对青岛地区的气象条件,对太阳能—土壤源热泵系统联合运行的各种模式进行了模拟计算,并与土壤源热泵作了比较。结果表明,与土壤源热泵相比,联合运行各模式具有明显的节能效果,其节能率在12%以上,可作为实际工程设计、运行的优选方案。 关键词: 太阳能—土壤源热泵系统;联合运行模式;土壤源热泵 中图分类号: T U83211 文献标识码: A R esearch on Approach of Combined Operation in Solar—E arth Source H eat Pump System Y ANG Wei2bo,DONG Hua,ZHOU En2ze,H U Jun (Qingdao Institute of Architecture and Engineering,Qingdao266033,China) Abstract: Based on the climate condition of Qingdao,simulation com putation of various combined operation m odes of S olar—Earth S outh Heat Pum p System were carried out.The result indicates that com pare to G SHP combined operation m odes,have a notable energy conservation effect the energy2saving rate is m ore than12%,and can be used as an optimized scheme in the practical engineering design and operation. K ey w ords: S olar—Earth S ource Heat Pum p System;combined operation approach;G SHP 1 前言 太阳能—土壤源热泵系统(SESHPS)根据热源组合的不同而有多种不同的运行模式,最基本的模式有白天(晴天)采用太阳能热泵、阴雨天或夜晚采用土壤源热泵的交替运行模式和同时采用两热源的联合运行模式。目前,国内外对SESHPS 运行模式的研究并不多见,文献[1]对天津地区SESHPS交替运行进行了实验研究,得出太阳能热泵平均供热率为334W,平均供热系数为2.73,土壤源热泵的相应参数为2298W和2.83,SESHPS 的相应参数为2316W和2.78;文献[2]对寒冷地区SESHPS各运行模式运行时间的分配比例进行了理论研究,得出哈尔滨地区SESHPS中太阳能热泵、土壤源热泵及联合运行模式各自运行的时间比例分别为:48.26%、10.07%及41.67%;但对作为其主要运行模式之一的联合运行模式进行研究的几乎没有看到。本文旨在对SESHPS联合运行的各种模式进行数值模拟计算,以为其实际设计、运行及调试提供理论基础。 2 SESHPS的组成及其联合运行模式 211 系统组成 太阳能—土壤源热泵系统如图1所示。该系统可根据日照条件和热负荷变化情况采用多种不同运行模式,如太阳能热泵供暖、土壤源热泵供暖、太阳能—土壤源热泵联合(串联或并联)供暖 收稿日期:2003—06—20 基金项目:山东省科技发展计划项目“地热综合利用关键技术研究”(011150105)14 2004年第32卷第2期 流 体 机 械 土壤源热泵施工工法 一、前言 地源热泵系统是随着全球性的能源危机和环境问题的出现而逐渐兴起的一门热泵技术。它是一种通过输入少量的高位能(如电)，实现从浅层地能(土壤热能、地下水中的低位热能或地表水中的低位热能)向高位热能转移的热泵空调系统，被称为是21世纪的一项以节能和环保为特征的最具有发展前途的空调技术。 目前随着铁路建设水平的提高，越来越多的大型旅客站房采用大跨度网架屋面及玻璃幕墙结构，这种结构散热面大，对空调系统要求高。采用传统分体式空调系统及集中中央空调系统虽然初期投资少，但运营成本高，综合考虑全生命周期成本，地源地泵空调系统具有更大的优势。有研究数据表明，地源热泵系统相对家用分体空调器所增加的投资，在运营中用节约的电费偿还，偿还期只需4～5年。铁路大型旅客站房采用地源热泵空调系统具有一定的技术经济合理性。 二、地源热泵系统特点 1.资源可以再生利用。 2.运行费用低。 3.机房占地面积小，并可设在地下，节省建筑空间。 4.绿色环保，系统利用地球表面的浅层地热资源，没有燃烧，没有排烟及废弃物，清洁环保无任何污染。 5.自动化程度高。 6.一机多用，既可供暖，又可制冷，最大限度的利用了能源。 三、适用范围 可用于工厂、车站、商场、宾馆、酒店、商务办公、娱乐场所、住宅小区、别墅、蔬菜养花大棚等各类建筑。小到一、二百平米大到几十万平米，从单供暖、冷暖双供到冷暖及生活热水三供，都可以完美运行。 四、工艺原理 土壤源热泵是利用地下土壤、地下水温度相对稳定的特性,冬季通过消耗少 量的高位能量(电能)把土壤储存的低品位热能转移到需要供暖的室内;夏季却将室内的热量转移释放到土壤中,从而达到冬季供暖、夏季制冷的目的。地源热泵的工作原理参见图。 五、施工工艺 （一）工艺流程 1.竖直管施工工艺： 2.水平管施工工艺： （二）施工方法 1、测量、放线及钻机就位 地源热泵工程实例 土壤源热泵系统的设计法 摘要：本文主要介绍了土壤源热泵系统的设计法和步骤，重点论述了地下热交换器的设计过程。并举例加以说明。 关键词：土壤源热泵热交换器设计 The Design Ways of Ground-coupled Heat Pump System By Hu Jianping☆ Abstract: In this paper the design ways and steps of ground-coupled heat pump system have been introduced. The design of the underground heat exchanger has been discussed in details, and an example has been taken to illustrate the process of the design. Keywords: Ground-coupled heat pump Heat exchanger Design ☆Shanghai University of Engineering Science，China 0 引言 随着我国建筑业持续发展，对建筑节能的要求越来越高，而供热系统和空调系统是建筑能耗的主要组成部分，因此，设法减小这两部分能耗意义非常显著。地源热泵供热空调系统是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的系统[1]。冬季通过吸收大地的能量，包括土壤、井水、湖泊等天然能源，向建筑物供热； 夏季向大地释放热量，给建筑物供冷。相应地，地源热泵系统分土壤源热泵系统、地下水热泵系统和地表水热泵系统3种形式。 土壤源热泵系统的核心是土壤耦合地热交换器。 地下水热泵系统分为开式、闭式两种：开式是将地下水直接供到热泵机组，再将井水回灌到地下；闭式是将地下水连接到板式换热器，需要二次换热。 地表水热泵系统与土壤源热泵系统相似，用潜在水下并联的塑料管组成的地下水热交换器替代土壤热交换器。 虽然采用地下水、地表水的热泵系统的换热性能好，能耗低，性能系数高于土壤源热泵，但由于地下水、地表水并非到处可得，且水质也不一定能满足要求，所以其使用围受到一定限制。国外（如美国、欧洲）主要研究和应用的地源热泵系统以及我国理论研究和实验研究的重点均是土壤源热泵系统。目前缺乏系统设计数据以及较具体的设计指导，本文进行了初步探讨，以供参考。 1 土壤源热泵系统设计的主要步骤 （1）建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算 建筑物冷热负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算法相同，可参考有关空调 土壤源热泵系统的热平衡问题 马宏权 龙惟定 （同济大学） 摘 要 本文分析了土壤源热泵热平衡问题的由来与影响，提出了解决该问题的技术思路，并结合几个项目的问题分析和实测讨论了对解决该问题有利的系统的设计原则和运行模式。 关键词 地源热泵 热平衡 优化设计 1 引言 土壤源热泵系统（ground-coupled heat pump ）的研究和项目实施是我国地源热泵系统（Ground Source Heat Pump ）三种形式中开始最晚的一种，其造价和运行费用相对也较地下水（underground water Heat Pump ）和地表水地源热泵系统（surface water Heat Pump ）要稍高。但这些都并不能妨碍土壤源热泵成为迅速发展的一支力量，原因在于土壤源热泵采用土壤换热器内循环水换取土壤中贮存的温差能，没有对自然水源的开采要求和污染的担心，因此适用性更广，安全稳定性更高，尤其在夏热冬冷地区不失为一种新的空调冷热源解决思路。 我国的土壤源热泵系统数量和规模近年来不断增大，全国已经有多个数十万平米的土壤源热泵项目在建。与欧美土壤源热泵主要是布置水平埋管式土壤换热器，通过小型热泵机组承担别墅等小型住宅空调的方式不同，我国的土壤源热泵系统主要服务对象是规模较大的多层住宅和办公建筑，土壤换热器一般采用在一定区域内密集布置的垂直单U 或双U 型土壤换热器群，或者利用建筑物地基内的工程桩或灌注桩密集布置土壤换热器群。这样普遍采用的密集型垂直埋管群和不断增大的土壤源热泵规模使得土壤换热器埋管范围内的土壤热平衡问题得到了越来越多的担心。 作者简介 马宏权，男，1979年1月生，在读博士研究生 201804 上海市曹安公路4800号同济大学嘉定校区13-306信箱 （021）69584901 E-mail: mhqtj@https://www.doczj.com/doc/d92841134.html, 2 土壤热平衡问题的由来与影响 土壤源热泵依靠土壤换热器（underground heat exchanger ）从地下土壤中提取温差能，热泵机组的热源和热汇是扩散半径范围内的土壤，因此全年运行的土壤源热泵系统需要考虑全年时从土壤取放热量的平衡问题，这即通常称谓的土壤源热泵热平衡问题。在大多数情况下土壤换热器全年从地下土壤获得的冷热量是不平衡的。在我国夏热冬冷地区，建筑物夏季供冷的时间要比冬天供暖的时间长大约2个月，夏季冷负荷绝对值也比冬季热负荷的绝对值高出近1倍，这样系统冬夏取放热量差异较大，运行一年后多余的热量会积累在地下引起土壤温度逐年上升，严重时土壤换热器内循环冷却水温可以达到40℃以上，造成热泵机组夏季的效率下降和制冷量严重降低。土壤温度升高是我国土壤热平衡问题的的主要可能性，如图1所示的上海某办公楼土壤源热泵系统，由于土壤换热器设置数量过少，每天系统启动后冷却水温度持续上升越6℃，热泵机组效率从启动工况的3.655下降到最不利时的3.155,降幅达13.9%。在我国东北地区由于以供暖为主，也可能出现土壤源热泵连年运行后土壤温度下降，热泵机组冬季制热效率降低和制热量下降，但是相对发生的情况较少。因此土壤源热泵持续运行后的土壤温度上升和下降是土壤热量收支失衡的两种形式，都对系统持续稳定运行不利。 土壤换热器的实际传热过程是一个复杂的非稳态传热过程，它以土壤导热为主，但还同时包括了土壤多孔介质中的空气、地下水体的自然对流以及地下水的迁移传热，因此土壤的热物性、含水量、土壤初始温度以及变化、埋管材料、管子直径、管内流体的物性、流速等都对单个土壤换热器的传热 w w w . z h u l o n g .c o m 水源热泵与土壤源热泵的对比 相同点：都是地源热泵，冷热源均是地球浅表，都是利用地球的尚未开发的可恢复的清洁能源。能效比基本上一样。 不同点： 1、政府支持度： a、土壤源热泵：明确支持和大力推广，有些地区已经实施每平米给予不同程度50-100元的补贴（北京，上海，浙江，山东某些地区等）。 b、水源热泵：未明确支持和大力推广，态度不明朗，有些地区明令禁止（天津，上海等）。 2、环保生态环境： a、土壤源热泵：真正环保，不抽取地下水，对环境无任何负面影响。 b、水源热泵：会对地下水资源、对周边环境造成了一定程度的破坏，实际上把对大气的污染转移到地下水水中，土壤中。虽然理论上抽取的地下水将回灌到地下水层，但目前国内抽取的地下水真正做到全部回灌的少之又少，回灌难落实，采水量大于回灌量，造成地下水位下降，严重时将导致地质层发生变化，地面沉降。另外，对水资源存在物理、化学、生物污染，怎样保证地下水层不受污染也是一个棘手的问题。（武汉汤逊湖地区做的地下水源热泵空调，已经停用，没地下水了！北京地区使用水源热泵机组的地区，由于长期使用地下水，倒至地表层下陷。） 3、适应性； a、土壤源热泵：运行稳定，免维护。与地下有无水没有任何关系。 b、水源热泵：一旦地下水量不能满足机组要求，系统将瘫痪。而且在使用过程中，一般3-5年需对水井、板式换热器进行定期维护。 4、寿命； a、土壤源热泵：土壤源热泵地埋管换热器由于周围土壤无变化，故其寿命取决于换热器本身，可使用50年。 B、水源热泵：主要取决于水井的寿命，达到设计出水的运行时间一般为3-5年。 5、运行费用：（包括设备运行费用和维护检修费用） a、土壤源热泵：土壤换热器免维护。设备维护费用为0。 b、水源热泵：水井、板式换热器需定期（一般为3-5年）维护，费用不菲，需交纳水资源费。 6、运行稳定性： a、土壤源热泵：由于其与土壤进行热交换，运行稳定性非常好。 b、水源热泵；地下水量随着运行时间的延长，不一定能满足机组要求，一旦地下水资源溃乏，系统随之瘫痪。 7、运行维护： a、土壤源热泵：土壤换热器50年内免维护。 B、水源热泵：板式换热器需定期维护；水井需养井，由于泥砂堵塞，回灌量逐年递减，井的寿命最多3~5年。 8、初投资： 土壤源热泵比水源热泵初投资略大。 9、使用风险性； a、水源热泵：风险性很大，地下水量的大小，国家对地下水源的使用政策都是不确定 浅谈土壤源热泵 乔丽（西安建筑科技大学710055） 摘要：土壤源热泵在暖通空调领域并不是一项新技术。本文从土壤源热泵的工作原理入手，介绍了土壤源热泵是高效、节能、环保的技术，也指出了土壤源热泵的一些不足，并对其发展做了展望。 关键词：土壤源热泵空气源热泵热源热汇 The Efficient and Economic and Environmental Geoexchange Heat Pump Systems Qiao li Abstract The technologies of geoexchange heat pumps are not new today. This art icle starts with the working principle of geoexchange heat pump systems, refers to that the systems are efficient and economic and environmental, and discusse s some shortcomings of the systems, then predicts the future of the technologie s. Keywords geoexchange heat pump air-cooled heat pump heat source heat sink 1引言 随着我国人民生活水平的提高，人们对室内热舒适度的要求也越来越高。室内环境不再是“冷在三久，热在三伏”，而是全年维持在一个舒适的水平上。热泵由于集供热与制冷于一机的良好性能，深受人们的喜爱，成为暖通空调领域一颗炙手可热的新星，异军突起，发展十分迅速。 目前，我国市场上销售的热泵大多是空气源热泵。但空气源热泵在许多方面仍不尽人意。如在制热季节需除霜，要启动制冷功能，这样便增加了能耗，减少了制热量；又如，在最热季与最冷季往往是需要热泵出力最大的时候，但其制热量与制冷量却是最不利时的时候，所以一般需设辅助设备。由此人们的研究工作开始转向了地源热泵(ground-source heat pum ps )。 二十世纪九十年代后期，地源热泵空调技术在我国的研究和应用有了发展。地源泵有多种型式，本文着重介绍土壤热交换式地热热泵。以下简称土壤源热泵(Geoexchange heat pu mps)。 2工作原理 土壤源热泵与空气源热泵的工作原理相同，即夏季从室内取出余热释放到室外，冬季从室外取热释放到室内。图1示出土壤源热泵系统。夏季，即制冷工况时，热泵工质在室内侧换热器的蒸发将室内余热取出，在室外侧换热器（大地盘管）中进行热量交换，将余热放至室外，室内空气得到了冷却；冬季，即在制热工况时，四通换向阀转换方向，热泵工质在室外侧换热器（大地盘管）内蒸发而从室外吸取热量，在室内侧换热器中将热量释放给室内空气，实现向室内供热。土壤源热泵以大地为热源和热汇（heat source and heat sink），利用埋在地表浅层的换热器作为中间换热设备，冬季从大地取热，夏季向其放热。 3土壤源热泵的特点 土壤源热泵具有许多优点，它对节能和减少环境污染等方面都有积极的意义。 首先土壤源热泵具有较高的经济性，节能效果明显。将土壤源热泵和空气源热泵进行对比便可说明土壤源热泵是高效的。空气源热泵利用室外空气作为热源和热汇，而室外空气随季节变化十分明显，图2示出我国几个典型城市室外空气温度全年变化曲线图。由图中可以 土壤源热泵 土壤源热泵系统是以大地作为热源，热泵的换热器埋于土壤中与大地进行冷热交换的地源热泵系统。土壤源热泵系统采用闭式环路，将大地作为蓄能体，具有环保和节能的双重效益。国际上将地下蓄能技术和高效热泵同时引入21世纪最有发展前途的50项新技术之中。世界能源理事会（WEC）、国际能源署（IEA）、国际制冷学会（IIR）、美国布鲁克海文国家实验室（BNL）等国际著名组织及所从事热泵的研究者普遍认为：在目前和将来土壤耦合热泵是最有前途的节能装置和系统之一，是国际空调和制冷行业的前沿课题之一，也是浅层地能利用的重要形式。1998年美国暖通空调工程师学会（ASHRAE）的技术奖也授予了土壤耦合热泵系统。 土壤源热泵系统的优点： 1.土壤温度全年波动较小且数值相对稳定，热泵机组的季节性能系数具有恒温热源热泵的特性， 这种温度特性使土壤耦合热泵系统比传统的空调运行效率要高40％～60％，节能效果明显； 2.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； 3.当室外气温处于极端状态时，用户对能源的需求量一般也处于高峰期，由于土壤温度相对地面空气温度的延迟和衰减效应，因此，和空气源热泵相比，它可以提供较低的冷凝温度和较高的蒸发温度，从而在耗电相同的条件下，可以提高夏季的供冷量和冬季的供热量； 4.地下埋管换热器无需除霜，没有结霜和融霜的能耗损失，节省了空气源热泵结霜、融霜所消耗的3％～30％的能耗； 5.地下埋管换热器在地下吸热与放热，减少了空调系统对地面空气的热、噪声污染。同时，与空气源热泵相比，相对减少了40％以上的污染物排放量。与电供暖相比，相对减少了70％以上的污染物排放量； 6.运行费用低。设计安装良好的地源热泵系统平均来说，可以节约用户30％～40％的供热制冷空调的运行维护费用。 土壤源热泵系统的缺点： 1. 地下埋管换热器的供热性能受土壤性质影响较大，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； 2. 土壤的热传导率小而使埋管换热器的持续吸热率仅为20～40W/M，一般吸热率为25 W/M左右。因此，当换热量较大时，埋管换热器的占地面积较大； 3. 地下埋管换热器的换热性能受土壤的热物性参数的影响较大。传递相同的热量所需传热管管长在潮湿土壤中为干燥土壤中的1/3，在胶状土中仅为它的1/10； 4. 初投资较高。仅地下埋管换热器的投资约占系统投资的20％～30％左右。土壤热物性 土壤的热物性对地源热泵系统的性能影响较大。热物性是土壤源热泵系统设计和研究过程诸多环节中最基本、最重要的参数，他直接和土壤源热泵系统的埋地换热器的面积和运行参数有关，是计算有关地表层中的能量平衡、土壤中的蓄能量和温度分布特征等所必需的基本参数。 据有关研究表明，干燥土壤的地源热泵的性能系数要比潮湿土壤的性能系数 土壤源热泵系统的热平衡问题 同济大学马宏权* 龙惟定 摘要本文分析了土壤源热泵热平衡问题的由来与影响，提出了解决该问题的技术思路，并结合几个项目的问题分析和实测讨论了对解决该问题有利的系统的设计原则和运行模式。 关键词地源热泵热平衡 优化设计 Ground Heat Balance in GSHP By Ma Hongquan★ Long Weiding Abstract Discusses the Ground Heat Balance in GSHP, puts forword technology plan for solve this problem, combine test data of several actual project discuss the optimized system design fundamental and operation mode. Keywords GSHP Heat balance Optimize design ★ Tongji University , Shanghai, China 1、引言 土壤源热泵系统（ground-coupled heat pump）的研究和项目实施是我国地源热泵系统（Ground Source Heat Pump）三种形式中开始最晚的一种，其造价和运行费用相对也较地下水（underground water Heat Pump）和地表水地源热泵系统（surface water Heat Pump）要稍高[1]。但这些都并不能妨碍土壤源热泵成为迅速发展的一支力量，原因在于土壤源热泵采用土壤换热器内循环水换取土壤中贮存的温差能，没有对自然水源的开采要求和污染的担心，因此适用性更广，安全稳定性更高，尤其在夏热冬冷地区不失为一种新的空调冷热源解决思路。 马宏权，男，1979年1月生，在读博士研究生。上海市曹安公路4800号同济大学嘉定校区13-306信箱 201804 （021）69584901 E-mail: mhqtj@https://www.doczj.com/doc/d92841134.html, 本文得到国家科技部、上海市政府部市合作2005年世博科技专项课题《城市清洁能源高效利用系统技术研究与示范》（课题编号05dz05807，2005BA908B07）的资助 土壤源热泵系统施工方法及工艺 1.1土壤源热泵系统概述 汉口站空调采用地源热泵系统，土壤源换热器采用垂直埋管技术，采用高密度聚乙烯管双U埋管，根据建筑平面布置，土壤源换热器分区，各区分别由分、集水器单独供（回）水,各区换热器水平接管均为同程式。系统示意图如下图 图1-1 系统示意图 1.2地源热泵换热器系统安装流程图 检验验收地源热泵系统调试 地埋管换热器系统试压 沟槽回填 集管环路试压 水平地埋管安装并与 集管装备形成环路 环路集管装备安装 水平地埋管第一次试压 水平地埋管沟槽开挖 灌浆封井 垂直U型管第二次试压 U型管下管 施工准备 垂直U型管第一次试压 钻 孔测 井 图1-2 地源热泵换热器系统安装流程图 1.3施工准备 施工准备包括掌握埋管区域的工程勘察资料、设计文件和施工图纸，了解埋管场地内已有地下管线、其它地下构筑物的功能及其准确位置，并应进行地面清理，铲除地面杂草、杂物和浮土，平整地面；管材、管路配件以及熔接设备、钻进设备的进场和现场就位；熔接技术、钻井、下管及封井技术规范等相应的施工技术交底、U型管制作等内容。 U型弯管接头，宜选用定型的U型弯头成品件（如下图），组对好的U型管的两开口端部，应及时密封。 图1-3 U型弯头成品件图 1.4钻孔 钻孔是竖埋管换热器施工中最重要的工序。为保证钻孔施工完成后于孔壁保持完整，如果施工区地层土质比较好，可以采用裸孔钻井；如果是砂层，孔壁容易坍塌，则必须下套管，具体施工时，必须依据工程勘察资料，根据地层的不同采用不同的钻井工艺，直到达到设计要求孔深。 基于本项目特点和要求，结合影响钻孔质量与效率较大的两方面因素（排屑与注入物），本项目采用反循环钻进、泥浆或清水护壁。 文章编号：CAR021 土壤源热泵系统的热平衡问题 马宏权龙惟定 （同济大学） 摘 要本文分析了土壤源热泵热平衡问题的由来与影响，提出了解决该问题的技术思路，并结合几个项目的问题分析和实测讨论了对解决该问题有利的系统的设计原则和运行模式。 关键词地源热泵热平衡优化设计 1 引言 土壤源热泵系统（ground-coupled heat pump）的研究和项目实施是我国地源热泵系统（Ground Source Heat Pump）三种形式中开始最晚的一种，其造价和运行费用相对也较地下水（underground water Heat Pump）和地表水地源热泵系统（surface water Heat Pump）要稍高。但这些都并不能妨碍土壤源热泵成为迅速发展的一支力量，原因在于土壤源热泵采用土壤换热器内循环水换取土壤中贮存的温差能，没有对自然水源的开采要求和污染的担心，因此适用性更广，安全稳定性更高，尤其在夏热冬冷地区不失为一种新的空调冷热源解决思路。 我国的土壤源热泵系统数量和规模近年来不断增大，全国已经有多个数十万平米的土壤源热泵项目在建。与欧美土壤源热泵主要是布置水平埋管式土壤换热器，通过小型热泵机组承担别墅等小型住宅空调的方式不同，我国的土壤源热泵系统主要服务对象是规模较大的多层住宅和办公建筑，土壤换热器一般采用在一定区域内密集布置的垂直单U 或双U型土壤换热器群，或者利用建筑物地基内的工程桩或灌注桩密集布置土壤换热器群。这样普遍采用的密集型垂直埋管群和不断增大的土壤源热泵规模使得土壤换热器埋管范围内的土壤热平衡问题得到了越来越多的担心。 作者简介 马宏权，男，1979年1月生，在读博士研究生 201804 上海市曹安公路4800号同济大学嘉定校区13-306信箱（021）69584901 E-mail: mhqtj@https://www.doczj.com/doc/d92841134.html, 2 土壤热平衡问题的由来与影响 土壤源热泵依靠土壤换热器（underground heat exchanger）从地下土壤中提取温差能，热泵机组的热源和热汇是扩散半径范围内的土壤，因此全年运行的土壤源热泵系统需要考虑全年时从土壤取放热量的平衡问题，这即通常称谓的土壤源热泵热平衡问题。在大多数情况下土壤换热器全年从地下土壤获得的冷热量是不平衡的。在我国夏热冬冷地区，建筑物夏季供冷的时间要比冬天供暖的时间长大约2个月，夏季冷负荷绝对值也比冬季热负荷的绝对值高出近1倍，这样系统冬夏取放热量差异较大，运行一年后多余的热量会积累在地下引起土壤温度逐年上升，严重时土壤换热器内循环冷却水温可以达到40℃以上，造成热泵机组夏季的效率下降和制冷量严重降低。土壤温度升高是我国土壤热平衡问题的的主要可能性，如图1所示的上海某办公楼土壤源热泵系统，由于土壤换热器设置数量过少，每天系统启动后冷却水温度持续上升越6℃，热泵机组效率从启动工况的3.655下降到最不利时的3.155,降幅达13.9%。在我国东北地区由于以供暖为主，也可能出现土壤源热泵连年运行后土壤温度下降，热泵机组冬季制热效率降低和制热量下降，但是相对发生的情况较少。因此土壤源热泵持续运行后的土壤温度上升和下降是土壤热量收支失衡的两种形式，都对系统持续稳定运行不利。 土壤换热器的实际传热过程是一个复杂的非稳态传热过程，它以土壤导热为主，但还同时包括了土壤多孔介质中的空气、地下水体的自然对流以及地下水的迁移传热，因此土壤的热物性、含水量、土壤初始温度以及变化、埋管材料、管子直径、管内流体的物性、流速等都对单个土壤换热器的传热 土壤源热泵工作原理及技术特点 土壤源热泵与其它能源设备不同，土壤源热泵工作原理不复杂，土壤源热泵主要是利用地热资源，将埋在地下的热量通过热量提升装置实现转化，通过消耗少部分电能换取高于几倍电能的高位能量，从而降低能耗，减少使用费，这就是为什么土壤源热泵如此节能的原因。 土壤源热泵工作原理 热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分电能，从环境介质中提取几倍于输入电能的能量，提高温位进行利用，这也是热泵节能的原因。 具体的说土壤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，同时储存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑进行降温，同时储存热量，以备冬用，大地在整个循环中起到了蓄热器的作用。 土壤源热泵主要利用地热资源实现高位能源转移，地热资源包括很多种，土壤源热泵主要利用了大地表面地热资源以及地下水地热资源。 土壤源热泵形式分类 1、大地表面(地下3米以上水平埋管)。水平埋管占地面积大，土方开挖量大，而且地下换热器受地表气候的影响，效率较低，可靠性差。 2、地下水。地下水的应用因其存在不可避免的污染问题而在我国受到严格的限制，且易抽难灌，因此其推广势难持久。 土壤源热泵技术特点非常明显，和传统中央空调及其它能源设备相比，土壤源热泵更节能舒适、环保先进，是绿色建筑节能技术的典范。 土壤源热泵技术特点：卫生、健康、舒适 强制供冷供热，室内温度分布均匀，温差小，无温度死角，是国际上公认使 室内舒适程度最高的空调末端系统。 土壤源热泵技术特点：环保 机组噪声小，无污染物排放，节能，氟利昂用量少，对建筑外立面无损坏，不影响美观。 土壤源热泵技术特点：节能，运行费用低 在更合适的情况下，夏季可提高室内平均温度，冬季可降低室内温度，通过降低室内外温差来减少空调负荷。 土壤源热泵技术特点：节省空间 空调系统占用室内净空高度很小，无较低的复式吊顶，房间空间感好。 土壤源热泵技术特点：技术先进 土壤热泵，智能控制都是当今空调领域很先进的技术。 参考链接：https://www.doczj.com/doc/d92841134.html,/article/3351.html 本文由舒适100网编辑部整理发布太阳能—土壤源热泵系统联合运行模式
土壤源热泵施工工法9027
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土壤源热泵系统的热平衡问题
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