复合式地源热泵工程应用分析

中央空调热泵冷热源实际工程案例分析

一、工程概况

桐庐大酒店位于城市发展设于的商业中心——杭州市桐庐县城区。桐庐大酒店是按四星级酒店标准设计的集客房、餐饮、娱乐、休闲、会议、办公及商场为一体的移动式复合式综合性项目。地上建筑面积：34210m²。地下建筑面积：3160m²。夏季制冷负荷为2500KW，冬季供热负荷为2000KW。单位面积温热指标为70.4W/m²。单位幅员热指标为58.5W/m²。热水负荷为5000KW/天。

二、不同冷(热)源热泵方案初投资比较

2.1混合源地源热泵冷(热)源与初投资

系统南部可靠性南方地区制冷负荷大于供暖+热水负荷的20%左右，长期性为维持地下土壤温度场的可持续性，实现经济运行目的，设计采用混合源(地埋管+冷却塔)地源热泵。地下土壤源温度场可维持在16～22℃之间变化，热泵热源温度平均保持12～6℃之间变化，。热泵是以15℃废热作为供热量指标，在热源温度12～6℃市场条件下运行供热虽有衰减，但仍能满足2500KW供暖和热水负荷的需求量。热泵供热性能数值COP值可达3.5以上，主要是依靠昂贵造价的地源埋管系统作陪衬，才能实现单项运行经济指标的高效。

系统初投资近期萨斯特地源埋管钻井施工队在为浏阳市一座别墅做地源埋管，岩层钻孔单井深度35米，钻机日进尺深度只有10米，井深造价超过100元/米。在大型建筑物中用地紧张，单井深度可达到80～100米，随着井深增加岩层硬度会更高，井深造价为120～200元/米之间(四川地恒温示范工程)。采用混合源地源热泵机组及冷(热)源地源埋管系统的初投资为710.00万元左右(详见表1)。

2.2空气源热泵冷(热)源与初投资

系统性能酷暑制冷，空气源热泵的效率与室外气候有直接的关系，随室外温度的升高而减低，机组消耗功率随室外环境温度的上升而湿度增加。空气温度35℃，出水温度7℃，水蒸气源热泵制冷能效比EER值在2.5左右。隆冬供热，南方地区受特定与气候条件因素影响，成为冷暖气流对峙区“低温高湿”，空气中低品位“潜热”含量高，空气源热泵因构造硬伤，无须有效地利用低透过品位热源，持续期累计约50天左右(-5～2℃温度有近10天左右，2～5℃温度有近40天左右)。当空气源热泵迎面风速为2M/S时，室外液体干球温度在0～5℃，相对湿度>80%时结霜最为严重，此时平均每小时化一次霜，按现代技术不停机旁通换向化霜程序，一次化霜的时间很多于8分钟左右(包括室内反向取热)。空气源热泵在0～5℃条件下处于无霜至结满霜与半结霜状态下运行，供热性能下降35～40%；化霜减少的供热量达15～20%左右。因此，在最恶劣工况条件下空气源热泵机组的实际供热输出量，只有标准规范工况供热量的50%左右，供热性能系数COP平均只有1.5左右。

２００９　第４卷第２期　理论探讨　２００９　Ｖｏ１．４　Ｎｏ．２　

地源热泵项目的经济分析及设计优化　

以北京市昌平区某地源热泵改造工程为例　

王立发　，江　剑　，栾英波　

（１．北京市地质工程勘察院，北京１０００３７；２．北京市地质矿产勘查开发局，北京１００１９５）　摘要：以北京地区浅层地温能资源开发利用现状调查为基础，选取有代表性的昌平区某地源热泵供暖改造工程为　实例，对地源热泵项目进行了技术．经济分析，并对地源热泵的设计方案提出了合理化建议。　关键词：地源热泵；经济分析；设计方案优化　中图分类号：Ｆ２２３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７－１９０３（２００９）０２—０００４－０６　

０引言　

浅层地温能是一种新型的优质环保能源，具有可　

再生、储量大、清洁环保的优点。开发利用浅层地温　

能资源对改善北京市能源结构，提高可再生能源利　

用比例，节能、减排均具有一定意义。根据北京市　

“十一五”能源发展与节能规划，￣ｉＪ２０１　０年，北京市　

可再生能源利用量达￣ｔ｜２００万吨标准煤，力争达到占能　源消费结构中总量４％，其中热泵系统供暖面积将达到　

３５００万ｍ　。　

据调查统计，截止￣１Ｊ２００７年９月底北京地区已建　

浅层地温能资源开发利用工程４７９个，服务面积达到　

１　０５２万ｍ　。　地下水式地源热泵（简称为水源热泵）和地埋管　

式地源热泵（简称为地源热泵）是北京地区浅层地温　能资源开发利用的两种主要技术。　

水源热泵项目运行时需要通过抽取地下水作为能　

量传递的介质来实现供热或制冷的目的，地下水在完　

成热交换后，必须１００％回灌入同一含水层中。因此，　

区域水文地质条件能否满足需水量和回灌量要求是项　

目选址的关键。　

地源热泵项目需根据项目的总冷、热负荷钻凿数　

量众多的地埋管孔，从理论讲可以在任何地区和任何　

地层钻凿地埋管孔，但从经济上考虑，在粗颗粒地层　

中钻凿小口径孔（１５０ｍｍ）的成孔难度非常大，成本　

昂贵。另外，地下水水位和流速对单孔换热能力有着　

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地源热泵工程应用细节

作者：杜铁成

来源：《城市建设理论研究》2012年第29期

摘要：地源热泵（Ground-Source Heat Pump）是一种高效、节能、环保、经济的中央空调系统，在我国运行将近十年，取得了良好的经济效益和社会效益。方案设计前，依据《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366-2009）要求，首先应对于浅层地热能资源进行勘察，一般来说在地质条件较好增加成本不多，5~8年内可回收投资成本的自持或出租项目可优先考虑采用。我国大多数地区均为冷热负荷不平衡且相差较大，应大力提倡混合式地源热泵空调系统形式；国内项目大多用地紧张，项目容积率较高，负荷较大，一般都采用垂直式的埋管布置方式。招标过程中应优先考虑专业公司总承包方式；施工中需对现场勘查及回填等工序严格把关，安排好合理的施工周期及组织形式；利用机房群控系统使得整个系统高效节能运行。

关键词：地源热泵，工程应用，细节

中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

绪论：

近年来随着我国政府和社会公众对保护大气环境越来越重视，城镇中已普遍禁止采用中小型燃煤锅炉供热，地源热泵系统是一种有效减少大气污染的供暖和空调手段。

地源热泵（Ground-Source Heat Pump）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年代就已在一些北欧国家的供热中得到实际应用，80年代以来在北美也形成了利用地源热泵对建筑进行冷热联供的研究和工程实践的新一轮高潮，技术逐渐趋于成熟，应用范围也从单独民居的空调向较大型的公共建筑扩展。

由于较深的地层中在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度，地源热泵机组可利用的土壤温度冬季为13～18℃，土壤温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也随之提高。而夏季土壤亦为13～18℃，其温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。此外，冬季通过热泵把大地中的热量升高温度后对建筑供热，同时使大地中的温度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用；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使用。这样在地源热泵系统中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。如图所示。

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地源热泵热平衡问题分析与工程应用

作者：王伟

来源：《科学家》2016年第03期

摘要地源热泵系统运行其实是利用大地的蓄能来达到地源热平衡，又因为环保高效能、成本费用低等优点，在全世界范围内得到了大力的推广与应用，在地源热泵系统不断应用中出现了问题，地源热泵因常年运行存在着吸排热不平衡的问题，导致热堆积从而引起性能下降。本文从地源热泵热平衡问题以及地源热泵运行对生态环境的影响进行阐述，并从热平衡问题影响因素出发，最后提出相应地源热泵热平衡问题的对策。

关键词地源热泵；热平衡；问题分析；工程应用

地源热泵冬季通过热泵将大地中的低位热能提高，对建筑供暖，同时使大地中的温度降低，即蓄存冷量以备夏季使用。夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时在大地中蓄存热量，以备冬季使用。地源热泵系统主要用地下水或地表水与岩土作为低温热源，地源热泵系统分别由水源热泵机组、地热能交换系统与建筑物内系统组成。地源热泵系统主要是利用地表浅层储存能源，这种能源不会受地理位置的限制，可以无限循环的利用。这种能源叫可再生能源。利用这种可再生能源的地源热泵技术具有节约能源、高效利用、运行成本低等好处。

1地源热泵热平衡问题

1.1地表浅层冷热负荷不平衡

地源热泵是由地热换热器通过提取地表浅层的温差能，然后经过热泵机组把热源与热汇扩散到自己周围范围内的地表。所以常年运行利用地表浅层热能的地源热泵系统就需要考虑常年从地表浅层提取热能和放出热能的平衡问题。这就是我们常说的土壤源热泵热平衡问题。由于我国地区在气候上差异明显，尤其是西北区域更是差异明显。这就导致我国大部分区域建筑物地表浅层处于冷热负荷很不平衡，使建筑物地表常年处于冷热负荷较大的状态，甚至会因为常年对地表进行提取与放出热量不一致，形成我们所说的地下土壤“热堆积”，其实就是土壤热失衡。如果出现这种问题的发生，那么这样的大地土壤就很难自身修复，甚至会造成大地土壤内能量无法再循环以及利用，这就是造成土壤热失衡的主要原因，这样客观的因素是难以改变的。如果大地土壤长期在“热堆积”下运行，往往会超出土壤自身的扩散热量的能力，最终会造成大地土壤内的温度与原始温度逐渐偏离，可能会造成地表浅层温度会不断升高或降低，从而使热泵机组在夏季运行时，制冷效果和效率严重下降，最终会影响热泵机组的运行效率。