蓄能式地源热泵系统

地源热泵供暖方案地源热泵供暖是一种利用地下能源进行供暖的技术，它具有高效、环保、节能的特点，被广泛应用于建筑物取暖系统中。

在地源热泵供暖方案中，一般包括地源热泵系统设计、地热换热器布置、地热井施工及系统运行等内容。

本文将对地源热泵供暖方案进行详细介绍。

地源热泵是一种能够利用地下能源进行供热和制冷的设备。

地源热泵系统由地热换热器、热泵机组、水系统和控制系统等组成。

其中，地热换热器是地源热泵系统的核心部件，它能够利用地下地温的稳定性进行热交换，实现高效的能源利用。

地热换热器的布置是地源热泵供暖方案中的重要环节。

地热换热器的布置需要充分考虑地质条件、地热资源分布及建筑物需求等因素。

一般来说，地热换热器可以分为垂直地热换热器和水平地热换热器两种类型。

垂直地热换热器是通过钻井方式将地热换热器深埋在地下，利用孔内的地热能源进行热交换。

水平地热换热器则是将地热换热器埋设在地下横向水平的管道中，与周围土壤进行热交换。

根据具体情况，可以选择适合的地热换热器布置方式。

在地源热泵供暖方案中，地热井的施工是不可忽视的一环。

地热井的施工要求严格，包括井深、井径、井距等要素的设计。

一般来说，地源热泵系统的地热井深度应在50-100米之间，通过井深的设计可以实现更有效的热交换。

井径的设计要充分考虑井孔内的能量传递和水流速度等因素。

井距的设计则需要根据具体情况确定，以保证井与井之间的热干扰最小化。

地源热泵供暖方案的运行需要依靠水系统和控制系统的支持。

水系统包括供回水管路、泵、水箱等组成，用来实现地源热泵系统的热传递和水循环。

控制系统则负责地源热泵系统的运行和调节。

通过合理的控制策略，能够实现地源热泵系统的高效运行和能源利用。

总的来说，地源热泵供暖方案是一种高效、环保、节能的供暖方式。

它不仅可以满足建筑物的供热需求，还能够减少对传统能源的依赖，降低暖气费用。

在未来，随着全球节能减排要求的不断提高，地源热泵供暖将会越来越受到重视和推广。

地源热泵系统助力碳中和——以某地区为例摘要：随着全球环境的严峻性，“碳达峰、碳中和”已成为未来几十年我国能源环境发展的重大目标，电能尤其是绿电替代化石能源是碳中和的主要路径。

地源热泵系统不仅系统效率高、更能实现电能替代化石能源，对于碳减排具有一定的促进作用。

某地区适用地源热泵系统供暖，因此采用地源热泵供暖代替燃气锅炉供暖，有助于某地区实现碳中和。

关键词：地源热泵；取放热平衡；碳减排在供热的绿色节能电方面，加热和燃煤、燃气锅炉供热只能将90%～98%的电能或70％～90%的燃料内能转化为热能，地源热泵将室外热能连同机组所耗电能一并转移到室内，能效比达4.5～6以上，地源热泵是一种高效、环保、节能的空调技术设备。

因此，大规模使用地源热泵系统为建筑提供供暖空调用能，是调整能源结构、降低二氧化碳排放的优选方向，对于我国实现碳中和具有一定的促进作用。

1.概述地源热泵系统是一种以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由地下换热部分（室外换热器）、能量转换部分（热泵机房系统）及能量释放部分（室内空调末端部分）三部分组成，利用埋置于土壤中的换热管与土壤进行热量的交换，借助压缩机和热交换系统，通过少量电能驱动，以实现冬季供暖、夏季制冷。

根据地下换热部分形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。

由于竖直埋管地源热泵具有不抽取地下水，占地小及换热量大等优点，目前某市采用的基本都是竖直埋管地源热泵系统，本文后述的地源热泵系统均指竖直埋管地源热泵系统。

2.地源热泵系统特性地源热泵系统冷热负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算方法相同，本文不再叙述。

当前，热泵机组冬季能效比约4.5，夏季能效比约5.1。

假定建筑冷热负荷全部由地源热泵系统承担，则由公式（1）（2）计算可知，冬季从地下吸收的最大热量是建筑设计最大热负荷的0.78倍，夏季向地下排放的最大热量是设计最大冷负荷的1.2倍。

地源热泵系统全年的总放热量和总吸热量宜基本平衡，设计时应进行全年供暖空调动态负荷计算，分析冬夏季冷热不平衡率，可避免因土壤温度的升高或降低引起热泵系统运行效率的下降。

地源热泵方案设计一、地源热泵系统概述地源热泵是一种利用地下土壤、地下水或地表水等作为冷热源，通过热泵机组进行能量交换，为建筑物提供制冷、供暖和生活热水的系统。

与传统的空调和供暖系统相比，地源热泵系统具有以下显著优势：1、高效节能：地源热泵系统的能效比（COP）通常较高，可大大降低能源消耗和运行成本。

2、环保无污染：不使用化石燃料，减少了温室气体排放和对环境的污染。

3、稳定可靠：地下温度相对稳定，使得系统运行更加稳定可靠，不受外界气候条件的影响。

4、使用寿命长：热泵机组和地下换热器的使用寿命较长，维护成本相对较低。

二、工程场地条件评估在进行地源热泵方案设计之前，首先需要对工程场地的条件进行详细评估。

这包括地质结构、土壤类型、地下水位、水文地质条件等。

不同的场地条件会影响地下换热器的设计和安装方式。

1、地质结构：了解地层的分布、厚度和岩石类型，以确定钻孔的可行性和难度。

2、土壤类型：土壤的热导率和比热容会影响热量传递效率，常见的土壤类型如砂土、黏土和壤土等，其热性能有所差异。

3、地下水位：地下水位的高低会影响换热器的安装深度和防水措施。

4、水文地质条件：包括地下水的流动速度、水质等，这对于选择合适的换热器类型和防止地下水污染至关重要。

三、建筑物负荷计算准确计算建筑物的冷热负荷是地源热泵方案设计的基础。

负荷计算需要考虑建筑物的用途、面积、朝向、围护结构的保温性能、室内人员和设备的发热量等因素。

通过专业的负荷计算软件，可以得到建筑物在不同季节和不同时段的制冷和供暖负荷需求。

1、制冷负荷：主要由室内外温差、太阳辐射、人员散热和设备散热等因素引起。

2、供暖负荷：与室外温度、建筑物的保温性能、通风换气次数等有关。

根据负荷计算结果，可以确定热泵机组的容量和地下换热器的规模，以保证系统能够满足建筑物的冷热需求。

四、地源热泵系统类型选择地源热泵系统主要有三种类型：地下水地源热泵系统、地埋管地源热泵系统和地表水地源热泵系统。

地源热泵系统的四大分类一、埋管式土壤源热泵系统又称地下耦合热泵系统（Ground-couple heat pumps GCHPs）或土壤热交换器地源热泵（Ground heat exchanger heat pumps），包括一个土壤耦合地热交换器，它或是水平地安装在地沟中，或是以Ｕ形管状垂直安装在竖井之中。

通过中间介质（通常为水或者是加入防冻剂的水）作为热载体，使中间介质在土壤耦合地热交换器的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行热交换的目的。

1、水平埋管地源热泵系统（Horizontal ground-coupled heat pump）：比较简单的方式是,当室内负荷比较小，土壤换热器长度比较短,可以把与单回路管子随开挖土方施工直接埋入地下，如图2－1所示.。

图2－1水平埋管地源热泵系统当室内负荷比较大,土壤换热器长度比较长,就需要考虑换热器的布置问题,常有的布置方式有以下两种.（a）串联式水平埋管：将地下水平埋管换热管串接成一个或有限的几个独立的水循环管路，如图2－2所示。

优点是结构简单，缺点是管路系统流动阻力大，且部分管路段换热效果差。

图2－2 串联式水平埋管（b）并联式水平埋管：将地下水平埋管换热管并联连接成一起，形成一个独立的水循环管路，如图2－3所示。

优点是管路系统流动阻力小，且管路段换热比较均匀；缺点是连接比较复杂，且可能产品换热管路间的水力不平恒。

图2－3并联式水平埋管2、垂直埋管地源热泵系统（Vertical borehole ground-coupled heat pump）（a）换热器井管路直接接入机房：比较简单的方式是,当室内负荷比较小,土壤换热器长度比较短,换热器井数比较少可以直接接入机房，如图2－4所示。

（b）换热器井管路汇集到集水器：当室内负荷比较大,土壤换热器长度比较长,就需要考虑换热器井群的布置问题,一般是若干口井汇集到集水器中，然后统一由干管接入机房，如图2－5所示。

地源热泵冷热源耦合供能最优运行策略摘要：冷热双蓄技术使用单罐斜温层水储罐在供暖季储热、在供冷季储冷，该技术与热泵技术相结合，可以有效降低冷热联供项目的运行成本，提高项目经济效益。

以位于郑州市建筑面积为6×104m2的某商务办公楼建筑区域作为研究对象，提出了冷热双蓄与热泵耦合的综合能源系统，对该系统的初投资、运行成本、内部收益率、财务净现值及静态投资回收期等多项经济效益指标进行了分析，并与空气源热泵直接供冷供热系统进行了对比。

分析结果表明，冷热双蓄与热泵耦合的综合能源系统较空气源热泵直供系统而言，每年节约运行成本71.26×104元，成本降低率为30.92%，内部收益率提升了6.1%，财务净现值提升了422.8×104元，投资回收期缩短了2.77年，因此将冷热双蓄技术与热泵技术相结合，可以大幅度提升冷热联供项目的经济性指标，具有良好的经济效益。

关键词：冷热双蓄; 热泵; 供冷供热; 效益分析1 供冷供热技术1.1 冷热双蓄技术冷热双蓄技术可以实现能量在时间上的移动，当热源/冷源产生的能量大于用户需求量时，多余的能量进入冷热双蓄储罐储存；当需要储罐释能时，冷热双蓄储罐中的能量可以替代一部分热源/冷源产生的能量，目前该技术已经广泛应用于清洁供暖和综合智慧能源领域。

冷热双蓄技术的关键设备为单罐斜温层水储罐，利用水的温度不同时，密度也会有所差异的原理，在一个足够大的储罐中，由于重力的作用，密度不同的水会形成自然分层，密度较小的热水将位于密度较大的冷水上部，中间会形成1 m左右的斜温层，可以实现单个储罐内同时储存热水和冷水。

斜温层水储罐储热温度为5～98 ℃，可以在冬季储存热水，在夏季储存冷水，利用同1个储能设备可以实现冬季储热和夏季储冷，节约了设备投资。

1.2 空气源热泵技术热泵技术是利用高位能(例如电能)使得能量从低位热源向高位热源搬运的节能技术[6]，具有运行效率高、稳定可靠、经济效益优越等优点。