地源热泵技术的发展及其优点

第一篇：地源热泵技术的发展及其优点

地源热泵技术的发展及其优点

地源热泵实际上是一项非常古老的技术，四十年代便有应用，只是近五年来相关技术发展，使其迅速商业化。地源热泵的名称最早出现在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Kelvin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，没有得到广泛应用。70年代，石油危机把人们的注意力集中到节能、高效益使用能源，使地源热泵的发展进入了高潮阶段，此时地下埋管已由早期的金额管改为塑料管。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。

美国能源部（DOE）和美国环境保护署（EPA）均已确认，地源热泵系统是目前效率最高、对环境最有利的热水、取暖和制冷系统。一方面它利用地下土壤或岩石的相对稳定温度使取暖和空调系统在全年都能维持高效运行，为地源热泵用户节省电费20－50％。

从一些文献的计算结果可以看出，多区顶风系统、单区顶风系统、冷水变风系统和多区地源热泵系统的效率比分别为1.54kw/ton、1.40kw/tom、1.23kw/ton和0.88kw/ton，kw/ton表示千瓦耗电/吨制冷量。可见，与传统空调相比，地源热泵系统的效率比最好。另一方面，在同等条件下，采用了地源热泵系统的建筑物能够减少维护费用。地源热泵非常耐用，它的机械运动部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安装在室内，从而避免了室外的恶劣气候，其地下部分可保证50年，地上部分可保证30年，因此地源热泵是免维护空调，节省了维护费用，使用户的投资在三年左右即可回收。对林肯城和内布拉斯加这两处地方和20所学校进行了有关空调系统维护费用的调查。这20所学校采用了4种不同的供冷方式：地源热泵系统（GHP）、带有热水锅炉的空气冷却器（ACC/GHWB）、带有热水锅炉的水冷却器（WCC/GHWB）、带有蒸汽锅炉的水冷却器（WCC/GSB）。

在亚特兰大市，对每户家庭采用空冷热泵系统每年的费用是826美元，采用普通空调系统的费用686美元，采用地源热泵系统的费用是397美元。可见，地源热泵系统的运行费用相对于其它空调系统来说是相当低的。

更重要的一点是，地源热泵系统所使用的制冷剂在工厂里注入并被完全密封，使用过程中绝无泄漏，用户任何时候均不必添补制冷剂，因而减少了对臭氧层的破坏。该系统可用于不同结构、不同面积的居民建筑上，可在新建筑施工时安装，也可用于旧建筑的改造，其在设计中的弹性使得它成为一个非常吸引人的空调选择。地源热泵在去湿方面有特别的长处，因而非常适合于夏季炎热而潮湿的气候，如果在空气配送装置上加上空调器，地源热泵在这一点上的特点将更加突出，因此若要达到室内空气质量标准，地源热泵系统也是一个非常好的选择。

地源热泵正是有以上优势、政府办公楼、公寓和餐馆等等。根据民用美国阿可拉荷马州电力公司在红河谷所作的用户调查：如果要1分至10分之内打分，99％的地源热泵空调用户对其在夏天的制冷能力打8分以上，73％的用户打了满分10分。

第二篇：地源热泵分析

湖北能源调度大楼

地源热泵空调系统分析报告

一、项目概况

湖北能源调度大楼位于武汉市武昌区徐东大街中段，项目用地面积9770.5m2，总建筑面积96806m2，其中地上39层建筑面积71300m2，地下3层建筑面积25506m2。总建筑高度为167.8m。地上一到三层为裙楼，四层到三十九层为标准办公层，避难层设置在十五层和二十八层。

二、集中空调系统初步设计方案简介

原设计中，本大楼采用集中供冷、供热的水—空气系统，分设2个独立的空调系统。1-37层为一个冷热源空调系统（空调系统一），其中1-14层为低区，16-37层为高区。

38、39层为电力调度中心，另设一个单独冷热源的空调系统（空调系统二）。

1、空调冷热源

空调系统一：夏季采用，冰蓄冷（2台）+双工况螺杆式冷水机组（3台）+地埋管地源热泵机组（2台）的方式供冷，高低区分设空调水系统，低区由分水器直接供冷、高区通过设置在15层（避难层）的冷水板换供冷；

高低区共用空调冷源，冷量由蓄冰罐、双工况螺杆式冷水机组、地埋管地源热泵机组联合提供。夏季在夜间电价低谷时开启双工况螺杆式冷水机组蓄冰。白天根据空调冷负荷大小采用以下三种模式：蓄冰盘管单独供冷、蓄冰罐与双工况螺杆式冷水机组联合供冷、蓄冰罐+双工况螺杆式冷水机组+地埋管地源热泵机组联合供冷。地源热泵机组启停由室内空调冷负荷大小和冬季从土壤总吸热量与夏季对土壤总放热量基本平衡决定，即夏季当蓄冰罐与

螺杆式冷水机组联合供冷不能满足大楼空调冷负荷要求时，开启一台或二台地源热泵机组进行补充供冷，反之则地源热泵机组停止运行。

冬季低区采用地埋管地源热泵机组直接供热，高区采用二台燃气真空锅炉直接供热。

空调系统二：冬夏季采用风冷涡旋式热泵机组供冷供热，主机选择二台，每台机组在标准空调工况时的制冷量均为253KW，制热量为260 KW，热泵机组设置在39层屋面上。

三、经济技术分析：

1、地埋管地源热泵是通过输入少量的高位能源将浅层低位地能向高位能源转移的可再生能源利用技术，它可以将地下土壤中的热量或者冷量转移到所需要的地方，实现空调制冷、采暖或者生活热水使用，仅需要消耗极少的输送能耗。该系统比传统空调系统运行效率高30%-60%，能大幅降低系统运行费用。

2、冰蓄冷空调技术是利用错峰分时电价优惠政策，夜间电网低谷时运转制冷机制冷，并以冰的形式蓄存，在白天用电高峰时将冰融化提供空调供冷，从而达到转移高峰电力负荷，提高电厂一次能源利用效率、降低空调运行费用的一项调荷节能技术

3、有良好的社会和企业经济效益

我国上世纪50年代天津大学开始进行地源热泵研究，2000年后北京中科院能源高科技有限公司开始市场化运行。2006年北京市发改委、规划委等9家联合发文在北京“埋管式地源热泵按45元/㎡一次性补助”.现全国已有31个以上省进行地源热泵的工程。

一、对初期投资影响

（1）机组初投资比冷水机组费用多10%-30%。

（2）增加打井（埋管）费用。

（3）无冷却塔和冷却系统，不仅省费用，还可节约建筑面积和建筑空间

（4）减少锅炉房和锅炉容量、无入网费（煤气、天燃气）或少入网费、和减少储油罐安全费。

二、运行费比较

（1）夏季制冷，节约费用>20%。

（2）夏季采用热回收，可免费提供生活热水。

（3）冬季制热时，运转费用相当于天燃气、燃油锅炉的50%。

（4）全年运行费节约30%左右。

四、对目前方案的意见和建议

1、从最新的设计说明上看，有效埋管深度为80米，埋管深度可增大至100米~~~120米，如有效深度至120米，则总的埋管深度增加16560米，在夏季可多提供散热量800KW左右。

2、原设计有35个温度测点，我们的场地不大,实际可否减少，而且可以考虑在地埋管孔内直接安放传感器。

3、原设计中，白天根据空调冷负荷大小采用以下三种优先模式：蓄冰盘管单独供冷、蓄冰罐与双工况螺杆式冷水机组联合供冷、蓄冰罐+双工况螺杆式冷水机组+地埋管地源热泵机组联合供冷。

该设计意图是优先使用冰蓄冷，然后才是水源热泵系统。因为地源热泵空调运行的经济性和舒适性以及是本大楼的亮点，而且地源热泵的制冷量比冰蓄冷大，我们建议优先运行地源热泵系统。

4、冰蓄冷空调是利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中，白

天融冰将所储存冷量释放出来，可以减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量。

但根据目前国家对能源调控的趋势，将逐步取消峰谷电价，实行阶梯电价。从2010年6月起，湖北省停止执行居民分时和蓄能产品优惠电价政策，分时电表将不再享受优惠。随后，国家发改委正式回应电价问题，有关负责人介绍，发改委正研究电价调整一事，同时湖北省物价部门有关负责人通告媒体，实行阶梯电价是大方向。一旦峰谷电价取消，冰蓄冷系统在运行费用上将大幅提高。由于原方案本身就有螺杆机冷水机组，建议取消冰蓄冷系统，把冷水机组改成离心机式的亦可完全满足需求，并且运行效率更高。由于系统的简化，将节省初期投资100万左右。

5、空调系统

（二）建议取消。因该系统实为精密空调，一般用在实验室等对空气温度、湿度要求比较高，一般是恒温恒湿的环境里。而我们的调度楼办公室对温度、湿度没有这么高的要求，只是普通的办公环境。因此建议取消该系统，直接使用系统

（一），或者有必要的话加装普通中央空调。

五、负三层埋管工程分析

负三层埋管是地源热泵系统施工的关键。

1、施工方案的前期调查和论证

本工程地源热泵的施工是在地下负三层施工，为此我们进行了广泛的研究咨询。

（1）国内的地源热泵项目绝大多数是在平地上或广场上进行施工，施工难度很小。我们这个项目是在地下三层实施，这将会增加深基坑暴露的时间。由于项目周边的普通居民住宅离基坑只有十米左右，深基坑的安全风险非常大。预估414口井的打井时间需要两个月，实际施工时必须加强安全管理、交叉施工管理，合理安排好施工方案。

（2）预计地埋管打井施工会和土方开挖等作业交叉施工，成品保护是关键，否则，一旦对埋管造成破坏就是不可补救的。我们通过了解，武昌火车站在做地源热泵施工时，后期土方开挖等对埋管造成了很多破坏，引起换热量达不到设计要求，实际使用效果很差。

（3）建议地埋管施工和主机设备采购、安装由一个承包商来完成，避免出现系统出现平衡问题。并且发生问题后，两家互相扯皮，互不认账，不能很好解决问题。我们通过了解，武汉新火车站地源热泵施工由四家施工单位完成，究其原因，是要平衡各方的关系和利益不得已而为之，最后造成投资增加、工期延长等一系列问题。

（4）冬季从土壤总吸热量与夏季对土壤总放热量保持平衡是数年后系统还能保持良好运行效果的关键。一般来讲，总放热量大于总吸热量，当系统运行几年后，通过适当加长冷水机组的运行时间等措施可解决此问题。

（5）系统主机是整个空调系统的心脏，因欧美国家做地源热泵比较早，技术非常成熟，因此建议主机选用进口品牌，如克莱门特和特灵、美意等。

二〇一一年七月二十日

考察结果：

1、前期投资：

2、后期使用费用：0.12——0.15元/平米

第三篇：地源热泵简介

绿色空调系统

——地源热泵

地源热泵技术是利用地下恒温土壤、空气或地下水温度相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统和地源热泵机组之间进行热量交换，它完全不需要任何的人工热源。地源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、地源热泵机组和室内空调末端系统。冬季它代替锅炉从土壤中取热，向建筑物供暖；夏季它代替普通空调向土壤排热给建筑物制冷。同时，它还能供应生活热水，因此被称为二十一世纪的“绿色空调技术”。

我公司所开发建设的项目采用地埋管的埋管方式，以水作为冷热量载体，通过泵房工作使水在埋于土壤中的换热管道内与热泵机组间循环流动，实现机组与大地土壤之间的热量交换。冬季循环水通过埋在土壤中的PE管环路，从土壤中吸收热量，使循环水温度升高，供给地源热泵机组。另增加设备提供热水，通过风机盘管、地板采暖系统或通过毛细管网给室内供热；夏季循环水通过地埋管将热量排放到土壤中，使循环水温度降低供给地源热泵机组，达到制冷效果。这里的循环水是人为灌注的，绝不抽取地下水，因而不会对地质结构稳定性造成影响。

项目在地源热泵技术上增加了送新风系统，使室内空气形成新风湖，在室内外空气交换的过程中，送新风系统中的过滤设备会将室外的有害气体成分充分过滤，循环进入室内的大量的氧离子，使室内的空气新鲜，舒适。同时大量稀释室内的甲醛等有害气体，真正达到“欧洲健康生活标准”。

在使用地源热泵技术和送新风技术的房屋内，能够提供一个温度适宜、湿度适宜、氧气新鲜而充足的生态住宅环境，让住户一年四季都生活在温暖如春的环境下呼吸清新的氧气。而且地源热泵系统所提供的生活热水在冬季可以达到四十五度左右，完全可以满足住户生活起居各方面的需求。实现“恒温、恒湿、鲜氧”的完美感受。

由于地源热泵的主要能量来自于地下，设备的使用寿命为50年以上，使得地源热泵系统的年均投资成本很低并节约大量的维护费用和可观的运行成本，一般来说，用户在地源热泵上的投资在系统运行五年左右就可以全部收回，之后的数十年使用寿命中地源热泵将会为用户带来丰厚的投资回报，属于一次投资长久受益的项目。（见附表）

地源热泵技术仅在使用上消耗少量的电能，不向外部直接排放任何污染和热量，因此使用地源热泵系统的房屋还可以有效达到环保效果，不会造成城市的热岛效应并对外界无任何污染。

第四篇：地源热泵简述

地源热泵的工作原理及技术经济性分析

一、地源热泵的概念

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。热泵机组的能量流动是利用其所消耗的能量（如电能）将吸取的全部热能（即电能+吸收的热能）一起排输至高温热源。而其所耗能量的作用是使制冷剂氟里昂压缩至高温高压状态，从而达到吸收低温热源中热能的作用。

通常地源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到5kW以上的热量或4kW以上冷量，所以我们将其称为节能型空调系统。

与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90％以上的电能或70～90％的燃料内能为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40％左右，其运行费用为普通中央空调的50～60％。因此，近十几年来，尤其是近五年来，地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及法国、瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的地源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。

二、国外发展近况

地源热泵的历史可以追朔到1912年瑞士的一个专利，欧洲第一台热泵机组是在1938年间制造的。它以河水低温热源，向市政厅供热，输出的热水温度可达60℃。在冬季采用热泵作为采暖需要，在夏季也能用来制冷。1973年能源危机的推动，使热泵的发展形成了一个高潮。目前，欧洲的热泵理论与技术均已高度发达，这种“一举两得”并且环保的设备在法、德、日、美等发达国家业已广泛使用。如美国，截止1985年全国共有14,000台地源热泵，而1997年就安装了45,000台，到目前为止已安装了400，000台，而且每年以10％的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19％，其中有新建筑中占30％。美国地源热泵工业已经成立了由美国能源部、环保署、爱迪逊电力研究所及众多地源热泵厂家组成的美国地源热泵协会，该协会在近年中将投入一亿美元从事开发、研究和推广工作。美国计划到2001年达到每年安装40万台地源热泵的目标，届时将降低温室气体排放1百万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植树1百万英亩，年节约能源费用达4.2亿美元，此后，每年节约能源费用再增加

1.7亿美元。

与美国的地源热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等

国家主要利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管（埋深＜400米深）的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计，为家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96％，奥地利为38％，丹麦为27％。

三、国内发展近况

我国的地源热泵事业近几年已开始起步，而且发展势头看好。天津大学、清华大学分别与有关企业结成产学研联合体开发出中国品牌的地源热泵系统，已建成数个示范工程，越来越多的中国用户开始熟悉地源热泵，并对其应用产生了浓厚的兴趣，可以预计中国的地源热泵市场前景广阔。之所以对中国的地源热泵市场发展前景持乐观态度，一方面是要节约常规能源、充分利用可再生能源的国内外大趋势；另一方面，我国具有较好的热泵科研与应用的基础，早在50年代，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。重庆建筑大学、天津商学院等单位对地下埋盘管的地源热泵也进行了多年的研究。在中国科学院广州能源研究所等单位还多次召开全国性的有关热泵技术发展与应用的专题研讨会。

四、地源热泵特点

1、属可再生能源利用技术

地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能（Earth Energy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。

2、属经济有效的节能技术

地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40％，因此要节能和节省运行费用40％左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。

据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。

3、环境效益显著

地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。

4、一机多用，应用范围广

地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。

此外，机组使用寿命长，均在15年以上；机组紧凑、节省空间；维护费用低；自动控制程度高，可无人值守。

当然，象任何事物一样，地源热泵也不是十全十美的，如其应用会受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，会受到当地地下水资源的制约，实际上地源热泵并不需要开采地下水，所使用的地下水可全部回灌，不会对水质产生污染。

第五篇：地源热泵会议纪要

海洋船舶等单位地热资源综合利用工程可研

会议纪要

时间：2012年9月19日

地点：百合大楼14层大会议室

规划计划处：长光新

森诺胜利设计院：封来提、孔秘密、张小刚、李大噶

海利丰公司：潘噶、宋小仙

会议首先由长光新对《海洋船舶等单位地热资源综合利用工程可研》进行了汇报，汇报完成之后由李淡化进行了总结发言，其他单位补充发言。会议各发言人提出的意见如下：

⑴ 项目建设方案没有太大问题，主要为项目现状描述不够清晰；

⑵ 海洋船舶公司项目现状描述要考虑到整体情况，不能仅针对本可研所要涉及的建筑，海洋船舶公司其他建筑采暖制冷情况？

⑶ 垦利管理区要整体描述现状，不宜分为2个工程，要明确现状面积，负荷，现有冷热源情况，采用地源热泵技术的意义？

⑷ 胜利采油厂科研信息综合楼原有的冷热源情况，对原油设施进行扩建改造还是新建地源热泵系统要分析清楚。

⑸ 报告中现状及存在问题要一块描述，避免内容重复。

⑹ 报告中地理位置这一章节可以去掉，在现状里边进行描述。

⑺ 报告中的图片要整理美化，尽量不用卫星图片，CAD截图也要进行优化，做到表达明确、层次清楚，同时又要内容简洁。

⑻ 可研部分文字内容进行整合，避免出现歧义。

⑼ 可研内容再进行增加，投资总额增加到3000万左右，由海利丰公司再挑选几个项目增加到报告当中。

记录人（签名）：张小小

2012年9月19日