地埋管系统介绍2014.9.131.地源热泵的概念地源热泵的名称最早出现在1912 年瑞士的一份专利文献中，但真正意义的商业应用也就十几年的历史，但发展相当迅速。

如美国，截止1985 年全国共有14,000 套地源热泵，而1997 年就安装了45,000套，到目前为止已安装了400,000 套，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 ％，其中新建筑中占30 ％。

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，采用地下埋管（埋深< 400 米深）的地源热泵，用于室内地板辐射采暖或提供生活热水。

据1999 年的统计，家用供热装置中，地源热泵所占比例较高，瑞士为96 ％，奥地利为38 ％，丹麦为27 ％。

同时，中、北欧海水源热泵的研究和应用也比较多。

在我国，地源热泵的应用起步较晚，但发展潜力十分巨大。

一方面，随着城市环境问题的日益重视和能源结构的调整，北方地区新建小区一般不能使用燃煤锅炉房供热，以何种方式解决这些新建小区的供热问题成为目前住宅建设中的大问题。

另一方面，近年来我国住宅空调安装率迅速增长。

上海居民住宅空调拥有率已超过60 ％，北京也达到34 ％，城镇居民住宅平均拥有率已达20 ％，并且目前家庭拥有率仍在飞速增长。

借鉴发达国家的经验，采用地源热泵方式可能成为满足这种要求的最佳方式。

地源热泵的在中国的发展趋势近年来，在国家科技部、国家环保总局、国家质监局等五部委的大力支持推荐下，地源热泵技术受到了广泛的关注和重视，地源热泵中央空调已经在一些国家机关、部分企业和建筑物上开始广泛推广使用，显示出了广阔巨大的应用前景。

目前，中国的地源热泵市场日趋活跃，逐渐成为了21 世纪最有效、最具影响、最有竞争力的空调技术。

较少的初期投资我国的城市建设步伐正在加快，每年城镇新建住宅2. 4 亿平方米。

如果这些建筑都配备地源热泵，这对我们这个需要采暖地区占了70% 国土面积的国家而言，节省的费用是巨大的。

在美国，一般的一个家庭的安装费在3000 至5000 美元，但是地源热泵仍具备了较强的市场竞争力；而我国劳动力较发达国家低很多，因此最为地源热泵最主要的成本--- 基建成本更是较低，由此可见，我国与国外发达国家相比，地源热泵的初期投资是较低的。

提高环境质量、缓解紧张能源据统计，世界大气污染最严重的10 座城市中，中国就占了7 席，这也从一个侧面反映出我国城市空气质量不容乐观，加强空气治理，已经到了刻不容缓的时候。

为了彻底整治环境，减少温室气体排放，我国政府已经实施了相关政策。

例如北京等城市，已经开始以电代煤方法来解决城市污染问题，每千瓦电能带来4-5 千瓦热量的地源热泵将极具竞争力。

由于电力是地源热泵的唯一驱动力，因此没有燃料分散燃烧所造成的大气污染。

与此同时由于厂家密封制冷剂，使用过程中不泄露、不补充，减少了对臭氧层的破坏。

分析和调查表明，地源热泵的应用对降低温室效应起了积极作用，可见，这项技术应用于中国将缓解城市空气污染问题。

我国能源的短缺已经是一个不争的事实，能源的利用率仅为30% ，这仅相当于发达国家50 年代的水平。

我国建筑能耗约占总能耗的25% ，其中供热采暖能耗约占一半。

能源短缺导致中国的能源价格越来越接近发达国家水平。

我国要在能源每年增长率仅为3%--5% 的条件下满足国民经济持续每年增长8%--9% ，就必须重视节能技术和节能产品的开发利用，这决定了我国必须在空调和采暖这一耗能这一大项上有所改进。

就地源热泵技术而言，由于热泵仅仅用来传输热量，而不是产生热量，所需要的热量有70% 来自于地下，夏天制冷时，用来将建筑物中的热量传入地下所消耗的电力非常少，因此地源热泵这项节能技术应用于我国可以在一定程度上缓解我国的能源压力。

2.国家能源政策支持我国政府高度重视并鼓励浅层地热能的开发利用，先后出台了一系列国家政策。

1）2005年2月28日，国家主席胡锦涛颁布33号主席令：2006年1月1日《中华人民共和国可再生能源法》开始正式实施。

地热能的开发与利用被明确列入新能源所鼓励发展的范围。

2）2005年11月29日，国家发展和改革委员会制订并颁布了《中华人民共和国可再生能源产业发展指导目录》，“地热发电、地热供暖、地源热泵供暖或空调、地下热能储存系统”被列入重点发展项目；“地热井专用钻探设备、地热井泵、水源热泵机组、地热能系统设计、优化和测评软件、水的热源利用”等被列为地热利用领域重点推荐选用的设备。

3）2006年8月，国家财政部发布《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》中明确提出“加强对可再生能源发展专项资金的管理，重点扶持燃料乙醇、生物柴油、太阳能、风能、地热能等的开发利用。

”其中第二章有关“扶持重点”第七条中提出“在建筑供热、采暖和制冷的可再生能源开发利用，重点支持太阳能、地热能等在建筑物中的推广应用。

”4）2007年1月，建设部发布《建设事业“十一五”重点推广技术领域》，确定了“十一五”期间九大重点推广技术领域，其中“建筑节能与新能源开发利用技术领域”中重点推广太阳能、浅层地热能、生物质能及其他能源利用技术；其中重点推广建筑节能改造技术：供热采暖制冷系统节能改造技术。

5）2007年6月，国务院发布《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》（国发[2007]15号），明确提出要“大力发展可再生能源，抓紧制订出台可再生能源中长期规划，推进风能、太阳能、地热能、水电、沼气、生物质能利用以及可再生能源与建筑一体化的科研、开发和建设，加强资源调查评价。

6）2009年8月，为贯彻国务院关于节能减排战略部署，深入做好建筑节能工作，国家财政部、建设部联合发出《可再生能源建筑应用城市示范》的通知，以调整建筑用能结构为目的，以可再生能源城市级规模化应用为基本途径，以项目示范为重点，坚持不懈推进节能减排，提高可再生能源建筑应用比例，实现社会经济的可持续发展的目标。

3.地源热泵的优势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120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，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,即投入1kw电能可以平均获得4.0kw以上的冷量或热量。

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。

设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30％～40％的的运行费用。

3、环境效益显著传统的中央空调以煤、石油、天然气等燃料为主要能源，众所周知这些能源在不断的减少，总有一天，会接近枯竭；而地源热泵中央空调以地下储存的热量为主要能源，这种能源取之不尽、用之不竭。

煤、石油、天然气等燃料的价格逐年上升，而地热资源由于来源于太阳的无私奉献，完全免费。

传统的中央空调以煤、石油、天燃气等燃料为主要能源，在消耗和转换的过程中，造成严重的环境污染。

经权威部门测试，燃烧一吨原煤向空中排放15公斤粉尘，20公斤二氧化硫、7公斤氮化钾，而地源空调在使用中不释放任何对环境有害的污染物。

4、一机多用，应用范围广地源热泵系统可供暖、制冷，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。

5、维护费用低在同等条件下，采用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，所有的部件安装在室内，从而避免了室外的恶劣气候，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3～5年左右即可收回。

此外，机组使用寿命长，均在20年以上；机组紧凑、节省空间；自动控制程度高，可无人值守。

4.地埋管式热泵系统简介地源热泵系统原理图（1）地埋管式地源热泵分类地耦管土壤源热泵系统是一个密闭的闭路循环系统，它保持了地下水水源热泵利用大地作为冷热源的优点，同时又不需要抽取地下水作为传热的介质。

地耦管土壤源热泵系统从根本上解决了地下水水源热泵的种种弊端，是一种真正可持续发展的建筑节能的新技术，而且还具有适用范围广、运行费用低、节能和环保效益显著等优点。

土壤源热泵系统中的土壤换热器埋管方式可分为：水平式土壤换热器，垂直U型式土壤换热器，垂直套管式土壤换热器，热井式土壤换热器，直接膨胀式土壤换热器。

1）水平式土壤换热器水平地埋管普遍使用在单相运行状态的空调系统中，一般的设计埋管深度在2～4米之间，在只用于采暖时，土壤在整个冬天处于放热状态，沟的深度一定要深，管间距要大。

水平式土壤换热器埋管方式垂直U型式土壤换热器埋管方式2）垂直U型式土壤换热器垂直U型式土壤换热器是钻孔将U型管深埋在地下，因此与水平土壤换热器的比较具有占地面积小、运行稳定、效率高等优点。

3）垂直套管式土壤换热器换热器有内套管和外套管的闭路循环系统，水从外套管的上部流入管内，循环时，水沿外套管自上至下的流动，从外套管的底部经内套管上流到顶部出套管。

套管式土壤换热器适合在地下岩石深度较浅，钻深孔困难的地表层使用。

通过竖埋单管试验，套管式换热器较U型管效率高20～25%。

竖埋套管式孔距在3～5m，孔径在150～200mm，外套管直径Ф63～Ф90～Ф120mm，内套管直径Ф25～Ф32mm。

目前在欧洲的瑞典采用较多的套管式土壤换热器，如下图所示：垂直套管式土壤换热器埋管方式热井式土壤换热器埋管（2）土壤传热性能地热换热器的传热性能在很大程度上依赖于土壤的热物理性质。

由于岩土类型（包括粘土、砂石或岩土等）、岩土湿度在不同国家、不同地区、不同城市，甚至在同一城市的不同片区都互不相同。

因此，设计和安装地热换热器有许多不确定的因素。

这些不确定因素都不同程度地影响着地热换热器的传热性能，进而影响地源热泵空调系统的正常运行。

设置在不同场合的竖直埋管地热换热器会涉及不同的地质结构，包括各地层的材质、含水量和地下水的运动等，这些必然会影响到地热换热器的传热性能和地源热泵空调系统的正常运行。

在设计过程中应该尽可能地弄清楚这些因素对地热换热器性能的影响，包括进行必要的现场测试，土壤热物性最好在现场用专门的仪器进行测定。