淹没环路闭式系统
2013-8-11
形式
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埋深、管径和最小钻孔孔径对应表
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垂直土壤换热器
1. 深度,一般为50m~120m 2.占地面积,由孔数和孔距决定 3.孔的直径,一般为100mm~150mm 4. 孔的距离一般为4m~8m 5. 孔内的管束: 单U, 双U 6. U形管的材质直径,一般为1′PE管
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土壤源热泵的特点
4.一机多用，应用范围广
可供暖、空调，还可供生活热水 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。
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土壤源热泵的特点
5.系统维护费用低，运行可 靠
地源热泵非常耐用，机械运动部件非常少 所有的部件埋在地下或是安装在室内，从而避免 了室外的恶劣气候 地下部分可保证50年 维护少，节省维护费用
比风冷热泵的运行费节约 COP值较土壤源热泵小，运行能耗 运行费用 30%～40%。全年使用的空 高 调尤为明显。
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与其他系统不同之处
土壤源热泵与其他系统最大不同之处在于：夏
季冷凝排热去向和冬季蒸发吸热的来源不同。
风冷热泵为：空气 水源热泵为：地下水 地源热泵为：土壤
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地下水源热泵运行工况
使用侧冷热水
进口温度/℃ 出口温度/℃
热源侧(或放热侧)水
进口温度/℃ 出口温度/℃
制冷
12
7
30
35
制热
40
45
20(高)/10(低)
10(高)/2(低)
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土壤源热泵运行工况
使用侧冷热水
进口温度/℃ 出口温度/℃
热源侧(或放热侧)水
进口温度/℃ 出口温度/℃
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土壤源热泵的特点
3.环境效益显著
污染物排放与空气源热泵相比减少40%以上，与电 供暖相比减少70%。 没有燃烧、排烟，也没有废弃物，且不用远距离 输送热量，是真正的环保型空调，没有风扇的能 耗和噪声。 夏季不会向建筑周围空气放热，冬季不会从建筑 物周围空气吸热。机组的埋地换热器可以布置在 花园、草坪及建筑物周围地下，不占建筑面积。
1998年美国能源部颁布法规，要求在全国联邦政府机构的 建筑中推广应用地下耦合热泵供热空调系统。美国总统布 什在他的得克萨斯州的宅邸中也安装了地源热泵空调系统。
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土壤源热泵的应用情况
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，（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。
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水源热泵系统
地下水源热泵
地表水源热泵
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土壤源热泵空调概述
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土壤源热泵
国际能源大会WEC 国际能源署IEA, 国际制冷学会IIR等 国际组织及从事热泵的研究者都普遍认为土壤源热 泵是： •在目前和将来最有前途的节能装置和系统 •国际空调和制冷行业前沿课题之一 •地热利用的重要形式 1998年美国暖通空调工程师学会ASHRAE技术奖就授 予土壤热源热泵系统。
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孔内管束
1. 单U
一般用于打孔成本较低(粘土,沙土等)
2. 双U
一般用于打孔成本较高(漂石,花岗岩等)
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单位长度的换热量
1.
例如：上海地区，夏天放热量60～80W/米孔深； 冬天吸热量40～60W/米孔深
2. 管距, 推荐使用 “弹性分离器”
3. 填料
早期使用膨润土(0.66~0.74W/MK)
制冷 制热
12 40
7 45
30(低)/40(高) 0(低)/5(高)
35(低)/45(高) -5(低)/0(高)
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土壤源热泵空调经济性分析
2013-8-11
土壤源热泵空调的经济性分析
1.投资成本分析
包括：钻井、埋管、地源热泵机组和末端空调系统。
Cane等（1996）的调查，在整个系统总投资中，地源 部分（包括钻井、回填、埋管）的材料、安装与施工等费 用约占20%--60%，平均占30%
地源热泵系统介绍
热泵
定义：利用高位能使热量从低位热源流向高位热 源的节能装置 分类（按热源）:
热泵
空气源热泵
air source heat pump
水源热泵
water source heat pump
地源热泵
ground source heat pump
土壤源热泵
ground-coupled heat pump
最初的地源热泵工程主要是国内一些工程公司代理国外 产品做的，近两年国内也出现了很多设备厂商和越来越 多工程公司。
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土壤源热泵适用性
适用于： • 别墅和容积率不太高的住宅小区、公共建
筑 和办公楼等 • 附近有足够打孔或埋管的区域和适宜打孔埋 管的地质条件
不太适用于： • 建筑密度很大的地方
• 地质条件比较恶劣的地区（如：地下岩层比 较厚和硬）
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土壤源热泵推广的限制
• 地埋管的应用可能会受到当地地质条件的制约,打 孔和埋管要占用部分土地面积 • 一次性投资费用比其他系统高，主要是额外增加 地下打孔和埋管费用 • 地质情况的不确定性 • 系统设计的技术要求比较高 • 政府、建筑设计人员和公众对这一技术缺乏了解
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土壤源热泵的应用情况
在美国： 截止1985年全国共有14,000台地源热泵 1997年就安装了45，000台 到1999为止已安装了400，000台 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％。
地下水源热泵
ground water source heat pump
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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。
2013-8-11
地源热泵形式
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土壤源热泵系统
垂直埋管系统
水平埋管系统
螺旋埋管系统
风冷：主机要与外界通风良好，设 置地点受限制（屋顶、地面）； 水冷：冷却塔，锅炉位置受限制
土壤的温度很稳定，换热 受外界天气条件影响大，运行不稳 运行效率 稳定，不受外界空气的变 定效率低 化而影响，运行效率高 控制系统 不存在结霜问题 环境效益 真正意义的绿色环保空调 北方冬季，风冷热泵冲霜问题，主 机逆循环，室内室温控制受限。 将废热气或水蒸气排向室外环境， 对环境造成很大的污染 。
地表土壤和水体，收集了47%的太阳辐射能量， 比人类每年利用能量的500倍还多。 地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散 相对的均衡。 对太阳能二次利用，符合可持续性发展趋势 不受地域、资源等限制
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土壤源热泵的特点
2.经济有效的节能技术
全年土壤温度（5m以下）相对稳定，夏季土 壤中的温度低于对应气候条件下空气温度， 冬季土壤温度高于空气温度 理论上讲，降低冷凝温度和提高蒸发温度都 可提高循环效率，达到节能的效果 土壤对地面空气温度波动有衰减和延迟，在 耗电量相同的条件下，分别提高夏季供冷量 或冬季的供热量
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初投资费用的比较
1. 2. 3. 机组和水源热泵机组相近 不需要打井 增加钻孔埋管费用
和水源热泵系统相比, 初投资增加30~100元／平方米 和风冷热泵相比,初投资增加30~60元／平方米
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土壤源热泵空调的经济性分 析
2.运行能耗分析 ：
Mancini等（1996）通过对加拿大和美国 的12个地源热泵系统的调查表明，地源热泵的年 能耗指标远低于常规空调系统冷热源平均年能耗 指标。 一个经过精心设计、安装和运行维护管理 的地源热泵系统，在满足同样舒适性标准的前提 下，其年运行能耗可仅为常规空调系统的 60%~70%。
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％ 。
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土壤源热泵的发展（国内）
国内的地源热泵起步较晚，近几年已开始产业化起步， 而且处在高速发展阶段。 80年~1998年主要以天津大学和天津商学院为主进行土 壤热泵模拟实验。 1998年至2004年重庆建筑大学、湖南 大学、天津大学、山东建工学院、清华大学等单位在理 论研究和实验研究方面有了一定的成果。
垂直管路闭式系统
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水平埋管
水平闭式系统 特点：施工比垂直埋管简单，占地较垂直埋管大，当埋深 较浅时，换热易受环境的影响，土方开挖量比较大。
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螺旋闭式
螺旋闭式系统 特点：水平埋管的变种，比水平埋管占地小，单位管 长换热比水平埋管小，管用量比较大。
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淹没环路
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冷却塔辅助冷却复合地源热泵
冷 却 塔 补 偿 系 统
在冷负荷大于热负荷时， 若以夏季冷负荷设计埋 管会大大增加初投资， 冬季又浪费能源，因此 可以采用冷却塔辅助冷 却，减少埋管尺寸，降 低安装费用。这种形式 的系统已成功运用在多 个商用建筑中。
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太阳能辅助加热复合地源热泵
2013-8-11
土壤源热泵
被称为： “ 21世纪的一项以节能和环保为特征的 最具有发展前途的绿色空调技术 ”
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