土壤源热泵 土壤源热泵系统是以大地作为热源，热泵的换热器埋于土壤中与大地进行冷热交换的地源热泵系统。土壤源热泵系统采用闭式环路，将大地作为蓄能体，具有环保和节能的双重效益。国际上将地下蓄能技术和高效热泵同时引入21世纪最有发展前途的50项新技术之中。世界能源理事会（WEC）、国际能源署（IEA）、国际制冷学会（IIR）、美国布鲁克海文国家实验室（BNL）等国际著名组织及所从事热泵的研究者普遍认为：在目前和将来土壤耦合热泵是最有前途的节能装置和系统之一，是国际空调和制冷行业的前沿课题之一，也是浅层地能利用的重要形式。1998年美国暖通空调工程师学会（ASHRAE）的技术奖也授予了土壤耦合热泵系统。 土壤源热泵系统的优点： 1.土壤温度全年波动较小且数值相对稳定，热泵机组的季节性能系数具有恒温热源热泵的特性， 这种温度特性使土壤耦合热泵系统比传统的空调运行效率要高40％～60％，节能效果明显； 2.土壤具有良好的蓄热性能，冬、夏季从土壤中取出（或放入）的能量可以分别在夏、冬季得到自然补偿； 3.当室外气温处于极端状态时，用户对能源的需求量一般也处于高峰期，由于土壤温度相对地面空气温度的延迟和衰减效应，因此，和空气源热泵相比，它可以提供较低的冷凝温度和较高的蒸发温度，从而在耗电相同的条件下，可以提高夏季的供冷量和冬季的供热量； 4.地下埋管换热器无需除霜，没有结霜和融霜的能耗损失，节省了空气源热泵结霜、融霜所消耗的3％～30％的能耗； 5.地下埋管换热器在地下吸热与放热，减少了空调系统对地面空气的热、噪声污染。同时，与空气源热泵相比，相对减少了40％以上的污染物排放量。与电供暖相比，相对减少了70％以上的污染物排放量； 6.运行费用低。设计安装良好的地源热泵系统平均来说，可以节约用户30％～40％的供热制冷空调的运行维护费用。 土壤源热泵系统的缺点： 1. 地下埋管换热器的供热性能受土壤性质影响较大，长期连续运行时，热泵的冷凝温度或蒸发温度受土壤温度变化的影响而发生波动； 2. 土壤的热传导率小而使埋管换热器的持续吸热率仅为20～40W/M，一般吸热率为25 W/M左右。因此，当换热量较大时，埋管换热器的占地面积较大； 3. 地下埋管换热器的换热性能受土壤的热物性参数的影响较大。传递相同的热量所需传热管管长在潮湿土壤中为干燥土壤中的1/3，在胶状土中仅为它的1/10； 4. 初投资较高。仅地下埋管换热器的投资约占系统投资的20％～30％左右。 土壤热物性

土壤的热物性对地源热泵系统的性能影响较大。热物性是土壤源热泵系统设计和研究过程诸多环节中最基本、最重要的参数，他直接和土壤源热泵系统的埋地换热器的面积和运行参数有关，是计算有关地表层中的能量平衡、土壤中的蓄能量和温度分布特征等所必需的基本参数。 据有关研究表明，干燥土壤的地源热泵的性能系数要比潮湿土壤的性能系数低35％，当土壤含水量低于15％时，随着含水量的降低，热泵的循环性能系数将迅速下降。土壤含水量在25％以上，土壤源热泵的性能系数提高的趋势减缓。土壤含水量从50％增加到100％，土壤源热泵的性能系数仅增加1.5%左右。 土壤属多孔介质，描述其热物性的基本参数主要包括： 1.土壤的密度ρ（kg/m3）――密度分为干密度和湿密度； 2.含水率ω（％）――土壤中水的含量百分数； 3.饱和度Sr――土壤中水的饱和程度，背水充满空隙的土被称为饱和土； 4.比热容cp――土壤的比热容主要和土壤的水分含量和土壤的矿物组成有关系。土壤水分越大，则比热容也越大，温度变化越缓慢；反之，土壤水分越小，则比热容也越小，温度变化就越快。砂性土壤的比热容比粘性土壤小，因此，砂性土壤的温升较快，粘性土壤温升较慢。 5.热导率λ[W/(m℃)]――土壤的热导率是土壤最为重要的热物性参数之一。热导率和土壤的密度、含水率、孔隙度和饱和度有关。对土壤热导率起决定作用的是土壤的密度和含水率。 几种典型土壤和岩石的热物性系数表：

岩土层 类型 热物性 热导率 ks /[W/(m K)] 热扩散率 a /×106（m2/s） 密度ρ （kg/m3）

土壤 致密粘土（含水量15％） 1.4~1.9 0.49~0.71 1925

致密粘土（含水量5％） 1.0~1.4 0.54~0.71 1925

轻质粘土（含水量15％） 0.7~1.0 0.54~0.64 1285

轻质粘土（含水量5％） 0.5~0.9 0.65 1285

致密砂土（含水量15％） 2.8~3.8 0.97~1.27 1925

致密砂土（含水量5％） 2.1~2.3 1.10~1.62 1925

轻质砂土（含水量15％） 1.0~2.1 0.54~1.08 1285

轻质砂土（含水量5％） 0.9~1.9 0.64~1.39 1285

岩石 花岗岩 2.3~3.7 0.97~1.51 2650

石灰石 2.4~3.8 0.97~1.51 2400~2800

砂岩 2.1~3.5 0.75~1.27 2570~2730

湿页岩 1.4~2.4 0.75~0.97 --

干页岩 1.0~2.1 0.64~0.86 -- 地埋管换热器 土壤源热泵的地埋管类型： 土壤源热泵按地下埋管形式不同可分为水平埋管形式、垂直埋管形式两种类型： (1)水平埋管形式：在建筑周围采用水平方式埋设地埋管换热器，这种方式普遍使用于采暖。水平埋管系统有单层和双层两种形式，可采用U形、蛇形、单槽单管、单槽多管等形式。水平埋管适用于制冷/采暖量较少，而建筑周围又有较大富裕空地的场合。 (2)垂直埋管热泵系统有浅埋和深埋两种。在垂直埋管系统中，管道深入地下，土壤热特性不会受地表温度影响，因此能确保冬季散热与夏季得热间土壤的热平衡。平衡的方法可以采用集热器，在夏季集中热量并送入地下加热土壤，或使热泵反转在夏季为土壤加热，以备冬季之用。垂直埋管系统具有单位土地面积换热量大 垂直埋管土壤耦合热泵系统较水平系统有许多优点： ☆ 占地面积小； ☆ 土壤的温度和热特性变化小； ☆ 需要的管材少； ☆ 泵耗能低； ☆ 能效比高；

地埋管的材质： 土壤源热泵地埋管换热器采用化学稳定性好、耐腐蚀、热导率大、流动阻力小的塑料管材及管件。目前，被应用于土壤源热泵地埋管的管材主要有聚乙稀（PE80或PE100）管和聚丁烯（PB）管，且管材和管件应为相同材料。聚氯乙稀（PVC）管由于热膨胀和土壤移位压力的能力较弱，不宜在地埋管换热器中采用。一般情况下，地埋管换热器一经埋入土壤中，就无法维护，因此在工程选材上，应采用符合国家标准，质量可靠的产品。管材的公称压力应符合1.0Mpa以上的国标规定。

聚乙烯（PE）管外径公称壁厚（mm）

公称外径 dn 平均外径 公称壁厚/材料等级 最小 最大 公 称 压 力 1.0MPa 1.25MPa 1.6MPa 20 20.0 20.3 —— —— —— 25 25.0 25.3 —— 2.3+0.5/PE80 —— 32 32.0 32.3 —— 3.0+0.5/PE80 3.0+0.5/PE100 40 40.0 40.4 —— 3.7+0.6/PE80 3.7+0.6/PE100 50 50.0 50.5 —— 4.6+07/PE80 4.6+07/PE100 63 63.0 63.6 4.7+08/PE80 2.3+0.5/PE100 2.3+0.5/PE100 75 75.0 75.7 4.5+0.7/PE100 5.6+0.9/PE100 6.8+1.1/PE100 90 90.0 90.9 5.4+0.9/PE100 6.7+1.1/PE100 8.2+1.3/PE100 110 110.0 111.0 6.6+1.1/PE100 8.1+1.3/PE100 10.0+15/PE100 125 125.0 126.2 7.4+1.2/PE100 9.2+1.4/PE100 11.4+1.8/PE100 140 140.0 141.3 8.3+1.3/PE100 10.3+1.6/PE100 12.7+2.0/PE100 160 160.0 161.5 9.5+1.5/PE100 11.8+1.8/PE100 14.6+2.2/PE100 180 180.0 180.7 10.7+1.7/PE100 13.3+2.0/PE100 16.4+3.2/PE100 200 200.0 201.8 11.9+1.8/PE100 14.7+2.3/PE100 18.2+3.6/PE100 225 225.0 227.1 13.4+2.1/PE100 16.6+3.3/PE100 20.5+4.0/PE100 250 250.0 252.3 14.8+2.3/PE100 18.4+3.6/PE100 22.7+4.5/PE100 280 280.0 282.6 16.6+3.3/PE100 20.6+4.1/PE100 25.4+5.0/PE100 315 315.0 317.9 18.7+0.5/PE100 23.2+4.6/PE100 28.6+5.7/PE100 355 355.0 358.2 21.1+4.2/PE100 26.1+5.2/PE100 32.2+6.4/PE100 400 400.0 403.6 23.7+4.7/PE100 29.4+5.8/PE100 36.3+7.2/PE100

地埋管换热器的连接： 为可靠起见，所有地下埋管的连接接头都必须采用热熔或者电熔的连接方法，而不得使用机械连接方法。热熔连接接头的连接强度比管道自身的强度都要大些。接头或连接件都是同种塑料材质，不