地源热泵综述文献

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1、地源热泵的技术的研究进展学院：郑州轻工业学院机电系 班级：热能与动力工程07 1班 姓名：蒋亮 指导老师：吴学红摘要 阐述了地源热泵的概念、特点、及其在国内外的发展情况，对地源热泵的几种施 工特点进行了比较。在能源危机日益加剧、环境恶化的今天，地源热泵为使用新能源，保护 不可再生能源开辟的新道路。地源热泵由于其自身的特点，在未来发展节能环保建筑、使用 可再生能源供暖制冷方面，有着十分广阔的市场和发展潜力。关键词 地源热泵 节能建筑发展前景可再生能源利用一、地源热泵的概念地源热泵技术最早是瑞士工程师Zoelly发明的一项专利，最初只是作为一 种新能源利用方式的概念并没有在实际工程中应用。这个概念

2、的想法非常的简 单，中国陕北的窑洞冬暖夏凉，这就是一个天然的地源空调系统。地源热泵就是 利用地下土壤良好的保温性能，冬天把地下的热用热泵“搬到”室内供人们取暖， 夏天再把室内的热“搬到”地下达到制冷的目的。地源热泵实现的是一种能量的 “搬运”过程，因而其具有能量转换效率高、运营成本低等优点。二、地源热泵系统的特点（1）属可再生能源、利用起来环保节能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。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集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，而且取之不尽用之 不竭，对

3、环境造成的影响小，有效减少了不可再生能源的使用。（2）系统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3年左右即可收回。（3）运行稳定、效率高机组工况稳定，几乎不受环境温度变化的影响，即使在寒冷的冬季制热量也不衰减，更 无解霜除霜之患。加之系统设备简单安装方便启动调整均比较容易。对于普通中央空调系统， 要受外界天气条件的限制，土壤源热泵机组与外界的换热是通过大地，而大

4、地的温度很稳定， 不受外界空气的变化而影响，因此，土壤源热泵的运行效率是很高的。三、地源热泵在国外的发展根据1995-1999年国际上的统计数字，发达国家地源热泵产品的发展势头十分良好， 其地源热泵利用情况如下。(1) 美国：地源热泵系统已经安装了 20万套以上，每年递增约20%,到2000年每年 可安装5万6万套地源热泵系统，其中4万套为土壤源热泵系统。美国每年新建独立家庭 住宅(别墅)100万座，其中1/4采用地板采热方式，是可以直接与地源热泵配套的地上 导热系统，也是土壤源热泵系统的潜在市场。另一方面，美国政府十分关注地源热泵技 术的发展和市场推广情况，能源部与大学的研究机构极力促进有关

5、的企业和民间科技力量 参与，曾经就地源热泵能否列为国家公用计划而进行了多年的调研。美国政府曾经资助过 十几项重大的地源热泵实验示范项目，并在20多个州鼓励市政部门和公立学校、医院等 率先安装地源热泵采暖和制冷系统。据估算，2000年以后美国的地源热泵安装数量以每年 35%的速度递增。(2) 加拿大：地源热泵技术发展稍晚，其中封闭循环地源热泵系统在加拿大刚刚开始，至 1994年，仅有7 0008 000套封闭循环地源热泵系统投入使用，加上开放系统地热泵总数 不超过万台。(3) 瑞典：在地源热泵应用的初期，瑞典政府采取了一定的补贴政策。1990年以来，政 府补贴取消，但地源热泵安装仍以1 000套

6、/年的速度递增。瑞典全国已经安装了 23万套地 源热泵，其中约5万套为土壤源热泵系统。(4) 瑞士：瑞士是世界上地源热泵应用人均比例最高的国家，其中土壤源热泵系统所占 的比例越来越高。至1998年，土壤源热泵系统已经占地源热泵安装市场的70%以上，总 数超过20万台，属世界上土壤源热泵系统使用密度最大的国家。瑞士地源热泵总装机容量 从20世纪70年代末至今一直保持增加，呈直线上升趋势。(5) 奥地利：奥地利是一个独立发展地源热泵技术的国家，地源热泵生产技术和安装技 术自成体系。奥地利国土面积83 850 km2，人口数量约750万。据1995年的统计资料，土 壤源热泵系统占地源热泵系统安装的6

7、5%以上。另外，奥地利政府对地源热泵安装及其环 境评价采取了最严格的发证制度。从地源热泵应用情况来看，北欧国家主要偏重于冬季采 暖，而美国则注重冬夏联供。由于美国的气候条件与中国很相似，因此研究美国的地源热 泵应用情况对我国地源热泵的发展有着借鉴意义。四、地源热泵在中国的发展现状我国地源热泵研究与应用于20世纪80年代开始起步。1997年，中国科技部与美国能 源部签署中美能源效率及可再生能源合作议定书，成为中国地源热泵发展的一个里程碑。根 据议定书在中国建立了一系列地源热泵的示范工程，首开了政府扶持与引导地源热泵发展的 先河。进入21世纪后，热泵在中国的应用越来越广泛。大批以地源热泵的设计、制

8、造和施 工为主要、务方向的企业不断涌现。据统计，截至2 0 0 4年底，类似企业已达8 3家，全 国范围内除港、澳、台地区外的3 1个省市区均有地源热泵项目，说明地源热泵在我国应 用的区域已经非常广泛。由于地源热泵的知识尚未完全普及，实施人员的技术水平参差不齐，加之地源热泵系统 高投入、低维护运行费用的特点。地源热泵的发展受到了一定限制。但是，在政府积极支持 与倡导下，许多院校成立了地源热泵研究项目，施工单位和优秀技术人员如雨后春笋不断涌 现。给地源热泵的良好发展打下了坚实的基础。我相信随着专业安装队伍的发展，钻孔设备 的完善，地源热泵无疑会成为今后最有竞争力、发展前景和市场最大的空调方式。据

9、工程建设与设计杂志最新调查显示，2005年2006年间从事地源热泵的企业增 加了 30%。在对部分企业的调查中发现，地源热泵工程量逐年猛增。在2008奥运村、国家 大剧院、沈阳世博园等标志性工程中都使用了地源热泵技术。国内地源热泵在大量的工程实 例基础上，已经形成了广阔的发展市场，地源热泵成为极具潜力的产业。五、地源热泵的发展前景2005年，建设部正式将地源热泵技术列为建筑业十项新技术之一，建设部发布国家 标准地源热泵系统工程技术规范2005年10月11日中国共产党第十六届中央委员会第五次全体会议通过）国民经济和 社会发展第十一个五年规划（二00六至二0 0年）科技部启动“十一五”国家科技支撑

10、 计划一一水源地源热泵高效应用关键技术研究与示范2010年10月15日至18日第十七届中央委员会第五次全体会议，讨论十七届四中全会 以来中央政治局的工作，研究制定国民经济和社会发展第十二个五年规划。十二五”七大战 略性新兴产业将成为中国经济主导方向，其中地热能和浅层地温能开发利用，推广满足环境 和水资源保护要求的地热供暖、供热水和地源热泵技术，将成为节能减排型新能源的刚性机 会。2 0 08年北京奥运会主体育场“鸟巢”使用了地源热泵，通过从土壤中吸收能量用于 补偿体育场空调系统，实现了冬季吸收土壤中蕴含的热量为“鸟巢”供热，夏季吸收土壤中 存贮的冷量向“鸟巢”制冷。中国承受着世界上任何一个国家

11、都前所未有的由于高密度人口和高速经济增长所带来 的环境和能源压力。我国必须坚持走可持续发展的道路，加快城市化，特别是小城镇建设的 进程。随着人口的增长经济的发展，人们对居住环境质量的提高有了更迫切的要求。为地源 热泵的发展提供了广阔的空间。近几年在国家发改委、财政部、科技部、原建设部等部委的 支持下，国家鼓励推广的节能环保技术列入多项推广计划，从资金、税收、贷款、补贴等 多方位予以政策扶持。由于地源热泵系统节能与环保的双重效益，国际上将地下储能技术和 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。六、地源热泵的分类一套地源热泵系统由四部分组成：浅层地能采集系统，水源热泵机组，室内采暖

12、空调系 统，和控制系统。根据地热能交换部分的不同形式，地源热泵又被分为几种类型：地表水 源热泵系统（SWHPs）；地下水源热泵系统（GWHPs）； 土壤耦合热泵系统（GSHPs）。（1）地表水源热泵系统（SWHPs）地表水热泵系统主要有开路和闭路系统。开路系统是通过取水装置直接将湖水或河水送 至换热器进行热交换，释热后的湖水或河水直接返回湖或河里。闭式系统是将盘管直接放置 于湖或河水中，循环水再管内循环流动。总的来说，地表水热泵系统具有造价低、泵能耗 低、维修率低以及运行费用少等优点。但是，在公用河水中的设备容易受到损害。另外， 如果湖泊过小或过浅，湖泊的温度会随着室外气候发生较大的变化，就会

13、使效率降低，制 冷或供热能力下降。（2）地下水源热泵系统（ GWHPs）地下水源热泵系统根据回灌方式的不同主要分为同井回灌与异井回灌两种形式。同井回 灌是我国发明的新技术，取水和回灌水在同一口井内进行，通过隔板把井分成低压吸水区和 高压回水区两部分。异井回灌是取水和回水在不同的井内进行。热源井是地下水热泵空调系 统的抽水井与回灌井的总称，是地下水换热系统的核心部分。热源井一般选择管井，这是 地下水热泵的最常用的一种方式。管井主要由井室、井壁管、过滤管、沉淀管等部分组成， 管井的直径主要由出水量以及水泵井下部分的最大直径确定。抽灌井之间要保持一定的间 距，确证各个井之间回灌不受影响、热量交换不受

14、影响。由于地质水文条件的影响，回灌速 度及回灌水量通常受到很大的影响，以至于地下水不能完全回灌，而且大量的回灌井实验 也表明，回灌速度会随着时间的推移而降低，实际回灌井的回灌能力还必须考虑井群的相 互影响，其中最关键的就是必须保证回灌井的水位不超过地表或压力控制范围。地下水热泵系统的优势是造价要比土壤源热泵系统低，另外水井很紧凑，不占太多场地， 技术也相对比较成熟，水井承包商容易找。其劣势在于：有些地方法规禁止抽取或回灌 地下水；可供的地下水有限；如水质不好或打井不合格要注意水处理问题；如泵 选择过大、控制不良或水井与建筑偏远，泵能耗就会过大。(3) 土壤耦合热泵系统(GSHPs)。土壤耦合热

15、泵系统根据地下热交换器的布置形式，主要分为水平埋管、蛇行埋管和垂 直埋管3类。水平埋管换热器有单管和多管两种形式。其中单管水平埋管换热器占地面积最大，虽然 多管水平埋管换热器占地面积有所减少，但需增加管长以补偿相邻管间的热干扰。水平埋管 换热器热泵系统由于施工设备广泛使用而且施工容易，再加上许多家庭有足够大的施工场 地，因此造价就可以降低。除需要较大场地外，水平埋管换热器系统的劣势还在于：运 行不稳定(由于浅层大地的温度和热特性随着季节、降雨以及埋深而变化)；泵能耗较 高；系统效率降低。蛇行埋管换热器比较适用于场地有限又较经济的情况。虽然挖掘量只有单管水平埋管换 热器的20%30%，但是用管量

16、会明显增加。这种方式优缺点类似于水平埋管换热器，所 以有的文献将其归入水平埋管换热器。垂直埋管换热器通常采用的是U形方式，按其埋管深度可分为3种：浅层(100 m)。埋管深，则地下岩土温度比较稳定，钻孔占 地面积较少，但相应会带来钻孔、钻孔设备的费用和高承压埋管的造价提高等问题。总的来 垂直埋管换热器热泵系统优势在于：占地面积小；土壤的温度和热特性变化小； 需要的管材最少，泵能耗低；能效比很高。而劣势主要在于：由于缺乏相应的施工设 备和施工人员，造价偏高。下面就垂直埋管施工注意事项及具体过程做简要介绍。地下埋管换热器施工前应对埋管场地的工程地质状况和地质剖面图进行研究，特别应 注意是否有地下管线，以确定钻机型式和调整埋管布局，根据管道平面布置图确定钻孔的具 体位置和系统各管道的标高。在主管沟末端要挖一个泥