住宅土壤源热泵应用研究

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1、住宅土壤源热泵应用研究　　摘要：本文研究分析了土壤源热泵在住宅项目中的应用，分析在住宅工程中如何选取地源热泵形式，在工程中应注意的问题。　　关键词：住宅地源热泵土壤源　　中图分类号：TB65文献标识码：A文章编号：1672-3791（2012）09（b）-0054-01　　1地源热泵及土壤源热泵运行机理　　1.1地源热泵　　地源热泵[1～2]是以大地中的储存的低品位能源为冷热源的一种热泵形式，它充分利用大地浅层地热资源，既可以制冷又可以供热，节能环保，目前在很多地方应用广泛。在冬天取暖时，流体从水、土壤等介质中收集热量，再通过系统把热量带到室

2、内地源热泵系统，利用水、土壤等的蓄热能，通过水或盐水溶液等中间介质在封闭的地下埋管换热器中循环流动，从而实现与大地的热交换。其运行机理为：冬季通过热泵将大地中的低品位能量处理后为建筑物内供暖，对冷量进行贮存，留作夏季使用；夏季通过热泵将建筑物的热量传送至大地中，从而实现建筑物致冷，对热量进行贮存，留作冬天采暖。　　1.2土壤源热泵5　　和地下水源热泵和地表水源热泵相比，土壤源热泵系统更为环保，基本不受环境、气候、水质以及地下水位的影响，较适宜在城市中应用。土壤源热泵系统地下热交换器的布置形式主要有垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管三种。垂直埋管换热

3、器采用较多，其连接形式为U形方式，其埋管深度一般有30m内（浅层），30～100m（中层）和100m以上（深层）。　　2土壤源热泵在住宅中的应用　　2.1土壤源热泵的适用性　　土壤源热泵埋管所需的地面面积要远远小于水平埋管方式，但埋管时需要向地下打井，初投资较高。尽管竖直埋管的方式可以减小埋管所需的地面面积，但由于管内循环液与土壤之间的换热系数较小，因此需要较多的埋管数量以增大换热面积，竖直埋管也需要相当多的地面面积，难以获得足够的土壤换热器施工面积是土壤源热泵主要的限制因素，所以，这种系统适合于建筑密度及容积率比较低的建筑，如住宅和别墅。　

4、　2.2土壤源热泵在住宅中的一机多用　　对于住宅，土壤源热泵不仅可以实现供暖和制冷，还可以供应生活热水，做到一机多用。土壤源热泵由于冬夏季冷热负荷不同，会产生排热量和取热量差异，长期运行会导致土壤的热不平衡，从而影响热泵系统效率，并对生态环境也会产生一定影响。因此需对地源热泵进行热平衡处理，如夏季负荷一般大于冬季负荷，夏季多余的部分负荷不排入土壤，直接采用冷却塔或者由额外的热泵机组承担，或者将这部分多余的热量用来制成生活热水。　　2.3住宅土壤源热泵的绿色热泵技术5　　有关研究证实，地表3～4m以下土壤温度基本稳定，仅受年平均气温的影响，地下

5、土壤热容量较大，是天然的热源和排冷存热的场所，这都是热泵运行极其有利的基础。大部分地区的土壤年平均温度约为16～18℃，夏季时户外的埋地盘管作为冷凝器，空调排出的35～45℃的出水，与地下十几度的土壤进行热量交换，温度的交换效率远高于普通的冷却塔，制冷系数大大提高，空调运行时不在大气环境中排放热量，水蒸气及细菌等，对环境不造成任何破坏。冬季运行时，室外埋地管作为蒸发器，和大地热交换后，蒸发器内循环水的温度比室外气温高很多，供热系数和效率大提高，冬天使用不用担心类似空气源热泵的结霜问题。所以，土壤热泵夏季在岩土中蓄热，冬季从岩土中吸热，冬夏季循

6、环使用，就形成了“绿色热泵技术”。　　2.4住宅土壤源热泵更加环保和节能　　从消费者的角度来说，地源热泵系统的运行效率要比传统空调系统高，运行费用可以比传统的中央空调系统大致降低25%，最多可以降低50%，用地源热泵系统制冷的情况下，运行费用比传统的中央空调也会降低10%～30%左右，严寒地区，土壤源设计更接近设计工况运行，随着室外温度的降低，土壤源热泵系统能耗上升的幅度小于电热膜系统，更加节能[3]。因此，消费者用于空调采暖方面的支出会大大降低。另外，地源热泵系统在夏季制冷时，没有任何气体排放到大气中，采取地源热泵的小区城市热岛效应；冬季供

7、暖时，不需要锅炉，无燃烧产物排放，可大幅降低温室气体排放；热泵与土壤只发生热量交换，不会引起水资源的消耗。　　3住宅使用土壤源热泵的影响因素和局限性　　3.1气象因素、地质水文因素对热泵系统设计的影响5　　气象要素包括气温、降雨量和空气湿度。其影响主要表现以下几个方面[4～5]，年极端气温、年平均气温、运行期间降雨量、冻结影响对土壤源热泵埋管而言，影响其设计地质和水文地质因素主要有潜水水位、岩性、结构、孔隙性等[4～6]。对于严寒、寒冷地区土壤源热泵的应用，埋管内流动介质的防冻处理特别重要，埋管从大地中取得热量导致的土壤冻结也会对地源热泵性能

8、造成不利影响。地埋管设计的优劣是影响地源热泵工程质量的关键，在实践中，应当对现场水文地质认真研究、论证，综合地考虑地区气象、地质、水文地质因素，优化设计井数、井距和