地源(yuan)熱(re)泵(beng)技術(shu)在工(gong)業(ye)領域的(de)(de)(de)應(ying)用，可(ke)以(yi)大大節(jie)約煤(mei)炭等有(you)限資源(yuan)。它將工(gong)業(ye)廢(fei)氣、廢(fei)水(shui)中的(de)(de)(de)余熱(re)再次利(li)用，有(you)效降低(di)高溫的(de)(de)(de)廢(fei)氣廢(fei)水(shui)排放到(dao)自然環境中造(zao)成的(de)(de)(de)熱(re)污染。目(mu)前(qian)已經(jing)有(you)部分企業(ye)做出(chu)了(le)很(hen)好的(de)(de)(de)嘗試(shi)，工(gong)業(ye)建筑(zhu)能(neng)耗問題得(de)到(dao)了(le)很(hen)好的(de)(de)(de)解決。

地(di)源熱(re)泵技(ji)(ji)術以(yi)前(qian)主要是利用(yong)地(di)下(xia)(xia)(xia)水(shui)(shui)，通過技(ji)(ji)術和設備(bei)獲取地(di)下(xia)(xia)(xia)水(shui)(shui)的(de)熱(re)量。淺層(ceng)地(di)下(xia)(xia)(xia)水(shui)(shui)即(ji)便(bian)儲量豐富(fu)，采(cai)集地(di)下(xia)(xia)(xia)水(shui)(shui)終究對地(di)質(zhi)情況的(de)要求較為嚴格(ge)，長時(shi)間采(cai)集容易造成一(yi)定區域內(nei)地(di)下(xia)(xia)(xia)水(shui)(shui)匱乏，采(cai)集深層(ceng)地(di)下(xia)(xia)(xia)水(shui)(shui)還需(xu)配合(he)回灌技(ji)(ji)術。因此(ci)，將(jiang)地(di)源熱(re)泵應用(yong)在工業領域，是地(di)源熱(re)泵技(ji)(ji)術的(de)一(yi)大突(tu)破(po)，做到了既不(bu)破(po)壞地(di)下(xia)(xia)(xia)水(shui)(shui)資源，又能節約有限資源，同時(shi)減少污(wu)染。

節能、減排、降耗是現代工業與民用建筑一直需要解決的問題，本文通過對地源熱泵空調系統的介紹，詳細了解熱泵在工(gong)業建筑中實現(xian)節能、降耗的作(zuo)用。

1、引言

地源熱(re)泵(beng)是利(li)用地球表面淺層水源（如地下(xia)水、河流和(he)(he)湖泊）和(he)(he)土壤源中吸收的(de)太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)和(he)(he)地熱(re)能(neng)(neng)(neng)，并采用熱(re)泵(beng)原理，既(ji)可供熱(re)又可制冷(leng)的(de)高(gao)(gao)效(xiao)節能(neng)(neng)(neng)空(kong)調系統。即(ji)輸入少量(liang)的(de)高(gao)(gao)品位(wei)(wei)能(neng)(neng)(neng)源（如電能(neng)(neng)(neng)），實現低溫位(wei)(wei)熱(re)能(neng)(neng)(neng)向高(gao)(gao)溫位(wei)(wei)轉移。地能(neng)(neng)(neng)分別在冬季(ji)(ji)作為熱(re)泵(beng)供暖的(de)熱(re)源和(he)(he)夏季(ji)(ji)空(kong)調的(de)冷(leng)源，即(ji)在冬季(ji)(ji)，把地能(neng)(neng)(neng)中的(de)熱(re)量(liang)“取”出來，提高(gao)(gao)溫度后，供給室(shi)內(nei)采暖；夏季(ji)(ji)，把室(shi)內(nei)的(de)熱(re)量(liang)取出來，釋放到(dao)地下(xia)去。它(ta)不(bu)向外界排放任何廢(fei)水、廢(fei)氣，能(neng)(neng)(neng)有效(xiao)保護環境，是一種高(gao)(gao)效(xiao)、節能(neng)(neng)(neng)的(de)可再生能(neng)(neng)(neng)源空(kong)調系統形式(shi)。

2、工程概況(kuang)

本廠房總建(jian)筑面積約9000m2，共三層(ceng)(ceng)(ceng)，其中(zhong)一層(ceng)(ceng)(ceng)為(wei)沖(chong)壓車間(jian)，二層(ceng)(ceng)(ceng)為(wei)模具車間(jian)，三層(ceng)(ceng)(ceng)為(wei)成品倉庫，一層(ceng)(ceng)(ceng)、二層(ceng)(ceng)(ceng)采用(yong)舒適(shi)性空調，三層(ceng)(ceng)(ceng)采用(yong)調溫型除濕。建(jian)設地屬于夏熱(re)(re)冬(dong)冷(leng)地區，夏季(ji)有(you)制冷(leng)要(yao)求(qiu)(qiu)，冬(dong)季(ji)有(you)制熱(re)(re)要(yao)求(qiu)(qiu)，滿足(zu)地源熱(re)(re)泵的(de)先(xian)決條件(jian)。

3、空調負荷

本(ben)工程(cheng)地(di)源熱(re)泵空調(diao)主要(yao)用于車間一層(ceng)和二(er)層(ceng)。本(ben)工程(cheng)負(fu)荷(he)特點：⑴、車間內(nei)具有設備散熱(re)(且比(bi)較(jiao)穩定(ding))，占(zhan)總冷(leng)負(fu)荷(he)的(de)絕大部分(fen)；⑵、本(ben)車間圍護結(jie)構的(de)負(fu)荷(he)只占(zhan)很小一部分(fen)，可視為比(bi)較(jiao)恒定(ding)的(de)；⑶、夏季(ji)冷(leng)負(fu)荷(he)高，冬季(ji)熱(re)負(fu)荷(he)小；⑷、車間只對(dui)溫度要(yao)求(qiu)，無濕度要(yao)求(qiu)。

空調面積約6000m2，按(an)杭(hang)州氣候(hou)參數，夏(xia)季條(tiao)年使(shi)用(yong)(yong)120d，冬季使(shi)用(yong)(yong)90d，每天(tian)按(an)10個小(xiao)時(shi)計(ji)(ji)(ji)算(suan)。根據負荷(he)計(ji)(ji)(ji)算(suan)軟件算(suan)得本(ben)車(che)間(jian)夏(xia)季最大冷負荷(he)為(wei)1170kW，冬季最大熱(re)負荷(he)為(wei)610kW。根據全年動態(tai)負荷(he)計(ji)(ji)(ji)算(suan)結(jie)果，夏(xia)季總冷負荷(he)累計(ji)(ji)(ji)約為(wei)1160000kWh，冬季總熱(re)負荷(he)累計(ji)(ji)(ji)約為(wei)450000 kWh。

由于(yu)夏季(ji)(ji)的總冷(leng)(leng)負荷(he)和冬季(ji)(ji)的總熱負荷(he)相差懸殊，本項目以冬季(ji)(ji)的熱量來選(xuan)擇供熱方(fang)式，而夏季(ji)(ji)其(qi)余部分采(cai)用(yong)冷(leng)(leng)卻塔解(jie)決。

4、地質勘探及(ji)換熱參數測試

本(ben)工(gong)程前(qian)期(qi)地(di)質勘(kan)探(tan)及(ji)換熱參(can)數測試由浙江某地(di)質勘(kan)探(tan)院(yuan)完成，通過現場勘(kan)探(tan)及(ji)實際換熱試驗，提供了本(ben)次設計最關鍵的設計參(can)數。

4.1、地(di)質(zhi)勘探(tan)

根據鉆探結果，可將底層(ceng)分為(wei)7個工程(cheng)地質層(ceng)，10個亞層(ceng)，詳見下(xia)簡表(biao)：

4.2、換熱參數測試結論(lun)

(1)地埋管深(shen)度為75米(mi)，φ32單(dan)(dan)U管（PE聚乙烯管）平(ping)均(jun)單(dan)(dan)孔(kong)(kong)放(fang)熱功率為3.72kW，平(ping)均(jun)單(dan)(dan)孔(kong)(kong)取熱功率為3.17kW。

(2)通過雙橋靜力(li)觸探試驗，地(di)埋管孔(kong)在樁基礎50cm以外施工(gong)基本不影響(xiang)。

(3)本(ben)項目適合采用土壤(rang)源熱泵(beng)技術。

5、冷熱源選擇

無論從空調(diao)冷(leng)熱(re)(re)負荷(he)及全(quan)年動態負荷(he)來看，該(gai)工程全(quan)年的總冷(leng)量遠大于總熱(re)(re)量，為保持土壤的熱(re)(re)平(ping)衡，以冬(dong)季負荷(he)為依據設計(ji)地埋(mai)管(guan)(guan)系統，即(ji)冬(dong)季熱(re)(re)負荷(he)全(quan)部由地埋(mai)管(guan)(guan)及地源熱(re)(re)泵機組系統承(cheng)擔(dan)，夏季空調(diao)冷(leng)負荷(he)部分由地埋(mai)管(guan)(guan)承(cheng)擔(dan)，其余的采用冷(leng)卻塔補(bu)充。

方案一(yi)：一(yi)臺地源熱泵機組+一(yi)臺水冷冷水機組，冬季采用地源熱泵機組供暖，夏季采用地源熱泵機組和水冷冷水機組共(gong)同供冷。

方案二：兩(liang)臺地(di)源熱(re)泵(beng)機(ji)組，冬(dong)季采(cai)(cai)用其(qi)中一臺地(di)源熱(re)泵(beng)機(ji)組供(gong)(gong)暖，夏季采(cai)(cai)用兩(liang)臺地(di)源熱(re)泵(beng)機(ji)組供(gong)(gong)冷(leng)。

因地源熱泵機(ji)組(zu)沒有水(shui)冷(leng)冷(leng)水(shui)機(ji)組(zu)的(de)(de)COP值高，因此方案一的(de)(de)初投資以及運(yun)行(xing)費用比方案二低。但因業主要求以及項目的(de)(de)特殊性(xing)，本項目不(bu)設額外備用機(ji)組(zu)，但要求所(suo)設的(de)(de)兩臺機(ji)組(zu)能在冬夏季互為備用，以保證(zheng)其中一臺機(ji)組(zu)檢修時，空調系統還能正(zheng)常運(yun)行(xing)，維持生(sheng)產車(che)間的(de)(de)正(zheng)常工作。

綜(zong)上(shang)所述(shu)，本(ben)工程選用兩臺(tai)(tai)一樣的地源(yuan)熱(re)泵機(ji)組(zu)作為冷熱(re)源(yuan)，兩臺(tai)(tai)機(ji)組(zu)冬夏(xia)(xia)季(ji)都可相互備用，冬季(ji)由(you)一臺(tai)(tai)機(ji)組(zu)供(gong)熱(re)，夏(xia)(xia)季(ji)由(you)兩臺(tai)(tai)機(ji)組(zu)供(gong)冷。由(you)于(yu)本(ben)車間夏(xia)(xia)季(ji)冬季(ji)負荷(he)相差懸殊，因(yin)此，夏(xia)(xia)季(ji)設兩臺(tai)(tai)冷卻塔，補充夏(xia)(xia)季(ji)冷負荷(he)。

根(gen)據(ju)冬夏(xia)季負荷選擇地源(yuan)熱泵機組，兩(liang)臺地源(yuan)熱泵機組，每臺制冷(leng)量為(wei)585kW，制熱量為(wei)616kW，制冷(leng)時(shi)COP為(wei)5.06，制熱時(shi)COP為(wei)4.61。夏(xia)季：負荷側(ce)進出水溫度7/12℃，冷(leng)卻側(ce)32/37℃；冬季：地源(yuan)側(ce)10/5℃，負荷側(ce)45/40℃。空調末端為(wei)常規設計，采用吊頂式空調及風機盤管。

6、地源(yuan)熱泵系統設計

6.1、地源熱泵(beng)系統流(liu)程圖設計

根據(ju)以上(shang)的(de)結(jie)論，地源熱(re)泵系統流程簡圖如(ru)下：

說明：

1)“夏(xia)(xia)季(ji)(ji)(ji)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)1”：地(di)(di)下(xia)冷(leng)(leng)(leng)(leng)熱(re)負(fu)(fu)(fu)荷平(ping)(ping)衡(heng)(heng)后，夏(xia)(xia)季(ji)(ji)(ji)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)狀(zhuang)態(tai)(tai)；“夏(xia)(xia)季(ji)(ji)(ji)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)2”：地(di)(di)下(xia)冷(leng)(leng)(leng)(leng)熱(re)負(fu)(fu)(fu)荷平(ping)(ping)衡(heng)(heng)前(qian)，夏(xia)(xia)季(ji)(ji)(ji)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)狀(zhuang)態(tai)(tai)；“夏(xia)(xia)季(ji)(ji)(ji)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)3”：地(di)(di)下(xia)冷(leng)(leng)(leng)(leng)熱(re)負(fu)(fu)(fu)荷平(ping)(ping)衡(heng)(heng)后，DYRB-1.2檢(jian)修(xiu)(xiu)時的(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)狀(zhuang)態(tai)(tai)；“夏(xia)(xia)季(ji)(ji)(ji)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)4”：地(di)(di)下(xia)冷(leng)(leng)(leng)(leng)熱(re)負(fu)(fu)(fu)荷平(ping)(ping)衡(heng)(heng)后，DYRB-1.1檢(jian)修(xiu)(xiu)時的(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)狀(zhuang)態(tai)(tai)；“夏(xia)(xia)季(ji)(ji)(ji)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)5”：地(di)(di)下(xia)冷(leng)(leng)(leng)(leng)熱(re)負(fu)(fu)(fu)荷平(ping)(ping)衡(heng)(heng)前(qian)，DYRB-1.2檢(jian)修(xiu)(xiu)時的(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)狀(zhuang)態(tai)(tai)；“夏(xia)(xia)季(ji)(ji)(ji)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)6”：地(di)(di)下(xia)冷(leng)(leng)(leng)(leng)熱(re)負(fu)(fu)(fu)荷平(ping)(ping)衡(heng)(heng)前(qian)，DYRB-1.1檢(jian)修(xiu)(xiu)時的(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)(leng)狀(zhuang)態(tai)(tai)；“冬(dong)(dong)季(ji)(ji)(ji)制(zhi)(zhi)熱(re)1”：冬(dong)(dong)季(ji)(ji)(ji)開(kai)DYRB-1.1的(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)熱(re)狀(zhuang)態(tai)(tai)；“冬(dong)(dong)季(ji)(ji)(ji)制(zhi)(zhi)熱(re)2”：冬(dong)(dong)季(ji)(ji)(ji)開(kai)DYRB-1.2的(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)熱(re)狀(zhuang)態(tai)(tai)。

2)DYRB-1.1與DYRB-1.2冬夏季時都可互(hu)為備(bei)用，即在一臺(tai)設備(bei)檢修時，可保證冬季全(quan)部熱負荷和(he)夏季部分冷(leng)負荷。

3)夏季(ji)使(shi)用天(tian)數(shu)為120d，冬季(ji)使(shi)用天(tian)數(shu)為90d；根據全年負荷情況，地源(yuan)熱泵冬季(ji)使(shi)用天(tian)數(shu)為90d，地源(yuan)熱泵夏季(ji)使(shi)用天(tian)數(shu)約為95d，其余部分由(you)冷卻塔解(jie)決；同時(shi)通過地下土壤以及冷卻回水(shui)溫度監測(ce)，分析(xi)地下土壤長時(shi)間(jian)的溫度變(bian)化(hua)，從而在(zai)保證系(xi)統最大節能(neng)運行。

6.2、地(di)埋管(guan)的形式(shi)及(ji)布(bu)置(zhi)

根據地(di)質勘探的(de)(de)分(fen)析(xi)報(bao)告，綜合(he)考慮各種因素，本工程地(di)源換熱系(xi)(xi)統設計為垂直單(dan)U形地(di)埋(mai)管(guan)系(xi)(xi)統，經分(fen)析(xi)，采用(yong)Dn32的(de)(de)單(dan)U形地(di)埋(mai)管(guan)系(xi)(xi)統，鉆孔(kong)(kong)孔(kong)(kong)徑(jing)取150mm，管(guan)路布(bu)(bu)置(zhi)(zhi)采用(yong)并(bing)(bing)聯多環路異程系(xi)(xi)統，盡量布(bu)(bu)置(zhi)(zhi)在(zai)生(sheng)產車間旁的(de)(de)綠化帶上面，不足(zu)部分(fen)布(bu)(bu)置(zhi)(zhi)在(zai)生(sheng)產車間的(de)(de)正下方(fang)。連接地(di)源井(jing)的(de)(de)水平支管(guan)采用(yong)4～5口井(jing)一回路，同程式連接，根據地(di)埋(mai)管(guan)孔(kong)(kong)布(bu)(bu)置(zhi)(zhi)圖設置(zhi)(zhi)單(dan)級分(fen)集(ji)水器，共6個并(bing)(bing)聯環路，并(bing)(bing)在(zai)集(ji)水器上設置(zhi)(zhi)平衡閥，水平埋(mai)管(guan)深約2米，系(xi)(xi)統最高(gao)點設自動排氣閥。

經計算，共需地(di)埋管孔(kong)數200個，考慮(lv)一定余量后實際鉆(zhan)孔(kong)數為240個，鉆(zhan)孔(kong)間距最小為4m，個別孔(kong)位根據現(xian)場情況適當調整。地(di)下(xia)地(di)埋管布孔(kong)平面(mian)簡圖如(ru)下(xia)：

6.3、地埋管(guan)的管(guan)材及連接

地(di)(di)埋(mai)(mai)(mai)管(guan)采用(yong)化學穩定性好、耐腐蝕(shi)、導(dao)熱率(lv)大，流動阻力較(jiao)小(xiao)的(de)聚(ju)乙烯(xi)(PE)管(guan)，地(di)(di)埋(mai)(mai)(mai)管(guan)的(de)質(zhi)量應符合“給水(shui)用(yong)聚(ju)乙烯(xi)(PE)管(guan)材”GB/T13663及“冷(leng)熱用(yong)聚(ju)乙烯(xi)（PE）管(guan)道(dao)系統”GB/T19473.2的(de)要求(qiu)，管(guan)材公稱壓力為1.6MPa，U形豎(shu)直(zhi)埋(mai)(mai)(mai)管(guan)采用(yong)Dn32的(de)PE管(guan)。連(lian)接管(guan)道(dao)小(xiao)于等(deng)于Dn63采用(yong)電(dian)熔連(lian)接，大于Dn63可采用(yong)熱熔連(lian)接。管(guan)道(dao)的(de)施工(gong)必須滿(man)足“埋(mai)(mai)(mai)地(di)(di)聚(ju)乙烯(xi)給水(shui)管(guan)道(dao)工(gong)程技術規程”CJJ101-2004的(de)有關(guan)規定。

6.4、地(di)埋(mai)管長期(qi)運行(xing)的(de)可行(xing)性分析

通過夏(xia)(xia)季冷(leng)凍水(shui)(shui)冬(dong)季熱水(shui)(shui)的(de)流量累計(ji)，轉成負荷來估計(ji)夏(xia)(xia)季的(de)地(di)源側(ce)的(de)運行時(shi)間。并(bing)通過傳感器(qi)不(bu)斷(duan)檢測夏(xia)(xia)季冷(leng)卻(que)水(shui)(shui)（地(di)源側(ce)）回(hui)水(shui)(shui)溫度，當回(hui)水(shui)(shui)溫度達到(dao)32°時(shi)，地(di)源側(ce)的(de)冷(leng)卻(que)效率就(jiu)會低(di)于冷(leng)卻(que)塔(ta)效率，此時(shi)需(xu)關閉地(di)源系統，開(kai)啟冷(leng)卻(que)塔(ta)系統。而(er)相對冬(dong)季而(er)言，隨著土壤溫度的(de)升高，其運行效率將更加高效。

7、設(she)計總結(jie)及建議

根(gen)據本工程設計可以(yi)得(de)出以(yi)下結(jie)論及建議(yi)：

(1)通過本工程(cheng)的(de)地(di)源(yuan)熱泵(beng)設計(ji)，可見地(di)源(yuan)熱泵(beng)系(xi)統在工業廠房中也是可行的(de)。地(di)源(yuan)熱泵(beng)不僅高效、節能、環保，其運行費用比傳(chuan)統中央空調系(xi)統大約低25%，鑒于地(di)源(yuan)熱泵(beng)初投資比較大，如果(guo)沒有(you)相關(guan)政策補貼(tie)，很難在工業廠房中推廣。

(2)為(wei)了降低初投(tou)資以(yi)及運行費用，夏季冷負荷(he)(he)宜由(you)水(shui)冷冷水(shui)機組（冷卻塔散熱）+地(di)(di)源熱泵(beng)機組（地(di)(di)埋(mai)管(guan)散熱）共(gong)同承擔，冬季熱負荷(he)(he)全部由(you)地(di)(di)源熱泵(beng)機組（地(di)(di)埋(mai)管(guan)吸收）承擔。

以土壤作為熱源，冬季從土壤中吸取熱能，通過熱泵系統實現供暖；夏季將熱量釋放到土壤中，滿足制冷、制熱、生活熱水需求；不受室外環境影響，穩定可靠，高效節能；運行費用低，維護費用低，目(mu)前公認對環境最友(you)好的制冷制熱系統。

基本(ben)原理是(shi)以土(tu)(tu)壤(rang)作為低位冷/熱(re)(re)源(載體(ti))，冬(dong)季(ji)利用(yong)埋(mai)入地下(xia)的(de)管道(dao)環路(地下(xia)換(huan)熱(re)(re)器)從土(tu)(tu)壤(rang)中吸(xi)取熱(re)(re)能，通過熱(re)(re)泵(beng)系統實(shi)現向(xiang)建筑物(wu)的(de)供暖；夏(xia)季(ji)從建筑中吸(xi)取熱(re)(re)量(liang)，通過埋(mai)入地下(xia)的(de)管道(dao)環路將熱(re)(re)量(liang)釋放(fang)到土(tu)(tu)壤(rang)中，實(shi)現向(xiang)建筑的(de)供冷，冬(dong)夏(xia)兩(liang)用(yong)。是(shi)目前公認的(de)對環境(jing)最友好(hao)的(de)制冷制熱(re)(re)系統。

a) 系統優點

 (1)、一機多，可(ke)同時(shi)滿足制(zhi)冷、制(zhi)熱、生活熱水需求；

 (2)、供冷(leng)/供熱不受室(shi)外環境影響，穩定可靠，高效(xiao)節能(neng)；

(3)、運行費用低(di)，僅為(wei)常規(gui)系統的(de)65%；

(4)、夏季可提供(gong)幾乎免(mian)費的生(sheng)活熱水；

(5)、末端形式多(duo)種多(duo)樣，系統維護(hu)費(fei)用低(di)；

b) 系統(tong)缺點

(1)、設(she)計、施工要求高(gao)(gao)，初投資高(gao)(gao)；

(2)、使用受到場地限(xian)制，沒有足(zu)夠(gou)的場地滿足(zu)不了能量交換(huan)

(3)、施工(gong)工(gong)藝(yi)較為復(fu)雜，品質要(yao)求高；