土壤源熱泵

1、埋地?fù)Q熱器受土壤性能影響較大，土壤的熱工性能、能量平衡、土壤中的傳熱與傳濕對(duì)傳熱有較大影響；

2、連續(xù)運(yùn)行時(shí)熱泵的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度受土壤溫度的變化發(fā)生波動(dòng)；

3、土壤導(dǎo)熱系數(shù)較小，換熱量較小。已有的經(jīng)驗(yàn)表明，其持續(xù)吸熱速率一般為25W/m2，所以當(dāng)供熱量一定時(shí)，換熱盤管占地面積較大，埋管的敷設(shè)無(wú)論是水平開(kāi)挖布置還是鉆孔垂直安裝，都會(huì)增加土建費(fèi)用。

土壤源熱泵資源可再生利用

土壤源熱泵技術(shù)利用地球表面淺層地?zé)豳Y源作為冷熱源進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，而地表淺層是一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，收集了47%的太陽(yáng)能，相當(dāng)于人類每年利用能量的500多倍，且不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無(wú)處不在。這是儲(chǔ)存于地表淺層近乎無(wú)限的可再生能源，也是清潔能源。與地面上環(huán)境空氣相比，地面5m以下土壤溫度全年基本穩(wěn)定且略低于年平均氣溫，可以分別在夏冬季提供相對(duì)較低的冷凝溫度和較高的蒸發(fā)溫度。所以從熱力學(xué)原理上講，土壤是一種比環(huán)境空氣更好的熱泵系統(tǒng)的冷熱源。而且土壤源熱泵系統(tǒng)不會(huì)把熱量、水蒸氣及細(xì)菌等排人大氣環(huán)境，符合當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。通常土壤源熱泵消耗lKW的能量，用戶可以得到4KW以上的熱量或冷量，這多出來(lái)的能量就是來(lái)自土壤的能源。另外，地能溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。據(jù)美國(guó)環(huán)保署EPA估計(jì)，設(shè)計(jì)安裝良好的土壤源熱泵，平均來(lái)說(shuō)可以節(jié)約用戶30%～40%的供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用。高效的土壤源熱泵機(jī)組，平均產(chǎn)生1冷噸的冷量?jī)H需0.88kW的電力消耗，其耗電量?jī)H為普通冷水機(jī)組加鍋爐系統(tǒng)的30%～60%；

土壤源熱泵運(yùn)行費(fèi)用低

與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比，每年運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)約40%左右。采用土壤源熱泵系統(tǒng)，由于土壤的溫度理，土壤源熱泵可以比風(fēng)冷熱泵具有更高的效率和更好的可靠性，其熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為l0-25℃。而且土壤源熱泵系統(tǒng)可用于供暖、空調(diào)，還可提供生活熱水，一套系統(tǒng)可以替換原來(lái)的鍋爐、空調(diào)制冷裝置或系統(tǒng)，一機(jī)多用；不僅適用于賓館、商場(chǎng)、辦公樓、學(xué)校等建筑，更適合于別墅住宅的供熱和空調(diào)。此外，機(jī)組使用壽命長(zhǎng)，均在20年左右；機(jī)組緊湊、節(jié)省空間：維護(hù)費(fèi)用低；自動(dòng)化控制程度高，可無(wú)人值守。土壤源熱泵中的熱源不是指地?zé)崽镏械臒釟饣驘崴?，而是指一般的常溫土壤，所以?duì)地下熱源沒(méi)有非凡要求，可在中國(guó)絕大部分地區(qū)應(yīng)用。

土壤源熱泵系統(tǒng)的COP值一般在3~6左右，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運(yùn)行費(fèi)用為普通中心空50%~60%。

土壤源熱泵占地面積少

機(jī)房占地面積小，節(jié)省空間，可設(shè)在地下；

土壤源熱泵綠色環(huán)保

土壤源熱泵系統(tǒng)利用地球表面淺層地?zé)豳Y源，沒(méi)有燃燒，沒(méi)有排煙及廢棄物，情節(jié)環(huán)保，無(wú)任何污染，土壤源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40%以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70%以上，假如結(jié)合其它節(jié)能措施節(jié)能會(huì)更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25%的充灌量；土壤源熱泵系統(tǒng)屬自含式系統(tǒng)，即該裝置能在工廠車間內(nèi)事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏機(jī)率大為減少。該裝置的運(yùn)行沒(méi)有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，安裝在綠地、停車場(chǎng)下，沒(méi)有燃燒，沒(méi)有排煙，也沒(méi)有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場(chǎng)地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。土壤源熱泵系統(tǒng)沒(méi)有冷卻塔和其它室外設(shè)備，沒(méi)有中心空調(diào)集中占地問(wèn)題，節(jié)省了空間和地皮，為開(kāi)發(fā)商帶來(lái)額外利潤(rùn)，產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)效益，并改善了建筑物的外部形象；

土壤源熱泵自動(dòng)化程度高

機(jī)組內(nèi)部及機(jī)組與系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，可根據(jù)室外溫度變化及室內(nèi)溫度要求控制機(jī)組啟停，達(dá)到最佳節(jié)能效果，同時(shí)節(jié)省了人力物力；

可自主調(diào)節(jié)機(jī)組，能夠任意調(diào)機(jī)，投資者可按需要調(diào)整供給時(shí)間及溫度，完全自主；

一機(jī)多用，即可供暖，又可制冷，在制冷時(shí)產(chǎn)生的余熱還可提供生活生產(chǎn)熱水或?yàn)橛斡境丶訜幔畲笙薅鹊睦昧四茉础?

土壤源熱泵中央空調(diào)由室內(nèi)空氣處理末端設(shè)備、土壤源熱泵機(jī)組和地?zé)崮芟到y(tǒng)三部分組成，以巖土體、地下水和地表水為低溫?zé)嵩?，通過(guò)循環(huán)液體在封閉地下埋管中的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與大地之間的熱量交換。

本書(shū)主要闡述了 土壤源熱泵的基本原理、相關(guān)理論、設(shè)計(jì)方法以及應(yīng)用技術(shù)，內(nèi)容包括土壤源熱泵的概念、土壤源特性分析、巖土熱響應(yīng)測(cè)試、地埋管換熱器傳熱理論與模型、地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)、土壤熱平衡問(wèn)題及其控制、地埋管換熱系統(tǒng)施工、系統(tǒng)運(yùn)行能效測(cè)評(píng)及運(yùn)行維護(hù)管理，并介紹了部分土壤源熱泵工程實(shí)例。本書(shū)系統(tǒng)性與實(shí)用性相結(jié)合，反映了土壤源熱泵領(lǐng)域新的科學(xué)研究成果和工程應(yīng)用進(jìn)展。

本書(shū)可供從事土壤源熱泵的研究、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行管理人員使用，也可供建筑、環(huán)境與能源應(yīng)用工程等相關(guān)專業(yè)院校師生參考。

隨 著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的逐步提高，能源與環(huán)境問(wèn)題日益突出，并成為各國(guó)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)急需解決的全球性問(wèn)題，因此，尋求一種節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)性能源利用模式是世界各國(guó)能源建設(shè)與發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)。土壤源熱泵作為一種既可供暖又可制冷，還可提供生活熱水的新型空調(diào)技術(shù)，因其具有綠色、高效及適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)而備受各國(guó)青睞，且成為國(guó)際上公認(rèn)的具發(fā)展?jié)摿Φ牟膳照{(diào)技術(shù)之一。近期在我國(guó)也得到了快速發(fā)展，并被相關(guān)政府機(jī)構(gòu)列為可再生能源利用專項(xiàng)技術(shù)支持與資助的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。

土壤源熱泵技術(shù)作為一種可再生能源建筑應(yīng)用技術(shù)，在建筑節(jié)能領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。至今，該技術(shù)在國(guó)外已有50多年的歷史，積累了豐富的應(yīng)用設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，已逐步趨向于成熟。然而，國(guó)內(nèi)約在10年前才開(kāi)始對(duì)其展開(kāi)大規(guī)模的研究與開(kāi)發(fā)。近年來(lái)，受國(guó)家及地方政府的大力推動(dòng)，尤其是可再生能源建筑應(yīng)用示范城市與示范項(xiàng)目的實(shí)施，土壤源熱泵技術(shù)在我國(guó)得到迅速發(fā)展。但是，由于認(rèn)識(shí)與技術(shù)上還不成熟，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)欠缺，導(dǎo)致部分土壤源熱泵工程能效較低，甚至出現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行失敗的情況。尤其在地埋管傳熱理論與模型、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真及其優(yōu)化設(shè)計(jì)、土壤熱平衡設(shè)計(jì)及其控制、運(yùn)行調(diào)試與管理等方面需要進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。本書(shū)結(jié)合作者多年來(lái)的研究與工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)土壤源熱泵技術(shù)進(jìn)行全面的闡述，以期為該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的健康發(fā)展提供參考。

本書(shū)內(nèi)容力求理論聯(lián)系實(shí)際，從土壤源熱泵概念、土壤源特性分析、地下熱響應(yīng)測(cè)試、地埋管換熱器傳熱理論與模型、地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)、土壤熱平衡問(wèn)題及其控制、系統(tǒng)運(yùn)行能效測(cè)評(píng)、系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)管理及工程實(shí)例等方面來(lái)全面介紹土壤源熱泵技術(shù)，并匯集了作者10多年來(lái)的研究與應(yīng)用成果。因此，本書(shū)不僅可供從事土壤源熱泵的研究、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行管理人員使用，也可供建筑、環(huán)境與能源應(yīng)用工程等相關(guān)專業(yè)院校師生參考。

本書(shū)由揚(yáng)州大學(xué)楊衛(wèi)波副教授編著，并負(fù)責(zé)全書(shū)的統(tǒng)稿工作。本書(shū)在編著過(guò)程中，研究生楊晶晶、孫露露協(xié)助進(jìn)行了部分文字和圖形處理工作，并協(xié)助進(jìn)行文字、公式、插圖與表格的校對(duì)，在此一并表示衷心的感謝。

本書(shū)的出版得到了化學(xué)工業(yè)出版社的大力幫助和熱情支持，在此表示衷心的感謝。

本書(shū)的工作得到江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（BK20141278）、揚(yáng)州市自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2015年度）、揚(yáng)州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014-6）、中國(guó)科學(xué)院可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金（y507k51001）、廣西建筑新能源與節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金（桂林能15-J-22-3）、熱流科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西安交通大學(xué))開(kāi)放基金 (KLTFSE2014KF05) 等的資助，在此一并致謝。

本書(shū)引用了許多參考文獻(xiàn)和部分工程案例，謹(jǐn)向有關(guān)文獻(xiàn)的作者和工程案例的設(shè)計(jì)者表示衷心感謝。限于編著者的水平，書(shū)中不妥之處在所難免，敬請(qǐng)前輩與同行批評(píng)指正，以便在以后的教學(xué)科研中改進(jìn)。

楊衛(wèi)波

2015年10月于揚(yáng)州大學(xué)