地源热泵系统的应用与经济性分析 (1).doc

xx大学硕士学位论文硕士学位论文地源热泵系统的应用与经济性分析研究生： 指导教师： 合作指导教师： 申请学位类别： 专业领域名称： 研究方向： 所在学院： 年 月 日Dissertation for MasterThe Ground source heat pump systems application and economy analysisCandidate： Supervisor：Speciality： Research Field：UniversityMonth date, year独 创 性 声 明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得xx大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名： 时间： 年 月 日导师签名： 时间： 年 月 日关于论文知识产权和使用授权的说明本论文的知识产权为xx大学所有。本人完全了解xx大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意xx大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的内容。学位论文中的所有内容不经xx大学授权不得以任何方式擅自对外发表。(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)研究生签名： 时间： 年 月 日导师签名： 时间： 年 月 日目 录第一章 绪论11.1研究背景和意义11.1.1研究背景11.1.2研究意义11.2国内外研究与应用现状21.2.1国外的研究与应用21.2.2国内的研究与应用31.3研究内容和方法41.3.1研究内容41.3.1研究方法4第二章 地源热泵理论概述52.1热泵与地源热泵的定义52.2地源热泵系统的工作原理22.2.1地表水水源热泵系统的工作原理22.2.2地下水源热泵系统的工作原理32.2.3土壤源热泵系统的工作原理42.2.4污水源热泵系统的工作原理6第三章 地源热泵系统的设计73.1资源勘察73.2地源热泵系统方案的选择确定73.2.1地表水热泵系统73.2.2地下水源热泵系统23.2.3土壤源热泵系统23.2.4污水源热泵系统23.3地源热泵系统的设计33.3.1地表水换热系统的设计要点33.3.2地下水源热泵系统的设计33.3.3土壤源热泵系统设计要点43.3.4污水源热泵系统的设计43.3.5地源热泵联合供热系统的设计5第四章 地源热泵工程经济性分析与评价54.1国民经济评价54.1.1国民经济评价的概念54.1.2国民经济评价的作用24.1.3国民经济评价的方法24.1.4地源热泵工程国民经济评价的内容与程序34.2技术经济性评价54.2.1技术经济评价的标准54.2.2技术经济评价计算方法5第五章 地源热泵的发展与应用65.1地源热泵的应用范围65.1.1自用户工程项目65.1.2商业用户工程项目25.2国外地源热泵技术发展历程25.3我国地源热泵应用发展概况及趋势45.4地源热泵应用实例65.4.1海达广场地下水源热泵工程实例65.4.2星海湾商务区海水源热泵工程实例8结论2参考文献2致谢2摘 要随着我们全面落实科学发展观，随着可持续发展成为我国重要的发展战略，尤其进入新的世纪以来，能源、环境等等受到了更加严峻的挑战，在这样的形式下，可再生能源已经成为我国能源发展战略的一个重要组成部分。目前我国提出了十大节能工程，以及重点节能领域。在建筑节能当中，尤其要加强对可再生能源的利用，其中不但包括太阳能技术的利用，也包括地热中的浅层地热资源的利用。地源热泵系统与其他供热，制冷方式相比，一机两用、可以达到舒适，节能，无污染，无爆炸危险，是目前世界范围内最理想的供热、制冷、供生活热水的方式。开发浅层地热能资源，推广地源热泵技术，利用可再生能源来解决供热和制冷问题，已引起国家的高度重视。研究制定地源热泵技术推广应用，已被列入一些地方政府的议事日程。本文在前人研究的基础上，综合运用地源热泵理论，利用文献研究法、调查研究法和经验总结法等方法对地源热泵的应用与发展进行了细致而深入的研究，论述了地源热泵系统的基本原理和形式。地源热泵作为一种供热及空调可再生节能技术，在国内外发展很快，但发展的同时，需克服目前国内地源热泵市场存在的问题，才能在国家、行业政策指导下健康发展。可以预计中国的地源热泵市场前景广阔，在充分学习借鉴国外先进技术和运行经验的基础上，在各级政府的有力支持下，热泵行业有能力克服目前市场上存在的问题，走向健康、良性的发展道路。关键词：地源热泵，应用，经济性分析AbstractAs we fully implement the scientific outlook on development, along with the sustainable development becomes the important development strategy of China, especially since entering the new century, energy, environment and so on were more severe challenges, in this form, renewable energy has become China 's energy development strategy is an important part. Ground source heat pump system and other heating, refrigeration methods, a dual-purpose machine, can achieve a comfortable, energy saving, no pollution, no explosion danger, is currently the world 's most ideal heating, refrigeration, hot water supply way. Development of shallow geothermal energy resources, promote ground-source heat pump technology, the use of renewable energy sources to solve heating and cooling problems, has drawn national attention. Study and formulate the ground-source heat pump technology popularization and application, has been included in a number of local government schedule.On the basis of previous research, comprehensive use of ground source heat pump theory, using the methods of literature research, investigation and experience summary of the application of ground source heat pump and development undertook detailed and in-depth research, discusses the ground-source heat pump system and the basic principles of form. Ground source heat pump as a heating and air conditioning of renewable energy saving technology, in the domestic and foreign development is very rapid, but development at the same time, the need to overcome the current domestic ground-source heat pump market problems, can be in the country under the guidance of the policy, industry healthy development. Can be expected China 's ground-source heat pump market prospects are broad, in the full study to draw lessons from foreign advanced technology and operational experience, in all levels of government under the strong support, heat pump industry have the ability to overcome the current market problems, to the healthy, benign development road.Key words: ground source heat pump, application, economic analysisxx大学硕士学位论文第一章 绪论1.1研究背景和意义1.1.1研究背景改革开放以来，我国的经济快速增长，但同时也付出了巨大的资源和环境代价，经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐。近几年建筑业的高速发展，更使这种矛盾突显，建筑业已登上我国能源消耗大户的黑名单。据相关调查，目前已有建筑中95%左右属高能耗建筑，建筑能源消耗约占全国能源消耗总量30%以上。如不加以控制，到2020年，建筑能耗将是现在的3倍以上。因此，采取有力的措施转变目前发展方式，是建筑业继续发展的前提。2009年12月召开的哥本哈根气候变化峰会，全球都在关注着气候变化，将节能减排的重要性提升了又一个台阶。作为全球最大的CO2排放国，中国正高度重视气候变化，计划到2020年单位国内生产总值CO2排放比2005年下降40%45%，并将其作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划，制定相应的国内统计、监测、考核办法；并且要通过大力发展可再生能源，到2020年我国非化石能源占一次能源消费的比重达到15%左右。经济发展，能源需求不断增加，导致能源价格节节高升，能源供给日趋紧张。而我国能源资源更是存在分布不均匀、结构不合理、人均拥有量相对较低等情况，从目前能源剩余可采储量和能源消费量来看，煤炭还可开采60年，天然气还可开采40年，石油还可开采13年。因此，寻找替代能源和利用可再生能源成为未来能源的发展方向。1.1.2研究意义首先，地源热泵空调系统的环保效果。地源热泵是一项能够充分利用可再生能源，保护环境的可持续发展技术。其次，地源热泵空调系统的节能效果。由于地源热泵的钻井费昂贵，从初期投资来看，地源热泵系统比传统空调系统高。但在运行费用方面，地源热泵系统的运行费要比传统空调低，地源热泵的节能效果主要体现在两个方面。地源热泵大大提高了一次能源的利用率。传统空调系统通常通过直接燃烧矿物燃料(煤、石油、天然气)产生热量。此外，传统空调的燃料费用比地源热泵系统高。地源热泵空调的COP值较高。而地源热泵是以地下土壤作为冷热源，地下土壤具有冬暖夏凉的特点，利用土壤进行散热或吸热，使热泵的冷凝温度降低或蒸发温度升高，从而提高热泵的制冷或制热效率。此外，地源热泵空调系统一般无需冷却水系统和冷却塔，冬季供暖不需要辅助热源和锅炉，从而不仅大幅度降低了运行费用(其运行费用一般仅为普通空调系统的6080)。初投资的增加也得到控制。最后，一机多用，应用范围广且地源热泵空调系统维护费用低。所有的部件不是埋在地下便是安装在室内，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，从而节省了维护费用，使用户比普通空调系统多出的投资在37年即可收回。1.2国内外研究与应用现状1.2.1国外的研究与应用热泵技术由瑞士科学家于20世纪中期提出的，但真正的大范围使用开始于20世纪80年代中期，在此之后，热泵在美、日、德、法及其它发达国家均得到了广泛的应用，并逐步形成了欧洲重点发展大型热泵机组的优势明显，美、日在中小型热泵装置方面领先的格局。进入20世纪90年代，很多国家地源热泵的应用增长率都保持每年10%以上。截止2000年，根据27个主要国家（不包括中国）的统计数据，全世界总装机容量为6874MWt。2000年后，很多国家的地源热泵系统应用得到长足发展，2010年，世界地热大会统计地源热泵的设备容量为35236 MWt，十年间增长了5.1倍。国外对地源热泵的研究相对较早，它们都是基于不同的模型或者计算方法得出的，有代表性的模型主要有以下3种。(1)1948年，Kelvin的线热源模型。该模型将土壤看成是无限大物体，埋管看成是具有恒定能量的无限长线热源，计算的误差较大。目前大多数地源热泵设计是用该理论作基础。(2)1983年，BNI。修改过的线热源模型。它是将埋管周围的岩土划分为两个区，即严格区和自由区。(3)1986年，VCMei提出的三维瞬态边远界传热模型。进入20世纪90年代，地源热泵的应用和发展进入了一个新的发展阶段。每年见诸报道的地源热泵实际应用工程项目和研究报告也不断增加。截至1999年底，全球大约有40万台正在运行的地源热泵机组，并且数量以每年4万台的数量增加。1.2.2国内的研究与应用20世纪50年代，我国开始空气源热泵方面的研究工作，而地源热泵的发展则比较缓慢。在国家自然科学基金委员会的资助下，自20世纪90年代初期以来，国内开始了对地源热泵的探索性研究。1988年中科院广州能源研究所主办了“热泵在我国应用与发展问题专家研讨会”。我国的地源热泵技术开始于20世纪60年代，但进入推广阶段较晚，2000年后，地源热泵技术才在中国被广泛应用，迎来了地源热泵在中国的第一个发展高峰，2000年至2003年的四年间，年平均专利法71.75项，水源热泵机组的厂家和系统集成商有80余家，地源热泵技术应用建筑面积为1200万平方米。随着我国对可再生能源应用与节能减排工作的不断加强，2005年地源热泵的发展迎来了第二个发展高峰，进入了爆发式的快速发展阶段，各地方陆续出台相关的地方政策，设备厂家不断增多，集成商规模不断扩大，新专利新技术不断涌现。到2009年底，地源热泵技术应用建筑面积达1.3亿平方米。国内对地源热泵的研究主要集中在以下方面：地下换热器的传热计算模型的建立；地下换热器传热计算的模拟研究；土壤冻结对地下换热器传热的影响；地下换热器间歇运行工况的分析；地下换热器的筛选及埋地盘管合理管间距的理论分析。近年来，太阳能吸收式制冷、热泵技术与地源热泵技术是国内外研究的热点。目前，国外对太阳能吸收式制冷、热泵技术的研究还不够成熟，实际的工程项目不多。截至目前为止，国内的太阳能吸收式制冷、热泵工程项目也是屈指可数。常规的太阳能与地源热泵联合运行系统多设计成夏季采用地源热泵系统制冷，冬季采用太阳能热泵与地源热泵联合供热。但在很多地区，建筑物夏季所需冷负荷要远大于冬季所需热负荷，如果按夏季冷负荷标准选择机组，会导致机组的制热能力大大超出建筑物的热负荷需求。因此，可以考虑将太阳能吸收式制冷技术应用在新系统中，夏季冷负荷不足部分以太阳能吸收式制冷作补充。这样不仅在一定程度上降低了地热换热器的初投资，还使地热换热器间歇运行，土壤温度场得到及时恢复。 (1)夏季太阳能吸收式制冷与地源热泵联合运行流程。夏季，通过输入少量的电能，将室内的热量释放到地能中去，进而使室内产生良好的制冷效果。随着太阳辐射强度的逐渐增强，室外温度不断升高，建筑物需要的冷负荷也越来越大。这时，可以充分利用太阳能辐射强的特性，通过太阳能集热器将太阳能蓄积起来，作为吸收式制冷系统的驱动热源。(2)冬季第一类吸收式热泵与地源热泵联合运行流程。此外，地源热泵与冰蓄冷系统联合运行，地源热泵生活热水系统、地源热泵与空气源热泵并联的复合式热水系统、太阳能一地源热泵复合式热水系统、地源热泵与冷却塔联合运行系统等均属于典型的复合式地源热泵系统，在冷热负荷相差较大，或单独地源热泵系统不能满足冷热负荷需求时且技术经济分析比较合理时，可以考虑采用。1.3研究内容和方法1.3.1研究内容本文共分为五个部分。第一部分是绪论，包括：研究背景和意义、国内外研究与应用现状、研究内容和方法。第二部分对地源热泵的理论进行了概述，包括地源热泵的定义、分类、地源热泵系统的工作原理和地源热泵的优点，是全文的理论基础。第三部分是地源热泵系统的设计。包括资源勘察、地源热泵系统方案的选择确定和地源热泵系统的设计。第四部分是对地源热泵工程的经济性分析与评价。第五部分结合应用实例分析了地源热泵的发展与应用。最后是结论。1.3.1研究方法本论文拟采取的研究方法有：（1）文献研究法，即通过收集、整理分析研究国内外与本论文有关资料，包括地源热泵系统等资料，找出本论文的理论依据，同时从文献研究中获得启示，为开展本论文研究提供理论保障并指明实践方向。（2）调查研究法，调查研究是一种简便易行、结果可靠的研究方法。调研收集分析有关资料，了解地源热泵系统的设计方法；在本论文的实施过程中按照论文所涉及的相关内容，将按计划去观察一些与论文实施相关的资料和数据，开展相关调查研究，包括专题研究、问卷调查、专家征询等。（3）经验总结法。在论文研究过程中通过对研究过程不断加以回顾、反思和总结，并通过分析和思考对论文研究作一番总结、提炼和加工最后写出相关论文。3第二章 地源热泵理论概述2.1热泵与地源热泵的定义“热泵”是借鉴“水泵”得来的。我国暖通空调术语标准(GB5015592)对“热泵”的解释是“能实现蒸发器和冷凝器功能转换的制冷机”，新国际制冷词典(New International Dictionary of Refrigeration)对“热泵”的解释是“以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统”。1852年，英国物学家汤姆森(WThomson)后改名为开尔文(LKelvin)勋爵首先提出了关于热泵的想法，当时称为热量放大器(Heat Amplifier)。地源热泵(Ground-Source Heat Pump，GSHP)是以大地(土壤、地层、地下水)为热源对建筑进行空气调节的节能新技术。应用地源热泵系统可夏季供冷、冬季供暖。由于地源热泵可显著降低运行费用，已受到越来越广泛的关注。热泵技术是利用低温可再生能源的有效技术之一，同时也是解决暖通空调的能源与环境问题的有效措施之一。如何用可再生能源替代常规矿物燃料能源是热泵技术发展的必然趋势。地源热泵技术是一种利用浅层常温土壤或地下水中的能量作为能源的高效节能零污染低运行成本的既可供暖又可制冷并能提供生活热水的新型热泵技术。近年来，地源热泵、太阳能热泵、城市污水源热泵等得到了迅速的发展，促进我国的热泵技术的推广与应用。从热泵的定义可以看出，从工作原理和热力循环理论角度分析，热泵就是使用目的不同的制冷机，不同之处主要体现在以下两个方面：一方面是应用目的不同，另一方面是工作温度区有所不同。正是由于存在以上区别，在工程实践中，热泵与制冷机既有共同性，也有特殊性。当一个装置同时实现制热与制冷功能时，即这种装置运行时高温热源输出用于制热，而低温热源吸热用于制冷，这种“一举两得”的同时供热供冷的联合装置既可称热泵也可称制冷机。2.2地源热泵系统的工作原理2.2.1地表水水源热泵系统的工作原理 (1)系统的组成地表水源热泵系统由地表水源系统、热泵机组和末端系统三大部分组成。地表水源热泵系统是通过热泵机组将地表水源系统和末端系统连接起来的。(2)系统的工作原理地表水源热泵系统分为开式和闭式两种形式。开式系统又称为直流式系统，地表水是从水源中抽水，送入换热器将热能传递给循环介质，被冷却了的地表水再排放到水源中。被加热的中间循环介质进入热泵机组的蒸发器，将热能传递给热泵机组内进行热泵循环的制冷剂，被冷却了的中间循环介质再回到换热器吸取地表水中的热能。若地表水冬季水温较高，水质较好或处理后满足热泵对水质要求的，也可以将水直接送人热泵机组的蒸发器，换热后排放到水源中。开式系统对水质有较高的要求，否则换热器容易产生结垢、腐蚀、微生物滋长等现象。其系统原理图如图21所示。图2-1地表水源热泵系统原理示意图2.2.2地下水源热泵系统的工作原理(1)系统的组成地下水源热泵系统由地下水源系统、热泵机组和末端系统三大部分组成。地下水源热泵系统是通过热泵机组将地下水源系统和末端供冷暖循环系统连接起来。地下水源系统由抽水井、回灌井、循环水泵和水管道等组成。抽水井的结构与供水管井的基本相同。回灌井的结构，根据地质条件的不同，可为小口回灌井和大口回灌井，小口回灌井与抽水井的结构基本相同。水泵一般采用潜水泵或深井泵，用以输送井水在热泵机组和水源地循环，将井水中的能量置换出作为热泵系统的冷热源。热泵机组是地下水源系统与末端系统的连接点，其通过输入一定的动力，通过压缩机做功，使机组内部的制冷剂进行循环，从而将地下水源系统中的能量传送到末端系统中去。末端系统由室内循环管路、电气自控系统、室内末端装置(如风机盘管、空气处理机、散热器等)及相关附属部件组成。该部分的作用是将热泵机组提供的冷热量输送和分配到建筑物中需要的地方去，从而实现对建筑物内空气环境的调节和控制。(2)系统的工作原理地下水源热泵系统是以地下水作为冷热能的载体，将地下水中的冷热能从地下提取出来，作为热泵机组的换热器的冷热源。在冬季利用热泵吸取地下水中的热量向建筑物供暖；在夏季热泵吸取地下水中的冷量向建筑物供冷。传统的空调系统需要有冷源和热源，而水源热泵系统(包括地下水源热泵系统)，只需通过改变地下水或其他的水源进入热泵机组不同的换热器(蒸发器和冷凝器)来达到一套系统即可供热又可供冷的目的。图22所示为系统供热时的示意图。供冷时可通过阀门转换将地下水系统接至热泵机组的冷凝器，将末端的空调水接至热泵机组的蒸发器。图2-2地下水源热泵系统供热示意图2.2.3土壤源热泵系统的工作原理(1)系统的组成土壤源热泵系统由土壤热交换系统、热泵机组和末端系统三大部分组成。土壤源热泵系统是通过热泵机组将土壤热交换循环系统和末端供冷暖循环系统连接起来。土壤热交换系统是由土壤热交换器、循环水泵和水管道等组成的闭式循环系统。与地下水源系统不同的是用土壤热交换器代替抽水井和回灌井。土壤热交换器一般是垂直或水平埋设在土壤中的高密度聚乙烯管。(2)系统的工作原理土壤源热泵系统同水源热泵系统一样是以水或其他换热介质作为冷热能的载体。与水源热泵系统不同的是土壤源热泵系统通过埋设在地下的换热管与岩土体进行热交换，冬季把岩土体中的热量取出来，供给室内采暖；夏季把室内热量取出来，释放到岩土体中。土壤源热泵系统室外地热换热环路(即地下热交换器)采用埋管(即埋置地下热交换器)的方式来实现，埋管方式多种多样。目前普遍采用的有垂直埋管和水平埋管两种基本的配置形式(如图2-3所示)。图2-3地埋管理置方式示意图土壤源热泵系统同水源热泵系统一样，通过在不同季节进行冷凝器和蒸发器的转换，就可以完成制冷与制热功能的转换。垂直和水平埋管土壤源热泵系统供热原理图见图24和图2-5。图2-4垂直埋管土壤源热泵系统供热原理图图2-5水平埋管土壤源热泵系统供热原理图土壤热交换系统管路中的循环液体一般为水或加人防冻剂的水溶液。加入防冻剂的水溶液的目的是当设计的土壤源热泵系统土壤温度较低时，防止水在蒸发器内冻结，使系统无法运行并造成蒸发器损坏。2.2.4污水源热泵系统的工作原理(1)系统的组成污水源热泵系统的组成与地表水源热泵系统基本相同，只是水源和水源系统不同而已，即由污水源系统、热泵机组和末端系统三大部分组成。污水源热泵系统是通过热泵机组将污水源系统和末端系统连接起来的。(2)系统的工作原理污水源热泵系统是利用污水作为热泵冷热源为建筑供热(供冷)的。它不属于地源热泵系统范畴，但系统原理与地源热泵系统相同，因此将污水源热泵在地源热泵系统中进行介绍。作为污水源热泵冷热源的城市污水有两类：一类是原生污水；另一类是城市污水二级水或中水。城市原生污水就是未进行处理的城市污水。城市污水二级水是指城市污水处理厂对城市原生污水进行了一级物化处理和二级生化处理后的水。中水是城市污水是由生活污水和工业废水组成。生活污水是城市居民日常生活中产生的污水，常含有较高的溶解化合物、各种尺寸的漂浮物和悬浮物等，含量达到1以上。工业废水是各工业企业生产过程中产生的废水，由于生产企业及生产工艺的不同，产生的废水水质也各不相同。一般来说，工业废水中含有金属及无机化合物、油类、有机污染物等成分，常具有一定的酸碱度。与地表水源热泵系统相同，污水源热泵系统也分为开式系统和闭式系统两种形式。开式系统的污水从水源抽水，送人热泵换热器，将热能传递给热泵机组中的制冷剂，被冷却后的污水再排放到水源中。开式系统对热泵机组的换热器的防腐、防结垢和防堵塞要求较高，同时对水质也有要求。闭式系统是在热泵机组与污水之间设置中间换热器，污水通过中间换热器将热能传递给中间循环介质，再由中间循环介质将热能输送到热泵机组的换热器。闭式系统的另一种形式是将中间换热器设置在污水中，通过换热器内的中间循环介质与污水进行换热，换热后的中间循环介质进入热泵机组的换热器。闭式系统中间换热器的污水侧受污水水质的影响较大，容易结垢或堵塞，使外表面换热系数降低和影响系统正常运行，尤其是原生污水源热泵系统。第三章 地源热泵系统的设计3.1资源勘察工程场地的资源条件以及是否允许使用，是应用地源热泵系统的基础。地源热泵系统方案设计前，应根据调查及勘察情况，选择采用地埋管、地下水或地表水热泵系统。在地源热泵系统设计的初期阶段，应按照建筑物的设计供热、供冷负荷的要求，对工程场地的资源条件，即工程场地状况、岩土类型、分布、厚度、水文地质条件、地层温度分带隋况等进行调查或勘察，为地源热泵项目的可行性评估和地源热泵工程设计提供依据。浅层地埋管的资源勘察包括地埋管换热系统勘察、地下水换热系统勘察及地表水换热系统勘察。在地表水源热泵系统、地下水源热泵系统、土壤源热泵系统方案设计前，应对工程场区地表水源的水文状况、地下水水文地质条件、岩土体水文地质条件进行勘察。3.2地源热泵系统方案的选择确定3.2.1地表水热泵系统地表水热泵系统使用建筑物附近的江(河)水、湖水、海水和水库水，将地表水汲出并使之通过水源热泵机组中的换热器，将热(冷)量传递给制冷剂，水本身被冷却(加热)后再排入水源中。地表水热泵系统受地区的限制较大。不同纬度和海拔的地区地表水的温度会有很大的差异。同一地区冬季地表水的平均温度最低，地表水的水温直接影响到热泵系统供冷和供热的效率等性能。因此，是否可以应用地表水热泵系统主要取决于地表水的水域面积、水面用途、水深、水质、水位和水温。如果工程所在地存在地表水或通过开发能够引到地表水，且地表水的水域面积及水深、水质、水温满足地表水热泵系统的要求，则可考虑采用地表水源热泵系统。3.2.2地下水源热泵系统地下水源热泵系统比较适合于夏热冬冷地区，可广泛应用于住宅和公共建筑等。但是现在部分城市对利用地下水采取收缴资源费的政策，地下水收费直接影响到地下水源热泵系统的经济性。因此在应用地下水源热泵系统前宜与其他形式的空调冷热源进行技术经济比较。当有足够的地下水量、适宜的水温、地下水易于开采、回灌不困难时，则可考虑采用地下水源热泵系统。3.2.3土壤源热泵系统在拟应用地源热泵系统的地域缺乏地下水，或者地下水的处理存在问题，或者地下水的抽取受到限制，或者地下水因回灌困难无法做到全部回灌，不适宜应用地下水源热泵系统，在现场无可利用的地表水，或者地表水的水域范围和深度不太适合，或者地表水的温度适合，但不适宜应用地表水水源热泵系统时，可以考虑采用土壤源热泵系统。3.2.4污水源热泵系统在有二级出水的城市污水处理厂以及城市污水干渠(管)附近，都可以考虑采用污水源热泵系统。该系统方案设计前，要考虑以下一些问题：首先，可利用的污水量应满足建筑物最大冷负荷和热负荷的要求，且污水水温满足热泵机组的要求。其次，优先考虑采用城市污水处理厂处理后的二级出水，其原因是二级出水的水质远好于城市原生污水，二级出水中的悬浮物、油脂类、硫化氢等均要比原生污水小十倍乃至几十倍，尤其是污水中的悬浮物。再次，宜在城市污水处理厂附近建设大型污水源热泵站。所谓的热泵站是指将大型热泵机组集中布置同一机房内，制备热水通过城市管网向一定区域的用户供热的热力站。这主要考虑的是一般城市污水处理厂处理污水量都很大，可提供的热量很大。最后，原生污水源热泵系统不能大规模应用。其原因是大规模应用原生污水热泵系统，冬季使到达污水处理厂的原生污水温度降低，将影响到城市污水处理厂对污水的处理效果或处理成本。此外，原生污水源宜考虑采用闭式污水源热泵系统；城市二级出水和中水宜考虑采用开式污水源热泵系统。3.3地源热泵系统的设计3.3.1地表水换热系统的设计要点第一，当地表水换热器采用盘管时，盘管的换热量应满足地源热泵系统最大吸热量或放热量的需要。第二，闭式地表水换热系统宜为同程式系统。每个环路集管内的换热环路数值相同，且宜并联连接；环路集管布置应与水体形状相适应，供、回水管应分开布置。第三，地表水换热盘管应设于地表水的最低水位(近20年每年最低水位的平均值)以下，且不应小于15m，以防风浪、结冰及船舶可能对其造成的损害。换热盘管设置处水体的静压应在换热盘管的承压范围内。第四，地表水换热系统宜采用变流量设计，以节省水泵的运行能耗。第五，闭式地表水换热系统一般可采用换热盘管的形式。闭式地表水换热系统的换热盘管固定在水体底部，换热盘管下安装衬垫物。第六，热泵机组接管穿过建筑物围护结构和水平集管的方法，与地埋管换热器系统的安装方法一样。必要时应对暴露于室外的管路进行防冻保护。注意保护拐角处的集管，可能需要安装防护套管。3.3.2地下水源热泵系统的设计1.设计的原始资料原始资料是地下水源热泵系统机房部分设计工作的重要依据之一，如果原始资料不全或有错误，就会引起设计方案的不合理、设备选择和管路计算错误，造成经济上的损失或未达到设计目的。因此，地下水源热泵机组机房设计之前，应先收集下列主要有关的原始资料：2.设计程序地下水源热泵系统设计可按以下程序进行。（1）了解工程情况，深入实际，调查研究，收集资料，做好设计前的准备工作。（2）根据空调冷热源的原始资料、基础数据、发展规划、能源结构与政策。环保要求、使用场所等，进行多个可行方案的综合技术经济比较，才能确定是否采用地下水源热泵系统的方案。（3）根据建筑物的性质与功能确定地下水源热泵末端系统的形式，尤其是末端系统中空气处理设备的类型，从而确定热泵机组应提供的冷热媒参数。设计工况选择水源热泵机组和换热器等设备(设备形式、容量和台数等)及确定冷冻水、热媒等参数。（4）根据冷、热负荷及参数要求选定的水源热泵机组、换热器(设备形式、容量和台数等)，及其他辅助设备、管道及附件等。（5）根据选择的设备，确定机房的位置与尺寸，进行设备、管道的布置。（6）向配合专业提出协作条件：提出供电、弱电、自控要求；提出机房建筑结构要求，包括设备基础；提出给水排水要求；提供需要的地下水总水量等。（7）进行管道水力计算，确定各种管道的管径及流动损失，选择各种水泵。（8）编制设计文件及绘制施工图纸。3.3.3土壤源热泵系统设计要点设有辅助热源(冷源)的土壤源热泵系统的设计，除了包括土壤源热泵系统的设计外，还包括辅助热源或冷源的设计，以及土壤源热泵系统与辅助热源或冷源的连接问题。土壤源热泵系统与辅助热源或冷源的连接形式有串联与并联两种方式：串联连接。设有辅助热源(冷源)的土壤源热泵系统当单独一种冷热源方式不能满足用户末端系统的需要时，可以采取辅助热源(冷源)与地埋管换热器串联运行。该运行方式要求辅助热源(或冷源)的加热或冷却必须是间接式的。串并联可调连接。若辅助热源(冷源)与地埋管换热器单独使用能够满足某一时段用户末端系统的需要，可采取并联运行，可设计为串并联可调节形式。并联运行时，冷热源交替运行对地埋管换热器热交换能力的恢复有好处。3.3.4污水源热泵系统的设计由于污水源热泵系统具有重要的节能、环保及经济价值。大量的研究和实践使得污水源热泵技术日趋成熟，为在实际工程中推广和应用城市污水热能回收利用系统提供了可靠的技术保证。城市污水的利用存在系统阻塞、腐蚀、取水等特殊技术问题，要求热泵系统的设计除需要可靠的热泵机组之外，还需要考虑针对污水特性所采取的技术措施。3.3.5地源热泵联合供热系统的设计1.应用联合供热系统需要具备的基本条件（1）具有地源热泵系统的设计条件。对于土壤源热泵系统，需有足够的布置地埋管的地面面积；对于地下水源热泵系统，需有足够的布置抽灌井的位置，且抽水量和回灌量，以及水温、水质都满足要求。（2）对于改扩建的系统，换热站有安装热泵机组等地源热泵系统的设备和管路的面积和空间。（3）有足够的供电容量。尤其对于改扩建的系统。2.联合供热系统设计要点（1）地源热泵系统承担的热负荷比例。热泵承担热负荷的比例要考虑系统的可行性、安全性和经济性。一般热泵装机容量控制在供热需求的50以下。（2）地源热泵系统串接在集中供热的二次管网的回水干管上。（3）热泵的冷凝器和集中供热的换热器均设旁通管，以便于两热源均可单独运行。（4）