土壤源热泵

1、埋地换热器受土壤性能影响较大，土壤的热工性能、能量平衡、土壤中的传热与传湿对传热有较大影响；

2、连续运行时热泵的冷凝温度和蒸发温度受土壤温度的变化发生波动；

3、土壤导热系数较小，换热量较小。已有的经验表明，其持续吸热速率一般为25W/m2，所以当供热量一定时，换热盘管占地面积较大，埋管的敷设无论是水平开挖布置还是钻孔垂直安装，都会增加土建费用。

土壤源热泵资源可再生利用

土壤源热泵技术利用地球表面浅层地热资源作为冷热源进行能量转换，而地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能，相当于人类每年利用能量的500多倍，且不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这是储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，也是清洁能源。与地面上环境空气相比，地面5m以下土壤温度全年基本稳定且略低于年平均气温，可以分别在夏冬季提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度。所以从热力学原理上讲，土壤是一种比环境空气更好的热泵系统的冷热源。而且土壤源热泵系统不会把热量、水蒸气及细菌等排人大气环境，符合当前可持续发展的战略要求。通常土壤源热泵消耗lKW的能量，用户可以得到4KW以上的热量或冷量，这多出来的能量就是来自土壤的能源。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的土壤源热泵，平均来说可以节约用户30%～40%的供热制冷空调的运行费用。高效的土壤源热泵机组，平均产生1冷吨的冷量仅需0.88kW的电力消耗，其耗电量仅为普通冷水机组加锅炉系统的30%～60%；

土壤源热泵运行费用低

与传统空调系统相比，每年运行费用可节约40%左右。采用土壤源热泵系统，由于土壤的温度理，土壤源热泵可以比风冷热泵具有更高的效率和更好的可靠性，其热源温度全年较为稳定，一般为l0-25℃。而且土壤源热泵系统可用于供暖、空调，还可提供生活热水，一套系统可以替换原来的锅炉、空调制冷装置或系统，一机多用；不仅适用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的供热和空调。此外，机组使用寿命长，均在20年左右；机组紧凑、节省空间：维护费用低；自动化控制程度高，可无人值守。土壤源热泵中的热源不是指地热田中的热气或热水，而是指一般的常温土壤，所以对地下热源没有非凡要求，可在中国绝大部分地区应用。

土壤源热泵系统的COP值一般在3~6左右，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中心空50%~60%。

土壤源热泵占地面积少

机房占地面积小，节省空间，可设在地下；

土壤源热泵绿色环保

土壤源热泵系统利用地球表面浅层地热资源，没有燃烧，没有排烟及废弃物，情节环保，无任何污染，土壤源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，假如结合其它节能措施节能会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25%的充灌量；土壤源热泵系统属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，安装在绿地、停车场下，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。土壤源热泵系统没有冷却塔和其它室外设备，没有中心空调集中占地问题，节省了空间和地皮，为开发商带来额外利润，产生附加经济效益，并改善了建筑物的外部形象；

土壤源热泵自动化程度高

机组内部及机组与系统均可实现自动化控制，可根据室外温度变化及室内温度要求控制机组启停，达到最佳节能效果，同时节省了人力物力；

可自主调节机组，能够任意调机，投资者可按需要调整供给时间及温度，完全自主；

一机多用，即可供暖，又可制冷，在制冷时产生的余热还可提供生活生产热水或为游泳池加热，最大限度的利用了能源。

土壤源热泵中央空调由室内空气处理末端设备、土壤源热泵机组和地热能系统三部分组成，以岩土体、地下水和地表水为低温热源，通过循环液体在封闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的热量交换。

本书主要阐述了 土壤源热泵的基本原理、相关理论、设计方法以及应用技术，内容包括土壤源热泵的概念、土壤源特性分析、岩土热响应测试、地埋管换热器传热理论与模型、地埋管换热系统设计、土壤热平衡问题及其控制、地埋管换热系统施工、系统运行能效测评及运行维护管理，并介绍了部分土壤源热泵工程实例。本书系统性与实用性相结合，反映了土壤源热泵领域新的科学研究成果和工程应用进展。

本书可供从事土壤源热泵的研究、设计、施工及运行管理人员使用，也可供建筑、环境与能源应用工程等相关专业院校师生参考。

随 着经济的快速发展和人们生活水平的逐步提高，能源与环境问题日益突出，并成为各国在发展经济的同时急需解决的全球性问题，因此，寻求一种节能、环保、可持续性能源利用模式是世界各国能源建设与发展战略的重点。土壤源热泵作为一种既可供暖又可制冷，还可提供生活热水的新型空调技术，因其具有绿色、高效及适应性好等优点而备受各国青睐，且成为国际上公认的具发展潜力的采暖空调技术之一。近期在我国也得到了快速发展，并被相关政府机构列为可再生能源利用专项技术支持与资助的重点领域之一。

土壤源热泵技术作为一种可再生能源建筑应用技术，在建筑节能领域得到了较为广泛的应用。至今，该技术在国外已有50多年的历史，积累了丰富的应用设计经验，已逐步趋向于成熟。然而，国内约在10年前才开始对其展开大规模的研究与开发。近年来，受国家及地方政府的大力推动，尤其是可再生能源建筑应用示范城市与示范项目的实施，土壤源热泵技术在我国得到迅速发展。但是，由于认识与技术上还不成熟，设计经验欠缺，导致部分土壤源热泵工程能效较低，甚至出现系统运行失败的情况。尤其在地埋管传热理论与模型、系统动态仿真及其优化设计、土壤热平衡设计及其控制、运行调试与管理等方面需要进一步认识。本书结合作者多年来的研究与工程应用经验，对土壤源热泵技术进行全面的阐述，以期为该项技术在国内的健康发展提供参考。

本书内容力求理论联系实际，从土壤源热泵概念、土壤源特性分析、地下热响应测试、地埋管换热器传热理论与模型、地埋管换热系统设计、土壤热平衡问题及其控制、系统运行能效测评、系统运行维护管理及工程实例等方面来全面介绍土壤源热泵技术，并汇集了作者10多年来的研究与应用成果。因此，本书不仅可供从事土壤源热泵的研究、设计、施工及运行管理人员使用，也可供建筑、环境与能源应用工程等相关专业院校师生参考。

本书由扬州大学杨卫波副教授编著，并负责全书的统稿工作。本书在编著过程中，研究生杨晶晶、孙露露协助进行了部分文字和图形处理工作，并协助进行文字、公式、插图与表格的校对，在此一并表示衷心的感谢。

本书的出版得到了化学工业出版社的大力帮助和热情支持，在此表示衷心的感谢。

本书的工作得到江苏省自然科学基金项目（BK20141278）、扬州市自然科学基金项目（2015年度）、扬州市科技计划项目（2014-6）、中国科学院可再生能源重点实验室开放基金（y507k51001）、广西建筑新能源与节能重点实验室开放基金（桂林能15-J-22-3）、热流科学与工程教育部重点实验室(西安交通大学)开放基金 (KLTFSE2014KF05) 等的资助，在此一并致谢。

本书引用了许多参考文献和部分工程案例，谨向有关文献的作者和工程案例的设计者表示衷心感谢。限于编著者的水平，书中不妥之处在所难免，敬请前辈与同行批评指正，以便在以后的教学科研中改进。

杨卫波

2015年10月于扬州大学