表5-1 地下水取水构筑物的形式及适用范围 形式 尺寸 深度 适用范围 地下水类型 管井 井径50～1000mm，150～600mm 井深20～1000m，常用300m以内 潜水，承压水，裂隙水，溶洞水 地下水埋深 200m以内，常用在70m以内 含水层厚度 大于5m或有多层含水层 水文地质特征 适用于任何砂、卵石、砾石地层及构造裂缝隙、岩溶裂隙地带 砂、卵石、砾石地层，渗透系数最好在20m/d以上 补给良好的中粗砂、砾石层，但不可含有飘砾 单井出水量500～6000m3/d，最大可达2～3 万m3/d 单井出水量500～1万m3/d，最大为2～3 万m3/d 单井出水量5000～5万m3/d，最大为10 万m3/d 出水量 大口井 井径1.5～10m，常用3～6m 井深20m以内，常用6～15m 潜水，承压水 一般在10m以内 一般为5～15m 辐射井 集水井直径4～6m，辐射管直径50～300mm，常用75～150mm 集水井井深3～12m 潜水，承压水 埋深12m以内，辐射管距降水层应大于1m 一般大于2m
第六章 土壤耦合热泵空调系统
§6-1 土壤耦合热泵空调系统简介 ★ §6-2 现场调查与工程勘察 ★ 59
§6-3 地埋管换热器的管材与传热介质 ★ §6-4 地埋管换热器的布置形式 ★ §6-5 直接膨胀式土壤源热泵系统 ★
第六章 土壤耦合热泵空调系统
§6-1 土壤耦合热泵空调系统简介
说明：土壤耦合热泵空调系统是地源热泵系统的一种型式，又称地埋管地源热泵系统、土壤源热泵空调系统等。 一、系统组成
土壤耦合热泵空调系统通过中间传热介质（水或以水为主要成分的防冻液）在封闭的地下埋管中流动，实现系统与大地之间的传热。土壤耦合热泵空调系统一般由三个环路组成：室外环路、制冷剂环路、室内环路。图6-1 二、系统分类 图6-2
根据是否存在中间传热介质（通常是水或添加防冻剂的水溶液），土壤耦合热泵还可以分为直接膨胀式（Direct expansion ground-coupled heat pump，简称DX-GCHP）和间接膨胀式（又称第二环路土壤耦合热泵系统，Secondary loop ground-coupled heat pump，简称SL-GCHP）两种类型。
§6-2 现场调查与工程勘察
说明：土壤耦合热泵空调系统设计计算前的准备工作是通过现场勘察、水文地质调查、设置测试孔和监测孔以及热响应试验等，为方案选择与决策提供依据，同时也为设计计算提供设计材料和基础依据。之后进行的是地埋管换热器的传热分析，最后就是具体的设计计算过程。
一、现场勘察
说明：现场地质状况是现场勘察的主要内容之一，将决定使用何种钻孔、挖掘设备或安装成本的高低。主要内容： P153，8点内容 二、水文地质调查
注意几个方面问题：P153，4点内容 三、设置测试孔与监测孔 1、测试孔： 能够提供设计和安装竖直式地热换热器系统所需要的岩土层热物性及其构造的基础数据。
2、监测孔： 用来搜集地下数据（包括岩土层温度、地下水深度以及地下水水质等。
§6-3 地埋管的管材与传热介质 一、地埋管管材
地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小的塑料管材及管件，宜采用聚乙烯管（PE80或PE100）或聚丁烯管（PB），不宜采用聚氯乙烯管（PVC）。管件
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与管材应用相同的材料。
地埋管质量应符合国家现行标准中的各项规定。管材的公称压力及使用温度应满足设计要求，且管材的公称压力不应小于1.0MPa。 二、管材规格和压力级别
说明：应按P157，表6-1、表6-2的规定选用。 注意：在设计中，应按P156，3点要求进行。 三、传热介质
说明：应以水为首选，其他介质需符合4点要求（ P156，4点），如氯化钠、氯化钙、乙二醇、丙醇、甲醇、乙醇等（P158，表6-3）
强调：传热介质的安全性包括毒性、易燃性及腐蚀性；② 在传热介质（水）有可能冻结的场合，应在传热介质中添加防冻液。
§6-4 地埋管换热器的布置方式 一、埋管方式
分类：根据布置形式的不同，地下埋管换热器可分为水平埋管与竖直埋管换热器两大类 。
水平埋管：优点是在软土地区造价较低，但它的缺点是传热条件受外界气候条件的影响、占地面积大。（图6-6、图6-7）
竖直埋管：优点是占地少、工作性能稳定等。（图6-8）
说明：采用竖直埋管换热器时，每个钻孔中可设置一组（单U）或两组U形管（双U）。 尽管单U形埋管的钻孔内热阻比双U形埋管大30%以上，但实测与计算结果均表明：双U形埋管比单U形埋管仅可提高15%~20%的换热能力。双U形埋管管材用量大，安装较复杂，运行中水泵的功耗也相应增加。因此一般地质条件下，多采用单U形埋管。但对于较坚硬的岩石层，选用双U形埋管比较合适。 二、连接方式
说明：地热换热器各钻孔之间既可以串联方式，也可以采用并联方式（P161，图6-9） 比较：（P161，表6-4） 三、水平连接集管
说明：分集水器是防冻液从热泵到地热换热器各并联环路之间循环流动的调节控制装置，设计时应注意各并联环路间的水力平衡及有利于系统排除空气。（图6-10）
§6-5 直接膨胀式土壤源热泵系统 一、DX-GCHP系统的应用情况
说明：应用较少的原因（可靠性问题、研究开发不够等） 。 二、DX-GCHP的优缺点 系统效率高（中间环节少）；占地面积小；系统形式简单（辅助设备少）；存在地下铜管腐蚀和泄漏问题；制冷剂充注量较大。
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图6-1 土壤耦合热泵流程示意图
1-地下埋管；2-循环水泵；3-板式换热器；4-蒸发器；5-节流机构；
6-冷凝器；7-制冷压缩机；8-热用户；V1~V8-阀门
水平式埋管换热器闭式系统 垂直式埋管换热器盘管 螺旋管U形管套管螺旋管土壤耦合热泵 混合系统 冷却塔补偿式 太阳能辅助式 冷却池塘辅助式 单井循环系统
图6-2 土壤耦合热泵空调系统分类
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图6-3 直接膨胀式热泵系统
1-压缩机；2-四通换向阀；3-室内空气/制冷剂换热器；4-风机；
5-节流机构；6-单向阀；7-贮液器；8-地埋管换热系统
图6-4 间接膨胀式热泵系统
1-压缩机；2-四通换向阀；3-室内空气/制冷剂换热器；4-风机；5-节流机构； 6-中间传热介质/制冷剂换热器；7-中间传热介质循环泵；8-地埋管换热系统
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图6-6 几种常见的水平地埋管换热器形式 （a）单或双环路；（b）双或四环路；（c）三或六环路
图6-7 几种新近开发的水平地埋管换热器形式 （a）垂直排圈式；（b）水平排圈式；（c）水平螺旋式
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图6-8 竖直地埋管换热器形式[3]
（a）单U形管；（b）双U形管；（c）小直径螺旋盘管；（d）大直径螺旋盘管；
（e）立柱状；（f）蜘蛛状；（g）套管式
表6-4 串联和并联系统的优缺点对比
连接 方式 串联 优点 ①单一的流程和管径； ②由于系统需要较大直径的管 道，管道长度较长，使出水温 度较高； ③系统的空气和废渣易排除。 管径较小，管道费用较低； ②需要防冻剂较少； ③安装劳动力费用较低。 缺点 ①需要较大的管径、较大 的流体体积和较多的防冻 剂； ②管道费用较高； ③安装劳动力费用较高； ④由于长度压力降特性， 限制了系统的能力。 ①一定要保证系统空气和 废渣的排除； ②在保证等长度环路下， 每个并联路线之间流量保 证平衡。 65
并联
第七章 水环热泵空调系统
§7-1 概 述 ★ §7-2 水环热泵空调系统的组成与运行 ★ §7-3 水环热泵空调系统的特点 ★ §7-4 水环热泵空调系统的设计要点 ★ §7-5 水环热泵空调系统的问题与对策 ★
第七章 水环热泵空调系统
§7-1 概 述 一、定义
水环热泵空调系统是指小型的水/空气热泵机组的一种应用方式，即用水环路将小型的水/空气热泵机组（水源热泵机组）并联在一起，构成一个以回收建筑物内部余热为主要特征的热泵供暖、供冷的空调系统。 二、应用情况
国内外均得到广泛应用，前景良好。
§7-2 水环热泵系统组成与运行 一、系统组成
水环热泵空调系统由四部分组成：室内水源热泵机组（水/空气热泵机组）；水循环环路；辅助设备（冷却塔、加热设备、蓄热装置等）；新风与排风系统。 说明：图7-1
二、运行特点（图7-2）
夏季工况1： 全部机组处于制冷工况，向环路中释放热量，冷却塔全部运行，使水温下降到35℃以下。
夏季工况2： 大部分机组处于制冷工况，使循环水温上升，达到32℃时，部分循环水流经冷却塔。 过渡季工况：周边区的热负荷与内区的热负荷比例适当，排入水环路中的热量与从环路中提取的热量相当，水温维持在13~ 32℃ 范围内，冷却塔和辅助加热器停止运行，如有多余的
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热量，则向蓄热器充热。
冬季工况1： 全部机组处于制热工况，从环路中吸取热量，辅助加热器全部运行，使水温不低于13℃。
冬季工况2： 大部分机组处于制热工况，使循环水温下降，达到13℃时，部分辅助加热器投入运行。
§7-3 水环热泵系统的特点
一、具有回收建筑内余热的特有功能
说明： 对于有余热，大部分时间有同时供热与供冷要求的场合，可把能量从有余热的地方转移到需要热量的地方。 二、具有灵活性
室内水/空气热泵机组独立运行的灵活性 系统的灵活扩展能力 系统布置紧凑、简洁灵活 运行管理的方便与灵活性 调节的灵活性
三、可达到同时供冷供热的效果
说明：虽然其水环路是双管系统，但可以实现与四管制风机盘管系统一样的功能。 四、设计简单、安装方便
没有制冷机房和复杂的冷冻水等系统 设计周期短（常规空调系统的一半） 现场没有制冷剂管路的安装 五、小型机组的性能系数较低
说明：小型机组的制冷EER一般在2.76~ 4.16之间；供热COP一般在3.3~5之间。 六、噪音高于风机盘管机组
说明：空调末端采用单元式水/空气热泵机组，小型制冷压缩机设置在室内（除屋顶机组外）之故。
§7-4 水环热泵系统的设计要点 一、建筑物供暖和供冷负荷
说明： 由于水环热泵系统的一些特殊问题，在计算建筑物供暖和供冷负荷时应明确以下几点。
要先明确建筑物的分区 计算分区热、冷负荷
计算确定热负荷系数K值的变化范围
说明：热负荷系数K定义为建筑物中热负荷与同时存在的热负荷与冷负荷之和的比例 。 二、水/空气热泵机组的选择 1、机组形式的选择
说明： 机组形式主要有水平式、立式、座地明装式、立柱式、屋顶式等。 2、机组容量的确定
说明： 确定步骤主要有确定机组运行基本参数、确定机组空气处理过程、选择机组形式、确定机组主要性能指标（制冷量、制热量等）。 3、机组风道的设计
说明：P183八点注意事项，同空调系统风道设计。
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4、加热设备的确定
条件：当环路中水温降至13℃时，必须投入加热设备。 方式：①采用水的加热设备将外部热量加入循环管路中；②采用空气电加热器将外部热量直接加入室内循环空气中。 5、排热设备的确定
说明：当环路中水温高于32℃时，排热设备必须投入运行，将环路中多余的冷凝热向外排放。
方式：①天然能源加热设备（图7-5）；②开式冷却塔加换热设备（图7-6）；③闭式蒸发式冷却塔（图7-7）。 6、蓄热水箱的确定
目的：改善系统的运行特性
类型：①低温蓄热水箱（图7-8）；②高温蓄热水箱（图7-9）。 说明：设置蓄热水箱可以实现内区按制冷工况运行的机组向环路中释放的冷凝热与周边区按制热工况运行的机组从环路中吸取热量的热平衡，从而降低冷却塔和水加热器的年耗能量。
§7-5 水环热泵系统的问题与对策 一、合理选择应用场所 说明：水环热泵空调系统是回收建筑物内余热的系统，它的节能效果和环保效益与气象条件、建筑特点及辅助热源形式（电锅炉、燃煤锅炉）等因素有关。（P186四点概括应用评价）。 二、向系统引入外部低温热源
1、闭式太阳能水环热泵空调系统（图7-10）
特点： ①太阳能热水系统与水环热泵系统彼此独立，组成封闭式系统；②设置辅助加热器解决太阳能热水系统供热不足或可靠性问题；③太阳能热水系统、辅助加热器同水环系统并联，通过调节阀使高温水与环路回水混合，保证环路水温在上下限值之间波动（稳定）。 2、井水源水环热泵空调系统（图7-11）
分类： 根据地下水与水环热泵空调系统水环路（建筑物内循环水环路）是否分开，分为闭式系统和开式系统。
闭式系统：通过板式换热器把地下水与建筑物内循环水环路分隔开，图7-11 开式系统：地下水被直接供给并联连接每一台小型水-空气热泵机组，图7-12 3、土壤源水环热泵空调系统 （图7-13）
说明：系统中的水环路上设置蓄水罐，采用双级泵系统，由蓄水罐、一次泵、地下埋管换热器和地下埋管环路组成一次回路；由热泵机组、水循环回路、二次泵、蓄水罐组成二次回路。 4、双级耦合水环热泵空调系统 （图7-14）
说明：与传统的水环热泵空调系统相比，其差异是用空气-水热泵替代传统系统中的锅炉。 三、采用混合系统
说明： 所谓混合系统是指水-空气热泵机组同其他空调设备（如冷水机组、单元柜式空调机等）共同组合而成全新的空调系统。
图7-15：带离心式冷水机组的水环热泵空调系统
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图7-1 水环热泵空调系统原理图
1－水/空气热泵机组；2－闭式冷却塔；3－加热设备（如燃油、气、电锅炉）；4－蓄热容器； 5－水环路的循环水泵；6－水处理装置；7－补给水水箱；8－补给水泵；9－定压装置；
10－新风机组；11－排风机组；12－热回收装置
图7-2 水环热泵系统全年运行工况
（a）冷却塔全部运行；（b）冷却塔部分运行；（c）热收支平衡；
（d）辅助热源部分运行；（e）辅助热源全部运行
1－水/空气热泵机组；2－冷却塔；3－辅助热源；4－循环泵
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图7-8 低温蓄热水箱原理图
1-蓄热水箱；2-循环水泵；3-备用泵；4-空气分离器； 5-定压装置；6-水加热器；7-闭式冷却塔；8-冷却水泵
图7-9 高温蓄热水箱设置原理图
1-高温蓄热水箱；2-循环水泵；3-备用泵；4-空气分离器；
5-定压装置；6-闭式冷却塔；7-冷却水泵
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图7-10 某闭式太阳能水环热泵空调系统原理图
1-小型水／空气热泵机组；2-闭式冷却塔；3-太阳能集热器；4-太阳能加热器；
5-太阳能热水循环泵；6-辅助加热器；7-水环路循环水泵
图7-11 井水源水环热泵空调系统闭式图示
1-小型室内水／空气热泵机组；2-水循环环路；3-环路的循环水泵；4-定压装置；
5-补水系统；6-板式换热器；7-抽水井群；8-回灌井群；9-集管；10-支管
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周边区(或北区)内 区(或南区) 图7-13 土壤源水环热泵空调系统图示 1、2、3、4、5-同图7-12；6-蓄水罐；7-地下埋管环路 循环泵（一次泵）；8-地下埋管换热器；9-地下埋管环路 图7-14 双级耦合水环热泵空调系统 1、2、3、4-同图7-11；5-补给水泵；6-补给水箱；7-水处理设备；8-空气/水热泵机组； 9-板式换热器；10-开式冷却塔；11-冷却水水泵；12-蓄热水箱；13-放气阀；14-电动三通调节阀 72
图7-15 带离心式冷水机组的水环热泵空调系统
1-水/空气热泵机组；2-离心式冷水机组；3-水环路循环泵；4-水加热设备；
5-冷却塔；6-风机盘管水系统循环泵；7-风机盘管
第八章 吸收式热泵
§8-1 概述 ★ §8-2 第一类吸收式热泵 ★ §8-3 第二类吸收式热泵 ★ §8-4 单效吸收式热泵循环 ★ §8-5 双效吸收式热泵循环 ★ §8-6 联合型及再吸收式热泵 ★ 73
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