地源热泵系统维护方案（推荐8篇）
摘 要：以灵州电厂2×135MW循环水冷热源工程为例，充分利用了可再生能源，实现电厂辅助建筑供冷供热，文中提出的电厂循环水冷热源热泵优化系统方案设计和运行参数，具有重要的工程应用价值和推广应用前景。
关键词：火电厂;循环水;水源热泵;方案优化;节能
灵州电厂规划容量为2×135+4×600MW机组。其中一期采用2×440t/h超高压、中间再热循环硫化床锅炉和2×135MW超高压、中间再热、湿冷凝汽式汽轮机及空冷发电机。
本文讲述了灵州电厂热源系统改造的选型原则，及投资效益分析，回收的热能对于节约电厂燃煤意义重大，同时也可以减少其排放引起的热污染，提高能源的综合利用效率。
1 设计参数
汽机主要参数如下：
根据宁夏地区自然条件，厂区建筑物冷负荷、热负荷需求如下表：
机组循环水参数如下：夏季供冷：水源温度32～38℃，制取冷冻水温度7℃，回水温度12℃;冬季制热：水源温度18～22℃，制取热水温度50～55℃，回水温度45～50℃。
2 系统选型
对于热泵制冷或制热系统而言，其核心构成主要包括压缩机、冷凝器、蒸发器和节流装置。系统形式如下：
2.1 压缩机选型计算
根据蒸发温度、冷凝温度、吸气温度、过冷温度计算数据汇总如下表：
结合夏季和冬季压缩机功率要求，选择3×220kW的水源热泵机组，冬季一台运行，夏季两台运行，一台备用。
2.2 冷凝器选型
冷凝器的换热面积计算公式如下：
其中，Q为热负荷，K为换热系数，Δtm为传热平均温差。Δt1、Δt2分别为热端温差与冷端温差。
2.2.1夏季制冷工况
冷负荷Q=2155kW;K=600 W/m2.℃
2.2.2冬季制热工况
热负荷Q=1000kW;K=600 W/m2.℃
2.2.3冷凝器换热面积
综合夏季和冬季运行的需要，可取冷凝器换热面积约为350m2。
2.3 蒸发器选型
2.3.1夏季制冷工况
2.3.2冬季制热工况
2.3.3蒸发器换热面积
综合夏季和冬季运行的.需要，可取蒸发器换热面积约为400m2。
2.4 水源循环泵选型
2.4.1流量
根据热平衡方程：Q=G*Cp*Δt。
夏季工况，冷凝器Q=2155kW，Cp=4.2kJ/(kg・K);取Δt=8℃
冬季工况，蒸发器Q=1202kW，Cp=4.2kJ/(kg・K);取Δt=6℃
2.4.2扬程
水源循环泵取水点进水和回水点压力基本相同，泵的扬程主要考虑管道阻力、阀门阻力、冷凝器或蒸发器阻力为0.154 MPa。功率11KW。
2.5 用户循环泵选型
2.5.1流量
蒸发器Q=1800kW，Cp=4.2kJ/(kg・K);取Δt=7℃
冷凝器Q=1000kW，Cp=4.2kJ/(kg・K);取Δt=8℃
2.5.2扬程
扬程为0.36 MPa，功率为24 kW。
3 投资效益平衡分析
以灵州电厂辅助建筑群的规模考虑，常规辅助建筑暖通设备，采暖采用热水散热器、加热站等，制冷采用空调，总投资费用估算90万元，水源热泵系统主要设备，水源热泵机组、循环泵、其余管道阀门、末端设备、土建安装等约为220万元。常规辅助建筑暖通设备的运行费用，主要是空调电费、采暖蒸汽，年运行费用估算为56万元，水源热泵系统的运行费用主要为设备电费、及运行检修费用，估算为23万元， 采用热泵方案，初投资增加130万元，但是运行费用每年能节省33万元，简单估算阅4年收回投资差额。
4 小结
通过火电厂冷热源热泵系统主要设备的初步选型计算，与通用的电厂辅助建筑暖通系统进行投资收益经济比较，可以看出，经优化的循环水冷热源热泵系统节约了厂用电，节省了电厂燃煤量，同时势必减少二氧化碳、二氧化硫等大气污染源的排放量，真正能够实现节能减排的效果。本文提出的水源热泵方案具有明显的经济效益，相比常规电厂暖通系统，在收回投资后，每年可节省电厂运行费用约33万元，每个采暖季节约标煤689吨。大大提高能源利用率。
参考文献：
[1] 郄振生，等.浅析水源热泵在火力发电厂中的应用[J].电力设备，，6(4)：82-83.
[2] 贺益英.关于火、核电厂循环冷却水的余热利用问题[J].中国水利水电科学研究院学报，，2(4)，315-319.
[3] 梁珍等.火电厂冷凝热回收利用的技术经济分析[J].东华大学学报， ，35(5)：580-584.
中海洋石油渤海油田利用基地所在地的地热资源条件, 对基地原有的燃油锅炉供暖系统 (总供暖面积为110万m2) 全面实施了地热直供结合水源热泵供暖模式的改造, 收到很好的节能减排效果, 在改造与应用过程中对溴化锂吸收式直燃水源热泵在运行管理、使用操作、维护保养等方面总结出了一些行之有效的经验。
一、热泵COP值与供暖运行参数之间的关系
在评价热泵机组的性能时常用功效比COP表示, 它是系统输出的功率与所消耗的功率之比。直燃型溴化锂热泵在制热时所需要的地热尾水即相当于锅炉燃烧的煤或油, 而且地热尾水占热泵所供热量的70%, 地热尾水的水量和温度直接关系到热泵COP值的高低, 同时热泵的COP值还与热泵制热时的循环水进出口温度以及热泵的输出功率有关。
1. 地热尾水水量
对于直燃型溴化锂热泵而言, 地热尾水水量是影响热泵系统的重要因素, 只有满足热泵的设计额定流量时, 热泵吸收地热尾水的余热才充分, 热泵的COP值才能达到最大值, 测试结果见表1。地热尾水进热泵水量越多, 热泵COP值相对较高, 相反流量不足COP值会下降, 当地热尾水水量<60%的额定流量时, 将影响热泵运行, 造成热泵故障停机。
2. 地热尾水温度
地热尾水温度是影响水源热泵的重要因素, 温度越高, 热泵吸收的热量越强, 热泵COP值也相应提高, 相反余热水温度过底, 燃气的消耗量将增加, 如果XRIQII-45/21-1050 (50/75) 型热泵余热水温度<30℃, 热泵运行会有结晶风险, 地热尾水温度与热泵COP值关系见图1。
3. 热泵制热时的循环水进/出温差
循环水进出温差直接反应出热泵的输出功率情况, 进出温差增大, 热泵的输出功率相应增加, 温差达到额定温差时, 热泵输出功率也就达到设计值, 如再增加循环水进出温差, 热泵就处在超负荷状态, 对热泵机组会带来损害 (如出现结晶故障) , 同时热泵的燃气耗量会大大提高, COP值会直线下降。在循环水额定流量的情况下, 热泵的循环水出口温度越高, 特别是出水温度高于设计出口温度时, 热泵的COP值明显下降, 循环水进出温差、热泵输出功率与热泵COP值的曲线见图2。
从图2中可以看出, 热泵输出功率在额定功率的80%以下时, 热泵的COP值基本上维持在较高水平, 超过额定功率的80%, 热泵的COP值会直线下降。热泵的出水温度不同于热水锅炉, 热水锅炉的出水温度比较宽, 但热泵的出水温度波动就小得多, 热水锅炉可以适当超负荷运行, 但热泵最好不能超出额定出口温度, 超负荷运行会对机组造成损害。
4. 真空度
真空度高低实质上是机内不凝气体被抽除多少的反映, 不凝气体越少真空度就越高。蒸发器在高真空度下吸收余热的能力最强, 如果机组真空度下降, 蒸发器吸收余热能力会直线下降, 导致热泵机组的能效比下降。所以在热泵运行时要特别注意热泵的真空度观测, 一般机内的压力超过10k Pa, 就要及时启动抽气系统, 来维持机组真空, 或者定期启动抽气系统, 时间一般在一周左右。
真空度对热泵运行效果的影响主要有两方面: (1) 真空度过低, 热泵运行很难达到额定输出功率, 燃气耗量维持在最大额定值附近, 余热水的温差很难达到设计值; (2) 内部真空度是影响溴化锂机组运行效率的主要指标, 也是影响机组寿命的主要因素, 机内真空不好, 外部气体渗入机组内部会产生腐蚀, 其中氧气会加速钢板氧化缩短机组寿命。
二、结晶问题及防治措施
结晶是溴化锂吸收式热泵常见故障之一, 在一定浓度下, 当温度低于某一数值或温度一定, 浓度高于某一数值, 都会发生结晶。导致结晶的原因有很多, 比如热泵超负荷、机组内部真空不高、地热尾水的温度过低等。
预防结晶的主要措施: (1) 利用微电脑实时监测溶液的浓度、监控溶液的浓度发展趋势, 适时地自动调整控制其相应的热源消耗量, 并调整溶液泵的频率改变溶液的循环量, 以达到随时调整溶液浓度的目的; (2) 在运行过程中, 溶液浓度一般设定值为63.5% (±1%) , 在这个数值时其吸热、放热性最强, 机组运行效果最好, 当浓度>63.5%时, 溶液结晶的风险就会增大; (3) 溶液浓度可在控制箱上的溶液运行动态图画面观察, 这个画面是动态的, 只要溶液的适时浓度高于热泵在该负荷下的完全浓度值, 溶液就没有结晶风险, 液位可在控制箱上的机组运行监控画面观察。达到警戒点时, 控制加热量及溶液的循环量, 降低浓度, 使浓度脱离结晶区域, 从根本上防止结晶发生。
三、水质影响及防腐防垢
溴化锂热泵广泛采用敞开式的水循环系统, 地热尾水中溶解物质如细小的泥砂、生物污泥、微生物等沉积于热泵换热管表面, 形成污垢和腐蚀, 污垢和腐蚀对换热器换热性能的影响直接关系到机组性能, 为此采取以下措施: (1) 热泵选型时水侧换热管全部选用光面管壁的换热管, 以降低水垢沉积, 换热管可选择不锈钢316L材料, 对地热水有一定的抗腐蚀性。 (2) 运行时提高水循环系统的流速, 一般控制在2.5m/s, 从而减少水体经过换热管的杂质沉积, 减少水垢的产生。
四、停运期间的维护与保养
1. 溴化锂溶液的检查维护
由于溴化锂溶液的检测比较复杂, 需要进行取样分析才能取得具体的结果, 在机组正常停运期间可进行简单的取样检查, 如溶液浓度、溶液颜色、溶液p H值;其中观察溶液的颜色最为重要, 溶液检查时可定期留存溶液样本并进行比对, 针对不同情况联系厂家进行处理。目测检验方法见表2。
2. 气密性检查
每两周进行一次真空泵抽气操作, 检查真空泵的抽气状态, 观察真空泵油质状况, 如污染要及时更换。
3. 换热管的检查维护
关键词：地源热泵 方案
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1008-925X(2012)O9-0134-01
随着经济的发展以及人们对节能、环保意识的提高，具有高效、节能、环保等优点的地源热泵冷暖空调系统愈来愈受到人们的重视。目前普遍应用的地源热泵能量来源主要为水源和土壤源。水源热泵种类开发较多，有地下水源、地表水源、海水源、污水源等，目前都有成功应用；土壤源热泵的应用也越来越普遍。
水源热泵的适应性。具备一定条件的水体可以作为可再生的能源， 近几年其技术得到了迅猛的发展。因其适应性各有特色，发展前景也各不相同。目前开发成功的水源热泵主要有以下几种：
地下水源热泵。地下水具有水温稳定、换热快的优点，2000年以后在中国得到迅猛发展。但有的地区存在不顾实际一哄而上的局面。尤其在中国大部分城区并没有足够的地下水回补空间，回补不及时极易引发地质灾害，因此地下水源热泵的应用有一定的区域局限。
海水源热泵。海水具有量大、水温稳定的优点，但即便是在沿海城市，也只有在极少数区域能够方便地引取海水，且海水对设备的腐蚀作用，使海水源热泵不能够大面积推广。
地表水源热泵。由于采用地表水源，不需要打井，可以节省大量的投资。尤其在广大内陆地区，可因地制宜地利用江河、湖泊、塘坝甚至城市景观水系，开发水体中蕴藏的能量。由于各地区缺乏完备的水系或水体水温、水质等基础数据，导致近年来地表水水源热泵技术的应用出现盲目性。按照我国的地理区域分布，夏热冬冷地区(主要为长江、淮河流域)最适合、最有条件采用地表水源热泵系统。
近年来，土壤源热泵技术近年来发展很快，目前已比较成熟，尤其是在京津、山东等地已经成为主流热泵技术，得到广泛应用。土壤源热泵具有运行稳定可靠，对环境影响小等优点，但地下工程造价较高（需要大量的深井作为地下换热器）。
下面就以绿谷天鹅湖项目这个比较有代表性的工程案例，来分析地源热泵的方案选择过程。
该建设项目位于
一、项目概况
青岛经技术开发区青石湾水库岸边，自然环境优美，拟建设湖边别墅、会所、接待中心、酒店等旅游度假项目，总建筑面积10550平方米。
二、项目供冷供热方式优劣势分析
项目建筑体量偏小，且单体分散布置，因此不适合采用水冷中央空调系统；项目地处郊外，无燃气配套，不能采用溴化锂直燃机组；如采用VRV空调系统，还需另配锅炉供热水，不具备经济性。因此，采用地源热泵系统是比较可行的方案，因有湖水资源，优先考虑地表水源热泵系统。
三、地源热泵空调系统设计
1. 项目设计条件
夏季室外计算干、湿球温度 29℃ 26℃
冬季室外计算干、湿球温度 -9℃
冬季室外计算相对湿度 80%
夏季室内设计温度 25℃
冬季室内设计温度 20℃
2.设计参数
（1）联排别墅：建筑面积4500平方米，计算冷负荷450KW，热负荷540KW。
（2）会所：建筑面积1500平方米，计算冷负荷150KW,热负荷180KW。
（3）接待中心：建筑面积1050平方米，计算冷负荷84KW,热负荷105KW。
（4）瀑布酒店：建筑面积3500平方米，计算冷负荷280KW，热负荷350KW。
3.环湖建筑群（联排别墅、会所）建筑空调方案
3.1联排别墅、会所紧靠湖边建设，设计地表水源热泵有得天独厚的条件。以地表水源热泵作为冷热源主要有以下优势：
（1）和土壤源热泵相比，不需要打井，可节省三分之一造价。
（2）和空气相比，水的热容量大，是比较理想的传热介质。
（3）地表水的温度比空气稳定，可以提高机组的效率。
（4）冬季供暖时，同锅炉相比，没有污染排放。
（5）冬季应用地表水源热泵不存在结霜的危险。
（6）一套机组可实现冷、暖、热水三联供。
3.2 环湖建筑群使用地表水源热泵的有利条件
青石湾水库水深达11米，冬、夏季湖底水温与气温温差超过5℃；库容超过一百万立方米，有足够的换热空间；高差符合要求。完全具备使用地表水源热泵的条件。
3.3设备配置及选型
环湖建筑群（联排别墅、会所）距离较近，可以将机房设在一起，拟设在会所地下室，可避开运行噪音对别墅的影响。拟采用两台(一用一备)模块式水源热泵机组（PSRHH2702型 制冷量715KW, 制热量750KW）作为冷热源。
4.接待中心、瀑布酒店建筑空调方案
4.1 接待中心、瀑布酒店距离湖边较远，采用地表水源热泵传输能耗较高；从现场钻井取水情况分析，如果采用地下水源热泵系统在枯水期无法保证热泵系统的正常运行。因此拟采用土壤源热泵作为空调冷热源。
4.2 采用土壤源热泵优缺点
跟地表水源热泵相比，主要优点是运行稳定，能效比高（经场地打井实测100米深井底温度16度，夏季可利用温差达15度），可避免天气等自然因素影响。
主要缺点是造价高，打井埋管一项需增加造价将近100万。
4.3 接待中心、瀑布酒店具体建筑空调方案
4.3.1 采热井设计。本系统经计算需打井4700延米，井深100米，井距4.5m，井径500mm，主要布置在景观绿化带下面。
4.3.2 设备配置及选型。接待中心及瀑布酒店单体位置靠近，拟合用两台（一用一备）PSRHH2502型土壤源热泵机组（ 制冷量465KW, 制热量500KW）作为冷热源。
四、地源热泵空调设计时需注意的几点问题
1.设计前需要有可靠的物探资料。如准备利用地表水源，一定要实测水体底温等参数，如温差达不到要求将使空调能效比降低；如利用土壤源，通过物探井实测地下温度、土壤导热系数等参数可保证空调后续使用效果。
信息系统维护存在的问题 IT基础架构管理工具欠缺
基于门户、财务管理、采购管理、人事管理、文件服务等构成了公司的核心业务系统。这些复杂的核心系统保证了整体业务的顺畅运行。但作为支撑核心系统运行的IT基础架构，目前仅有H3C的网络监控和基于Landesk的桌面管理系统。现有的IT管理工具偏重于技术层面的故障发现及预警，对于发现的事件虽有相应的管理流程汇报，但仍未找到合适的工具为其提供全面、安全、稳定的运行支持。2 IT运维机制不完善，流程操作层面缺乏统一
没有建立起稳定、规范的IT运维机制。现有的IT运维流程的操作层面缺乏统一。如事件单提交之后，事件预判和优先级的设定缺少统一、规范的指导文档，仅以人员的主观经验或约定俗成的方式指导事件的处理过程。有识别但无规范，有处理但无管理，有人员但忙于救火，有工具但支持力度不足。因此，“轻规范、重维护”的IT运维现状容易造成因个体技能差异带来IT运维的不稳定，直接影响维护体系的效果。缺乏有效、完善的CMDB（配置项管理数据库）
目前运行维护室仅有对关键应用系统相关IT设备设施的初步梳理，虽然在一定程度上收集了部分配置项信息，但是当前仅限于关键业务的、缺乏工具支持的、简单的CMDB建设很难满足今后全面实施信息化的需求。CMDB的建设是一个长期而艰巨的任务，不仅需要更详细的配置项属性数据、更准确的相互关系信息，而且也需要一个科学有效的配置管理模式及工具予以支持。4 IT运维的绩效考核机制尚不完善
主观的绩效考核难执行，客观的绩效考核难制定，模糊的绩效考核难见效。目前在绩效考核方面虽然采用填写工作表的方式对不同岗位的工作时间进行收集、评测和考核，在一定程度上体现了IT运维人员的工作量情况，但还是很难全面准确的反映IT运维人员真实的工作绩效表现。因此，IT运维人员绩效考核机制需要进一步完善，帮助组织构建奖惩分明的文化和环境，推动IT运维团队的良性持续的发展。缺少面向用户的IT服务报告
运行维护室对核心系统运行提供固定周期的IT 管理报告，如：系统运行报告、机房环境报告、备份报告、报告等等。但由于IT管理报告的内容多以技术语言提交且仅限部门内部和少数领导使用。作为外部用户的业务部门不仅无法接触，而且受专业所限难以理解，无法充分利用IT管理报告提供的信息。6 经验不少，知识不多，过度依赖核心人员
在实际工作中积累的、有价值的经验仅存在于头脑之中，未能作为书面的知识记录规范地保存下来。经验始终仅能在小范围内得到传播和继承，无法在更大的范围内体现其价值。这样导致了无论是事件性质的识别、优先级的界定，还是疑难问题的分析诊断，均汇总至少数核心人员进行处理。这样不仅增加了少数核心人员的工作量，也容易产生工作流程的“瓶颈”，降低运维团队整体的事件及问题处理效率。
在期望从成本中心向利润中心转型的过程中，运行维护室面向外部用户时不能再以技术语言提交IT管理报告，而应该提交符合一般用户阅读需要的IT服务报告，实现IT运维的“服务于用户，为用户所用”的目的。
二、加强IT运维管理的措施 建立统一的IT运维管理体系，完善并规范IT运维流程
参照ITIL最佳实践并结合公司的实际情况，将IT运维管理规范化为一系列标准流程，包括服务台、事件管理、问题管理、变更管理、发布管理、配置管理和服务级别管理等。然后通过IT服务管理工具将各个IT运维流程集中在同一个平台上进行管理。基于标准的流程体系和统一的管理平台，与IT运维相关的资源（包括部门、人员）得以有效整合，并采用相互识别的“相同语言”进行深入、充分的沟通，提高生产效率和信息传递的及时性。提供面向客户的IT服务报告，为业务部门和IT运维管理提供决策依据
参考ITIL及ISO20000的最佳实践，可建立专门的工作流程对IT服务报告及IT运维服务管理信息作进一步的完善。实现向客户或业务部门以“客户化的语言”提供约定的服务信息，同时也能为内部IT运维提供有价值的管理信息。如：某个时间段内那些方面的故障出现的数量最多；那些方面的故障解决的效率最高或最低；IT维护人员的工作负荷统计；问题分布在哪些系统或设备等。这些服务信息统计，能帮助IT运维管理和决策部门进行决策和趋势分析，从而做到对IT系统中的各类问题和相应的服务状况进行全面掌握和了解。建立基于IT运维管理流程的IT人员绩效管理和激励机制
根据公司全面实施信息化的要求，建议运行维护室组建具备完善的专业知识和管理能力的IT运维管理团队。因此，建立与IT运维管理流程体系相符的人员绩效管理及激励机制显得尤为重要。建立量化KPI，对包括服务效率及服务质量等多方面进行业绩考核。通过IT运维管理系统平台，对IT运维人员的工作进行数量和质量上的记录、统计和分析。在基于ITIL流程明确IT人员岗位职责的基础上，定义关键考核指标并通过IT运维管理系统收集数据，进行整理、分析产生绩效报告，最终实现IT绩效管理的信息化。支持经验和知识的共享化
提供丰富知识库和完善管理。用户通过知识库，如FAQ、关键词检索等，可以初步搜寻解决方法，这样问题就会以最小的资源开销和最快的处理效率得以解决；IT维护人员通过知识库及时、准确地选择解决最优方案，可解决大部分常规问题；资深运维人员、专家，可以根据故障发生的频度，把经过实践证明正确的解决方案形成知识库，供其他运维人员使用；另外，相关应用系统的业务处理人员可以通过共享的知识库或实践指导库，提交或者获取相关业务处理的知识。建立并完善CMDB
实现用户、资产、以往问题的历史记录等可查询、可追溯IT运维管理系统通过组建CMDB对用户信息、资产信息进行记录和维护，并把每个事件/问题与用户以及发生故障的资产对应起来，形成历史记录以便查询和借鉴。如：某个用户报告某路由器通讯故障，维护人员就可以根据资产编号查询到该路由器以往的故障状况。如该路由器出现过多次故障，并且都是线路质量较差，维护人员则可以根据这一依据向有关部门提出线路维护申请。推行服务级别管理，提高客户对IT运维的服务满意度
在“内部市场化”的要求下，最终用户的服务满意与否将成为IT运维质量的考评尺度。为此，推行服务级别管理有利于明确用户/客户的业务需求并使之规范化、标准化。因为只有在服务双方都认可的服务范围内提供合乎需求的IT服务才能最终获得用户/客户满意的评价。比如：故障的响应时间约定、备品备件的替换原则、约定的设备巡检日期等。通过服务级别管理不仅可以提供清晰、规范的IT运维服务，根据服务级别管理的流程可以对服务的结果进行持续改进。
三、结束语
地源热泵系统的正常运行不需要提供高技术的服务，这是由于其简单的设计结构决定的。整个地源热泵机组在出厂前就已经组装好了，在现场施工中只需要增加低压风管、电气连接装置。下面，咱们来具体了解一下地源热泵系统的实际操作优势。文章借鉴feylon.com相关信息。
一、整个系统利用的能量来源于土壤、湖泊中，系统运行所需的费用较低，运行过程相对于普通空调来说环保节能性能较好。
二、系统运行的安全性能较好，使用电能不需要燃烧煤炭等燃料，因此也不会产生有毒气体或发生爆炸现象。
三、系统运行可以平稳实现供热、制冷，解决了普通空调供热、制冷的温度不均问题。
四、系统在地下埋设的管道选用的材质较好，使用时间可以达到五十年。
江 苏
省
水 利
厅
江苏省物价局
江苏省住房和城乡建设厅
苏水资〔2010〕45号
关于印发《江苏省地源热泵系统 取水许可和水资源费征收管理办法》的通知
各市、县水利（务）局、物价局、住房和城乡建设局：
文件
为合理开发利用和保护水资源，促进地源热泵系统健康有序发展，依据国务院《取水许可和水资源费征收管理条例》、《江苏省水资源管理条例》、《江苏省建筑节能管理办法》、《江苏省水资源费征收使用管理实施办法》、《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005和江苏省《地源热泵系统工程技术规程》DGJ32/TJ89-2009等有关规定，结合本省实际，省水利厅、物价局、住房和城乡建设厅联合制定了《江苏省地源热泵系统取水许可和水资源费征收管理办法》，现印发给你们，请遵照执行。
江苏省水利厅 江苏省物价局 江苏省住建厅
二○一○年十月十三日
主题词：水利 地源热泵 取水许可 水资源费 通知 抄送：省政府办公厅，各市、县人民政府。附件：
江苏省地源热泵系统取水许可和水资源费征收管理办法
第一条 为合理开发利用和保护水资源，促进地源热泵系统健康有序发展，依据国务院《取水许可和水资源费征收管理条例》、《江苏省水资源管理条例》、《江苏省建筑节能管理办法》、《江苏省水资源费征收使用管理实施办法》、《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005和江苏省《地源热泵系统工程技术规程》DGJ32/TJ89-2009等有关规定，结合本省实际，制定本办法。
第二条 本办法适用于本省行政区域内地源热泵系统（海水源热泵系统除外）的取水许可管理和水资源费征收工作。
本办法所称地源热泵系统是指以岩土体、地下水或地表水等浅层地热资源为低温热源，由热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热制冷系统。
地源热泵系统分为地埋管土壤源热泵系统、地下水源热泵系统、地表淡水源热泵系统、海水源热泵系统和污水源热泵系统。
第三条 县级以上人民政府水行政主管部门负责本行政区域内地源热泵系统取水许可和水资源费征收管理及取水日常监督管理工作。
县级以上人民政府价格主管部门负责本行政区域内地源热泵系统水资源费的价格管理和监督检查工作。
县级以上人民政府住房和城乡建设行政主管部门负责本行政区域内地源热泵系统建设和运行的监督管理工作。
县级以上人民政府其他有关部门按照职责分工，负责地源热泵系统管理的相关工作。
第四条 地源热泵系统的建设及运行应当严格执行国家和省相关法律法规及标准规范，坚持统一规划、综合利用、注重效益和开发与环境保护并重的原则。
我省鼓励发展污水源热泵系统、海水源热泵系统和地表淡水源热泵系统，限制发展以深层地下水为水源的地下水源热泵系统。
第五条 建设地源热泵系统应当委托有水资源论证资质的单位编制水资源论证报告书，并报经有审批权的水行政主管部门批准。
第六条 地源热泵系统需要直接从江河、湖泊或者地下取水的，建设单位应当向有审批权的水行政主管部门提出取水许可申请，并提交下列材料：
（一）取水许可申请书；
（二）水行政主管部门审查通过的水资源论证报告书；
（三）与第三者利害关系的相关说明或者证明材料；
（四）建设项目选址意见书、建设用地规划许可证以及其它相关立项材料。第七条
地埋管土壤源热泵系统、地下水源热泵系统的建设单位，应当在井孔施工前将下列资料报送水行政主管部门备案：
（一）水文地质勘查报告；
（二）凿井施工方案；
（三）含计量监测设施的管网设计图；
（四）凿井施工单位技术等级证明文件。
上述
（一）、（二）、（三）项资料，应由具备相应资质的单位编制。第八条 有下列情形之一的，水行政主管部门或者住房和城乡建设行政主管部门依据职权不予批准。
（一）项目产权、管理主体不明确的；
（二）在城市、集镇等建筑物密集的地区建设地下水源热泵系统的；
（三）在地下水超采区和地面沉降较重地区建设地下水源热泵系统的；
（四）在饮用水源保护区内建设地源热泵系统的；
（五）地下水源热泵系统的地下水不能全部回灌到同一含水层，井距达不到合理的影响半径，或者回灌可能对地下水造成浪费和污染的；
（六）开式地表淡水源热泵系统的回水可能对地表水环境产生较大影响，或者闭式淡水源热泵系统的地表水体不满足项目设计条件的；
（七）地埋管土壤源热泵系统可能对地下水环境造成较大影响的；
（八）未进行水资源论证或者未办理取水许可审批和凿井备案手续的。第九条 地源热泵系统勘察、设计、施工、监理应当通过招标委托具有相应资质的单位进行，并执行《地源热泵系统工程技术规范》和江苏省《地源热泵系统工程技术规程》。
第十条 地埋管土壤源热泵系统的换热管井孔和地下水源热泵系统热源井的设计、施工，应当同时符合现行国家标准《供水管井技术规范》的规定。
地源热泵系统的传热介质应当采用清洁水。地埋管土壤源热泵系统换热管井孔施工原则上不得凿穿第Ⅱ承压含水层顶板，井孔深度一般不宜超过60米。确需凿穿第Ⅱ承压含水层顶板的，应当按照《供水管井技术规范》的要求采取科学的止水措施，并在水资源论证报告书中论证。
热源井报废的，建设单位应当按照现行国家标准《供水管井技术规范》的要求进行封填。
第十一条 地源热泵系统取水应当按规定安装取水和退水计量设施，并实现水量、水温的实时监测。
地下水源热泵系统应当采取可靠回灌措施，确保置换冷量或热量后的地下水全部回灌到同一含水层，不得浪费和污染地下水资源。
地下水源热泵系统的抽水管和回灌管上均应设置水样采集口及监测口。抽水、回灌过程应当采取密闭措施，禁止将地下水供水管、回灌管与市政供水、排水管道连接。
第十二条 地源热泵系统建成并试运行满30日的，建设单位应当向水行政主管部门报送以下资料：
（一）地源热泵系统的批准或者核准文件；
（二）取水许可申请和凿井批准文件；
（三）地源热泵系统建设和试运行情况；
（四）计量设施、节水设施的建设情况；
（五）试运行期间的取水、退水水量、水温、水质监测结果；
（六）地源热泵系统施工监理单位出具的有关证明材料。
涉及凿井的，建设单位还应当提交水文地质柱状图、电测曲线图、抽水（回灌）试验报告、地下水动态和地面沉降监测设施建设情况等有关资料。
第十三条 水行政主管部门应在接到验收材料后20个工作日内，组织对地源热泵系统的取水工程进行现场核验，出具验收意见；对验收合格的，核发取水许可证。
水行政主管部门参加住房和城乡建设行政主管部门对地源热泵系统施工图设计的审查和竣工验收。
第十四条 地源热泵系统建设单位应当定期向水行政主管部门报送取水工程的取水量、退水量和取水口、退水口的水温、水质情况。取用地下水的，还应当报送水位、回灌量等有关情况。
第十五条 地源热泵系统所在地县级以上水行政主管部门应当定期对地源热泵系统的取水情况进行监督检查，发现未按规定取水的，应当及时责令建设单位限期改正。
地源热泵系统所在地县级以上住房和城乡建设行政主管部门应当加强对地源热泵系统运行情况的监督检查，对违规问题应限期改正。
第十六条 为鼓励地源热泵系统建设，对地源热泵系统的水资源费实行减征和免征：
（一）闭式地表淡水源热泵系统的循环冷却水部分，免收水资源费；循环冷却水的补充部分按实际补充水量征收水资源费。
（二）开式地表淡水源热泵系统，按实际取水量的3%征收水资源费。
（三）地下水源热泵系统实现全部回灌的，按实际取水量减半征收水资源费；不能实现全部回灌的，由水行政主管部门会同住房和城乡建设主管部门责令限期关停，关停前的取水按实际取水量全额征收水资源费。
（四）污水源热泵系统和地埋管土壤源热泵系统免征水资源费。
对被评为国家、省级示范项目和节水水平高的地源热泵系统，建设单位可向水行政主管部门申请从水资源费中给予一定的补助或者奖励。
第十七条 本办法生效前已建的地源热泵系统，不符合国家法律法规和有关规范要求的，由水行政主管部门会同住房和城乡建设行政主管部门按照本办法的规定限期建设单位进行整改。
第十八条 违反本办法规定的，由水行政主管部门、住房和城乡建设行政主管部门和价格主管部门，按照国家和省有关法律法规规定进行处罚。
第十九条 享受水资源费减免政策的地源热泵系统建设单位，在建设和运行地源热泵系统过程中，随意浪费和污染水资源，或者不执行水行政主管部门的相关管理规定的，不予减免水资源费。
关键词：地表水源热泵,换热过程,水体
1 地表水源热泵系统的介绍
地表水源热泵系统主要由地表水取水系统、水源热泵主机、室内管网系统等三部分组成。通过少量的高位电能输入, 实现低位热能向高位热能转移的一种技术。如果建筑附近有可利用的海水、河流、湖泊或者水库等水体, 地表水源热泵系统可以说是最具有节能优点且最经济的系统。地表水包括江水、湖水、海水、水库水、工业废水、污水处理厂排出的达到国家排放标准的废水、热电厂冷却水等。根据不同的地表水水源, 系统可分为污水源热泵系统、海水源热泵系统和淡水源热泵系统。根据传热介质是否与大气相通, 系统又可分为开式地表水换热系统和闭式地表水换热系统。
2 地表水换热系统的设计要求
(1) 可利用人工营造的大型水体 (人工湖、池塘、水库等) 作为换热体;但必须确保水体具有水质良好、温度适宜、水量充沛的特点。
(2) 可利用地表水体在夏季能够提供的水体储水量或水体的释热量;在冬季能够提供足够的低位热源;根据工程经验, 因为地源热泵空调系统的应用, 给整个地表水体所带来的温差变化, 不得超过2℃/天。
(3) 由于地表水热泵的进水温度, 主要取决于取水构筑层所在水层的平均温度, 因此, 系统设计之前, 必须对水体的温度垂直分层情况进行勘测, 以确定最终的取水换热深度。
3 开式系统设计要求
当地表水水质较好、水体温度、深度到那个不适宜采用闭式地表换热系统, 并经环境影响评估负荷要求时, 宜采用开式系统设计, 其基本要求如下:
3.1开式地表水换热系统的取水口, 应选择水位较深、水质较好的位置, 同时应位于回水口的上游且远离回水口, 避免取水与回水短路;取水方式可根据水体情况选用直接式、沉井式或者船坞式等, 但是取水口均应设置污物沉淀、过滤、和保护装置, 取水口流速不宜大于1m/s。
3.2开式地表水换热系统应根据水质条件和水质分析结果采取相应的过滤、灭藻、防腐蚀等可靠的水处理措施, 同时选用适应水质条件的材质制造的制冷剂-水换热器或中间水-水换热器, 并选择合适的换热器污垢系数;经过处理的排放水不应污染本体。
3.3开式地表水系统中间的换热器宜选择板式换热器, 且进换热器的地表水温度与出换换热器的热泵侧循环水温度之差≤2℃, 中间换热器的阻力在70～80KPa之间, 不应大于100Kpa;换热器地表水侧宜设反冲洗装置。
4 闭式系统的优点及设计要求
当地表水水体环境要求较高或水质复杂, 且水体面积较大、水位较深时, 宜采用闭式地表水热泵系统:即将封闭的换热盘管按照特定的排列方法放入具有一定深度的地表水中, 传热介质通过换热盘管管壁与地表水进行换热的系统成为闭式系统。
4.1 其优点如下:
(1) 闭式系统将地表水和管路内的循环水相隔离, 保证了地表水的水质不影响管路系统, 防止管路系统的阻塞, 也省掉了额外的地表水处理过程。
(2) 由于不需要考虑从取水点到热泵机组的高度水头, 闭式系统一般可以有效降低水源侧泵耗。
(3) 闭式系统受室外温度影响较小, 运行稳定可靠。
4.2 闭式系统的设计要求:
(1) 闭式地表水的换热系统由换热器、连接换热器的环路分集水管、供回水干管及循环水泵组成。
(2) 宜采用同程式, 每个环路集管内的换热数宜相同, 且宜并联连接, 供回水管应分开设置。
(3) 当地表水温度低于0℃时, 应采取防冻措施。
(4) 换热单元之间要保持一定的距离, 供回水集管之间要保持不小于2m的间距。
(5) 换热单元的阻力不应大于100Kpa。环路集管比摩阻不大于100~150Pa/m, 流速不大于1.5m/s。系统供回水管比摩阻不宜大于200Pa/m, 流速不大于3m/s。
(6) 闭式系统水下管道应采用化学稳定性好、耐腐蚀、比摩阻小、强度高的非金属管材与管件。
如果能够把地表水源热泵用好就可以使建筑在具备“不用煤、不用油、不用燃气;不排烟、不排渣、零污染”既可以为建筑物供冷供热, 又可以提供生活热水。近十年来, 地源热泵空调系统在北美、欧盟等发达国家去得了较快的发展, 中国的地源热泵市场日趋活跃, 该项技术将会成为21世纪最有效的供冷和供热空调技术。
参考文献
[1]徐恒力等.水资源开发与保护, 北京:地质出版社, 2002.
[2]徐伟, 郎四维.地源热泵工程技术指南, 北京:中国建筑工业出版社, 2001.
摘 要： 地源热泵是一种利用土壤所储藏的太阳能资源作为冷热源进行能量转换的供暖制冷空调系统，通过输入少量的高品位能源（如电力、机械功、燃气和液体燃料），实现热量从低温热源向高温热源的转移.以上海某小型别墅为对象，设计了一套家用地源热泵空调系统.首先计算了夏季冷负荷和冬季热负荷，然后根据冷、热负荷选择一套水源热泵机组（MWH080CR型机组）和相应的风机盘管，进行了室内水管环路系统、土壤热交换器和地板采暖的设计选型，最后对系统的能效比进行了计算.结果表明，该空调系统具有节能环保、稳定可靠、舒适耐用等优点.
关键词： 地源热泵系统； 地埋管换热器； 地板采暖； 风机盘管
中图分类号： TQ 051.5；TU 243 文献标志码： A
Design of ground source heat pump air conditioning system in a villa
XIE Yingming，WANG Shuhao
（School of Energy and Power Engineering， University of Shanghai for
Science and Technology， Shanghai 200093， China）
Abstract： Ground source heat pump uses the solar energy stored in soil as a heat source for heating and refrigeration.This air conditioning system was operated through the import of a small number of highgrade energy （such as electricity，mechanical power，and gas or liquid fuels） to transfer this heat from low temperature heat source to high temperature heat source.The design of a ground source heat pump system for a small villa in Shanghai was described in this paper.Firstly，the cooling load and the heating load of the villa were calculated.Secondly，a watersource heat pump （Integrated horizontal MWH008CR，McQuay Air Condition Ltd model） and its corresponding fancoil units were chosen.Thirdly，the indoor waterpipe loop system，ground source heat exchanger，and floor heating system were designed and their corresponding water pumps were selected.At last，energy efficiency of this system was calculated.It could be concluded that this ground source system has the merits of energy saving，environmental protection，high reliability，comfortability，and durability.
Keywords： ground source heat pump； ground heat exchanger； floor heating system； fancoil unit
地源热泵是一种利用浅层土壤或含水层实现供热和空调制冷的高效节能设备[1].通过输入少量的高品位能源（如电力、机械功、燃气和液体燃料），实现热量从低温热源向高温热源的转移.已有研究[2]表明：5 m以下的地下土壤温度基本不随外界环境及季节的变化而改变，相当于当地年平均气温，即土壤具有较好的蓄能特性.因此，土壤是一种理想的冷/热源.地源热泵作为一种节能环保型空调装置，已被各国政府确立为值得大力推广应用的新型空调技术[3].
上海属于夏热冬冷地区，最热月平均气温达30.2℃，最冷月平均气温为4.2℃，其气候条件适合推广地源热泵.上海地区的浅层土是以黏土、亚黏土及粉砂为主的软土，属第四纪积层，且土壤潮湿，地下水位高，是埋管系统较合适的土壤类型.另外，别墅建筑一般带有花园，具备供地源热泵系统布管的土壤面积，因此在上海地区别墅建筑中采用地源热泵空调系统是完全可行的.
1 设计方案的确定
该别墅位于上海浦东新区，总建筑面积为220 m2.该别墅分为车库、厨房、大厅、卧室、卫生间等若干区域，其中，空调房间面积为154.85 m2，地上三层，地下室作为机房，每层层高均为3 m，周围有足够面积的空地供地源热泵系统布管.
经现场对深层土壤导热系数进行测试发现，该别墅所在地土壤导热性能良好，适合作为热泵系统的冷/热源.综合考虑节能环保要求以及现场具体情况和业主要求，该别墅采用家用地源热泵空调系统.
2 负荷计算及送风量确定[4 5]
夏季房间的冷负荷包括建筑维护结构传入室内热量（太阳辐射进入的热量和室内外空气温差经维护结构传入的热量）形成的冷负荷、人体散热形成的冷负荷、灯光照明散热形成的冷负荷、其它设备散热形成的冷负荷以及新风带入的冷负荷.经计算，夏季别墅冷负荷及送风量如表1所示.新风带入的冷负荷QW=5 632 W，因此，别墅夏季总冷负荷Q为房间的冷负荷Qa和QW之和，即Q=Qa+QW=27.6 kW.总送风量为2 705 m3·h-1.
3 土壤源热泵系统的设计
土壤源热泵系统设计主要包括热泵机组的选择、地埋管换热器的设计、室内水管环路系统的设计以及地板采暖系统的设计.土壤源热泵系统如图1所示.
3.1 热泵机组的选择
由于各个房间使用功能、使用时间均不同，住宅空调的同时使用系数较低，一般在0.5～0.8之间.考虑到别墅住宅的舒适性和同时使用率较高的特殊情况，使用系数取为0.8.因此Q=27.6×0.8=22.1 kW.根据冷负荷确定选用MWH系列整体式水源热泵的MWH080CR型机组，其机组性能参数如表2所示.
3.2 地埋管换热器的设计及泵的选型
为保证各环路之间水力平衡，并综合考虑经济性和防腐性，本文采用单个U形管[6]并联的同程式系统，管材选用高密度聚乙烯（PE）管.考
图1 土壤源热泵系统
Fig.1 Ground source heat pump system
式中：W为机组水流量，L·s-1，该机组为1.47 L·s-1；di为竖埋管内径，mm，竖埋管选用De25管子；v为竖埋管管内流速，m·s-1，此处取v=0.65 m·s-1[8].
经计算，n=6.93，取整为7.
对竖直单U形管，孔深l可根据式（5）确定，即
l=L2n=43.7 m
（5）
综合考虑当地地质、钻孔的难易程度、施工费用以及可用于布置地埋管换热器的场地面积，将孔深确定为45 m，钻孔直径为80 mm，钻孔内U形管换热器底部距井底1.0 m，U形管换热器长度44 m.土壤热交换器平面布置如图2所示，各环路管径图中己说明，标号1～7为钻孔位置.
水泵扬程Ph包括最不利环路上管路压力损失、热泵机组的压力损失、环路上平衡阀和其它设备元件的压力损失[7]，即
Ph=k1（hf+hd+hm）
（6）
式中：k1为附加系数，单台水泵工作时k1=1.1；hf为总沿程阻力，Pa；hd为总局部阻力，Pa；hm为设备压力损失，Pa.
图2 土壤热交换器平面布置
Fig.2 Layout of soil heat exchanger
经计算，hf=47 001 Pa，hd=6 608.2 Pa，hm=16 kPa，Ph=75 068 Pa.因此，选用单级单吸卧式离心泵ISW32
125.
3.3 室内水管与风机盘管的设计
3.3.1 室内水管环路系统设计[9]
（1） 送风口的位置及回风布置
该别墅的独立区域有卧室、起居室、大厅、厨房、卫生间等共计10处.考虑到各个区域的实际空调效果要求及可能的独立制冷需要：大厅和起居室面积大，分别设置两个送风口，采用顶送风上回风；卫生间出于简洁和经济性考虑不单独设置送风口，这也可防止其产生的异味通过回风管通至其它房间，造成二次污染；楼道、车库及三楼过道不送风；厨房送风但不回风；除客厅外，其余送风房间的送风口均设置在进门口，采用侧送风侧回风的送风方式.
（2） 水管系统设计
水管系统设计主要包括管材的选用、水管管径的确定和水管阻力的计算.本文选用镀锌钢管，然后根据合理的管内流速，确定最佳管径.计算得最到不利管路阻力为28 910 Pa，最大流量为4.27 m3·h-1.因此，选用单级单吸卧式离心泵ISW32
125.
3.3.2 室内风机盘管的选型
根据各个房间的制冷量及送风量要求，选择风机盘管机型，其中：一楼大厅选择卡式嵌入型风机盘管MCKW800A和卧式暗装风机盘管MCW300C；二楼活动室选择立式暗装风机盘管MFCW300A；二楼厨房、餐厅，以及三楼主次卧均选择卧式暗装风机盘管MCW200C；三楼起居室选择立式暗装风机盘管MFCW200A.
3.4 地板采暖系统的设计
地板辐射供暖是一种利用建筑物内部的地面进行供暖的系统，是一种新型的环保采暖方式.典型的埋管式地板辐射供暖结构如图3所示[10].
3.4.2 泵的选型
流量
G=KQΔt·c
（7）
式中：Δt为设计供水和回水温差，取为10℃；c为水的比热，c=4.2×103 J·kg-1·℃-1；K为储备系数，取为1.3.
经计算流量G=2.38 m3·h-1.因此选用单级单吸卧式离心泵ISW20
110.
3.5 系统能效比计算
该系统能效比为热泵机组的制冷量或制热量与所有耗电设备的功率之比，其中：泵所消耗的功率P=1 670 W；热泵机组的制冷、制热功率分别为Pa、Pb，取值如表2所示.
夏季能效比
β1=Q0Pa+Pc
（8）
冬季能效比
β2=QkPb+Pc
（9）
式中，Pc为水泵功率.
经计算，β1=3.08，β2=3.49.
4 结 语
本文以上海某别墅为对象，根据工程建筑负荷特点和当地的地质资料设计了一套家用地源热泵空调系统.经计算，该系统夏季和冬季的能效比分别为3.08和3.49，达到了节能和环保的效果.此外，该系统还具有运行稳定可靠、舒适程度高、使用寿命长、应用范围广等特点.
参考文献：
[1] 焦文静，戴传山.我国地源热泵相关技术专利综合分析[J].能源研究与信息，2012，28（1）：1-2.
[2] 胡松涛，郭潇潇，李绪泉.地源热泵技术在生活热水供应中的应用[J].流体机械，2007，35（9）：62-64.
[3] 汪洪军，李新国，赵军，等.地下耦合地源热泵机组冬季供热性能分析与实验研究[J].流体机械，2003，31（12）：51-54.
[4] 赵荣义.简明空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.
[5] 李岱森.简明供热设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.
[6] FLORIDES G，KALOGIROU S.Ground heat exchangersa review of systems，models and applications[J].Renewable Energy，2007，32（15）：2461-2465.
[7] 蒋能照，刘道平.水源·地源·水环热泵空调技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2007.
[8] 王鹏英.上海地区别墅建筑地源热泵空调系统设计[J].暖通空调，2003，33（6）：80-83.
[9] 寿炜炜，姚国琦.户式中央空调系统设计与工程实例[M].北京：机械工业出版社，2004.
