
很多用户第一次接触地源热泵时,会把地下水、地表水、水平埋管和垂直埋管都统称为“地源热泵埋管形式”。
实际上,这四种系统虽然都属于利用自然环境作为冷热源的热泵应用,但它们的取热方式、施工条件和设计重点并不相同。
地源热泵的核心,是通过热泵主机在建筑和自然环境之间搬运热量。
不同项目能利用的自然冷热源条件不同,因此系统形式也不同。
| 系统形式 | 主要利用对象 | 核心特点 |
| 地下水源热泵 | 地下水 | 依赖地下水资源、水质和回灌条件 |
| 地表水源热泵 | 湖泊、河流、水库等 | 依赖可利用水体和取排水条件 |
| 水平地埋管 | 浅层土壤 | 占地较大,土方量较大 |
| 垂直地埋管 | 较深层土壤和岩土 | 占地较小,需要钻孔施工 |
图片说明:地下水源热泵通过取水井取得地下水,经换热后再通过回灌井回灌地下。
地下水源热泵通常通过取水井抽取地下水,利用地下水较稳定的温度与热泵系统进行换热。
地下水可以直接进入换热设备,也可以通过中间换热器与热泵侧水系统隔开。
地下水系统不能只考虑“能不能抽到水”,还要考虑水能不能稳定回灌。
如果取水能力很强,但回灌能力不足,系统长期运行就可能带来地下水位变化和运行稳定性问题。
因此,地下水源热泵能不能采用,首先要看项目所在地的水文地质条件,而不是只看主机品牌。
图片说明:地表水源热泵利用湖泊、河流、水库等水体作为热泵冷热源,可采用直接取水或间接换热方式。
地表水源热泵利用自然水体进行吸热和排热。
可利用的水体包括河流、湖泊、水库以及其他具备条件的稳定水体。
系统可以直接抽取水体进行换热,也可以通过封闭式换热器把水系统与自然水体隔开。
地表水并不是“只要附近有湖就能用”。
实际设计时需要确认:
对于海水等特殊水源,还需要更加重视腐蚀和材料选择。
图片说明:水平地埋管通过较大面积的浅层土壤铺设换热管,与周围土壤进行长期换热。
水平地埋管不需要像垂直系统那样钻大量深孔,而是在较浅的土层中开挖沟槽或区域,把换热管水平布置。
它的主要特点是施工深度相对较浅,但需要较大的可利用土地面积。
| 方面 | 表现 |
| 施工 | 不依赖大量深孔钻井 |
| 占地 | 较大 |
| 土方 | 通常较大 |
| 受环境影响 | 浅层土壤温度变化影响相对明显 |
| 适用项目 | 土地资源比较充足的住宅或低密度项目 |
图片说明:垂直地埋管通过钻孔把U型换热管布置到较深岩土层中,通过循环液与周围岩土长期换热。
垂直地埋管系统通过钻孔,把U型换热管布置在较深的岩土层中。
循环液在封闭管路中流动,与钻孔周围的土壤和岩层进行换热。
没有哪一种形式天然更好。
最核心的判断,是项目土地条件和地下换热条件是否匹配。
| 比较项目 | 水平埋管 | 垂直埋管 |
| 土地需求 | 较大 | 较小 |
| 施工方式 | 浅层开挖 | 钻孔 |
| 土方量 | 通常较大 | 地表土方相对较少 |
| 地下条件要求 | 重视浅层土壤 | 重视深层岩土及钻孔条件 |
| 常见应用 | 土地宽裕项目 | 城市、别墅及占地受限项目 |
地埋管换热能力不能只按“每米多少瓦”或者“每口井多少千瓦”简单套用。
实际换热能力会受到多种因素共同影响:
同样深度的两个钻孔,如果岩土条件、地下水和回填材料不同,实际换热能力可能完全不同。
对于规模较大或者地下条件不确定的项目,可以通过TRT热响应测试了解场地实际热工性能。
测试可以帮助工程师判断:
相比完全依靠经验值,热响应测试更适合大型或长期运行项目进行设计校核。
地下并不是无限大的“免费冷热库”。
夏季,建筑通过地埋管向地下排热;冬季,则从地下取热。
如果一个项目长期大量排热、很少取热,或者长期大量取热、很少回补,地下温度场可能逐年发生变化。
因此,地源热泵设计不仅要满足某一天的峰值负荷,还要评估全年冷热量平衡。
不能只按“别墅”两个字直接确定系统形式。
别墅项目应先看场地条件:
| 场地条件 | 可能考虑的方向 |
| 土地面积充足 | 可评估水平地埋管 |
| 庭院面积有限 | 可重点评估垂直地埋管 |
| 地下水条件优越 | 在法规和回灌条件允许时评估地下水源方案 |
| 临近稳定水体 | 可评估地表水源方案 |
真正的地源热泵设计,还需要把地下换热系统、热泵主机和建筑末端同时考虑。
御居在地源热泵项目中,不会先确定“打多少口井”,再反推设备。
更合理的顺序是先计算建筑负荷,再判断场地可以提供多少长期稳定的地下换热能力。
地下水、地表水、水平埋管和垂直埋管并不是四种简单“施工做法”,而是四种不同的冷热源利用方式。