这个地源热泵计算器是怎么算的
地源热泵（GSHP）通过一套充满盐水的闭式塑料管路从地下吸取低温热量，管路可以是垂直钻孔，也可以是埋在花园里的水平集热管，再把热量提升到采暖系统需要的温度。给地源热泵选型，归根结底要回答三个相互关联的问题。热泵要多大？它会从地下取走多少热？地埋管要多长，才能保证地温多年后不会降下来？计算器会把这三个问题按顺序逐一算完：
- **热负荷。**根据建筑面积和保温水平（或已知的年用热 kWh），加上生活热水，用温度分档法按你所在的气候逐月模拟。它和我们的空气源热泵计算器用的是同一个引擎。
- **盐水温度和 COP。**未受扰动的地温按年平均气温 + 1.5 K 估算，你也可以自己输入。采暖季盐水温度比它低 4–8 K，最冷的月份低得更多。COP 由盐水温度和供水温度算出。
- 热泵规格 = 当地设计室外温度下的设计热损失 + 10%（用于热水恢复）。
- **地下取热。**取热功率 = 制热输出 × (1 − 1/SCOP)。用它除以你所在地层的 VDI 4640 单位取热量（按你的满负荷小时数插值），就得到钻孔长度或集热管面积。这个长度还要用年取热量上限校核：钻孔每米每年 100 kWh（水平地埋管每 m² 60 kWh），取两者中较大的值。
- 成本：钻孔或开沟费用、主机费用、运行费用，并和空气源热泵、燃气锅炉做比较。
公式
计算示例：柏林一栋 180 m² 的住宅
默认输入是柏林一栋保温水平一般的 180 m² 住宅，地暖（供水 35 °C），四口人的生活热水。年热负荷约为 18,370 kWh，在 −9 °C 下设计热损失为 7.0 kW，所以计算器选了一台 8 kW 地源热泵。
估算地温为 11.4 °C，季节平均 COP 为 4.23；同一栋房子用空气源热泵约为 3.79。热泵每年用电约 4,340 kWh，按 0.28 欧元/kWh 计，每年约 1,216 欧元。和空气源相比每年省约 141 欧元，和效率 90% 的燃气锅炉相比省约 825 欧元（燃气锅炉按 0.10 欧元/kWh 计为 2,041 欧元）。
系统每年从地下提取约 14,030 kWh 热量。在一般地层中（λ ≈ 2 W/mK），只按峰值功率标准算，约 47 W/m，需要约 130 m；但每米 100 kWh 的年取热上限把它推到 140 m，比如打两口 70 m 的孔。钻孔按每米 70 欧元，加上主机 12,000 欧元，估算安装成本约 21,800 欧元。如果改用水平集热管，大约需要 290 m² 土地。按 350 g/kWh 的电网计算，CO₂ 每年约 1.5 吨，用燃气则是 3.7 吨。
怎么看计算结果
- 钻孔长度 / 集热管面积是决定成本的主要因素。结论会告诉你，起决定作用的是能量上限还是功率标准。
- 满负荷小时数超过约 2,400 h，说明运行季很长（气候寒冷或热水用量大），这时要用更低的 W/m 取值。
- 比空气源省下的钱就是地埋管额外投入换来的回报。用额外的安装成本除以它，可以粗略估算回收期。
- 地层类型表比较不同地质条件下需要的长度。你家场地具体属于哪一种，要看场地勘察结果或当地已有的钻井记录。
典型数值（VDI 4640，< 30 kW 小型系统）
| 地层 | 钻孔 W/m（1,800 h） | 钻孔 W/m（2,400 h） | 水平管 W/m²（1,800 h） |
|---|---|---|---|
| 干砾石 / 砂 | < 25 | < 20 | 10–15 |
| 湿黏土 / 壤土 | 35–50 | 30–40 | 25–30 |
| 饱水砾石 / 砂 | 65–80 | 55–65 | 35–40 |
| 石灰岩（块状） | 55–70 | 45–60 | 不适用 |
| 砂岩 | 65–80 | 55–65 | 不适用 |
| 花岗岩、片麻岩 | 65–85 | 55–70 | 不适用 |
| 玄武岩 | 40–65 | 35–55 | 不适用 |
小技巧
- **做一次热响应测试。**系统超过约 30 kW 或有多口钻孔时，建议做这项测试。它能测出真实的地层导热系数，可能让钻孔群缩短（或加长）20–30%。
- **钻孔间距至少 6 m。**靠得再近，相邻的钻孔就会互相抢热。
- **供水温度要低。**35 °C 的地暖最能发挥地源热泵的优势；换成 55 °C 的暖气片，它相对空气源的领先幅度就会缩小。
- **考虑被动制冷。**夏天让盐水流过地暖管，几乎不花钱就能制冷，还能给地下补回一部分热量。
- 先降低热负荷，可以用保温节能计算器算一算。热泵越小，钻孔越短，花钱越少。
局限
取热量只是参考值。它假设没有明显的地下水流动（地下水流动会让取热量大幅提高），并采用单 U 或双 U 地埋管的标准钻孔结构。相邻的钻孔群、运行小时数极长、有制冷负荷或系统规模大时，需要做专门的模拟（EED、GLHEPro 或 MCS MIS 3005 表格）。钻孔通常需要许可，尤其是深度超过 100 m 或位于水源保护区时。钻孔和安装成本因国家和场地条件差别很大，请在高级设置里填入当地报价。
方法与假设
供暖和热水需求按月模拟（温度分档），进入热泵的盐水温度为 T地温 − 4 K − 4 K ×（月负荷 ÷ 峰值负荷）。机组按设计热损失 + 10% 选型。地下取热功率 = 热泵输出 ×（1 − 1/SCOP）。钻孔长度 = 取热功率 ÷ 该地层的单位取热率（W/m），在 VDI 4640 的 1,800 h 和 2,400 h 满负荷数值之间插值。水平埋管面积同样按 W/m² 计算。
常见问题
地源热泵的钻孔要打多深？
水平地埋管需要多大面积的土地？
地源热泵比空气源热泵好吗？
地源热泵要花多少钱？
单位取热量（W/m）是什么？
地埋管会冻住，或者把地下的热取光吗？
资料来源与参考
- VDI 4640 Part 2 — Thermal use of the underground: ground source heat pump systems
- MCS MIS 3005-D — 热泵设计标准（英国 Microgeneration Certification Scheme）
- IEA Heat Pumping Technologies TCP
- US DOE — 地源热泵（Geothermal heat pumps）
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