地源热泵系统

null《地源热泵系统工程技术》 河南城建学院建筑环境与能源工程系 刘恩海 2011年05月06日《地源热泵系统工程技术》 河南城建学院建筑环境与能源工程系 刘恩海 2011年05月06日第一篇 地源热泵的发展应用第一篇 地源热泵的发展应用null ◆地源热泵诞生于20世纪80年代中期。 ◆据美国10年来的统计资料，地源热泵的运行费用（采暖）比耗电空调节约22%～25%，比燃油、燃煤锅炉运行费用节约40%～60%。 ◆系统平均寿命预计15～18年，开式循环系统30年，闭式循环系统寿命预计50年。null ◆ 随着社会的发展、科技的进步，人们对生活、工作环境的质量要求也越来越高，这种需求带动了中国的空调制冷业的发展。 ◆ 但是，最近几年电力紧缺的问题一直困扰着我们，在这种情况下，空调作为用电大户，其发展又受到了电力发展的制约，如何协调空调行业的发展与电力供应的不足就成了摆我们面前的一大难关 null ◆ 随着这几年对新能源利用的深入研究和开发，充分利用现有的自然能，如太阳能、地热能、生活垃圾等可利用的能量资源既减轻了当前电力的负担，又增加了空调的环保能力。 ◆ 因此，利用自然资源，保护环境也成了当前各国空调制冷行业的研究方向。 null ◆ 地能中央空调，即地下水源热泵 ◆ 是利用地下低温地冷或高温地热作为冷热源的中央空调设备，它继承了电制冷冷水机组的优点，且大大提高了其能效比； ◆ 克服了空气源热泵型机组制热不可靠，制热能效比低、能耗大、使用地区制约及溴化锂中央空调机组因燃煤、油气等带来大大严重环境污染、能源浪费等缺点。null◆地能中央空调的优点： 1、环保 无烟，气及固体排放物，对环境无污染； 2、节能 每消耗1KW电能，冬季大约得到约4.5KW的 热量，夏季得到约5.7KW得到冷量，运行成本低； 3、节地 省去了锅炉房和配套设备占地空间； 4、节资 一套系统既可制热又能制冷，一次性投资比 传统节省20-30％，运行费用比传统节省10-30％。null◆缺点： ◆ 如果利用不合理，可能对地下水造成严重的污染。 ◆ 还有，如果地下水被大量抽取后不能够及时回灌可能造成地面下沉，造成地面上的建筑物损坏。 ◆ 由于目前大都采用的是闭式循环，因此，它对地下水的污染很小。 null ◆地下水源热泵系统存在的问题 ◆地下水源热泵系统的热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。 ◆经过换热的地下水可以排入地表水系 统，但对于较大的应用项目通常要求 通过回灌井把地下水回灌到原来的地 下水层。地下水源热泵系统的应用受到 许多限制。null ◆如果地下水位较低，不仅成井的费用增加，运行中水泵的耗电将大大降低系统的效率。 ◆此外，虽然理论上抽取的地下水将回灌到地下水层，但目前国内地下水回灌技术还不成熟，在很多地质条件下回灌的速度大大低于抽水的速度，从地下抽出来的水经过换热器后很难再被全部回灌到含水层内，造成地下水资源的流失。null生活热水 南方气候潮湿、冬季气温变化大（经常在10℃-20℃间变化）、夏季炎热，因此，洗澡用的生活热水成为南方人的生活必须 ； 夏季空调制冷 南方夏季炎热，制冷空调已成为城市家庭和办公的基本设施 ； 冬季采暖 16℃是人体对寒冷忍受程度的一个界限，南方冬季绝大多数地方的气温都会降至16℃以下。（1）南方对供热制冷的需求特点 （2）农业消费需求特点 需要温控的农业大棚、禽舍、鱼池等需求越来越旺。利用地源热泵技术，可以为现代农业提供价廉质优的温控系统 一、意义和必要性 null 我国采暖和空调的能耗已占建筑总能耗的55％，炎夏季节多数电网高峰负荷约有1／3用于空调制冷，使许多地区用电高度紧张，拉闸限电频繁。 2004年广西建筑能耗已经超过全社会总能耗的20%。 我国新建建筑全面执行节能标准，建筑能耗要减少50%。null 建设部关于贯彻《国务院关于加强节能工作的决定》的实施意见（建科[2006]231号）“到“十一五”期末，中等城市完成既有建筑节能改造的面积要占既有建筑总面积的15%，小城市要完成10%；太阳能、浅层地能等可再生能源应用面积占新建建筑面积比例达25%以上” 美国每年安装约4万套地源热泵系统,意味着降低温室气体(如CO2等)排放100万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植404686公顷(100万英亩)树的效果，年节约能源费用可达42亿美元。 　　　　null 地球表面吸收了太阳能的47％，相当于人类一年所需能量的500多倍 地球深处热流或较深层的地热能对地表浅层也起到了加热作用null 我国近百米内的土壤每年可采集的低温能量达1.5万亿千瓦，是我国目前发电装机容量４亿千瓦的3750倍，而百米内地下水每年可采集的低温能量也有２亿千瓦。因此，许多专家将浅层地能比喻为一个巨大的“绿色聚宝盆”。 水泵的作用是把水从低处往高处送，热泵就是热传导的“水泵”。把低温的热源提升，提供生活用能。用１千瓦的电驱动热泵后，可以“搬运”4千瓦的浅层地能。 　　　　 地源热泵——冬天代替锅炉从土壤中取热，向建筑物供暖，夏天代替普通空调向土壤排热，给建筑物制冷。 地源热泵——冬天代替锅炉从土壤中取热，向建筑物供暖，夏天代替普通空调向土壤排热，给建筑物制冷。称为二十一世纪的 “绿色空调技术” 地源热泵——是目前效率最高、对环境最有利的热水、取暖和制冷系统。 属于经济效益、社会效益和生态效益显著的社会公益技术。 可见，地源热泵技术——二、地源热泵系统的一般形式 二、地源热泵系统的一般形式 地源热泵系统的特点及优势 地源热泵系统的特点及优势 1、可再生能源利用形式 地表浅层收集了47%的太阳能量，它利用地表浅层的可再生能源，符合可持续发展的战略要求。 2、高效节能 制热系数高达3.5～4.5，而锅炉仅为0.7～0.9，可比锅炉节省70%以上的能源和40%～60%运行费用；制冷时要比普通空调节能30%左右。 3、美观 传统空调系统的换热器置于室外，破坏建筑的外观；而地源热泵把换热器埋于地下，保持建筑物外观的完美。 null4、保护环境 设备的运行没有燃油、燃煤污染。不抽取地下水，没有地下水位下降、地面沉降和开凿回灌井等问题，是真正的绿色环保能源利用方式。 5、多功能、系统控制和管理方便 —套地源热泵系统可以替换原有的供热锅炉、制冷空调和生活热水加热的三套装置或系统。 6、寿命长 普通空调寿命一般在15年左右，而地源热泵的地下换热器由于采用高强度惰性材料，埋地寿命至少50年。null 建设部启动《可再生能源行动 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 》。主要是：太阳能屋顶计划和浅层地热能利用计划。 null 2006年是开展示范的第一年，第一批下达的25个项目资金共10368万元，占首批可再生能源建筑应用示范项目补贴预算的50%。 这是一个显著的政策信号，政府投入带动若干倍的社会资金，从而强力拉动新能源在建筑领域的应用，推动国家节能、环保战略目标的尽早实现。 null（1）地表(下)水源方式 我国实施地源热泵工程主要有两大类 利用河水、湖水、地下水为冷源或热源，换热效率高, 初期投资成本较低。 ◆例 广西河流数量多，大多数城市（镇）临江而建。地下水也相当丰富，全区有600多条地下河。 null 土壤换热器以垂直埋管居多。广西雨水充足，绝大多数城镇地下水位较高，富水土壤比例大，土壤的水对流传热起重要作用，为土壤换热式地源热泵系统应用提供了得天独厚的条件。一般土壤换热井20-30米，换热效果就很明显。10口土壤换热井就可获得约20千瓦的热量（或冷量）。 而北方干性土壤垂直埋管深度一般要超过60米，而换热量则一般小于50W/m（2）土壤换热器的闭式系统三、不同建筑类型冷热需求情况分析三、不同建筑类型冷热需求情况分析 ◆夏季采用供冷的冷凝热制热水，制热水不耗电能，实现冷热联供，能效比1：7； ◆冬季制热水时热泵的低温热源为土壤源。（1）对需同时供冷和供热水的酒店、或以供热水为主的学生公寓（民用住宅）和短时供冷的食堂（餐厅）null（2）浅层地热能+太阳能耦合系统 对一些已安装了太阳能的系统进行改造，解决其冬天耗电（或耗油）大的问题，技术关键是太阳能集热器与土壤换热器合理耦合的问题，如太阳能的被动利用与浅层地热能的主动利用的匹配和智能控制。 null 已完成的广东工业大学龙洞校区学生公寓地源热泵-太阳能-冷却塔耦合的热水示范工程 （改造原有的太阳能+燃油锅炉系统）三、不同建筑类型冷热需求情况分析三、不同建筑类型冷热需求情况分析 （3）对于夏热冬暖地区，一般供冷负荷大于采暖负荷50%以上。 冬季采暖时热泵的低温热源为土壤热源，土壤换热器按冬季采暖负荷匹配。 夏季制冷通过土壤换热器与冷却塔散热，可减少土壤换热器的埋管长度，减少土壤换热器的投资和埋管所需占用的土地面积。 需要解决建筑冷热负荷与土壤换热的平衡问题，对土壤换热器与冷却塔进行合理匹配。null四、地源热泵系统设计null产品系列null 注意三个现象： 不该用的地方在用； 不懂技术的人在安装； 不懂运行的人在运行。null广西大学行健文理学院 学生公寓热水-食堂空调地源热泵系统 综合能效比达1:7以上安装地源热泵空调的学生餐厅 null 因此，因地制宜、有序开发广西的浅层地热能（或与太阳能耦合），是解决建筑制冷采暖空调、热水供应、温控农业用能的经济途径，对替代常规商品能源，改善能源结构，保障能源安全，建设资源节约型、环境友好型社会以及实现可持续发展具有重要战略意义。null压缩制冷装置系统简图nullnullnull◆教学目标: 使学生全面了解本课程的基本内容，学科前沿研究现状，本课程的学习方法。 一、空调介绍 二、地源热泵介绍 三、地源热泵技术经济分析 四、地源热泵设计要点 五、地源热泵施工要点 六、调试与调节要点 ◆ 1、综述：地源热泵空调是个包含水、暖、空调、制冷、管道、电气控制等综合系统工程，分为设计、施工、调试与运行调节三个阶段，三个阶段必须协调好，设计合理是基础，施工质量是关键，调试与运行调节是决定，如果三个阶段有一个阶段做的不好，工程就不可能做到最好---也就无法做到最节能。理论上涉及到暖通空调专业、给排水专业、制冷专业、管道专业、电气控制、太阳能等多个专业学科。 ◆ 2、设计：从理论表面说很容易—只要能画原理图就可以；但好的设计需要一定的设计 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 、现场综合施工经验、调试经验、电气控制等，专业上需要熟悉设备、水暖系统、空调系统、制冷系统、管道、电气、太阳能等，才能把地源热泵的优势发挥好。 ◆3、施工：需要丰富的建筑设备经验、暖通空调系统、制冷系统、通风系统、管道、建筑给排水系统、电气控制与编程及建筑基本知识等专业； ◆ 4、调试调节：需要熟悉手动控制、自动控制，熟悉水暖空调制冷等系统与设备、控制、管道间的协调调试配合，调试与调节是检验此工程是否达到设计要求的关键，决定此工程能否达到节能设计要求的关键； 一、空调介绍 （一）、 空调系统组成 1、空调系统组成 （1）、能源交换系统介质如空气与水等； （2）、冷热源主机—热泵与单冷和热源、主机房； （3）、连接管道-----水管或冷媒管； （4）、室内部分； （5）、辅助：蓄冷热设备、辅助冷热源； （6）、控制系统；null nullnullnullnullnullnullnull ◆2、能源交换系统介质：空气源、水源、地热源与其他； a、水源：江湖河水源、污水源、地下水源、海水源； b、地热源（水源的特殊形式）：地下水源、地下埋管耦合式—地源； c、其他能源：太阳能、风能、海洋能； ◆ 3、冷热源主机： a、热源：地热（土壤、地下水）源热泵、水源（江海湖河污）热泵、太阳能、空气源热泵如VRV多联机与家用普通空调热泵、电锅炉、燃气锅炉、直燃式溴化锂、燃煤锅炉等； b、冷源：地下水（直接利用）、地热源热泵、水源热泵、风冷热泵如VRV多联机与家用普通空调热泵、风冷单冷机、水单冷、溴化锂等 ◆4、连接管道： A、水管：根据介质选择合适的管材： 地下埋管优先采用塑料管如PPR、PE、PVC、玻璃钢管，其次是铸铁管（普通与内衬）、镀锌管、无缝钢管等； 室外架空管：无缝钢管、镀锌管、不锈钢管、钢塑复合管、塑料管； 室内管：钢塑复合管、塑料管（PPR、PE、PVC）、热镀锌、无缝钢管、薄壁不锈钢管、覆塑紫铜管； B、氟类冷媒管：紫铜管； ◆ 5、室内机： A、风机盘管式：风管式、嵌入式又称卡式、挂壁式、落地式—明装与暗装； B、辐射式：散热器、地暖、吊顶或顶棚或地面或墙辐射； C、新风：显热或全热交换器、新风处理机、换气扇、自然通风等； ◆ 6、辅助能源：蓄冷（蓄冰、蓄低温冷水）热（高温热水）设备、辅助冷热源如冷却塔与各种锅炉等； ◆ 7、控制：现场控制--手动和自动、远程集中控制---控制中心集中控制 ◆（一）、地源热泵的特点 1、技术性：高效节能 全年土壤温度（5m以下一般是16-24 ℃ ）相对稳定，夏季土壤中的温度低于对应气候条件下空气温度，冬季土壤温度高于空气温度 ，理论上讲，降低夏季冷凝温度和冬季提高蒸发温度都可提高循环效率，达到节能的效果，土壤对地面空气温度波动有衰减和延迟，在耗电量相同的条件下，分别提高夏季供冷量或冬季的供热量,能效比EER:3.9-6,即夏季投入1KW电能可得3.9-6KW热能, 性能系数COP=2.65-5即冬季投入1KW电能，可得到3.0-5KW左右的热能；并且地埋管热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的能耗，没有空气源热泵除霜时吹冷风感. ◆2、技术性：性能稳定 地下温度稳定：地下的平均温度基本稳定在16度到22度之间，不受室外环境空气变化温度影响 —主机制冷热稳定，不会出现空气源热泵越是在需要空调的情况下越不好 —如冬天温度越低越需要，这时候制热效果越差； 夏天高温时候越需要制冷，制冷效果越差; 夏季冷凝温度升高1℃或冬季蒸发温度下降1℃电耗约增加1-1.5%; ◆3、能耗低、初投资低、投资回报高 地源热泵系统作为楼宇空调系统，其运行费用可大大降低。用地源热泵系统供暖或制冷时，根据不同的地域、气候、资源、环境，运行费用可比传统中央空调系统降低25%-50%； 可供暖、空调，还可在春夏秋采用热回收免费供生活热水做到冷暖热水三合为一 ；一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统，减少设备初投资； 地源热泵系统初投资增量回收期约2.5-8年不等。 ◆4、可再生能源利用技术 地表土壤和水体，收集了47%的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多。 地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散相对的均衡。对太阳能二次利用，符合可持续性发展趋势不受地域、资源等限制 ◆5、环保： 污染物排放与空气源热泵相比减少40%以上，与电供暖相比减少70%。没有燃烧、排烟，也没有废弃物，且不用远距离输送热量，是真正的环保型空调。 夏季不会向建筑周围空气放热是环境空气温度升高，冬季不会从建筑物周围空气吸热降低环境空气温度。机组的埋地换热器可以布置在花园、草坪及建筑物周围地下，不占建筑面积。 ◆6、安全、寿命长： 地源热泵非常耐用，机械运动部件(主机为工厂整体组装)非常少,所有的部件埋在地下或是安装在室内,从而避免了室外的恶劣气候，系统采用闭式循环减少腐蚀、污染与结垢，延长设备使用寿命，同时系统维护费用低； 地下部分（PE管）可保证50年（免维护），需要维护的主要是水泵与室内管道与室内机---维护简单工作量小，节省维护费用；地源热泵机组正常寿命是25年。 ◆7、应用范围广 适用广：可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑等需要空调的新建、改建、扩建项目，更适合于别墅住宅的采暖、空调； 不太适用于：建筑密度很大的地方，地质条件比较恶劣的地区（如：地下岩层比较厚和硬） ◆地源热泵的经济性 1、投资成本组成 包括：钻井与埋管、地源热泵机组、辅助冷热源和末端空调系统。根据项目调查和工程项目费用的测算，在整个系统总投资中，地源部分（包括钻井、回填、埋管）的材料、安装与施工等费用约占20%--50%； 2、初投资成本分析 初投资（一般性材料）： VRV家用中央空调：300-350元/m2 地下水地源热泵： 250-450元/m2 土壤地源热泵系统：300-650元/m2 ◆地源热泵投资基本组成：地埋管、地源热泵主机与辅助能源和室内机组(一般性材料分析）： a.地源热泵机组和水源热泵机组相近; b.增加钻孔埋管费用; c.和水源热泵系统相比, 初投资增加30-80元／平方米; d.和风冷热泵相比,初投资增加20-60元／平方米; ◆地源热泵空调系统的设计基础资料 1、岩土体地质勘察（岩土热物性、初始温度 、冻土层厚度）； 2、地下水水文勘察（地下水静动水位、水温、水质及地下水径流方向、速度）； 3、地表水水文勘察（水源性质、水面用途、深度、面积；不同深度的地表水水温、水位动态变化；地表水水质）； 4、垂直地下热交换器系统的试验孔调查测试报告：测试地埋管散热、吸热的换热效率； 5、水平地下热交换器的试验坑调查测试报告：测试水平地埋管散热、吸热的换热效率； 6、地下水系统试验井的调查测试报告：测试出水流量、回灌流量、水温水质等； ◆近年来随着资源和环境的问题日益严重，在满足人们健康、舒适要求的前提下，合理利用自然资源，保护环境，减少常规能源消耗，已成为暖通空调行业需要面对的一个重要问题。 ◆地源热泵空调系统通过吸收大地（包括土壤、井水、湖泊等）的冷热量，冬季从大地吸收热量，夏季从大地吸收冷量，再由热泵机组向建筑物供冷供热而实现节能，是一种利用可再生能源的高效节能、无污染的既可供暖又可制冷的新型空调系统。 ◆在中国，煤作为主要能源, 煤炭在我国能源体系中占主导地位，长期以来，煤炭在我国能源生产结构、消费结构中一直占有绝对主导地位，尽管近年来，比例略有下降，但仍保持在65%以上，并再次呈现出上升的迹象。2002年煤炭在我国能源生产结构、消费结构中的比例分别由2001年的68.6%和65.3%上升为70.7%和66.1%。 ◆特别在冬季,在国内的农村和部分城市几乎全部靠煤取暖。煤是各种能源中污染环境最严重的能源,只有减少城市地区煤的使用,城市大气污染问题是才可能得到解决。 ◆现在各地都在采取措施控制燃煤的数量,选用电采暖、燃油或者燃气采暖等措施,但都存在运行费用高、资源不足和排放CO2这些问题。受能源、特别是一次性能源与环保条件的限制,传统的燃油、燃煤中央空调方式将逐步受到制约。从降低运行费用、节省能源、减少排放CO2排放量来看,地源热泵技术是一个不错的选择。 ◆地源热泵不需要人工的冷热源,可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。 冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热,向建筑物供暖; 夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。 同时,它还可供应生活用水，可谓一举三得，是一种有效地利用能源的方式。 ◆地源热泵（ground source heat pumps）系统包括三种不同的系统： 1、以利用土壤作为冷热源的土壤源热泵； 2、以利用地下水为冷热源的地下水热泵系统； 3、以利用地表水为冷热源的地表水热泵系统。 ◆1.地源热泵的工作原理 系统通过地源热泵将环境中的热能提取出来对建筑物供暖或者将建筑物中的热能释放到环境中去而实现对建筑物的制冷，夏季可以将富余的热能存于地层中以备冬用； 同样，冬季可以将富余的冷能贮存于地层以备夏用。这样，通过利用地层自身的特点实现对建筑物、环境的能量交换。 ◆ ◆在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。 通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地下水或土壤里。 在室内热量不断转移至地下的过程中，通过风机盘管，以13℃以下的冷风的形式为房间供冷。 ◆在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向换向。 由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量，通过冷凝器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。 在地下的热量不断转移至室内的过程中，以35℃以上热风的形式向室内供暖。 ◆系统实际上是指通过将传统的空调器的冷凝器或蒸发器延伸至地下，使其与浅层岩土或地下水进行热交换，或是通过中间介质（如防冻液）作为热载体，并使中间介质在封闭环路中通过在浅层岩土中循环流动，从而实现利用低温位浅层地能对建筑物内供暖或制冷的一种节能、环保型的新能源利用技术。 ◆该技术可以充分发挥浅层地表得储能储热作用，达到环保、节能双重功效，而被誉为“21世纪最有效的空调技术”。 ◆2.地源热泵的发展历史 地源热泵的概念最早出现在1912年瑞士的一份专利文献中。 开放式地下水热泵系统在20世纪30年代被成功应用。20世纪50年代欧洲和美国掀起了研究地源热泵的第一次高潮，美国爱迪生电子学院最早研究闭式环路热泵系统，印地安纳洲的印地安纳波利斯是最早安装闭式环路地源热泵系统的。 直到20世纪70年代，世界石油危机使得人们关注节能、高效用能，地源热泵的研究进入了又一次高潮，这时瑞典的研究人员开始将塑料管应用在闭式环路地源热泵系统上，地源热泵的推广应用迅速展开。 ◆经过近50年的发展地源热泵技术在北美和欧洲已非常成熟，是一种被广泛采用的热泵空调系统。针对地源热泵机组、地热换热器，系统设计和安装有一整套标准、规范、计算方法和施工工艺。在美国地源热泵系统占整个空调系统的20%，是美国政府极力推广的节能环保技术。 ◆ 到1997年底，美国有超过3万台系统在家庭、学校和商业建筑中应用，另据地源热泵协会统计，美国有600多所学校安装有GSHP。 ◆目前美国地源热泵的销售数量以每年20%的速度递增，2000年全美销售数量达40万台。 ◆在实际工程应用中，北美对地源热泵应用偏重于全年冷热联供，采用闭式水环热泵系统；欧洲国家偏重于冬季供暖，往往采用热泵站方式集中供热供冷。我国气候条件与美国比较相似，所以北美的方式对我国更具借鉴意义。 ◆地源热泵系统形式 ◆ 土壤热交换器地源热泵 土壤热交换器地源热泵（图（a）（b））是利用地下岩土中热量的闭路循环的地源热泵系统。通常称之为“闭路地源热泵”，以区别于地下水热泵系统，或直接称为“地源热泵”。它通过循环液（水或以水为主要成分的防冻液）在封闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的传热。 地下耦合热泵系统在结构上的特点是有一个由地下埋管组成的地热换热器。地热换热器的设置形式主要有水平埋管和垂直埋管两种。水平埋管形式是在地面开1～2米深的沟，每个沟中埋设2、4或6根塑料管。 ◆ ◆垂直埋管的形式是在地层中钻直径为0.1～0.15 m的钻孔，在钻孔中设置1组（2根）或2组（4根）U型管并用灌井材料填实。 ◆钻孔的深度通常为40～200m。现场可用的地表面积是选择地热换热器形式的决定性因素。 ◆竖直埋管的地热换热器可以比水平埋管节省很多土地面积，因此更适合中国地少人多的国情。 ◆管沟或竖井中的热交换器成并联连接，再通过集管进入建筑中与建筑物内的水环路相连接。 ◆在液体温度较低时，系统中需加入防冻液，北方地区应用时应特别注意。 ◆3.2 地下水地源热泵 地下水源热泵（图2.（c））的热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。 经过换热的地下水可以排入地表水系统，但对于较大的应用项目通常要求通过回灌井把地下水回灌到原来的地下水层。 水质良好的地下水可直接进入热泵换热，之后将井水回灌地下，这样的系统称为开式系统。 由于可能导致管路阻塞，更重要的是可能导致腐蚀发生，通常不建议在地源热泵系统中直接应用地下水。 开式系统在适当的地下水条件和建筑物参数下是一个有吸引力的选择方式，但必须谨慎的使用。 ◆实际工程中更多采用闭式环路的热泵循环水系统，即采用板式换热器把地下水和通过热泵的循环水分隔开，以防止地下水中的泥沙和腐蚀性杂质对热泵的影响。 通常系统包括带潜水泵的取水井和回灌井。板式热交换器采取小温差换热的方式运行，根据温度和地下水深度的不同，可以在很大程度上抵消开式系统在性能上的优势。 由于地下水温常年基本恒定，夏季比室外空气温度低，冬季比室外空气温度高，且具有较大的热容量，因此地下水热泵系统的效率比空气源热泵高，COP值一般在3～4.5，并且不存在结霜等问题。最近几年地下水源热泵系统在我国得到了迅速发展。 ◆无论是深井水，还是地下热水都是热泵的良好低位热源。 地下水位于较深的地方，由于地层的隔热作用，其温度随季节气温的波动很小，特别是深井水的水温常年基本不变，对热泵的运行十分有利。 ◆地表水地源热泵 地表水地源热泵系统（图2.（d））由潜在水面以下的、多重并联的塑料管组成的热交换器取代了土壤热交换器，与土壤热交换地源热泵一样，它们被连接到建筑物中，并且在北方地区需要进行防冻处理。 ◆地表水热泵系统的一个热源是池塘、湖泊或河溪中的地表水。在靠近江河湖海等大量自然水体的地方利用这些自然水体作为热泵的低温热源是值得考虑的一种空调热泵的型式。 ◆热泵与地表水的换热可采用开式循环或闭路循环的形式。开式循环是用水泵抽取地表水在换热器中与热泵的循环液换热后再排入水体。但水质较差时在换热器中会产生污垢，影响传热，甚至影响系统的正常运行。 ◆更常用的地表水热泵系统采用闭路循环，即把多组塑料盘管沉入水体中，热泵的循环液通过盘管与水体换热，可以避免水质不良引起的污垢和腐蚀问题。 ◆在实际工程中，有大量的应用特性可以帮助我们决定以上系统中的哪一种形式最适宜选择。 其中包括可用地下水含量、可用地表水面积、现场土地面积、潜在热回收能力、建筑物高度和规模、机房面积和当地规划要求等。 ◆制约地源热泵发展的因素 影响地源热泵广泛应用的主要原因是对地源热泵发展核心技术问题的研究和认识还很有限。 据国际最新研究动态表明，它的核心技术问题是地埋式换热器的传热强化、地源热泵系统仿真及最佳匹配参数的研究。 另一个主要原因是地源热泵自身存在的缺点：地埋换热器受土壤性质影响较大；连续运行时，热泵的冷凝温度或蒸发温度受土壤温度变化的影响而发生波动；土壤导热系数小，使地埋换热器的面积较大等。 ◆研究地源热泵还存在以下几个有待解决的问题： 1、关于埋地盘管的数学模型和土壤热场特点的理论研究还不够深入，仍处于试验阶段； 2、由于它涉及钻探工程，使施工困难，系统投资比较大。 3、我国有关地源热泵的现成技术资料不多，缺少这方面的设计、生产、安装和维护人员，而且生产相关设备的厂家少，也是影响地源热泵在我国推广发展的主要因素之一 ★补充内容★ ◆制冷工况：冷冻水进水温度12℃，冷冻出水温度7℃，地源水温18℃ ◆制热工况：热水进水温度40℃，热水出水温度45℃，地源水温18℃ ◆热水工况：冷水温度15℃，热水温度55℃，地源水温18℃ nullnull。null null第二篇 地源热泵技术第二篇 地源热泵技术地源热泵系统简介地源热泵系统简介 地源热泵技术是一项值得大面积推广的建筑供能技术。地源热泵是一种利用浅层和深层的大地能量，包括土壤、地下水、地表水等天然能源作为冬季热源和夏季冷源，然后再由热泵机组向建筑物供冷供热的系统，是一种利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空调系统。 抽取地下水水源热泵，但由于技术限制，全部回灌不易做到，监督实施也比较困难，而且容易造成地下水污染。 在国外目前大面积推广使用的是埋管式地源热泵技术，是充分利用浅层地热的最佳技术途径。 目前埋管式地源热泵在欧美国家已得到普遍应用，已被充分证明是成熟可行的技术，在我国，建设部和一些省市的建筑节能政策中明确提出要推广使用地源热泵。 （欧美普遍使用的是在别墅中，在冬天取暖、夏天空调的地区） nullnull1 总则1 总则1.0.1 为使地源热泵系统工程设计、施工及验收，做到技术先进、经济合理、安全适用，保证工程质量，制定本规范。 1.0.2 本规范适用于以岩土体、地下水、地表水为低温热源，以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质，采用蒸气压缩热泵技术进行供热、空调或加热生活热水的系统工程的设计、施工及验收。 1.0.3 地源热泵系统工程设计、施工及验收除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。 2 术语2 术语2.0.1 地源热泵系统 groud-source heat pump system 以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。 对于制冷来说，地源热泵与常规冷水机组最大的区别是：空调系统的冷却水冷却变为地下水或土壤冷却。 地下水或土壤冷却，又有若干种方式。地埋管换热系统或地下水换热系统，地下水换热系统又分为直接和间接换热等等。2 术语2 术语2.0.2 水源热泵机组 water-source heat pump unit 以水或添加防冻剂的水溶液为低温热源的热泵。通常有水／水热泵、水／空气热泵等形式。 2.0.3 地热能交换系统 geothermal exchange system 将浅层地热能资源加以利用的热交换系统。 2.0.4 浅层地热能资源 shallow geothermal resources 蕴藏在浅层岩土体、地下水或地表水中的热能资源。 2.0.5 传热介质 heat-transfer fluid 地源热泵系统中，通过换热管与岩土体、地下水或地表水进行热交换的一种液体。一般为水或添加防冻剂的水溶液。2 术语2 术语2.0.6 地埋管换热系统 ground heat exchanger system 传热介质通过竖直或水平地埋管换热器与岩土体进行热交换的地热能交换系统，又称土壤热交换系统。 2.0.7 地埋管换热器 ground heat exchanger 供传热介质与岩土体换热用的，由埋于地下的密闭循环管组构成的换热器，又称土壤热交换器。根据管路埋置方式不同，分为水平地埋管换热器和竖直地埋管换热器。 2.0.8 水平地埋管换热器 horizontal ground heat exchanger 换热管路埋置在水平管沟内的地埋管换热器，又称水平土壤热交换器。 2 术语2 术语2.0.9 竖直地埋管换热器 vertical ground heat exchanger 换热管路埋置在竖直钻孔内的地埋管换热器，又称竖直土壤热交换器。 2.0.10 地下水换热系统 ground water system 与地下水进行热交换的地热能交换系统，分为直接地下水换热系统和间接地下水换热系统。 2.0.11 直接地下水换热系统 由抽水井取出的地下水，经处理后直接流经水源热泵机组热交换后返回地下同一含水层的地下水换热系统。 2 术语2 术语2.0.12 间接地下水换热系统 由抽水井取出的地下水经中间换热器热交换后返回地下同一含水层的地下水换热系统。 2.0.13 地表水换热系统 与地表水进行热交换的地热能交换系统，分为开式地表水换热系统和闭式地表水换热系统。 2.0.14 开式地表水换热系统 地表水在循环泵的驱动下，经处理直接流经水源热泵机组或通过中间换热器进行热交换的系统。 2.0.15 闭式地表水换热系统 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体中，传热介质通过换热管管壁与地表水进行热交换的系统。2 术语2 术语2.0. 16 环路集管 circuit header 连接各并联环路的集合管，通常用来保证各并联环路流量相等。 2.0.17 含水层 aquifer 导水的饱和岩土层。 2.0.18 井身结构 well structure 构成钻孔柱状剖面技术要素的总称，包括钻孔结构、井壁管、过滤管、沉淀管、管外滤料及止水封井段的位置等。 2.0.19 抽水井 production well 用于从地下含水层中取水的井。 2.0.20 回灌井 injection well 用于向含水层灌注回水的井。2 术语2 术语2.0.21 热源井 heat source well 用于从地下含水层中取水或向含水层灌注回水的井，是抽水井和回灌井的统称。 2.0.22 抽水试验 pumping test 一种在井中进行计时计量抽取地下水，并测量水位变化的过程，目的是了解含水层富水性，并获取水文地质参数。 2.0.23 回灌试验 injection test 一种向井中连续注水，使井内保持一定水位，或计量注水、 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 水位变化来测定含水层渗透性、注水量和水文地质参数的试验。 2.0.24 岩土体 rock-soil body 岩石和松散沉积物的集合体，如砂岩、砂砾石、土壤等。 3.1 一般规定 3.1 一般规定 3.1.1 地源热泵系统方案设计前，应进行工程场地状况调查，并应对浅层地热能资源进行勘察。 （此为强制性条文，本标准共2个强制性条文） 3.1.2 对已具备水文地质资料或附近有水井的地区，应通过调查获取水文地质资料。 3.1.3 工程勘察应由具有勘察资质的专业队伍承担。工程勘察完成后，应编写工程勘察报告，并对资源可利用情况提出建议。 3.1 一般规定3.1 一般规定3.1.4 工程场地状况调查应包括下列内容： 1 场地规划面积、形状及坡度；（是否满足打井或埋管面积和位置要求） 2 场地内已有建筑物和规划建筑物的占地面积及其分布； 3 场地内树木植被、池塘、排水沟及架空输电线、电信电缆的分布； 4 场地内已有的、计划修建的地下管线和地下构筑物的分布及其埋深； 5 场地内已有水井的位置。 3.2 地埋管换热系统勘察 3.2 地埋管换热系统勘察 3.2.1 地埋管地源热泵系统方案设计前，应对工程场区内岩土体地质条件进行勘察。 3.2.2 地埋管换热系统勘察应包括下列内容： 1 岩土层的结构； 2 岩土体热物性； 3 岩土体温度； 4 地下水静水位、水温、水质及分布； 5 地下水径流方向、速度； 6 冻土层厚度。 3.3 地下水换热系统勘察 3.3 地下水换热系统勘察 3.3.1 地下水地源热泵系统方案设计前，应根据地源热泵系统对水量、水温和水质的要求，对工程场区的水文地质条件进行勘察。 3.3.2 地下水换热系统勘察应包括下列内容： 1 地下水类型； 2 含水层岩性、分布、埋深及厚度； 3 含水层的富水性和渗透性； 4 地下水径流方向、速度和水力坡度； 5 地下水水温及其分布； 6 地下水水质； 7 地下水水位动态变化。 3.3 地下水换热系统勘察 3.3 地下水换热系统勘察 3.3.3 地下水换热系统勘察应进行水文地质试验。试验应包括下列内容： 1 抽水试验； 2 回灌试验； 3 测量出水水温； 4 取分层水样并化验分析分层水质； 5 水流方向试验； 6 渗透系数计算。 3.3.4 当地下水换热系统的勘察结果符合地源热泵系统要求时，应采用成井技术将水文地质勘探孔完善成热源井加以利用。成井过程应由水文地质专业人员进行监理。 3.4 地表水换热系统勘察 3.4 地表水换热系统勘察 3.4.1 地表水地源热泵系统方案设计前，应对工程场区地表水源的水文状况进行勘察。 3.4.2 地表水换热系统勘察应包括下列内容： 1 地表水水源性质、水面用途、深度、面积及其分布； 2 不同深度的地表水水温、水位动态变化； 3 地表水流速和流量动态变化； 4 地表水水质及其动态变化； 5 地表水利用现状； 6 地表水取水和回水的适宜地点及路线。 4.1 一般规定 4.1 一般规定 4.1.1 地埋管换热系统设计前，应根据工程勘察结果评估地埋管换热系统实施的可行性及经济性。 4.1.2 地埋管换热系统施工时，严禁损坏既有地下管线及构筑物。 4.1.3 地埋管换热器安装完成后，应在埋管区域做出标志或标明管线的定位带，并应采用2个现场的永久目标进行定位。 4.2 地埋管管材与传热介质 4.2 地埋管管材与传热介质 4.2.1 地埋管及管件应符合设计要求，且应具有质量检验报告和生产厂的合格证。 4.2.2 地埋管管材及管件应符合下列规定： 1 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（PVC）管。管件与管材应为相同材料。 2 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。地埋管外径及壁厚可按本规范附录A的规定选用。 4.2 地埋管管材与传热介质 4.2 地埋管管材与传热介质 4.2.3 传热介质应以水为首选，也可选用符合下列要求的其他介质： 1 安全，腐蚀性弱，与地埋管管材无化学反应； 2 较低的冰点； 3 良好的传热特性，较低的摩擦阻力； 4 易于购买、运输和储藏。 4.2.4 在有可能冻结的地区，传热介质应添加防冻剂。防冻剂的类型、浓度及有效期应在充注阀处注明。 4.2.5 添加防冻剂后的传热介质的冰点宜比设计最低运行水温低3~5℃。选择防冻剂时，应同时考虑防冻剂对管道与管件的腐蚀性，防冻剂的安全性、经济性及其对换热的影响。 4.3 地埋管换热系统设计 4.3 地埋管换热系统设计 4.3.1 地埋管换热系统设计前应明确待埋管区域内各种地下管线的种类、位置及深度，预留未来地下管线所需的埋管空间及埋管区域进出重型设备的车道位置。 4.3.2 地埋管换热系统设计应进行全年动态负荷计算，最小计算周期宜为1年。计算周期内，地源热泵系统总释热量宜与其总吸热量相平衡。 4.3.3 地埋管换热器换热量应满足地源热泵系统最大吸热量或释热量的要求。在技术经济合理时，可采用辅助热源或冷却源与地埋管换热器并用的调峰形式。 4.3.4 地埋管换热器应根据可使用地面面积、工程勘察结果及挖掘成本等因素确定埋管方式。4.3 地埋管换热系统设计 4.3 地埋管换热系统设计 4.3.5 地埋管换热器设计计算宜根据现场实测岩土体及回填料热物性参数，采用专用软件（瑞典隆德大学EED、美国Solar Energy 实验室TRNSYS等）进行。竖直地埋管换热器的设计也可按本规范附录B的方法进行计算。 4.3.6 地埋管换热器设计计算时，环路集管不应包括在地埋管换热器长度内。 4.3.7 水平地埋管换热器可不设坡度。最上层埋管顶部应在冻土层以下0.4m，且距地面不宜小于0.8m。 4.3.8 竖直地埋管换热器埋管深度宜大于20m，钻孔孔径不宜小于0.11m，钻孔间距应满足换热需要，间距宜为3～6m。水平连接管的深度应在冻土层以下0.6m，且距地面不宜小于1.5m。 4.3.9 地埋管换热器管内流体应保持紊流流态，水平环路集管坡度宜为0.002。4.3 地埋管换热系统设计 4.3 地埋管换热系统设计 4.3.10 地埋管环路两端应分别与供、回水环路集管相连接，且宜同程布置。每对供、回水环路集管连接的地埋管环路数宜相等。供、回水环路集管的间距不应小于0.6m。 4.3.11 地埋管换热器安装位置应远离水井及室外排水设施，并宜靠近机房或以机房为中心设置。 4.3.12 地埋管换热系统应设自动充液及泄漏报警系统。需要防冻的地区，应设防冻保护装置。 4.3.13 地埋管换热系统应根据地质特征确定回填料配方，回填料的导热系数不应低于钻孔外或沟槽外岩土体的导热系数。4.3 地埋管换热系统设计 4.3 地埋管换热系统设计 4.3.14 地埋管换热系统设计时应根据实际选用的传热介质的水力特性进行水力计算。 4.3.15 地埋管换热系统宜采用变流量设计。 4.3.16 地埋管换热系统设计时应考虑地埋管换热器的承压能力，若建筑物内系统压力超过地埋管换热器的承压能力时，应设中间换热器将地埋管换热器与建筑物内系统分开。 4.3.17 地埋管换热系统宜设置反冲洗系统，冲洗流量宜为工作流量的2倍。4.4 地埋管换热系统施工 4.4 地埋管换热系统施工 4.4.1 地埋管换热系统施工前应具备埋管区域的工程勘察资料、设计文件和施工图纸，并完成施工组织设计。 4.4.2 地埋管换热系统施工前应了解埋管场地内已有地下管线、其他地下构筑物的功能及其准确位置，并应进行地面清理，铲除地面杂草、杂物，平整地面。 4.4.3 地埋管换热系统施工过程中，应严格检查并做好管材保护工作。4.4 地埋管换热系统施工 4.4 地埋管换热系统施工 4.4.4 管道连接应符合下列规定： 1 埋地管道应采用热熔或电熔连接。聚乙烯管道连接应符合国家现行标准《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101的有关规定； 2 竖直地埋管换热器的U形弯管接头，宜选用定型的U形弯头成品件，不宜采用直管道煨制弯头； 3 竖直地埋管换热器U形管的组对长度应能满足插入钻孔后与环路集管连接的要求，组对好的U形管的两开口端部，应及时密封。 4.4 地埋管换热系统施工 4.4 地埋管换热系统施工 4.4.5 水平地埋管换热器铺设前，沟槽底部应先铺设相当于管径厚度的细砂。水平地埋管换热器安装时，应防止石块等重物撞击管身。管道不应有折断、扭结等问题，转弯处应光滑，且应采取固定措施。 4.4.6 水平地埋管换热器回填料应细小、松散、均匀，且不应含石块及土块。回填压实过程应均匀，回填料应与管道接触紧密，且不得损伤管道。 4.4.7 竖直地埋管换热器U形管安装应在钻孔钻好且孔壁固化后立即进行。当钻孔孔壁不牢固或者存在孔洞、洞穴等导致成孔困难时，应设护壁套管。下管过程中，U形管内宜充满水，并宜采取措施使U形管两支管处于分开状态。 4.4.8 竖直地埋管换热器U形管安装完毕后，应立即灌浆回填封孔。当埋管深度超过40m时，灌浆回填应在周围临近钻孔均钻凿完毕后进行。 4.5 地埋管换热系统的检验与验收 4.5 地埋管换热系统的检验与验收 4.5.1 地埋管换热系统安装过程中，应进行现场检验，并应提供检验报告。检验内容应符合下列规定： 1 管材、管件等材料应符合国家现行标准的规定； 2 钻孔、水平埋管的位置和深度、地埋管的直径、壁厚及长度均应符合设计要求； 3 回填料及其配比应符合设计要求； 4 水压试验应合格； 5 各环路流量应平衡，且应满足设计要求； 6 防冻剂和防腐剂的特性及浓度应符合设计要求； 7 循环水流量及进出水温差均应符合设计要求。 4.5 地埋管换热系统的检验与验收4.5 地埋管换热系统的检验与验收4.5.2 水压试验应符合下列规定： 1 试验压力：当工作压力小于等于1.0MPa时，应为工作压力的1.5倍，且不应小于0.6MPa；当工作压力大于1.0MPa时，应为工作压力加0.5MPa。 2 水压试验步骤： 1）竖直地埋管换热器插入钻孔前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压至少15min，稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象；将其密封后，在有压状态下插入钻孔，完成灌浆之后保压lh。水平地埋管换热器放入沟槽前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压至少15min，稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象。 2）竖直或水平地埋管换热器与环路集管装配完成后， 回填前应进行第二次水压试验。在试验压力下，稳压至少30min，稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象。4.5 地埋管换热系统的检验与验收4.5 地埋管换热系统的检验与验收 3）环路集管与机房分集水器连接完成后，回填前应进行第三次水压试验。在试验压力下，稳压至少2h，且无泄漏现象。 4）地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗、排气及回填完成后，应进行第四次水压试验。在试验压力下，稳压至少12h，稳压后压力降不应大于3%。 3 水压试验宜采用手动泵缓慢升压，升压过程中应随时观察与检查，不得有渗漏；不得以气压试验代替水压试验。 4.5.3 回填过程的检验应与安装地埋管换热器同步进行。 5.1 一般规定 5.1 一般规定 5.1.1 地下水换热系统应根据水文地质勘察资料进行设计。必须采取可靠回灌措施，确保置换冷量或热量