《地源熱泵系統(tǒng)》PPT課件

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1、1,地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)河南城建學(xué)院建筑環(huán)境與能源工程系劉恩海 2011年05月06日,2,,第一篇 地源熱泵的發(fā)展應(yīng)用,3,地源熱泵誕生于20世紀(jì)80年代中期。 據(jù)美國10年來的統(tǒng)計資料，地源熱泵的運(yùn)行費(fèi)用（采暖）比耗電空調(diào)節(jié)約22%25%，比燃油、燃煤鍋爐運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約40%60%。 系統(tǒng)平均壽命預(yù)計1518年，開式循環(huán)系統(tǒng)30年，閉式循環(huán)系統(tǒng)壽命預(yù)計50年。,4, 隨著社會的發(fā)展、科技的進(jìn)步，人們對生活、工作環(huán)境的質(zhì)量要求也越來越高，這種需求帶動了中國的空調(diào)制冷業(yè)的發(fā)展。 但是，最近幾年電力緊缺的問題一直困擾著我們，在這種情況下，空調(diào)作為

2、用電大戶，其發(fā)展又受到了電力發(fā)展的制約，如何協(xié)調(diào)空調(diào)行業(yè)的發(fā)展與電力供應(yīng)的不足就成了擺我們面前的一大難關(guān),5, 隨著這幾年對新能源利用的深入研究和開發(fā)，充分利用現(xiàn)有的自然能，如太陽能、地?zé)崮?、生活垃圾等可利用的能量資源既減輕了當(dāng)前電力的負(fù)擔(dān)，又增加了空調(diào)的環(huán)保能力。 因此，利用自然資源，保護(hù)環(huán)境也成了當(dāng)前各國空調(diào)制冷行業(yè)的研究方向。,6, 地能中央空調(diào)，即地下水源熱泵 是利用地下低溫地冷或高溫地?zé)嶙鳛槔錈嵩吹闹醒肟照{(diào)設(shè)備，它繼承了電制冷冷水機(jī)組的優(yōu)點，且大大提高了其能效比； 克服了空氣源熱泵型機(jī)組制熱不可靠，制熱能效比低、能耗大、使用地區(qū)制約及溴化鋰中央空調(diào)機(jī)組因燃煤、油氣等帶來大大嚴(yán)重

3、環(huán)境污染、能源浪費(fèi)等缺點。,7,地能中央空調(diào)的優(yōu)點： 1、環(huán)保 無煙，氣及固體排放物，對環(huán)境無污染； 2、節(jié)能 每消耗1KW電能，冬季大約得到約4.5KW的 熱量，夏季得到約5.7KW得到冷量，運(yùn)行成本低； 3、節(jié)地 省去了鍋爐房和配套設(shè)備占地空間； 4、節(jié)資 一套系統(tǒng)既可制熱又能制冷，一次性投資比 傳統(tǒng)節(jié)省20-30，運(yùn)行費(fèi)用比傳統(tǒng)節(jié)省10-30。,8,缺點： 如果利用不合理，可能對地下水造成嚴(yán)重的污染。 還有，如果地下水被大量抽取后不能夠及時回灌可能造成地面下沉，造成地面上的建筑物損壞。 由于目前大都采用的是閉式循環(huán)，因此，它對地下水的污染很小。,9,地下水源熱泵系統(tǒng)

4、存在的問題 地下水源熱泵系統(tǒng)的熱源是從水井或廢棄的礦井中抽取的地下水。 經(jīng)過換熱的地下水可以排入地表水系 統(tǒng)，但對于較大的應(yīng)用項目通常要求 通過回灌井把地下水回灌到原來的地 下水層。地下水源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用受到 許多限制。,10,如果地下水位較低，不僅成井的費(fèi)用增加，運(yùn)行中水泵的耗電將大大降低系統(tǒng)的效率。 此外，雖然理論上抽取的地下水將回灌到地下水層，但目前國內(nèi)地下水回灌技術(shù)還不成熟，在很多地質(zhì)條件下回灌的速度大大低于抽水的速度，從地下抽出來的水經(jīng)過換熱器后很難再被全部回灌到含水層內(nèi)，造成地下水資源的流失。,11,生活熱水 南方氣候潮濕、冬季氣

5、溫變化大（經(jīng)常在10-20間變化）、夏季炎熱，因此，洗澡用的生活熱水成為南方人的生活必須 ； 夏季空調(diào)制冷 南方夏季炎熱，制冷空調(diào)已成為城市家庭和辦公的基本設(shè)施 ； 冬季采暖 16是人體對寒冷忍受程度的一個界限，南方冬季絕大多數(shù)地方的氣溫都會降至16以下。,（1）南方對供熱制冷的需求特點,（2）農(nóng)業(yè)消費(fèi)需求特點,需要溫控的農(nóng)業(yè)大棚、禽舍、魚池等需求越來越旺。利用地源熱泵技術(shù)，可以為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供價廉質(zhì)優(yōu)的溫控系統(tǒng),一、意義和必要性,12,我國采暖和空調(diào)的能耗已占建筑總能耗的55，炎夏季節(jié)多數(shù)電網(wǎng)高峰負(fù)荷約有13用于空調(diào)制冷，使許多地區(qū)用電高度緊張，拉閘限電頻繁。 2004年廣西建筑能耗已經(jīng)超過全

6、社會總能耗的20%。 我國新建建筑全面執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，建筑能耗要減少50%。,13,建設(shè)部關(guān)于貫徹國務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能工作的決定的實施意見（建科2006231號）“到“十一五”期末，中等城市完成既有建筑節(jié)能改造的面積要占既有建筑總面積的15%，小城市要完成10%；太陽能、淺層地能等可再生能源應(yīng)用面積占新建建筑面積比例達(dá)25%以上”,美國每年安裝約4萬套地源熱泵系統(tǒng),意味著降低溫室氣體(如CO2等)排放100萬噸，相當(dāng)于減少50萬輛汽車的污染物排放或種植404686公頃(100萬英畝)樹的效果，年節(jié)約能源費(fèi)用可達(dá)42億美元。,14,地球表面吸收了太陽能的47，相當(dāng)于人類一年所需能量的500多倍,地

7、球深處熱流或較深層的地?zé)崮軐Φ乇頊\層也起到了加熱作用,15,我國近百米內(nèi)的土壤每年可采集的低溫能量達(dá)1.5萬億千瓦，是我國目前發(fā)電裝機(jī)容量億千瓦的3750倍，而百米內(nèi)地下水每年可采集的低溫能量也有億千瓦。因此，許多專家將淺層地能比喻為一個巨大的“綠色聚寶盆”。,水泵的作用是把水從低處往高處送，熱泵就是熱傳導(dǎo)的“水泵”。把低溫的熱源提升，提供生活用能。用千瓦的電驅(qū)動熱泵后，可以“搬運(yùn)”4千瓦的淺層地能。,16,地源熱泵冬天代替鍋爐從土壤中取熱，向建筑物供暖，夏天代替普通空調(diào)向土壤排熱，給建筑物制冷。,稱為二十一世紀(jì)的 “綠色空調(diào)技術(shù)”,地源熱泵是目前效率最高、對環(huán)境最有利的熱水、取暖和制冷系

8、統(tǒng)。,17,,屬于經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益顯著的社會公益技術(shù)。,可見，地源熱泵技術(shù),18,二、地源熱泵系統(tǒng)的一般形式,,,,19,地源熱泵系統(tǒng)的特點及優(yōu)勢,,1、可再生能源利用形式 地表淺層收集了47%的太陽能量，它利用地表淺層的可再生能源，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。 2、高效節(jié)能 制熱系數(shù)高達(dá)3.54.5，而鍋爐僅為0.70.9，可比鍋爐節(jié)省70%以上的能源和40%60%運(yùn)行費(fèi)用；制冷時要比普通空調(diào)節(jié)能30%左右。 3、美觀 傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的換熱器置于室外，破壞建筑的外觀；而地源熱泵把換熱器埋于地下，保持建筑物外觀的完美。,20,,4、保護(hù)環(huán)境 設(shè)備的運(yùn)行沒有燃油、燃煤污染。不抽取

9、地下水，沒有地下水位下降、地面沉降和開鑿回灌井等問題，是真正的綠色環(huán)保能源利用方式。 5、多功能、系統(tǒng)控制和管理方便 套地源熱泵系統(tǒng)可以替換原有的供熱鍋爐、制冷空調(diào)和生活熱水加熱的三套裝置或系統(tǒng)。 6、壽命長 普通空調(diào)壽命一般在15年左右，而地源熱泵的地下?lián)Q熱器由于采用高強(qiáng)度惰性材料，埋地壽命至少50年。,21,,,,,,建設(shè)部啟動可再生能源行動計劃。主要是：太陽能屋頂計劃和淺層地?zé)崮芾糜媱潯?22,,,,,,2006年是開展示范的第一年，第一批下達(dá)的25個項目資金共10368萬元，占首批可再生能源建筑應(yīng)用示范項目補(bǔ)貼預(yù)算的50%。,這是一個顯著的政策信號，政府投入帶動若干倍的社會資金，

10、從而強(qiáng)力拉動新能源在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，推動國家節(jié)能、環(huán)保戰(zhàn)略目標(biāo)的盡早實現(xiàn)。,23,（1）地表(下)水源方式,,我國實施地源熱泵工程主要有兩大類,利用河水、湖水、地下水為冷源或熱源，換熱效率高, 初期投資成本較低。 例 廣西河流數(shù)量多，大多數(shù)城市（鎮(zhèn)）臨江而建。地下水也相當(dāng)豐富，全區(qū)有600多條地下河。,24,土壤換熱器以垂直埋管居多。廣西雨水充足，絕大多數(shù)城鎮(zhèn)地下水位較高，富水土壤比例大，土壤的水對流傳熱起重要作用，為土壤換熱式地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用提供了得天獨(dú)厚的條件。一般土壤換熱井20-30米，換熱效果就很明顯。10口土壤換熱井就可獲得約20千瓦的熱量（或冷量）。 而北方干性土壤垂直埋管深度一

11、般要超過60米，而換熱量則一般小于50W/m,,（2）土壤換熱器的閉式系統(tǒng),25,夏季采用供冷的冷凝熱制熱水，制熱水不耗電能，實現(xiàn)冷熱聯(lián)供，能效比1：7； 冬季制熱水時熱泵的低溫?zé)嵩礊橥寥涝础?三、不同建筑類型冷熱需求情況分析,（1）對需同時供冷和供熱水的酒店、或以供熱水為主的學(xué)生公寓（民用住宅）和短時供冷的食堂（餐廳）,26,（2）淺層地?zé)崮?太陽能耦合系統(tǒng) 對一些已安裝了太陽能的系統(tǒng)進(jìn)行改造，解決其冬天耗電（或耗油）大的問題，技術(shù)關(guān)鍵是太陽能集熱器與土壤換熱器合理耦合的問題，如太陽能的被動利用與淺層地?zé)崮艿闹鲃永玫钠ヅ浜椭悄芸刂啤?27,,已完成的廣東工業(yè)大學(xué)龍洞校區(qū)學(xué)生公寓地源熱泵

12、-太陽能-冷卻塔耦合的熱水示范工程 （改造原有的太陽能+燃油鍋爐系統(tǒng)）,,28,（3）對于夏熱冬暖地區(qū)，一般供冷負(fù)荷大于采暖負(fù)荷50%以上。 冬季采暖時熱泵的低溫?zé)嵩礊橥寥罒嵩?，土壤換熱器按冬季采暖負(fù)荷匹配。 夏季制冷通過土壤換熱器與冷卻塔散熱，可減少土壤換熱器的埋管長度，減少土壤換熱器的投資和埋管所需占用的土地面積。 需要解決建筑冷熱負(fù)荷與土壤換熱的平衡問題，對土壤換熱器與冷卻塔進(jìn)行合理匹配。,三、不同建筑類型冷熱需求情況分析,29,四、地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計,30,產(chǎn)品系列,31,注意三個現(xiàn)象：,不該用的地方在用； 不懂技術(shù)的人在安裝； 不懂運(yùn)行的人在運(yùn)行。,32,,,廣西大學(xué)行健文理學(xué)院

13、 學(xué)生公寓熱水-食堂空調(diào)地源熱泵系統(tǒng) 綜合能效比達(dá)1:7以上,,,,,安裝地源熱泵空調(diào)的學(xué)生餐廳,33,,,,,,因此，因地制宜、有序開發(fā)廣西的淺層地?zé)崮埽ɑ蚺c太陽能耦合），是解決建筑制冷采暖空調(diào)、熱水供應(yīng)、溫控農(nóng)業(yè)用能的經(jīng)濟(jì)途徑，對替代常規(guī)商品能源，改善能源結(jié)構(gòu)，保障能源安全，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會以及實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。,34,壓縮制冷裝置系統(tǒng)簡圖,35,,36,37,教學(xué)目標(biāo): 使學(xué)生全面了解本課程的基本內(nèi)容，學(xué)科前沿研究現(xiàn)狀，本課程的學(xué)習(xí)方法。 一、空調(diào)介紹 二、地源熱泵介紹 三、地源熱泵技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 四、地源熱泵設(shè)計要點 五、地源熱泵施工要點 六、調(diào)試與調(diào)節(jié)要點,

14、38,, 1、綜述：地源熱泵空調(diào)是個包含水、暖、空調(diào)、制冷、管道、電氣控制等綜合系統(tǒng)工程，分為設(shè)計、施工、調(diào)試與運(yùn)行調(diào)節(jié)三個階段，三個階段必須協(xié)調(diào)好，設(shè)計合理是基礎(chǔ)，施工質(zhì)量是關(guān)鍵，調(diào)試與運(yùn)行調(diào)節(jié)是決定，如果三個階段有一個階段做的不好，工程就不可能做到最好---也就無法做到最節(jié)能。理論上涉及到暖通空調(diào)專業(yè)、給排水專業(yè)、制冷專業(yè)、管道專業(yè)、電氣控制、太陽能等多個專業(yè)學(xué)科。 2、設(shè)計：從理論表面說很容易只要能畫原理圖就可以；但好的設(shè)計需要一定的設(shè)計經(jīng)驗、現(xiàn)場綜合施工經(jīng)驗、調(diào)試經(jīng)驗、電氣控制等，專業(yè)上需要熟悉設(shè)備、水暖系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、管道、電氣、太陽能等，才能把地源熱泵的優(yōu)勢發(fā)揮好。,3

15、9,,3、施工：需要豐富的建筑設(shè)備經(jīng)驗、暖通空調(diào)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、管道、建筑給排水系統(tǒng)、電氣控制與編程及建筑基本知識等專業(yè)； 4、調(diào)試調(diào)節(jié)：需要熟悉手動控制、自動控制，熟悉水暖空調(diào)制冷等系統(tǒng)與設(shè)備、控制、管道間的協(xié)調(diào)調(diào)試配合，調(diào)試與調(diào)節(jié)是檢驗此工程是否達(dá)到設(shè)計要求的關(guān)鍵，決定此工程能否達(dá)到節(jié)能設(shè)計要求的關(guān)鍵；,40,,一、空調(diào)介紹 （一）、 空調(diào)系統(tǒng)組成 1、空調(diào)系統(tǒng)組成 （1）、能源交換系統(tǒng)介質(zhì)如空氣與水等； （2）、冷熱源主機(jī)熱泵與單冷和熱源、主機(jī)房； （3）、連接管道-----水管或冷媒管； （4）、室內(nèi)部分； （5）、輔助：蓄冷熱設(shè)備、輔助冷熱源； （6）、控制系統(tǒng)；,41,,

16、42,,43,44,45,46,,47,,48,,49,50,,51,,2、能源交換系統(tǒng)介質(zhì)：空氣源、水源、地?zé)嵩磁c其他； a、水源：江湖河水源、污水源、地下水源、海水源； b、地?zé)嵩矗ㄋ吹奶厥庑问剑旱叵滤?、地下埋管耦合式地源?c、其他能源：太陽能、風(fēng)能、海洋能； 3、冷熱源主機(jī)： a、熱源：地?zé)幔ㄍ寥馈⒌叵滤┰礋岜?、水源（江海湖河污）熱泵、太陽能、空氣源熱泵如VRV多聯(lián)機(jī)與家用普通空調(diào)熱泵、電鍋爐、燃?xì)忮仩t、直燃式溴化鋰、燃煤鍋爐等； b、冷源：地下水（直接利用）、地?zé)嵩礋岜?、水源熱泵、風(fēng)冷熱泵如VRV多聯(lián)機(jī)與家用普通空調(diào)熱泵、風(fēng)冷單冷機(jī)、水單冷、溴化鋰等,52,,4、連接管道：

17、A、水管：根據(jù)介質(zhì)選擇合適的管材： 地下埋管優(yōu)先采用塑料管如PPR、PE、PVC、玻璃鋼管，其次是鑄鐵管（普通與內(nèi)襯）、鍍鋅管、無縫鋼管等； 室外架空管：無縫鋼管、鍍鋅管、不銹鋼管、鋼塑復(fù)合管、塑料管； 室內(nèi)管：鋼塑復(fù)合管、塑料管（PPR、PE、PVC）、熱鍍鋅、無縫鋼管、薄壁不銹鋼管、覆塑紫銅管； B、氟類冷媒管：紫銅管； 5、室內(nèi)機(jī)： A、風(fēng)機(jī)盤管式：風(fēng)管式、嵌入式又稱卡式、掛壁式、落地式明裝與暗裝； B、輻射式：散熱器、地暖、吊頂或頂棚或地面或墻輻射； C、新風(fēng)：顯熱或全熱交換器、新風(fēng)處理機(jī)、換氣扇、自然通風(fēng)等； 6、輔助能源：蓄冷（蓄冰、蓄低溫冷水）熱（高溫?zé)崴┰O(shè)備、輔助

18、冷熱源如冷卻塔與各種鍋爐等； 7、控制：現(xiàn)場控制--手動和自動、遠(yuǎn)程集中控制---控制中心集中控制,53,,（一）、地源熱泵的特點 1、技術(shù)性：高效節(jié)能 全年土壤溫度（5m以下一般是16-24 ）相對穩(wěn)定，夏季土壤中的溫度低于對應(yīng)氣候條件下空氣溫度，冬季土壤溫度高于空氣溫度 ，理論上講，降低夏季冷凝溫度和冬季提高蒸發(fā)溫度都可提高循環(huán)效率，達(dá)到節(jié)能的效果，土壤對地面空氣溫度波動有衰減和延遲，在耗電量相同的條件下，分別提高夏季供冷量或冬季的供熱量,能效比EER:3.9-6,即夏季投入1KW電能可得3.9-6KW熱能, 性能系數(shù)COP=2.65-5即冬季投入1KW電能，可得到3.0-5KW左右的熱能

19、；并且地埋管熱交換器不需要除霜，減少了結(jié)霜和除霜的能耗，沒有空氣源熱泵除霜時吹冷風(fēng)感.,54,,2、技術(shù)性：性能穩(wěn)定 地下溫度穩(wěn)定：地下的平均溫度基本穩(wěn)定在16度到22度之間，不受室外環(huán)境空氣變化溫度影響 主機(jī)制冷熱穩(wěn)定，不會出現(xiàn)空氣源熱泵越是在需要空調(diào)的情況下越不好 如冬天溫度越低越需要，這時候制熱效果越差； 夏天高溫時候越需要制冷，制冷效果越差; 夏季冷凝溫度升高1或冬季蒸發(fā)溫度下降1電耗約增加1-1.5%;,55,,3、能耗低、初投資低、投資回報高 地源熱泵系統(tǒng)作為樓宇空調(diào)系統(tǒng)，其運(yùn)行費(fèi)用可大大降低。用地源熱泵系統(tǒng)供暖或制冷時，根據(jù)不同的地域、氣候、資源、環(huán)境，運(yùn)行費(fèi)用可比傳統(tǒng)中央空調(diào)

20、系統(tǒng)降低25%-50%； 可供暖、空調(diào)，還可在春夏秋采用熱回收免費(fèi)供生活熱水做到冷暖熱水三合為一 ；一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)，減少設(shè)備初投資； 地源熱泵系統(tǒng)初投資增量回收期約2.5-8年不等。,56,,4、可再生能源利用技術(shù) 地表土壤和水體，收集了47%的太陽輻射能量，比人類每年利用能量的500倍還多。 地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散相對的均衡。對太陽能二次利用，符合可持續(xù)性發(fā)展趨勢不受地域、資源等限制 5、環(huán)保： 污染物排放與空氣源熱泵相比減少40%以上，與電供暖相比減少70%。沒有燃燒、排煙，也沒有廢棄物，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量，是真正的環(huán)

21、保型空調(diào)。 夏季不會向建筑周圍空氣放熱是環(huán)境空氣溫度升高，冬季不會從建筑物周圍空氣吸熱降低環(huán)境空氣溫度。機(jī)組的埋地?fù)Q熱器可以布置在花園、草坪及建筑物周圍地下，不占建筑面積。,57,,6、安全、壽命長： 地源熱泵非常耐用，機(jī)械運(yùn)動部件(主機(jī)為工廠整體組裝)非常少,所有的部件埋在地下或是安裝在室內(nèi),從而避免了室外的惡劣氣候，系統(tǒng)采用閉式循環(huán)減少腐蝕、污染與結(jié)垢，延長設(shè)備使用壽命，同時系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用低； 地下部分（PE管）可保證50年（免維護(hù)），需要維護(hù)的主要是水泵與室內(nèi)管道與室內(nèi)機(jī)---維護(hù)簡單工作量小，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用；地源熱泵機(jī)組正常壽命是25年。 7、應(yīng)用范圍廣 適用廣：可應(yīng)用于賓館、商

22、場、辦公樓、學(xué)校等建筑等需要空調(diào)的新建、改建、擴(kuò)建項目，更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)； 不太適用于：建筑密度很大的地方，地質(zhì)條件比較惡劣的地區(qū)（如：地下巖層比較厚和硬）,58,,地源熱泵的經(jīng)濟(jì)性 1、投資成本組成 包括：鉆井與埋管、地源熱泵機(jī)組、輔助冷熱源和末端空調(diào)系統(tǒng)。根據(jù)項目調(diào)查和工程項目費(fèi)用的測算，在整個系統(tǒng)總投資中，地源部分（包括鉆井、回填、埋管）的材料、安裝與施工等費(fèi)用約占20%--50%； 2、初投資成本分析 初投資（一般性材料）： VRV家用中央空調(diào)：300-350元/m2 地下水地源熱泵： 250-450元/m2 土壤地源熱泵系統(tǒng)：300-650元/m2,59,,地源熱泵投

23、資基本組成：地埋管、地源熱泵主機(jī)與輔助能源和室內(nèi)機(jī)組(一般性材料分析）： a.地源熱泵機(jī)組和水源熱泵機(jī)組相近; b.增加鉆孔埋管費(fèi)用; c.和水源熱泵系統(tǒng)相比, 初投資增加30-80元平方米; d.和風(fēng)冷熱泵相比,初投資增加20-60元平方米;,60,,地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)資料 1、巖土體地質(zhì)勘察（巖土熱物性、初始溫度、凍土層厚度）； 2、地下水水文勘察（地下水靜動水位、水溫、水質(zhì)及地下水徑流方向、速度）； 3、地表水水文勘察（水源性質(zhì)、水面用途、深度、面積；不同深度的地表水水溫、水位動態(tài)變化；地表水水質(zhì)）； 4、垂直地下熱交換器系統(tǒng)的試驗孔調(diào)查測試報告：測試地埋管散熱、吸熱的換熱效率

24、； 5、水平地下熱交換器的試驗坑調(diào)查測試報告：測試水平地埋管散熱、吸熱的換熱效率； 6、地下水系統(tǒng)試驗井的調(diào)查測試報告：測試出水流量、回灌流量、水溫水質(zhì)等；,61,,近年來隨著資源和環(huán)境的問題日益嚴(yán)重，在滿足人們健康、舒適要求的前提下，合理利用自然資源，保護(hù)環(huán)境，減少常規(guī)能源消耗，已成為暖通空調(diào)行業(yè)需要面對的一個重要問題。 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)通過吸收大地（包括土壤、井水、湖泊等）的冷熱量，冬季從大地吸收熱量，夏季從大地吸收冷量，再由熱泵機(jī)組向建筑物供冷供熱而實現(xiàn)節(jié)能，是一種利用可再生能源的高效節(jié)能、無污染的既可供暖又可制冷的新型空調(diào)系統(tǒng)。,62,,在中國，煤作為主要能源, 煤炭在我國能源體系中占

25、主導(dǎo)地位，長期以來，煤炭在我國能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、消費(fèi)結(jié)構(gòu)中一直占有絕對主導(dǎo)地位，盡管近年來，比例略有下降，但仍保持在65%以上，并再次呈現(xiàn)出上升的跡象。2002年煤炭在我國能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例分別由2001年的68.6%和65.3%上升為70.7%和66.1%。 特別在冬季,在國內(nèi)的農(nóng)村和部分城市幾乎全部靠煤取暖。煤是各種能源中污染環(huán)境最嚴(yán)重的能源,只有減少城市地區(qū)煤的使用,城市大氣污染問題是才可能得到解決。 現(xiàn)在各地都在采取措施控制燃煤的數(shù)量,選用電采暖、燃油或者燃?xì)獠膳却胧?但都存在運(yùn)行費(fèi)用高、資源不足和排放CO2這些問題。受能源、特別是一次性能源與環(huán)保條件的限制,傳統(tǒng)的燃油、燃煤

26、中央空調(diào)方式將逐步受到制約。從降低運(yùn)行費(fèi)用、節(jié)省能源、減少排放CO2排放量來看,地源熱泵技術(shù)是一個不錯的選擇。,63,,地源熱泵不需要人工的冷熱源,可以取代鍋爐或市政管網(wǎng)等傳統(tǒng)的供暖方式和中央空調(diào)系統(tǒng)。 冬季它代替鍋爐從土壤、地下水或者地表水中取熱,向建筑物供暖; 夏季它可以代替普通空調(diào)向土壤、地下水或者地表水放熱給建筑物制冷。 同時,它還可供應(yīng)生活用水，可謂一舉三得，是一種有效地利用能源的方式。 地源熱泵（ground source heat pumps）系統(tǒng)包括三種不同的系統(tǒng)： 1、以利用土壤作為冷熱源的土壤源熱泵； 2、以利用地下水為冷熱源的地下水熱泵系統(tǒng)； 3、以利用地表水為冷熱

27、源的地表水熱泵系統(tǒng)。,64,,1.地源熱泵的工作原理 系統(tǒng)通過地源熱泵將環(huán)境中的熱能提取出來對建筑物供暖或者將建筑物中的熱能釋放到環(huán)境中去而實現(xiàn)對建筑物的制冷，夏季可以將富余的熱能存于地層中以備冬用； 同樣，冬季可以將富余的冷能貯存于地層以備夏用。這樣，通過利用地層自身的特點實現(xiàn)對建筑物、環(huán)境的能量交換。,65,,,66,,在制冷狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對冷媒做功，使其進(jìn)行汽-液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。 通過蒸發(fā)器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)將由風(fēng)機(jī)盤管循環(huán)所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時再通過冷凝器內(nèi)冷媒的冷凝，由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終由水路循環(huán)轉(zhuǎn)移至地下水或土壤里。

28、 在室內(nèi)熱量不斷轉(zhuǎn)移至地下的過程中，通過風(fēng)機(jī)盤管，以13以下的冷風(fēng)的形式為房間供冷。,67,,在制熱狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對冷媒做功，并通過換向閥將冷媒流動方向換向。 由地下的水路循環(huán)吸收地下水或土壤里的熱量，通過冷凝器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)，將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時再通過蒸發(fā)器內(nèi)冷媒的冷凝，由風(fēng)機(jī)盤管循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收。 在地下的熱量不斷轉(zhuǎn)移至室內(nèi)的過程中，以35以上熱風(fēng)的形式向室內(nèi)供暖。,68,,系統(tǒng)實際上是指通過將傳統(tǒng)的空調(diào)器的冷凝器或蒸發(fā)器延伸至地下，使其與淺層巖土或地下水進(jìn)行熱交換，或是通過中間介質(zhì)（如防凍液）作為熱載體，并使中間介質(zhì)在封閉環(huán)路

29、中通過在淺層巖土中循環(huán)流動，從而實現(xiàn)利用低溫位淺層地能對建筑物內(nèi)供暖或制冷的一種節(jié)能、環(huán)保型的新能源利用技術(shù)。 該技術(shù)可以充分發(fā)揮淺層地表得儲能儲熱作用，達(dá)到環(huán)保、節(jié)能雙重功效，而被譽(yù)為“21世紀(jì)最有效的空調(diào)技術(shù)”。,69,,2.地源熱泵的發(fā)展歷史 地源熱泵的概念最早出現(xiàn)在1912年瑞士的一份專利文獻(xiàn)中。 開放式地下水熱泵系統(tǒng)在20世紀(jì)30年代被成功應(yīng)用。20世紀(jì)50年代歐洲和美國掀起了研究地源熱泵的第一次高潮，美國愛迪生電子學(xué)院最早研究閉式環(huán)路熱泵系統(tǒng)，印地安納洲的印地安納波利斯是最早安裝閉式環(huán)路地源熱泵系統(tǒng)的。 直到20世紀(jì)70年代，世界石油危機(jī)使得人們關(guān)注節(jié)能、高效用能，地源熱

30、泵的研究進(jìn)入了又一次高潮，這時瑞典的研究人員開始將塑料管應(yīng)用在閉式環(huán)路地源熱泵系統(tǒng)上，地源熱泵的推廣應(yīng)用迅速展開。,70,,經(jīng)過近50年的發(fā)展地源熱泵技術(shù)在北美和歐洲已非常成熟，是一種被廣泛采用的熱泵空調(diào)系統(tǒng)。針對地源熱泵機(jī)組、地?zé)釗Q熱器，系統(tǒng)設(shè)計和安裝有一整套標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、計算方法和施工工藝。在美國地源熱泵系統(tǒng)占整個空調(diào)系統(tǒng)的20%，是美國政府極力推廣的節(jié)能環(huán)保技術(shù)。 到1997年底，美國有超過3萬臺系統(tǒng)在家庭、學(xué)校和商業(yè)建筑中應(yīng)用，另據(jù)地源熱泵協(xié)會統(tǒng)計，美國有600多所學(xué)校安裝有GSHP。 目前美國地源熱泵的銷售數(shù)量以每年20%的速度遞增，2000年全美銷售數(shù)量達(dá)40萬臺。 在實際工程應(yīng)用中

31、，北美對地源熱泵應(yīng)用偏重于全年冷熱聯(lián)供，采用閉式水環(huán)熱泵系統(tǒng)；歐洲國家偏重于冬季供暖，往往采用熱泵站方式集中供熱供冷。我國氣候條件與美國比較相似，所以北美的方式對我國更具借鑒意義。,71,,地源熱泵系統(tǒng)形式 土壤熱交換器地源熱泵 土壤熱交換器地源熱泵（圖（a）（b））是利用地下巖土中熱量的閉路循環(huán)的地源熱泵系統(tǒng)。通常稱之為“閉路地源熱泵”，以區(qū)別于地下水熱泵系統(tǒng)，或直接稱為“地源熱泵”。它通過循環(huán)液（水或以水為主要成分的防凍液）在封閉地下埋管中的流動，實現(xiàn)系統(tǒng)與大地之間的傳熱。 地下耦合熱泵系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的特點是有一個由地下埋管組成的地?zé)釗Q熱器。地?zé)釗Q熱器的設(shè)置形式主要有水平埋管和垂

32、直埋管兩種。水平埋管形式是在地面開12米深的溝，每個溝中埋設(shè)2、4或6根塑料管。,72,,,73,,垂直埋管的形式是在地層中鉆直徑為0.10.15 m的鉆孔，在鉆孔中設(shè)置1組（2根）或2組（4根）U型管并用灌井材料填實。 鉆孔的深度通常為40200m?，F(xiàn)場可用的地表面積是選擇地?zé)釗Q熱器形式的決定性因素。 豎直埋管的地?zé)釗Q熱器可以比水平埋管節(jié)省很多土地面積，因此更適合中國地少人多的國情。 管溝或豎井中的熱交換器成并聯(lián)連接，再通過集管進(jìn)入建筑中與建筑物內(nèi)的水環(huán)路相連接。 在液體溫度較低時，系統(tǒng)中需加入防凍液，北方地區(qū)應(yīng)用時應(yīng)特別注意。,74,,3.2 地下水地源熱泵 地下水源熱泵（圖2.（c））的

33、熱源是從水井或廢棄的礦井中抽取的地下水。 經(jīng)過換熱的地下水可以排入地表水系統(tǒng)，但對于較大的應(yīng)用項目通常要求通過回灌井把地下水回灌到原來的地下水層。 水質(zhì)良好的地下水可直接進(jìn)入熱泵換熱，之后將井水回灌地下，這樣的系統(tǒng)稱為開式系統(tǒng)。 由于可能導(dǎo)致管路阻塞，更重要的是可能導(dǎo)致腐蝕發(fā)生，通常不建議在地源熱泵系統(tǒng)中直接應(yīng)用地下水。 開式系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)牡叵滤畻l件和建筑物參數(shù)下是一個有吸引力的選擇方式，但必須謹(jǐn)慎的使用。,75,,實際工程中更多采用閉式環(huán)路的熱泵循環(huán)水系統(tǒng)，即采用板式換熱器把地下水和通過熱泵的循環(huán)水分隔開，以防止地下水中的泥沙和腐蝕性雜質(zhì)對熱泵的影響。 通常系統(tǒng)包括帶潛水泵的取水井和回灌井。板

34、式熱交換器采取小溫差換熱的方式運(yùn)行，根據(jù)溫度和地下水深度的不同，可以在很大程度上抵消開式系統(tǒng)在性能上的優(yōu)勢。 由于地下水溫常年基本恒定，夏季比室外空氣溫度低，冬季比室外空氣溫度高，且具有較大的熱容量，因此地下水熱泵系統(tǒng)的效率比空氣源熱泵高，COP值一般在34.5，并且不存在結(jié)霜等問題。最近幾年地下水源熱泵系統(tǒng)在我國得到了迅速發(fā)展。,76,,無論是深井水，還是地下熱水都是熱泵的良好低位熱源。 地下水位于較深的地方，由于地層的隔熱作用，其溫度隨季節(jié)氣溫的波動很小，特別是深井水的水溫常年基本不變，對熱泵的運(yùn)行十分有利。,77,,地表水地源熱泵 地表水地源熱泵系統(tǒng)（圖2.（d））由潛在水面以下的、多重

35、并聯(lián)的塑料管組成的熱交換器取代了土壤熱交換器，與土壤熱交換地源熱泵一樣，它們被連接到建筑物中，并且在北方地區(qū)需要進(jìn)行防凍處理。 地表水熱泵系統(tǒng)的一個熱源是池塘、湖泊或河溪中的地表水。在靠近江河湖海等大量自然水體的地方利用這些自然水體作為熱泵的低溫?zé)嵩词侵档每紤]的一種空調(diào)熱泵的型式。 熱泵與地表水的換熱可采用開式循環(huán)或閉路循環(huán)的形式。開式循環(huán)是用水泵抽取地表水在換熱器中與熱泵的循環(huán)液換熱后再排入水體。但水質(zhì)較差時在換熱器中會產(chǎn)生污垢，影響傳熱，甚至影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 更常用的地表水熱泵系統(tǒng)采用閉路循環(huán)，即把多組塑料盤管沉入水體中，熱泵的循環(huán)液通過盤管與水體換熱，可以避免水質(zhì)不良引起的污垢和腐蝕

36、問題。,78,,在實際工程中，有大量的應(yīng)用特性可以幫助我們決定以上系統(tǒng)中的哪一種形式最適宜選擇。 其中包括可用地下水含量、可用地表水面積、現(xiàn)場土地面積、潛在熱回收能力、建筑物高度和規(guī)模、機(jī)房面積和當(dāng)?shù)匾?guī)劃要求等。 制約地源熱泵發(fā)展的因素 影響地源熱泵廣泛應(yīng)用的主要原因是對地源熱泵發(fā)展核心技術(shù)問題的研究和認(rèn)識還很有限。 據(jù)國際最新研究動態(tài)表明，它的核心技術(shù)問題是地埋式換熱器的傳熱強(qiáng)化、地源熱泵系統(tǒng)仿真及最佳匹配參數(shù)的研究。 另一個主要原因是地源熱泵自身存在的缺點：地埋換熱器受土壤性質(zhì)影響較大；連續(xù)運(yùn)行時，熱泵的冷凝溫度或蒸發(fā)溫度受土壤溫度變化的影響而發(fā)生波動；土壤導(dǎo)熱系數(shù)小，使地埋換熱器的

37、面積較大等。,79,,研究地源熱泵還存在以下幾個有待解決的問題： 1、關(guān)于埋地盤管的數(shù)學(xué)模型和土壤熱場特點的理論研究還不夠深入，仍處于試驗階段； 2、由于它涉及鉆探工程，使施工困難，系統(tǒng)投資比較大。 3、我國有關(guān)地源熱泵的現(xiàn)成技術(shù)資料不多，缺少這方面的設(shè)計、生產(chǎn)、安裝和維護(hù)人員，而且生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的廠家少，也是影響地源熱泵在我國推廣發(fā)展的主要因素之一,80,,補(bǔ)充內(nèi)容 制冷工況：冷凍水進(jìn)水溫度12，冷凍出水溫度7，地源水溫18 制熱工況：熱水進(jìn)水溫度40，熱水出水溫度45，地源水溫18 熱水工況：冷水溫度15，熱水溫度55，地源水溫18,81,,,82,。,83,,84,85,,第二篇 地源熱

38、泵技術(shù),86,地源熱泵技術(shù)是一項值得大面積推廣的建筑供能技術(shù)。地源熱泵是一種利用淺層和深層的大地能量，包括土壤、地下水、地表水等天然能源作為冬季熱源和夏季冷源，然后再由熱泵機(jī)組向建筑物供冷供熱的系統(tǒng)，是一種利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空調(diào)系統(tǒng)。 抽取地下水水源熱泵，但由于技術(shù)限制，全部回灌不易做到，監(jiān)督實施也比較困難，而且容易造成地下水污染。 在國外目前大面積推廣使用的是埋管式地源熱泵技術(shù)，是充分利用淺層地?zé)岬淖罴鸭夹g(shù)途徑。 目前埋管式地源熱泵在歐美國家已得到普遍應(yīng)用，已被充分證明是成熟可行的技術(shù)，在我國，建設(shè)部和一些省市的建筑節(jié)能政策中明確提出要推廣使用地源熱泵。 （歐

39、美普遍使用的是在別墅中，在冬天取暖、夏天空調(diào)的地區(qū)）,地源熱泵系統(tǒng)簡介,87,88,89,1.0.1 為使地源熱泵系統(tǒng)工程設(shè)計、施工及驗收，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用，保證工程質(zhì)量，制定本規(guī)范。 1.0.2 本規(guī)范適用于以巖土體、地下水、地表水為低溫?zé)嵩?，以水或添加防凍劑的水溶液為傳熱介質(zhì)，采用蒸氣壓縮熱泵技術(shù)進(jìn)行供熱、空調(diào)或加熱生活熱水的系統(tǒng)工程的設(shè)計、施工及驗收。 1.0.3 地源熱泵系統(tǒng)工程設(shè)計、施工及驗收除應(yīng)符合本規(guī)范外，尚應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。,1 總則,90,2.0.1 地源熱泵系統(tǒng) groud-source heat pump system 以巖土體、地下水或地

40、表水為低溫?zé)嵩?，由水源熱泵機(jī)組、地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)、建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成的供熱空調(diào)系統(tǒng)。根據(jù)地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)形式的不同，地源熱泵系統(tǒng)分為地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)和地表水地源熱泵系統(tǒng)。 對于制冷來說，地源熱泵與常規(guī)冷水機(jī)組最大的區(qū)別是：空調(diào)系統(tǒng)的冷卻水冷卻變?yōu)榈叵滤蛲寥览鋮s。 地下水或土壤冷卻，又有若干種方式。地埋管換熱系統(tǒng)或地下水換熱系統(tǒng)，地下水換熱系統(tǒng)又分為直接和間接換熱等等。,2 術(shù)語,,91,2.0.2 水源熱泵機(jī)組 water-source heat pump unit 以水或添加防凍劑的水溶液為低溫?zé)嵩吹臒岜谩ＭǔＳ兴疅岜?、水空氣熱泵等形式?2.0.3 地?zé)崮芙粨Q系

41、統(tǒng) geothermal exchange system 將淺層地?zé)崮苜Y源加以利用的熱交換系統(tǒng)。 2.0.4 淺層地?zé)崮苜Y源 shallow geothermal resources 蘊(yùn)藏在淺層巖土體、地下水或地表水中的熱能資源。 2.0.5 傳熱介質(zhì) heat-transfer fluid 地源熱泵系統(tǒng)中，通過換熱管與巖土體、地下水或地表水進(jìn)行熱交換的一種液體。一般為水或添加防凍劑的水溶液。,2 術(shù)語,,92,2.0.6 地埋管換熱系統(tǒng) ground heat exchanger system 傳熱介質(zhì)通過豎直或水平地埋管換熱器與巖土體進(jìn)行熱交換的地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)，又稱土壤熱交換

42、系統(tǒng)。 2.0.7 地埋管換熱器 ground heat exchanger 供傳熱介質(zhì)與巖土體換熱用的，由埋于地下的密閉循環(huán)管組構(gòu)成的換熱器，又稱土壤熱交換器。根據(jù)管路埋置方式不同，分為水平地埋管換熱器和豎直地埋管換熱器。 2.0.8 水平地埋管換熱器 horizontal ground heat exchanger 換熱管路埋置在水平管溝內(nèi)的地埋管換熱器，又稱水平土壤熱交換器。,,2 術(shù)語,93,2.0.9 豎直地埋管換熱器 vertical ground heat exchanger 換熱管路埋置在豎直鉆孔內(nèi)的地埋管換熱器，又稱豎直土壤熱交換器。 2.0.10 地下水換熱系統(tǒng)

43、 ground water system 與地下水進(jìn)行熱交換的地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)，分為直接地下水換熱系統(tǒng)和間接地下水換熱系統(tǒng)。 2.0.11 直接地下水換熱系統(tǒng) 由抽水井取出的地下水，經(jīng)處理后直接流經(jīng)水源熱泵機(jī)組熱交換后返回地下同一含水層的地下水換熱系統(tǒng)。,,2 術(shù)語,94,2.0.12 間接地下水換熱系統(tǒng) 由抽水井取出的地下水經(jīng)中間換熱器熱交換后返回地下同一含水層的地下水換熱系統(tǒng)。 2.0.13 地表水換熱系統(tǒng) 與地表水進(jìn)行熱交換的地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)，分為開式地表水換熱系統(tǒng)和閉式地表水換熱系統(tǒng)。 2.0.14 開式地表水換熱系統(tǒng) 地表水在循環(huán)泵的驅(qū)動下，經(jīng)處理直接流經(jīng)水源熱泵機(jī)組或

44、通過中間換熱器進(jìn)行熱交換的系統(tǒng)。 2.0.15 閉式地表水換熱系統(tǒng) 將封閉的換熱盤管按照特定的排列方法放入具有一定深度的地表水體中，傳熱介質(zhì)通過換熱管管壁與地表水進(jìn)行熱交換的系統(tǒng)。,2 術(shù)語,,,,,95,2.0. 16 環(huán)路集管 circuit header 連接各并聯(lián)環(huán)路的集合管，通常用來保證各并聯(lián)環(huán)路流量相等。 2.0.17 含水層 aquifer 導(dǎo)水的飽和巖土層。 2.0.18 井身結(jié)構(gòu) well structure 構(gòu)成鉆孔柱狀剖面技術(shù)要素的總稱，包括鉆孔結(jié)構(gòu)、井壁管、過濾管、沉淀管、管外濾料及止水封井段的位置等。 2.0.19 抽水井 production well

45、 用于從地下含水層中取水的井。 2.0.20 回灌井 injection well 用于向含水層灌注回水的井。,2 術(shù)語,,96,2.0.21 熱源井 heat source well 用于從地下含水層中取水或向含水層灌注回水的井，是抽水井和回灌井的統(tǒng)稱。 2.0.22 抽水試驗 pumping test 一種在井中進(jìn)行計時計量抽取地下水，并測量水位變化的過程，目的是了解含水層富水性，并獲取水文地質(zhì)參數(shù)。 2.0.23 回灌試驗 injection test 一種向井中連續(xù)注水，使井內(nèi)保持一定水位，或計量注水、記錄水位變化來測定含水層滲透性、注水量和水文地質(zhì)參數(shù)的試驗。 2.

46、0.24 巖土體 rock-soil body 巖石和松散沉積物的集合體，如砂巖、砂礫石、土壤等。,2 術(shù)語,,97,3.1.1 地源熱泵系統(tǒng)方案設(shè)計前，應(yīng)進(jìn)行工程場地狀況調(diào)查，并應(yīng)對淺層地?zé)崮苜Y源進(jìn)行勘察。 （此為強(qiáng)制性條文，本標(biāo)準(zhǔn)共2個強(qiáng)制性條文） 3.1.2 對已具備水文地質(zhì)資料或附近有水井的地區(qū)，應(yīng)通過調(diào)查獲取水文地質(zhì)資料。 3.1.3 工程勘察應(yīng)由具有勘察資質(zhì)的專業(yè)隊伍承擔(dān)。工程勘察完成后，應(yīng)編寫工程勘察報告，并對資源可利用情況提出建議。,3.1 一般規(guī)定,,98,3.1.4 工程場地狀況調(diào)查應(yīng)包括下列內(nèi)容： 1 場地規(guī)劃面積、形狀及坡度；（是否滿足打井或埋管面積和位置要求）

47、 2 場地內(nèi)已有建筑物和規(guī)劃建筑物的占地面積及其分布； 3 場地內(nèi)樹木植被、池塘、排水溝及架空輸電線、電信電纜的分布； 4 場地內(nèi)已有的、計劃修建的地下管線和地下構(gòu)筑物的分布及其埋深； 5 場地內(nèi)已有水井的位置。,,3.1 一般規(guī)定,99,3.2.1 地埋管地源熱泵系統(tǒng)方案設(shè)計前，應(yīng)對工程場區(qū)內(nèi)巖土體地質(zhì)條件進(jìn)行勘察。 3.2.2 地埋管換熱系統(tǒng)勘察應(yīng)包括下列內(nèi)容： 1 巖土層的結(jié)構(gòu)； 2 巖土體熱物性； 3 巖土體溫度； 4 地下水靜水位、水溫、水質(zhì)及分布； 5 地下水徑流方向、速度； 6 凍土層厚度。,3.2 地埋管換熱系統(tǒng)勘察,,100,3.3.1 地下水地源熱泵系統(tǒng)方

48、案設(shè)計前，應(yīng)根據(jù)地源熱泵系統(tǒng)對水量、水溫和水質(zhì)的要求，對工程場區(qū)的水文地質(zhì)條件進(jìn)行勘察。 3.3.2 地下水換熱系統(tǒng)勘察應(yīng)包括下列內(nèi)容： 1 地下水類型； 2 含水層巖性、分布、埋深及厚度； 3 含水層的富水性和滲透性； 4 地下水徑流方向、速度和水力坡度； 5 地下水水溫及其分布； 6 地下水水質(zhì)； 7 地下水水位動態(tài)變化。,3.3 地下水換熱系統(tǒng)勘察,,101,3.3.3 地下水換熱系統(tǒng)勘察應(yīng)進(jìn)行水文地質(zhì)試驗。試驗應(yīng)包括下列內(nèi)容： 1 抽水試驗； 2 回灌試驗； 3 測量出水水溫； 4 取分層水樣并化驗分析分層水質(zhì)； 5 水流方向試驗； 6 滲透系數(shù)計算。 3.3

49、.4 當(dāng)?shù)叵滤畵Q熱系統(tǒng)的勘察結(jié)果符合地源熱泵系統(tǒng)要求時，應(yīng)采用成井技術(shù)將水文地質(zhì)勘探孔完善成熱源井加以利用。成井過程應(yīng)由水文地質(zhì)專業(yè)人員進(jìn)行監(jiān)理。,3.3 地下水換熱系統(tǒng)勘察,,102,3.4.1 地表水地源熱泵系統(tǒng)方案設(shè)計前，應(yīng)對工程場區(qū)地表水源的水文狀況進(jìn)行勘察。 3.4.2 地表水換熱系統(tǒng)勘察應(yīng)包括下列內(nèi)容： 1 地表水水源性質(zhì)、水面用途、深度、面積及其分布； 2 不同深度的地表水水溫、水位動態(tài)變化； 3 地表水流速和流量動態(tài)變化； 4 地表水水質(zhì)及其動態(tài)變化； 5 地表水利用現(xiàn)狀； 6 地表水取水和回水的適宜地點及路線。,3.4 地表水換熱系統(tǒng)勘察,,103,4.1.1 地

50、埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計前，應(yīng)根據(jù)工程勘察結(jié)果評估地埋管換熱系統(tǒng)實施的可行性及經(jīng)濟(jì)性。 4.1.2 地埋管換熱系統(tǒng)施工時，嚴(yán)禁損壞既有地下管線及構(gòu)筑物。 4.1.3 地埋管換熱器安裝完成后，應(yīng)在埋管區(qū)域做出標(biāo)志或標(biāo)明管線的定位帶，并應(yīng)采用2個現(xiàn)場的永久目標(biāo)進(jìn)行定位。,4.1 一般規(guī)定,,104,4.2.1 地埋管及管件應(yīng)符合設(shè)計要求，且應(yīng)具有質(zhì)量檢驗報告和生產(chǎn)廠的合格證。 4.2.2 地埋管管材及管件應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 地埋管應(yīng)采用化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)大、流動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。管件與管材應(yīng)為相同

51、材料。 2 地埋管質(zhì)量應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的各項規(guī)定。管材的公稱壓力及使用溫度應(yīng)滿足設(shè)計要求，且管材的公稱壓力不應(yīng)小于1.0MPa。地埋管外徑及壁厚可按本規(guī)范附錄A的規(guī)定選用。,4.2 地埋管管材與傳熱介質(zhì),,105,4.2.3 傳熱介質(zhì)應(yīng)以水為首選，也可選用符合下列要求的其他介質(zhì)： 1 安全，腐蝕性弱，與地埋管管材無化學(xué)反應(yīng)； 2 較低的冰點； 3 良好的傳熱特性，較低的摩擦阻力； 4 易于購買、運(yùn)輸和儲藏。 4.2.4 在有可能凍結(jié)的地區(qū)，傳熱介質(zhì)應(yīng)添加防凍劑。防凍劑的類型、濃度及有效期應(yīng)在充注閥處注明。 4.2.5 添加防凍劑后的傳熱介質(zhì)的冰點宜比設(shè)計最低運(yùn)行水溫低35。選擇防

52、凍劑時，應(yīng)同時考慮防凍劑對管道與管件的腐蝕性，防凍劑的安全性、經(jīng)濟(jì)性及其對換熱的影響。,4.2 地埋管管材與傳熱介質(zhì),,106,4.3.1 地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計前應(yīng)明確待埋管區(qū)域內(nèi)各種地下管線的種類、位置及深度，預(yù)留未來地下管線所需的埋管空間及埋管區(qū)域進(jìn)出重型設(shè)備的車道位置。 4.3.2 地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)進(jìn)行全年動態(tài)負(fù)荷計算，最小計算周期宜為1年。計算周期內(nèi)，地源熱泵系統(tǒng)總釋熱量宜與其總吸熱量相平衡。 4.3.3 地埋管換熱器換熱量應(yīng)滿足地源熱泵系統(tǒng)最大吸熱量或釋熱量的要求。在技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時，可采用輔助熱源或冷卻源與地埋管換熱器并用的調(diào)峰形式。 4.3.4 地埋管換熱器應(yīng)根據(jù)可使用地面面積、

53、工程勘察結(jié)果及挖掘成本等因素確定埋管方式。,4.3 地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計,,107,4.3.5 地埋管換熱器設(shè)計計算宜根據(jù)現(xiàn)場實測巖土體及回填料熱物性參數(shù)，采用專用軟件（瑞典隆德大學(xué)EED、美國Solar Energy 實驗室TRNSYS等）進(jìn)行。豎直地埋管換熱器的設(shè)計也可按本規(guī)范附錄B的方法進(jìn)行計算。 4.3.6 地埋管換熱器設(shè)計計算時，環(huán)路集管不應(yīng)包括在地埋管換熱器長度內(nèi)。 4.3.7 水平地埋管換熱器可不設(shè)坡度。最上層埋管頂部應(yīng)在凍土層以下0.4m，且距地面不宜小于0.8m。 4.3.8 豎直地埋管換熱器埋管深度宜大于20m，鉆孔孔徑不宜小于0.11m，鉆孔間距應(yīng)滿足換熱需要，間距宜為36

54、m。水平連接管的深度應(yīng)在凍土層以下0.6m，且距地面不宜小于1.5m。 4.3.9 地埋管換熱器管內(nèi)流體應(yīng)保持紊流流態(tài)，水平環(huán)路集管坡度宜為0.002。,4.3 地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計,,108,4.3.10 地埋管環(huán)路兩端應(yīng)分別與供、回水環(huán)路集管相連接，且宜同程布置。每對供、回水環(huán)路集管連接的地埋管環(huán)路數(shù)宜相等。供、回水環(huán)路集管的間距不應(yīng)小于0.6m。 4.3.11 地埋管換熱器安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離水井及室外排水設(shè)施，并宜靠近機(jī)房或以機(jī)房為中心設(shè)置。 4.3.12 地埋管換熱系統(tǒng)應(yīng)設(shè)自動充液及泄漏報警系統(tǒng)。需要防凍的地區(qū)，應(yīng)設(shè)防凍保護(hù)裝置。 4.3.13 地埋管換熱系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)特征確定回填料配方，回

55、填料的導(dǎo)熱系數(shù)不應(yīng)低于鉆孔外或溝槽外巖土體的導(dǎo)熱系數(shù)。,4.3 地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計,,,109,4.3.14 地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)根據(jù)實際選用的傳熱介質(zhì)的水力特性進(jìn)行水力計算。 4.3.15 地埋管換熱系統(tǒng)宜采用變流量設(shè)計。 4.3.16 地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮地埋管換熱器的承壓能力，若建筑物內(nèi)系統(tǒng)壓力超過地埋管換熱器的承壓能力時，應(yīng)設(shè)中間換熱器將地埋管換熱器與建筑物內(nèi)系統(tǒng)分開。 4.3.17 地埋管換熱系統(tǒng)宜設(shè)置反沖洗系統(tǒng)，沖洗流量宜為工作流量的2倍。,4.3 地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計,,110,4.4.1 地埋管換熱系統(tǒng)施工前應(yīng)具備埋管區(qū)域的工程勘察資料、設(shè)計文件和施工圖紙，并完成施工組織

56、設(shè)計。 4.4.2 地埋管換熱系統(tǒng)施工前應(yīng)了解埋管場地內(nèi)已有地下管線、其他地下構(gòu)筑物的功能及其準(zhǔn)確位置，并應(yīng)進(jìn)行地面清理，鏟除地面雜草、雜物，平整地面。 4.4.3 地埋管換熱系統(tǒng)施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格檢查并做好管材保護(hù)工作。,4.4 地埋管換熱系統(tǒng)施工,111,4.4.4 管道連接應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 埋地管道應(yīng)采用熱熔或電熔連接。聚乙烯管道連接應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程CJJ101的有關(guān)規(guī)定； 2 豎直地埋管換熱器的U形彎管接頭，宜選用定型的U形彎頭成品件，不宜采用直管道煨制彎頭； 3 豎直地埋管換熱器U形管的組對長度應(yīng)能滿足插入鉆孔后與環(huán)路集管連接的要求，組對好的

57、U形管的兩開口端部，應(yīng)及時密封。,4.4 地埋管換熱系統(tǒng)施工,,112,4.4.5 水平地埋管換熱器鋪設(shè)前，溝槽底部應(yīng)先鋪設(shè)相當(dāng)于管徑厚度的細(xì)砂。水平地埋管換熱器安裝時，應(yīng)防止石塊等重物撞擊管身。管道不應(yīng)有折斷、扭結(jié)等問題，轉(zhuǎn)彎處應(yīng)光滑，且應(yīng)采取固定措施。 4.4.6 水平地埋管換熱器回填料應(yīng)細(xì)小、松散、均勻，且不應(yīng)含石塊及土塊。回填壓實過程應(yīng)均勻，回填料應(yīng)與管道接觸緊密，且不得損傷管道。 4.4.7 豎直地埋管換熱器U形管安裝應(yīng)在鉆孔鉆好且孔壁固化后立即進(jìn)行。當(dāng)鉆孔孔壁不牢固或者存在孔洞、洞穴等導(dǎo)致成孔困難時，應(yīng)設(shè)護(hù)壁套管。下管過程中，U形管內(nèi)宜充滿水，并宜采取措施使U形管兩支管處于分開狀態(tài)

58、。 4.4.8 豎直地埋管換熱器U形管安裝完畢后，應(yīng)立即灌漿回填封孔。當(dāng)埋管深度超過40m時，灌漿回填應(yīng)在周圍臨近鉆孔均鉆鑿?fù)戤吅筮M(jìn)行。,4.4 地埋管換熱系統(tǒng)施工,,113,4.5.1 地埋管換熱系統(tǒng)安裝過程中，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場檢驗，并應(yīng)提供檢驗報告。檢驗內(nèi)容應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 管材、管件等材料應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定； 2 鉆孔、水平埋管的位置和深度、地埋管的直徑、壁厚及長度均應(yīng)符合設(shè)計要求； 3 回填料及其配比應(yīng)符合設(shè)計要求； 4 水壓試驗應(yīng)合格； 5 各環(huán)路流量應(yīng)平衡，且應(yīng)滿足設(shè)計要求； 6 防凍劑和防腐劑的特性及濃度應(yīng)符合設(shè)計要求； 7 循環(huán)水流量及進(jìn)出水溫差均應(yīng)符合設(shè)計要

59、求。,4.5 地埋管換熱系統(tǒng)的檢驗與驗收,,114,4.5.2 水壓試驗應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 試驗壓力：當(dāng)工作壓力小于等于1.0MPa時，應(yīng)為工作壓力的1.5倍，且不應(yīng)小于0.6MPa；當(dāng)工作壓力大于1.0MPa時，應(yīng)為工作壓力加0.5MPa。 2 水壓試驗步驟： 1）豎直地埋管換熱器插入鉆孔前，應(yīng)做第一次水壓試驗。在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少15min，穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%，且無泄漏現(xiàn)象；將其密封后，在有壓狀態(tài)下插入鉆孔，完成灌漿之后保壓lh。水平地埋管換熱器放入溝槽前，應(yīng)做第一次水壓試驗。在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少15min，穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%，且無泄漏現(xiàn)象。 2）豎直或水平地埋管

60、換熱器與環(huán)路集管裝配完成后， 回填前應(yīng)進(jìn)行第二次水壓試驗。在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少30min，穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%，且無泄漏現(xiàn)象。,4.5 地埋管換熱系統(tǒng)的檢驗與驗收,,115,3）環(huán)路集管與機(jī)房分集水器連接完成后，回填前應(yīng)進(jìn)行第三次水壓試驗。在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少2h，且無泄漏現(xiàn)象。 4）地埋管換熱系統(tǒng)全部安裝完畢，且沖洗、排氣及回填完成后，應(yīng)進(jìn)行第四次水壓試驗。在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少12h，穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%。 3 水壓試驗宜采用手動泵緩慢升壓，升壓過程中應(yīng)隨時觀察與檢查，不得有滲漏；不得以氣壓試驗代替水壓試驗。 4.5.3 回填過程的檢驗應(yīng)與安裝地埋管換熱器同步進(jìn)行。,4

61、.5 地埋管換熱系統(tǒng)的檢驗與驗收,,116,5.1.1 地下水換熱系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)勘察資料進(jìn)行設(shè)計。必須采取可靠回灌措施，確保置換冷量或熱量后的地下水全部回灌到同一含水層，并不得對地下水資源造成浪費(fèi)及污染。系統(tǒng)投入運(yùn)行后，應(yīng)對抽水量、回灌量及其水質(zhì)進(jìn)行定期監(jiān)測。（強(qiáng)條，實際上，由于這種系統(tǒng)出現(xiàn)越來越多的無法回灌情況，造成地下水被大量抽取浪費(fèi)，逐漸受到限制） 5.1.2 地下水的持續(xù)出水量應(yīng)滿足地源熱泵系統(tǒng)最大吸熱量或釋熱量的要求。 5.1.3 地下水供水管、回灌管不得與市政管道連接。,5.1 一般規(guī)定,,,,117,5.2.1 熱源井的設(shè)計單位應(yīng)具有水文地質(zhì)勘察資質(zhì)。 5.2.2 熱源井設(shè)計

62、應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)供水管井技術(shù)規(guī)范GB 50296的相關(guān)規(guī)定，并應(yīng)包括下列內(nèi)容： 1 熱源井抽水量和回灌量、水溫和水質(zhì)； 2 熱源井?dāng)?shù)量、井位分布及取水層位； 3 井管配置及管材選用，抽灌設(shè)備選擇； 4 井身結(jié)構(gòu)、填礫位置、濾料規(guī)格及止水材料； 5 抽水試驗和回灌試驗要求及措施； 6 井口裝置及附屬設(shè)施。,5.2 地下水換熱系統(tǒng)設(shè)計,,,,118,5.2.3 熱源井設(shè)計時應(yīng)采取減少空氣侵入的措施。 5.2.4 抽水井與回灌井宜能相互轉(zhuǎn)換，其間應(yīng)設(shè)排氣裝置。抽水管和回灌管上均應(yīng)設(shè)置水樣采集口及監(jiān)測口。 5.2.5 熱源井?dāng)?shù)目應(yīng)滿足持續(xù)出水量和完全回灌的需求。 5.2.6 熱源井位的設(shè)

63、置應(yīng)避開有污染的地面或地層。熱源井井口應(yīng)嚴(yán)格封閉，井內(nèi)裝置應(yīng)使用對地下水無污染的材料。 5.2.7 熱源井井口處應(yīng)設(shè)檢查井。井口之上若有構(gòu)筑物，應(yīng)留有檢修用的足夠高度或在構(gòu)筑物上留有檢修口。 5.2.8 地下水換熱系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)水源水質(zhì)條件采用直接或間接系統(tǒng)；水系統(tǒng)宜采用變流量設(shè)計；地下水供水管道宜保溫。,5.2 地下水換熱系統(tǒng)設(shè)計,,,119,5.3.1 熱源井的施工隊伍應(yīng)具有相應(yīng)的施工資質(zhì)。 5.3.2 地下水換熱系統(tǒng)施工前應(yīng)具備熱源井及其周圍區(qū)域的工程勘察資料、設(shè)計文件和施工圖紙，并完成施工組織設(shè)計。 5.3.3 熱源井施工過程中應(yīng)同時繪制地層鉆孔柱狀剖面圖。 5.3.4 熱源井施工應(yīng)符合現(xiàn)

64、行國家標(biāo)準(zhǔn)供水管井技術(shù)規(guī)范GB 50296的規(guī)定。 5.3.5 熱源井在成井后應(yīng)及時洗井。洗井結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行抽水試驗和回灌試驗。 5.3.6 抽水試驗應(yīng)穩(wěn)定延續(xù)12h，出水量不應(yīng)小于設(shè)計出水量，降深不應(yīng)大于5m；回灌試驗應(yīng)穩(wěn)定延續(xù)36h以上，回灌量應(yīng)大于設(shè)計回灌量。,5.3 地下水換熱系統(tǒng)施工,,,,120,5.4.1 熱源井應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行驗收，且應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)供水管井技術(shù)規(guī)范GB 50296及供水水文地質(zhì)鉆探與鑿井操作規(guī)程CJJ13的規(guī)定。 5.4.2 熱源井持續(xù)出水量和回灌量應(yīng)穩(wěn)定，并應(yīng)滿足設(shè)計要求。持續(xù)出水量和回灌量應(yīng)符合本規(guī)范第5.3.6條的規(guī)定。 5.4.3 抽水試驗結(jié)束前應(yīng)采集水樣，

65、進(jìn)行水質(zhì)測定和含砂量測定。經(jīng)處理后的水質(zhì)應(yīng)滿足系統(tǒng)設(shè)備的使用要求。 5.4.4 地下水換熱系統(tǒng)驗收后，施工單位應(yīng)提交熱源井成井報告。報告應(yīng)包括管井綜合柱狀圖，洗井、抽水和回灌試驗、水質(zhì)檢驗及驗收資料。 5.4.5 輸水管網(wǎng)設(shè)計、施工及驗收應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)室外給水設(shè)計規(guī)范GB 50013及給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范GB 50268的規(guī)定。,5.4 地下水換熱系統(tǒng)檢驗與驗收,,,,121,6.1.1 地表水換熱系統(tǒng)設(shè)計前，應(yīng)對地表水地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行對水環(huán)境的影響進(jìn)行評估。 6.1.2 地表水換熱系統(tǒng)設(shè)計方案應(yīng)根據(jù)水面用途，地表水深度、面積，地表水水質(zhì)、水位、水溫情況綜合確定。 6.1.3 地

66、表水換熱盤管的換熱量應(yīng)滿足地源熱泵系統(tǒng)最大吸熱量或釋熱量的需要。,6.1 一般規(guī)定,,,,122,6.2.4 地表水換熱系統(tǒng)可采用開式或閉式兩種形式，水系統(tǒng)宜采用變流量設(shè)計。 6.2.5 地表水換熱盤管管材與傳熱介質(zhì)應(yīng)符合本規(guī)范第4.2節(jié)的規(guī)定。 6.2.6 當(dāng)?shù)乇硭w為海水時，與海水接觸的所有設(shè)備、部件及管道應(yīng)具有防腐、防生物附著的能力；與海水連通的所有設(shè)備、部件及管道應(yīng)具有過濾、清理的功能。 【這種方式在香港應(yīng)用較為普遍，我們稱之為海水冷卻。】,6.2 地表水換熱系統(tǒng)設(shè)計,,,,123,6.4.1 地表水換熱系統(tǒng)安裝過程中，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場檢驗，并應(yīng)提供檢驗報告，檢驗內(nèi)容應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 管材、管件等材料應(yīng)具有產(chǎn)品合格證和性能檢驗報告； 2 換熱盤管的長度、布置方式及管溝設(shè)置應(yīng)符合設(shè)計要求； 3 水壓試驗應(yīng)合格； 4 各環(huán)路流量應(yīng)平衡，且應(yīng)滿足設(shè)計要求； 5 防凍劑和防腐劑的特性及濃度應(yīng)符合設(shè)計要求； 6 循環(huán)水流量及進(jìn)出水溫差應(yīng)符合設(shè)計要求。,6.4 地表水換熱系統(tǒng)檢驗與驗收,,,,124,6.4.2 水壓試驗應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 閉式地表水換熱系統(tǒng)水壓試驗應(yīng)符合以下