1、合肥熱電集團(tuán)有限公司合肥熱電集團(tuán)有限公司新能源分公司新能源分公司2 201013 3年年1111月月 湯佳佳湯佳佳一一 地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介二二 地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計三三 地源熱泵系統(tǒng)施工地源熱泵系統(tǒng)施工四四 投資造價及運(yùn)行費(fèi)用分析投資造價及運(yùn)行費(fèi)用分析五五 工程實(shí)例及現(xiàn)場圖片工程實(shí)例及現(xiàn)場圖片 主要內(nèi)容1 1、地源熱泵概述、地源熱泵概述 地源熱泵是一種利用淺層和深層的大地能量，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，再由熱泵機(jī)組向建筑物供冷、供熱源和夏季冷源，再由熱泵

2、機(jī)組向建筑物供冷、供熱的技術(shù)，是一種利用可再生能源的新型中央空調(diào)系的技術(shù)，是一種利用可再生能源的新型中央空調(diào)系統(tǒng)。統(tǒng)。一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 2 2、地源熱泵發(fā)展歷史地源熱泵的概念，最早于1912年由瑞士的專家提出，而該技術(shù)的提出始于英、美兩國。 北歐國家主要偏重于冬季采暖，而美國則注重冬夏聯(lián)供。由于美國的氣候條件與中國很相似，因此研究美國的地源熱泵應(yīng)用情況，對我國地源熱泵的發(fā)展有著借鑒意義。 我國在1998年開始推廣地源熱泵技術(shù)。一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 2.2地源熱泵技術(shù)國內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r 近幾年來，地源熱泵技術(shù)開始大量應(yīng)用于工程實(shí)踐，近幾年來，地源熱泵技術(shù)開

3、始大量應(yīng)用于工程實(shí)踐，1996 1996 年至今，遼寧、北京、河北、山東、河南、江蘇、年至今，遼寧、北京、河北、山東、河南、江蘇、浙江、湖北、上海等相繼建成了地源熱泵工程，基本覆浙江、湖北、上海等相繼建成了地源熱泵工程，基本覆蓋了我國大部分地區(qū)。以北京地區(qū)為例，蓋了我國大部分地區(qū)。以北京地區(qū)為例，20002000年源熱泵年源熱泵應(yīng)用項(xiàng)目的建筑面積僅為應(yīng)用項(xiàng)目的建筑面積僅為1717萬平米，萬平米，20052005年達(dá)到年達(dá)到300300萬平萬平米，到米，到20112011年達(dá)到年達(dá)到45004500萬平米，地源熱泵技術(shù)已在國內(nèi)萬平米，地源熱泵技術(shù)已在國內(nèi)迅猛發(fā)展。迅猛發(fā)展。一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡

4、介地源熱泵系統(tǒng)簡介 3、熱泵工作原理、熱泵工作原理 作為自然界的現(xiàn)象，正如水由高處流向低處那樣，熱量也總是從高溫流向低溫。但人們可以創(chuàng)造機(jī)器，如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘，提高溫位進(jìn)行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低，這也是熱泵的節(jié)能特點(diǎn)。 一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 節(jié)流裝置冷凝器蒸發(fā)器壓縮機(jī)供熱側(cè)需熱側(cè)熱泵原理工作原理工作原理地源熱泵是地?zé)崂玫囊环N形式 ,是將低位熱能用熱泵提升為高位熱能加以利用。熱泵機(jī)組是制冷機(jī)的逆循

5、環(huán)一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 4、地源熱泵組成、地源熱泵組成4.1 地源熱泵機(jī)組的組成熱泵與制冷的原理和系統(tǒng)設(shè)備組成及功能是一樣的，對蒸氣壓縮式熱泵（制冷）系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器和節(jié)流閥組成：壓縮機(jī)：起著壓縮和輸送循環(huán)工質(zhì)從低溫低壓處到高溫高壓處的作用，是熱泵（制冷）系統(tǒng)的心臟； 一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 蒸發(fā)器：是輸出冷量的設(shè)備，它的作用是使經(jīng)節(jié)流閥流入的制冷劑液體蒸發(fā)，以吸收被冷卻物體的熱量，達(dá)到制冷的目的；冷凝器：是輸出熱量的設(shè)備，從蒸發(fā)器中吸收的熱量連同壓縮機(jī)消耗功所轉(zhuǎn)化的熱量在冷凝器中被冷卻介質(zhì)帶走，達(dá)到制熱的目的； 膨脹閥或節(jié)流閥：對循環(huán)工質(zhì)

6、起到節(jié)流降壓作用，并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的循環(huán)工質(zhì)流量。 熱泵機(jī)組相關(guān)廠家品牌：見附件1一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 4.2 地源熱泵系統(tǒng)組成 地源熱泵系統(tǒng)主要分三部分（如下圖）：室外地能換熱系統(tǒng)、地源熱泵機(jī)組和室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)。其中地源熱泵機(jī)主要有兩種形式：水水式或水空氣式。三個系統(tǒng)之間靠水或空氣換熱介質(zhì)進(jìn)行熱量的傳遞，地源熱泵與地能之間換熱介質(zhì)為水，與建筑物采暖空調(diào)末端換熱介質(zhì)可以是水或空氣。一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 5、 地源熱泵的分類地源熱泵的分類地源按照室外換熱方式不同可分為三類：1.地表水系統(tǒng) 2.土壤埋盤管系統(tǒng)

7、3. 地下水系統(tǒng)一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 5.1 地表水系統(tǒng) 地表水地源熱泵系統(tǒng)，由潛在水面以下的多重并聯(lián)的塑料管組成的地下水熱交換器取代了土壤熱交換器，與土壤熱交換器地源熱泵一樣，它們被連接到建筑物中。一般情況下，只要地表水冬季不結(jié)冰，均可作為低溫?zé)嵩词褂谩Ｎ覈胸S富的地表水資源，用其作為熱泵的低溫?zé)嵩矗色@得較好的經(jīng)濟(jì)效益。地表水相對于室外空氣是溫度較高的熱源，且不存在結(jié)霜問題，冬季溫度也比較穩(wěn)定。利用地表水作為熱泵的低溫?zé)嵩矗皆O(shè)取水和水處理設(shè)施，如清除浮游生物和垃圾，防止泥沙等進(jìn)入系統(tǒng)，影響換熱設(shè)備的傳熱效率或堵塞系統(tǒng)，而且應(yīng)考慮設(shè)備和管路系統(tǒng)的腐蝕問題。一、一、地源

8、熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 地表水系統(tǒng)示意圖一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 5.2 土壤熱交換器系統(tǒng) 土壤是熱泵良好的低溫?zé)嵩础Ｍㄟ^水的流動和太陽輻射熱的作用，土壤的表層貯存了大量的熱能。土壤的溫度變化不大，并有一定的蓄熱作用。熱泵可以從土壤表層吸收熱量，土壤的持續(xù)吸熱率(能量密度)為20-40wm2，一般在25wm2左右。土壤的主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)溫度穩(wěn)定，全年波動較小，冬季土壤溫度比空氣高，因此熱泵的制熱系數(shù)較高；(2)土壤的傳熱盤管埋于地下，熱泵運(yùn)行中不需要通過風(fēng)機(jī)或水泵采熱，無噪聲，換熱器也不需要除霜；(3)土壤有蓄能作用。 一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 5.3

9、5.3 地下水系統(tǒng)地下水系統(tǒng) 一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 地下水系統(tǒng)示意圖一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 6、 地源熱泵優(yōu)點(diǎn)：地源熱泵優(yōu)點(diǎn)： 1）屬可再生能源利用技術(shù)地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源（通常小于400米深）作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地?zé)豳Y源可以稱之為地能（Earth Energy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地?zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，

10、使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 2） 高效節(jié)能，穩(wěn)定可靠 地能或地表淺層地?zé)豳Y源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，土壤與空氣溫差一般為17度，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高40%60%，因此要節(jié)能和節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用4050左右。通常地源熱泵消耗1KW的能量，用戶可以得到5KW以上的熱量或4KW以上冷量，所以我們將其稱為節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng)。 一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 3）無環(huán)境污染 地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40以上，與電供暖相比，相

11、當(dāng)于減少70以上，真正的實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。 4）一機(jī)多用 地源熱泵系統(tǒng)可供暖、制冷，還可供生活熱水，一機(jī)多用，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)。 5）維護(hù)費(fèi)用低 地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)動部件要比常規(guī)系統(tǒng)少，因而減少維護(hù)，系統(tǒng)安裝在室內(nèi)，不暴露在風(fēng)雨中，也可免遭損壞，更加可靠，延長壽命。 一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 6）使用壽命長 地源熱泵的地下埋管選用聚乙烯和聚丙烯塑料管聚乙烯和聚丙烯塑料管，壽命可達(dá)50年。 要比普通空調(diào)高35年使用壽命。 7）節(jié)省空間 沒有冷卻塔、鍋爐房和其它設(shè)備，省去了鍋爐房，冷卻塔占用的寶貴面積，產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)效益，并改善了環(huán)境外部形象。 一、一、地源

12、熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 7、地源熱泵地下?lián)Q熱器形式與埋管、地源熱泵地下?lián)Q熱器形式與埋管 土壤熱交換器是地源泵機(jī)組設(shè)計的關(guān)鍵。地源熱土壤換熱器有多種形式,如水平埋管、豎直埋管等。這兩種埋管型式各有自身的特點(diǎn)和應(yīng)用環(huán)境。在中國采用豎直埋管更顯示出其優(yōu)越性:節(jié)約用地面積,換熱性能好,可安裝在建筑物基礎(chǔ)、道路、綠地、廣場、操場等下面而不影響上部的使用功能,甚至可在建筑物樁基中設(shè)置埋管,見縫插針充分利用可利用的土地面積。一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 埋管形式埋管形式一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 1） 豎直埋管材料和深度 埋管材料最好采用塑料管,因與金屬管相比,塑料管具有耐腐

13、蝕、易加工、傳熱性能可滿足換熱要求、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)。可供選用的管材有高密度聚乙烯管(PE管),鋁塑管等。豎直埋管的管徑也可有不同選擇,如DN20、DN25、DN32、DN50等。豎直埋管可須根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件而定,可以從20m-200m。確定深度應(yīng)綜合考慮占地面積、鉆孔設(shè)備、鉆孔成本和工程規(guī)模。如果地表土壤層很厚,鉆孔費(fèi)用相對便宜,宜采用較深的豎直埋管,反之,采用淺埋。埋管間距一般以3-6m及以上,要綜合考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)及土壤的傳熱情況。 一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 2 ）豎直埋管換熱器回填、靈敏度 豎直埋管換熱器的形成是從地面向下鉆孔達(dá)到預(yù)計深度,將制作好的U型管下入孔中,然后在孔

14、中回填不同材料。在接近地表層處用水平集水管、分水管將所有U型管并聯(lián)構(gòu)成地下?lián)Q熱器。根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)不同,回填材料可以選用澆鑄混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料選擇要兼顧工程造價、傳熱性能、施工方便等因素。從實(shí)際測試比較澆鑄混凝土換熱性能最好,但造價高、施工難度大,但可結(jié)合建筑物樁基一起施工，現(xiàn)場大部分用泥漿和細(xì)沙回填。 一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 3)單U管與雙U管各有什么特點(diǎn) 根據(jù)埋管形式的不同，一般有單根據(jù)埋管形式的不同，一般有單 U U 形管，雙形管，雙 U U 形形管，套管式管等形式；由于雙管，套管式管等形式；由于雙U U型管在鉆孔內(nèi)具有較高型管在鉆孔內(nèi)具有較高的換熱面積

15、，其換熱效率要優(yōu)于單的換熱面積，其換熱效率要優(yōu)于單U U型管的換熱效率。型管的換熱效率。通常雙通常雙U U形埋管比單形埋管比單U U形埋管僅可提高形埋管僅可提高15%20%15%20%的換熱能的換熱能力。力。一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 4）串聯(lián)或并聯(lián) 地下熱交換器中流體流動的回路形式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種，串聯(lián)系統(tǒng)管徑較大，管道費(fèi)用較高，并且長度壓降特性限制了系統(tǒng)能力。并聯(lián)系統(tǒng)管徑較小，管道費(fèi)用較低，且常常布置成同程式，當(dāng)每個并聯(lián)環(huán)路之間流量平衡時，其換熱量相同，其壓降特性有利于提高系統(tǒng)能力。因此，實(shí)際工程一般都采用并聯(lián)同程式。結(jié)合上文，即常采用單U型管并聯(lián)同程的熱交換器形式。 一、一

16、、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 8、 地源熱泵應(yīng)用方式地源熱泵應(yīng)用方式地源熱泵的應(yīng)用方式從應(yīng)用的建筑物對象可分為家用和商用兩大類，從輸送冷熱量方式可分為集中系統(tǒng)、分散系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。1）家用系統(tǒng)用戶使用自己的熱泵、地源和水路或風(fēng)管輸送系統(tǒng)進(jìn)行冷熱供應(yīng)，多用于小型住宅，別墅等戶式空調(diào)。一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 2 ）集中系統(tǒng)熱泵布置在機(jī)房內(nèi)，冷熱量集中通過風(fēng)道或水路分配系統(tǒng)送到各房間。一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 3 ）分散系統(tǒng)用戶單獨(dú)使用自己的熱泵機(jī)組調(diào)節(jié)空氣。一 般用于辦公樓、學(xué)校、商用建筑等，此系統(tǒng)可將用戶使用的冷熱量完全反應(yīng)在用電上，便于計量，適用于目前的

17、獨(dú)立熱計量要求。4 ）混合系統(tǒng)： 將地源和冷卻塔或加熱鍋爐聯(lián)合使用作為冷熱源的系統(tǒng)，混合系統(tǒng)與分散系統(tǒng)非常類似，只是冷熱源系統(tǒng)增加了冷卻塔或鍋爐。 南方地區(qū)，冷負(fù)荷大，熱負(fù)荷低，夏季適合聯(lián)合使用地源和冷卻塔，冬季只使用地源。 北方地區(qū)，熱負(fù)荷大，冷負(fù)荷低，冬季適合聯(lián)合使用地源和鍋爐，夏季只使用地源。這樣可減少地源的容量和尺寸，節(jié)省投資。分散系統(tǒng)或混合系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一種水環(huán)路熱泵空調(diào)系統(tǒng)形式。一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 5）對幾種地源熱泵系統(tǒng)在工程應(yīng)用中的評述 a、直接利用地下井水的地源熱泵系統(tǒng)：其最大優(yōu)點(diǎn)是非常經(jīng)濟(jì)，占地面積小，但要注意必須符合下列條件：水質(zhì)良好；水量豐富；符合標(biāo)準(zhǔn)

18、。 b、地下埋管的地源熱泵系統(tǒng)：對于垂直式埋管系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)有：較小的土地占用，管路及水泵用電少，其缺點(diǎn)是鉆井費(fèi)用較高；對于水平式埋管系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)有：安裝費(fèi)用比垂直式埋管系統(tǒng)低，應(yīng)用廣泛，使用者易于掌握，其缺點(diǎn)有：占地面積大，受地面溫度影響大，水泵耗電量大。 一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 c、地表水式熱泵：其優(yōu)點(diǎn)有：在10米或更深的湖中，可提供10的直接制冷，比地下埋管系統(tǒng)投資要小，水泵能耗較低，高可靠性，低維修要求、低運(yùn)行費(fèi)用，在溫暖地區(qū)，湖水可做熱源，其缺點(diǎn)有：在淺水湖中，盤管容易被破壞，由于水溫變化較大，會降低機(jī)組的效率。 d、鍋爐/冷卻塔與地下埋管相結(jié)合的混合型地源熱泵系統(tǒng)：

19、適用于空間小，不能單獨(dú)采用地下埋管換熱系統(tǒng)的建筑，冷卻塔和閉環(huán)式系統(tǒng)相結(jié)合制冷，節(jié)省成本；事實(shí)證明該系統(tǒng)是高效率、低費(fèi)用的。 一、一、地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵系統(tǒng)簡介 二、二、地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計1、地埋管形式選擇 地?zé)釗Q熱器的埋管方式主要有兩種形式, 豎直埋管和水平埋管. 選擇哪種方式主要取決于場地大小、當(dāng)?shù)貛r土類型及挖掘成本. 如果場地足夠大且無堅硬巖石, 則水平式較經(jīng)濟(jì). 當(dāng)場地面積有限時,適合采用豎直埋管方式, 很多情況下這是惟一選擇. 水平埋管就是將塑料管水平敷設(shè)在離地面1 2m 的地溝內(nèi). 水平埋管的地?zé)釗Q熱器受地表氣候變化的影響, 效率較低, 而且占地的面積比較大

20、, 在國內(nèi)建筑物比較密集的情況下, 它的使用受到一定的限制. 豎直埋管就是在地層中垂直鉆孔, 孔的深度一般在30 120 米. 在豎直埋管方式中, 由于地下深層土壤溫度比較恒定, 占地面積小, 因此在地源熱泵工程中得到了廣泛的應(yīng)用.二、二、地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計二、二、地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計2、地埋管管材與傳熱介質(zhì) 2.1 地埋管管材 地源熱泵系統(tǒng)地埋管管材應(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。管材與管件應(yīng)為相同材料。由于處理熱膨脹和土壤移位的壓力

21、能力弱，所以不推薦在地埋管換熱器使用PVC管。（材料品牌及價格見附件2） 地埋管質(zhì)量應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的各項(xiàng)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。地埋管的管材及壁厚規(guī)范參見地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范二、二、地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計2.2 傳熱介質(zhì) 傳熱介質(zhì)應(yīng)以水為首選，也可選用符合下列要求的其它介質(zhì)：安全，腐蝕性弱，與地埋管管材無化學(xué)反應(yīng)；較低的冰點(diǎn)；良好的傳熱特性，較低的摩擦阻力；易于購買、運(yùn)輸和儲儲藏。 傳熱介質(zhì)安全性包括毒性、易燃性及腐蝕性。良好的傳熱特性和較低的摩擦阻力損失是指傳熱介質(zhì)具有較大的導(dǎo)熱系數(shù)和較低粘度。可采用的其它傳

22、熱介質(zhì)包括氯化鈉溶液、氯化鈣溶液、乙二醇溶液、丙醇溶液、丙二醇溶液、甲醇溶液、乙醇溶液、醋酸鉀溶液及碳酸鉀溶液。 在傳熱介質(zhì)（水）有可能凍結(jié)的場合，傳熱介質(zhì)應(yīng)添加防凍液。應(yīng)在充注閥處注明防凍液的類型、濃度及有效期。為了防止出現(xiàn)結(jié)冰的現(xiàn)象，添加防凍液后的傳熱介質(zhì)的冰點(diǎn)宜比設(shè)計最低運(yùn)行溫度低35。二、二、地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計3、連接方式 地下熱交換器中流體流動的回路形式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種，串聯(lián)系統(tǒng)管徑較大，管道費(fèi)用較高，并且長度壓降特性限制了系統(tǒng)能力。并聯(lián)系統(tǒng)管徑較小，管道費(fèi)用較低，且常常布置成同程式，當(dāng)每個并聯(lián)環(huán)路之間流量平衡時，其換熱量相同，其壓降特性有利于提高系統(tǒng)能力。因此，實(shí)

23、際工程一般都采用并聯(lián)同程式。二、二、地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計3、常用的連管方式-同程式 二、二、地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計3、常用的連管方式-聯(lián)箱式 二、二、地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計4、水平連接集管分、集水器是傳熱介質(zhì)（水或防凍液）從熱泵到地?zé)釗Q熱器各并聯(lián)環(huán)路之間循環(huán)流動的調(diào)節(jié)控制裝置，設(shè)計時應(yīng)注意各并聯(lián)環(huán)路間的水力平衡及有利于系統(tǒng)排除空氣。與分、集水器相連接的各并聯(lián)環(huán)路的多少，取決于豎直U形埋管與水平連接管路的連接方法、連接管件和系統(tǒng)的大小。二、二、地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計5、地下?lián)Q熱器長計算 地?zé)釗Q熱器的長度直接影響到熱泵機(jī)組的性能和系統(tǒng)的初投

24、資, 因此合理確定地?zé)釗Q熱器的長度是地源熱泵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵. 地?zé)釗Q熱器的設(shè)計主要包括以下內(nèi)容: 地?zé)釗Q熱器的長度的確定; 地?zé)釗Q熱器結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及管路的連接方式.目前, 確定地?zé)釗Q熱器的長度有兩種方法:估算法、計算機(jī)模擬法 二、二、地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計（一）、估算法 所謂估算法就是首先根據(jù)建筑物的峰值冷負(fù)荷或熱負(fù)荷確定出地?zé)釗Q熱器的放熱量或吸熱量, 然后確定地?zé)釗Q熱器的布置方式, 再根據(jù)手冊中給定的單位管長或單位埋管深度的放熱量即可求出所需地?zé)釗Q熱器的長度. （二）、計算機(jī)模擬法 計算機(jī)模擬法是根據(jù)建立的地?zé)釗Q熱器的傳熱模型編制出相應(yīng)的計算軟件, 通過輸入土壤的熱物性參數(shù)

25、和建筑物的負(fù)荷來確定地?zé)釗Q熱器的長度.二、二、地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計（一）、估算法主要步驟（一）、估算法主要步驟 ( (一一) )建筑物冷熱負(fù)荷及冬夏季地下?lián)Q熱量計算建筑物冷熱負(fù)荷及冬夏季地下?lián)Q熱量計算 建筑物冷熱負(fù)荷計算與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計算方法相同。 冬夏季地下?lián)Q熱量分別是指夏季向土壤排放的熱量和冬季從土壤吸收的熱量。可以由下述公式1、2計算：kW (1)kW (2)夏季換熱量夏季換熱量冬季換熱量冬季換熱量式中 Q1 夏季向土壤排放的熱量，kW ;Q1夏季設(shè)計總冷負(fù)荷，kW Q2 冬季從土壤吸收的熱量, kW ;Q2冬季設(shè)計總熱負(fù)荷，kW COP1設(shè)計工況下水源熱泵機(jī)組的

26、制冷系數(shù) COP2設(shè)計工況下水源熱泵機(jī)組的供熱系數(shù) 一般地，地源熱泵機(jī)組的產(chǎn)品樣本中都給出不同進(jìn)出水溫度下的制冷量、制熱量以及制冷系數(shù)、供熱系數(shù)，計算時應(yīng)從樣本中選用設(shè)計工況下的 COP1、COP2 .若樣本中無所需的設(shè)計工況，可以采用插值法計算。 ( (二二) )確定豎井埋管管長確定豎井埋管管長 地下熱交換器長度的確定除了已確定的系統(tǒng)布置和管材外,還需要有當(dāng)?shù)氐耐寥兰夹g(shù)資料,如地下溫度、傳熱系數(shù)等.在實(shí)際工程中,可以利用管材“換熱能力”來計算管長.換熱能力即單位垂直埋管深度或單位管長的換熱量, 此值一般需通過“土壤熱物性測試”得出，一般為3080W/m(井深 (注：此數(shù)值由于經(jīng)驗(yàn)限制,不同的

27、文獻(xiàn)或廠家可能存在不同) . 若為雙U，則換熱能力增加約10-20%。具體計算公式如下: 其中 L 鉆孔總長，m Q 地埋管熱負(fù)荷，kW q 單位鉆孔深度的換熱量，W/mL= Q 1000q二、二、地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計( (三三) )確定豎井?dāng)?shù)目及間距確定豎井?dāng)?shù)目及間距 在國外，豎井深度多數(shù)采用50150m，設(shè)計者可以在此范圍內(nèi)選擇一個豎井深度H，代入下式計算豎井?dāng)?shù)目: 其中 N豎井總數(shù)，個 L豎井總長，m H豎井深度，m 然后對計算結(jié)果進(jìn)行圓整，若計算結(jié)果偏大，可以增加豎井深度，但不能太深，否則鉆孔和安裝成本大大增加。 關(guān)于豎井間距,有資料指出：U型管豎井的水平間距宜為3-6

28、米，一般為4-4.5m。N= L/H二、二、地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計（二）、計算機(jī)模擬法主要步驟（二）、計算機(jī)模擬法主要步驟輸入輸入:建筑負(fù)荷土壤熱物性熱泵參數(shù)場地尺寸和地質(zhì)情況輸出:根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)完成各種設(shè)計參數(shù)的輸出二、二、地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計三三 地源熱泵系統(tǒng)施工地源熱泵系統(tǒng)施工1、工程勘察地源熱泵系統(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。 1）工程場地狀況調(diào)查應(yīng)包括下列內(nèi)容： 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） 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； 場地內(nèi)樹木植被、池塘、排水溝及架空輸電線、

29、電信電纜的分布； 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； 場地內(nèi)已有水井的位置。 三三 地源熱泵系統(tǒng)施工地源熱泵系統(tǒng)施工2）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。 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。 三三 地源熱泵系統(tǒng)施工地源熱泵系統(tǒng)施工2、管道的施工2.1、管道的連接 所有暗埋管道必須采用熱熔或電熔的方法連接。管徑小于等于DE63的管道，宜采用電熔或熱熔承插連接；大于DE63的管道，宜采用熱熔對接連

30、接。由于熔點(diǎn)和使用壽命不同，不同種類的管材或級別不同的管材不應(yīng)熔接。 聚乙烯管道在和鋼管及閥門連接時采用鋼塑過渡接頭和鋼塑法蘭連接。對于小直徑的聚乙烯管（DN63）,一般采用一體式鋼塑過渡接頭；對于大直徑的聚乙烯管（DN63），一般采用鋼塑法蘭連接。 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；三三 地源熱泵系統(tǒng)施工地源熱泵系統(tǒng)施工2.2、水平管道： 聚乙烯管道埋設(shè)在土壤中，應(yīng)遵循聚乙烯管敷設(shè)的特殊要求。由于聚乙烯管較金屬管的強(qiáng)度低，所以一定要注意埋深，這涉及管道承受外荷載和防凍的問題。同時，豎直式地?zé)釗Q熱器的水平埋管應(yīng)埋設(shè)在其他市政管道之下，一般為1.

31、5-2.0m。管道溝挖好后，溝底應(yīng)夯實(shí)，填一層細(xì)沙或細(xì)土，并留有0.0030.005的坡度。三三 地源熱泵系統(tǒng)施工地源熱泵系統(tǒng)施工3、垂直換熱系統(tǒng)的施工3.1、施工前的準(zhǔn)備 地下埋管換熱器施工前應(yīng)對埋管場地的工程地質(zhì)狀況和地質(zhì)剖面圖進(jìn)行研究，特別應(yīng)注意是否有地下管線，以確定鉆機(jī)型式和調(diào)整埋管布局，根據(jù)管道平面布置圖確定鉆孔的具體位置和系統(tǒng)各管道的標(biāo)高。在主管溝末端要挖一個泥漿池，鉆孔過程中產(chǎn)生的泥漿可順管溝流入泥漿池中沉積，可收集作為回填物之用。3.2、施工工序 定位鉆孔 試壓 埋管回填管溝開挖 水平連管試壓 清洗三三 地源熱泵系統(tǒng)施工地源熱泵系統(tǒng)施工3.3、施工方法3.3.1鉆孔 鉆孔是豎埋

32、管換熱器施工中最重要的工序?yàn)楸ＷC鉆孔施工完成后于孔壁保持完整，如果施工區(qū)地層土質(zhì)比較好，可以采用裸孔鉆進(jìn)；如果是砂層，孔壁容易坍塌，則必須下套管。孔徑的大小略大于U型管與灌漿管組件的尺寸為宜，一般要求鉆機(jī)的鉆頭的直徑根據(jù)需要在100mm150mm之間，鉆進(jìn)深度一般為60m-120m，鉆孔總長度由建筑的供熱面積大小、負(fù)荷的性質(zhì)以及地層及回填材料的導(dǎo)熱性能決定，對于大中型的工程應(yīng)通過仔細(xì)的設(shè)計計算確定，地層的導(dǎo)熱性能最好通過當(dāng)?shù)氐膶?shí)測得到。 三三 地源熱泵系統(tǒng)施工地源熱泵系統(tǒng)施工 鉆孔方法：鉆孔主要有螺旋鉆孔法、全套管法、回轉(zhuǎn)斗鉆孔法、沖擊法等方法。由于鉆孔深度較淺，一般采用常規(guī)的正循環(huán)鉆進(jìn)方法。

33、在我國，可以選用普通的工程勘察鉆機(jī)、巖心鉆機(jī)施工。三三 地源熱泵系統(tǒng)施工地源熱泵系統(tǒng)施工3.3.2 U型管現(xiàn)場組裝、試壓與清洗 隨著地埋管地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化，U型管的組裝已逐步在塑料管生產(chǎn)廠內(nèi)完成。但是如上所述，由于種種原因，實(shí)際鉆孔深度常常與其設(shè)計深度有差別，因此U型管在現(xiàn)場組裝、切割為宜，以滿足有可能出現(xiàn)的設(shè)計變更，尤其是鉆孔深度變化的需要。豎直地埋管換熱器的U型彎管接頭，宜選用定型的U型彎頭成品件，不宜采用直管道煨制彎頭。下管前應(yīng)對U型管進(jìn)行試壓、沖洗。然后將U型管兩個端口密封，以防雜物進(jìn)入。冬季施工時應(yīng)將試壓后U型管內(nèi)的水及時放掉，以免凍裂管道三三 地源熱泵系統(tǒng)施工地源熱泵系統(tǒng)施

34、工3.3.3 下管 下管是工程的關(guān)鍵之一，因?yàn)橄鹿艿纳疃葲Q定采取熱量總量的多少，所以必須保證下管的深度。下管方法有人工下管和機(jī)械下管兩種，下管前應(yīng)將U型管與灌漿管捆綁在一起，在鉆孔完畢后，立即進(jìn)行下管施工。 鉆孔完畢后孔洞內(nèi)有大量積水，由于水的浮力影響，將對放管造成一定的困難；而且由于水中含有大量的泥沙，泥沙沉積會減少于孔的有效深度。為此，每鉆完一孔，應(yīng)及時把U型管放入，井采取防止上浮的固定措施。在安裝過程中，應(yīng)注意保持套管的內(nèi)外管同軸度和U型管進(jìn)出水管的距離。對于U型管換熱器，可采用專用的彈簧把U型管的兩個支管撐開，以減小兩支管間的熱量回流。 下管完畢后要保證U型管露出地面，以便于后續(xù)施工。

35、三三 地源熱泵系統(tǒng)施工地源熱泵系統(tǒng)施工3.3.4 灌漿封井 灌漿封井也稱為回填工序。在回填之前應(yīng)對埋管進(jìn)行試壓，確認(rèn)無泄漏現(xiàn)象后方可進(jìn)行回填。正確的回填要達(dá)到兩個目的：一是要強(qiáng)化埋管與鉆孔壁之間的傳熱，二是要實(shí)現(xiàn)密封的作用，避免地下含水層受到地表水等可能的污染。為了使熱交換器具有更好的傳熱性能，國外常選用特殊材料制成的專用灌注材料進(jìn)行回填，鉆孔過程中產(chǎn)生的泥漿等沉淀物也是一種可選擇的回填材料。 回填物中不得有大粒徑的顆粒，回填時必須根據(jù)灌漿速度的快慢將灌漿管逐步抽出，使混合漿自下而上回灌封井，確保回灌密實(shí)，無空腔，減少傳熱熱阻。當(dāng)上返泥漿密度與灌注材料的密度相等時，回填過程結(jié)束。系統(tǒng)安裝完畢，

36、應(yīng)進(jìn)行清洗、排污，確認(rèn)管內(nèi)無雜質(zhì)后，方可灌水。三三 地源熱泵系統(tǒng)施工地源熱泵系統(tǒng)施工3.4 管道試壓與檢漏 1、試驗(yàn)壓力：試驗(yàn)壓力應(yīng)為工作壓力的1.5倍，且不應(yīng)小于0.6MPa。 2、水壓試驗(yàn)布置 1）垂直土壤熱交換器下管前，應(yīng)做第一次水壓試驗(yàn)。在試驗(yàn)壓力下，穩(wěn)壓15分鐘，觀察其壓力降，當(dāng)壓降不大于3%，且無泄漏則認(rèn)為合格。 2）垂直土壤熱交換器密封插入豎井后進(jìn)行第二次水壓試驗(yàn)，方法同上。 3）裝配環(huán)路集管完成后應(yīng)按環(huán)路集管進(jìn)行分組水壓試驗(yàn)，在試驗(yàn)壓力下，穩(wěn)壓30分鐘，觀察其壓力降，當(dāng)壓降不大于3%，且無泄漏則認(rèn)為合格。三三 地源熱泵系統(tǒng)施工地源熱泵系統(tǒng)施工 4、環(huán)路集管與機(jī)房分集水器連接完成

37、后，回填前應(yīng)進(jìn)行第三次水壓試驗(yàn)。試驗(yàn)壓力下，穩(wěn)壓2小時，觀察其壓力降，當(dāng)壓降不大于3%，且無泄漏則認(rèn)為合格。 5、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(yàn)。試驗(yàn)壓力下，穩(wěn)壓12小時，觀察其壓力降，當(dāng)壓降不大于3%，則認(rèn)為合格。 三三 地源熱泵系統(tǒng)施工地源熱泵系統(tǒng)施工三三 地源熱泵系統(tǒng)施工地源熱泵系統(tǒng)施工4、施工中質(zhì)量控制點(diǎn)、施工中質(zhì)量控制點(diǎn) 4.1 現(xiàn)場鉆孔的定位及編號 4.2 材料的進(jìn)場檢驗(yàn)及成品保護(hù) 4.3 下管的控制，深度及管卡的布置 4.4 回填的控制 4.5 壓力試驗(yàn)的檢驗(yàn) 4.6 水平管溝的開挖及標(biāo)高控制 4.7 管道焊接 4.8 管道穿墻防水 四

38、、投資造價及運(yùn)行費(fèi)用分析四、投資造價及運(yùn)行費(fèi)用分析 4.1 4.1 系統(tǒng)簡述系統(tǒng)簡述 地源熱泵系統(tǒng)是將低品位熱量轉(zhuǎn)換成高品位熱量進(jìn)行供熱、制冷的新型能源利用方式之一。與使用燃煤、燃?xì)狻⑷加偷瘸Ｒ?guī)能源方式相比，其能量利用率為3.5以上(燃煤為0.650.85；燃油爐為0.70.9；燃?xì)鉅t為0.80.85；電鍋爐電熱膜的理想值也只能接近于1；空氣源熱泵系統(tǒng)可做到2.5，但在惡劣天氣下效率低，甚至無法啟動)。地源熱泵系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能、一機(jī)多用、維護(hù)量小、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、能源重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)而得以推廣。據(jù)美國環(huán)保署估計，一套設(shè)計安裝良好的地源熱泵系統(tǒng)平均可以節(jié)約(3040)%的運(yùn)行費(fèi)用，可減少污染物排放

39、高達(dá)70%以上 。四四 投資造價及運(yùn)行費(fèi)用分析投資造價及運(yùn)行費(fèi)用分析 4.2 4.2 地源熱泵系統(tǒng)投資造價地源熱泵系統(tǒng)投資造價 地源熱泵系統(tǒng)造價主要有四部分組成：空調(diào)系統(tǒng)末端、熱泵主機(jī)、站房水泵、管道等控制系統(tǒng)、室外埋管系統(tǒng)。其中空調(diào)系統(tǒng)末端、站房水泵、管道、控制系統(tǒng)與其他空調(diào)系統(tǒng)相差無幾。主要差別在室外埋管和熱泵主機(jī)；室外埋管系統(tǒng)約12002000元/kW；冷熱水機(jī) 680900元/kW。綜合概算指標(biāo)約在380450 元/平米。四四 投資造價及運(yùn)行費(fèi)用分析投資造價及運(yùn)行費(fèi)用分析四四 投資造價及運(yùn)行費(fèi)用分析投資造價及運(yùn)行費(fèi)用分析冷熱源方式及序號 項(xiàng)目 1234地源熱泵 冷水機(jī)組與 燃?xì)忮仩t配套

40、 冷水機(jī)組與 城市熱網(wǎng)配套 直燃式溴化鋰 冷熱水機(jī)組 冷熱水機(jī)組（元/kW冷量） 680560560950燃?xì)忮仩t（元/kW熱量） 400 城市熱網(wǎng)（元/m2采暖面積） 100 冷卻塔（元/kW冷量）無 40地下鉆孔及埋管（元/kW）1200無 機(jī)房水泵、管道、控制等 基本相同(2040元/m2)建筑物空調(diào)末端 基本相同（100180元/m2） 初投資概算比較 (熱指標(biāo)100W/m2)初投資（元/m2)4003003503004.3地源熱泵空調(diào)與傳統(tǒng)空調(diào)方式初投資及運(yùn)行費(fèi)用比較地源熱泵空調(diào)與傳統(tǒng)空調(diào)方式初投資及運(yùn)行費(fèi)用比較 冷熱源方式及序號冷熱源方式及序號 項(xiàng)目項(xiàng)目 1 12 23 34 4地源熱泵地源熱泵 冷水機(jī)組與冷水機(jī)組與 燃燃?xì)忮仩t配套氣鍋爐配套 冷水機(jī)組與冷水機(jī)組與 城市城市熱網(wǎng)配套熱網(wǎng)配套 直燃式溴化鋰直燃式溴化鋰 冷熱冷熱水機(jī)組水機(jī)組 季節(jié)季節(jié)夏夏季季 冬季冬季 夏季夏季 冬季冬季 夏季夏季 冬季冬季 冬、夏兩季冬、夏兩季 能源形式能源形式 電電 電電 天然氣天然氣 電電 供熱網(wǎng)供熱網(wǎng) 天然氣天然氣 輕柴油輕柴油 效率效率 4.84.83.53.53.83.80.880