地源热泵及施工简介

1、地源热泵.施工.现场简介,热泵,定义：利用高位能使热量从低位热源流向高位 热源的节能装置 分类（按热源）,地源热泵,地源热泵： 是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。,地源热泵形式,土壤源热泵系统,统 系 管 埋 旋 螺,水源热泵系统,地下水源热泵,地表水源热泵,土壤源热泵空调概述,土壤源热泵,国际能源大会wec 国际能源署iea, 国际制冷学会iir等 国际组织及从事热泵的研究者都普遍认为土壤源热泵是： 在目前和将来最有前途的节能装置和系统 国际空调和制冷行业前沿课题之一 地热利用的重要形式 1998年美国暖通空调工程师学会a

2、shrae技术奖就授予土壤热源热泵系统。,土壤源热泵,被称为： “ 21世纪的一项以节能和环保为特征的 最具有发展前途的绿色空调技术 ”,热,地源热泵示意图夏季,地源热泵示意图冬季,土壤源热泵与普通空调的比较,与其他系统不同之处,土壤源热泵与其他系统最大不同之处在于：夏季冷凝排热去向和冬季蒸发吸热的来源不同。 风冷热泵为：空气 水源热泵为：地下水 地源热泵为：土壤,土壤源热泵的组成,1.土壤换热器 2.水水热泵主机 3.用户末端,土壤源热泵运行基本原理图,土壤源热泵空调系统图,土壤源热泵的特点,可再生能源利用技术 经济有效的节能技术 环境效益显著 一机多用，应用范围广 系统维护费用低，运行可靠

3、 运行稳定，使用舒适,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,1.可再生能源利用技术,土壤源热泵的特点,全年土壤温度（5m以下）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，降低冷凝温度和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,2.经济有效的节能技术,土壤源热泵的特点,污染物排放与空气源热泵相比减少4

4、0%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，没有风扇的能耗和噪声。 夏季不会向建筑周围空气放热，冬季不会从建筑物周围空气吸热。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。,3.环境效益显著,土壤源热泵的特点,土壤源热泵的特点,可供暖、空调，还可供生活热水 一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统 可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑 更适合于别墅住宅的采暖、空调。,4.一机多用，应用范围广,地源热泵非常耐用，机械运动部件非常少 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 地下部分可

5、保证50年 维护少，节省维护费用,5.系统维护费用低，运行可靠,土壤源热泵的特点,机组的运行工况稳定，几乎不受环境温度变化的影响。 寒冷的冬季制热量也不会衰减，更无结霜除霜之虑。 在耗电量相同的条件下，能提高夏季供冷量或冬季或供热量。 系统末端亦可作多种选择，空调效果稳定舒适 。,6.运行稳定，使用舒适,土壤源热泵的特点,土壤源热泵的发展,早在1912年瑞士人h. zoe11y就提出了土壤源热泵应用的思想，但大规模应用直到二战结束后，才在欧美兴起 地下埋管换热器的研究真正开始于1946年。 20世纪50年代初，英国的sumner和von cube 安装了用于住宅供暖的地源热泵 1973年“能源

6、危机”以后，土壤源热泵的研究安装在欧美等国大量出现 进入20世纪90年代，土壤源热泵的应用和发展进入了一个新发展阶段。目前，土壤源热泵在欧美的热泵装置的市场占有份额大约是3。 1993年成立了国际土壤源热泵协会（igshpa）。,土壤源热泵的应用情况,在美国： 截止1985年全国共有14,000台地源热泵 1997年就安装了45，000台 到1999为止已安装了400，000台 每年以10的速度稳步增长 1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19，其 中新建筑中占30。 1998年美国能源部颁布法规，要求在全国联邦政府机构的建筑中推广应用地下耦合热泵供热空调系统。美国总统布什在

7、他的得克萨斯州的宅邸中也安装了地源热泵空调系统。,土壤源热泵的应用情况,中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，（埋深400米深）的地源热泵用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。 据1999年的统计，为家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96，奥地利为38，丹麦为27 。,土壤源热泵的发展（国内）,国内的地源热泵起步较晚，近几年已开始产业化起步，而且处在高速发展阶段。 80年1998年主要以天津大学和天津商学院为主进行土壤热泵模拟实验。 1998年至2004年重庆建筑大学、湖南大学、天津大学、山东建工学院、清华大学等单位在理论研究和实验研究方面有了一定的成果。 最初的

8、地源热泵工程主要是国内一些工程公司代理国外产品做的，近两年国内也出现了很多设备厂商和越来越多工程公司。,土壤源热泵适用性,适用于： 别墅和容积率不太高的公共建筑和办公楼等 附近有足够打孔或埋管的区域，和适宜打孔 或埋管的地质条件 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）,土壤源热泵推广的限制,地埋管的应用可能会受到当地地质条件的制约打孔和埋管要占用部分面积 一次性投资费用比其他系统高，主要是额外增加地下埋管打孔费用 地质情况的不确定性 系统设计的技术要求比较高 政府、建筑设计人员和公众对这一技术缺乏了解,冷却塔辅助冷却复合地源热泵,在冷负荷大于热负荷时

9、，若以夏季冷负荷设计埋管会大大增加初投资，冬季又浪费能源，因此可以采用冷却塔辅助冷却，减少埋管尺寸，降低安装费用。这种形式的系统已成功运用在了多个商用建筑中。,冷却塔补偿系统,太阳能辅助加热复合地源热泵,太阳能辅助系统,在北方，热负荷大于冷负荷，采用太阳能板辅助加热，可以减少土源热泵的尺寸，提高热泵效率。夏季还可以提供生活用热水。,土壤源热泵地下埋管介绍,土壤换热器种类,1.垂直(推荐) 2.水平(用于建筑面积较小) 3.螺旋,垂直埋管,垂直管路闭式系统,特点：不需要直接抽取地下水，不会对本地区地下水的平衡和品质造成任何影响，不会受到国家地下水资源政策的限制。 占地比水平埋管少，热交换比较稳定

10、，打孔的费用比较高。,水平埋管,特点：施工比垂直埋管简单，占地较垂直埋管大，当埋深较浅时，换热易受环境的影响，土方开挖量比较大。,水平闭式系统,螺旋闭式,特点：水平埋管的变种，比水平埋管占地小，单位管长换热比水平埋管小，管用量比较大。,螺旋闭式系统,淹没环路,淹没环路闭式系统,形式,埋深、管径和最小钻孔孔径对应表,垂直土壤换热器,1. 深度,一般为50m120m 占地面积,由孔数和孔距决定 孔的直径,一般为100mm150mm 4. 孔的距离一般为4m8m 5. 孔内的管束: 单u, 双u 6. u形管的材质直径,一般为1pe管,孔内管束,1. 单u 一般用于打孔成本较低(粘土,沙土等) 2.

11、 双u 一般用于打孔成本较高(漂石,花岗岩等),单位长度的换热量,例如：上海地区，夏天放热量6080w/米孔深；冬天吸热量4060w/米孔深 2. 管距, 推荐使用 “弹性分离器” 3. 填料 早期使用膨润土(0.660.74w/mk) 改进后为膨润土+石英砂 现在根据现场情况选用导热性较好的填料,设计过程,1. 制热量(制冷量) 2. 确定孔径, 孔距和埋管直径, 钻孔深度 3. 单位长度地埋管的换热量 4. 钻孔数量 5. 开槽图和钻孔分布图,上海地区土壤源热泵应用分析,上海地区地下5m以下，土壤温度基本恒定，接近全年平均气温（15.7 ），100m处为19左右。 上海地区夏季空调室外计算

12、干球温度为34 ，冬季空调室外计算干球温度为-4 。因此，使用土壤作为热泵机组的吸热和排热场所具有很大的优越性。,土壤源热泵空调经济性分析,1.投资成本分析 包括：钻井、埋管、地源热泵机组和末端空调系统。 cane等（1996）的调查，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%-60%，平均占30%,土壤源热泵空调的经济性分析,初投资费用的比较,1. 机组和水源热泵机组相近 2. 不需要打井 3. 增加钻孔埋管费用 和水源热泵系统相比, 初投资增加30100元平方米 和风冷热泵相比,初投资增加3060元平方米,土壤源热泵空调的经济性分析,2.运行能耗

13、分析 ： mancini等（1996）通过对加拿大和美国的12个地源热泵系统的调查表明，地源热泵的年能耗指标远低于常规空调系统冷热源平均年能耗指标。 一个经过精心设计、安装和运行维护管理的地源热泵系统，在满足同样舒适性标准的前提下，其年运行能耗可仅为常规空调系统的50%。,运行费用,1. 和水源热泵相比增加5-20% 2. 和风冷热泵相比减少20-40% 3. 夏季提供免费的卫生热水,土壤源热泵空调的经济性分析,3.维护和维修费用 ： 不同的建筑物形式，其地源热泵的维护维修费用也不同： 在所调查的建筑物形式中： 学校类建筑的维护维修费用最低 办公类建筑最高 住宅公寓类建筑介于以上两者之间,工

14、施,地源热泵地下换热器施工工艺,一 施工准备,二 竖孔施工（水平埋管等）,三 地下换热器系统连接,地源热泵地下换热器施工工艺,一 、施工准备,1 分析地质资料，进行地下换热器的计算，确定施工方案； 2 分析方案，依据图纸、方案明确任务目标；（前期准备，需打测试 孔，获得相关参数） 准备专用施工机械：钻孔机，回填泵等； 准备专用管材专用回填料（按地质特征进行配 方）等； 5 按图纸要求放线定位，明确打孔位置,现场调查与地质咨询,(1)现场调查 建筑周围是否有树和高架设施 有哪些地下服务设施 实际可用的场地形状和面积 是否便于就近大量排水 附近是否有地表水等水源(通常为200m以内)以供钻井使用

15、是否能提供380伏电源 (2)地质咨询 向地质有关部门咨询 有关这个地区各地层地质构造了解其岩石硬度 地下水的分布情况 (3)将以上两点综合起来加以分析解决确定其可行性与经济性,地源热泵地下换热器施工工艺,二 竖孔施工,1 放线，定位，对点开钻； 掘进 提起钻杆准备埋管； 4 下管直至要求深度。 5 完成打孔施工。 6 试压 7 合格后，回填,地源热泵地下换热器施工工艺,三 地下换热器系统连接,开挖管沟； 管沟挖好后，铺垫回填材料； 按要求将各井内的u形管连接成一个或几个系统，并分别引至机房主机安装位置； 注水冲洗、排气； 按要求试压，试压合格后继续将系统密封、保压； 回填； 系统准备与主机对

16、接。,地下换热器系统连接形式,集管式 非集管式,二次试压和回填,两种回填方法： 第一种，用混和浆通过灌浆管将混和浆灌入孔中，回灌时根据灌浆的快慢将灌浆管逐渐抽出，使混和浆自下而上回灌、封井，确保钻孔回灌密实无空腔。 第二种，采用人工回填的方法，回填物中不得有大粒径的，粒径回填过程必须缓慢进行以保证充实度，减少传热热阻。 前一种回填方法能保证钻井回填紧密，后一种回填方法可以充分增加回填材料的热传导率。在回填结束一段时间后，须采用加热器（制冷）装置通过对土壤加热(制冷）1012小时，来测定土壤传热情况，在分析的基础上对原设计进行修正。,施工现场,施工现场,施工现场,施工现场,施工现场,施工现场,施工现场,施工现场,施工现场,施工现场,公司产品,地源热泵（大机）,(em)srhh和(em)be/srhh系列（意大利产） psrhh系列（上海产）,制冷量140kw2800kw，半封闭螺杆压缩机，可实现部分热回收和全部热回收功能，夏季提供免费的卫生热水，全年提供卫生热水。,地源热泵（小机）,(em)hrhn ;(em)hrhh系列（意大利产） （em）hrhn制冷量5.8kw-40.4