地源热泵应用技术

地源热泵应用技术（精选12篇）

地源热泵应用技术 篇1

一、热泵与建筑空调

(一)热泵空调系统的原理及主要特点

1. 热泵原理

热泵(制冷机)是通过作功使热量从温度低的介质流向温度高的介质的装置。热泵与制冷机的工作原理和过程是完全相同的,从热力学的观点看都是热机工作过程的反循环。热泵与制冷机在名称上的差别只是反映了在应用的目的上的不同:如果以得到高温的热量为主要目的,则一般称为热泵,反之则称为制冷机。

2. 主要特点

建筑的空调系统一般应满足冬季的供热和夏季制冷两种相反的要求。传统的空调系统通常需分别设置冷源(制冷机)和热源(锅炉)。燃煤锅炉是最主要的大气污染源,中小型燃煤锅炉在城市中已被逐步淘汰;燃油和天然气的锅炉虽然减轻了对大气的污染,但排放的温室效应气体(CO2)仍造成环境问题,而且运行费用很高。建筑空调系统由于必须有冷源(制冷机),如果让它在冬季以热泵的模式运行,则可以省去锅炉和锅炉房,不但节省了很大的初投资,而且全年仅采用电力这种清洁能源,彻底解决了大气污染的问题。此外,采用热泵空调系统还可以兼顾生活热水供应,特别在制冷(空调)工况下可利用制冷的废热加热热水,不需额外消耗能量。由此可见节能、环保、节省初投资是热泵空调系统的主要优点。

(二)空调热泵的分类及其优缺点

以建筑物的空调(包括供热和制冷)为目的的热泵系统,其一个热源就是建筑物内部的环境,就其另一个热源的性质来分,可分为空气源热泵、水源热泵和地源热泵等几大类。在冬季供热工况下,室外空气、水或大地中的低品位热量通过热泵作功而提高温度以对建筑物供热。

1. 空气源热泵

空气源热泵利用室外的空气作为低温热源,系统最为简单,因而初投资最省,现有的家用冷暖空调器就是这样的空气源热泵。空气源热泵的缺点是室外空气温度越低时供热量越小,特别是当空气温度低于-5℃时热泵就难以正常工作,需要用电或其他辅助热源对空气进行加热,热泵的效率大大降低。此外,空气源热泵的蒸发器上会结霜,需要定期除霜,也损失相当大一部分能量。在靠近江河湖海等大体量自然水体的地方可以利用这些自然水体作为热泵的低温热源,可以大大提高换热的效率,是值得考虑的一种空调热泵的型式。当然这种方法受到自然条件的限制。

2. 水源热泵

近年来山东省等地开发了“水源热泵”空调技术,也称“地温热泵”,它抽取地下水在热泵中放出热量后再回灌到地下水层。在热量的来源上它可归属于开式的地源热泵;在热泵的技术特点上它应属于水源热泵。推广这种技术有明显的节能和保护大气环境的效益,对宣传和推动热泵技术在空调中的应用也起到了积极的作用。但是,这种“水源热泵”技术也存在明显的先天缺陷,必将妨碍它的实际推广应用。首先,这种抽取地下水的办法需要有丰富的地下水为先决条件,如果地下水位较低,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,但在很多地质条件下回灌的速度大大低于抽水的速度,造成地下水资源的流失。即使能够把抽取的地下水全部回灌,怎样保证地下水层不受污染也是一个棘手的课题。水资源是当前最紧缺、最宝贵的资源,任何对水资源的浪费或污染都是绝对不允许的。因此,对大面积推广这种技术应采取慎重的态度。

3. 地源热泵

另一种热泵利用大地(土壤、地层等)作为热源,可以称之为“地源热泵”。简要地说,地源热泵空调系统主要优点是:环保节能,可持续发展;一机多用,节省建筑空间,无需冷却塔和室外风冷部分,对建筑外观影响小;运行费用低,投资回报快;全年运行,均衡用电负荷。据测算,在济南地区的住宅每平方米建筑面积在一个采暖季节的供热费用在1 0元以下,约为采用电锅炉时的费用的1/3。夏季空调的电耗也大大减少。

现在在国外得到较为广泛应用的地源热泵系统采用介质流经埋在地下的管子与大地(土壤、地层、地下水)进行换热的模式。地源热泵(GroundSource Heat Pump)的概念最早出现在1912年瑞士的一份专利文献中,在20世纪50年代就已在一些北欧国家的供热中得到实际应用。由于石油危机的影响,地源热泵在70年代得到较大的发展,但此时主要采用水平埋管的方式。水平埋管占地面积大,而且,水平埋管的地热换热器受地表气候变化的影响,效率较低。因此这种水平埋管的地源热泵空调系统不适合中国人多地少的国情。虽然它在技术上与垂直埋管的系统基本相同,而且设置较为简单,但在通常情况下可不作为研究和推广的重点。自80年代以来,在北美也形成了利用地源热泵对建筑进行冷热联供的研究和工程实践的新一轮高潮,技术逐渐趋于成熟。这一阶段的地源热泵主要采用垂直埋管的换热器,埋管的深度通常达60～200米,因此占地面积大大减小,应用范围也从单独民居的空调向较大型的公共建筑扩展。国外在开发垂直埋管换热器时对保护地下水资源不受污染给予了高度的重视。在打井、下管以后,再用水泥、膨润土等材料把井筒密封,杜绝了地面污染物进入地下水层或各地下水层之间互相贯通的可能性。垂直埋管有U型管和套管两种型式。

二、地源热泵空调系统组成及主要型式

(一)系统组成

地源热泵空调系统一般由三个必需的环路组成,必要时可增加第四个预热生活热水环路。如图1所示。

1. 地热换热器环路

由高强度塑料管组成的在地下循环的封闭环路,循环介质为水或防冻液。冬季从周围土壤(地层)吸收热量,夏季向土壤(地层)释放热量,其循环有一台低功率的循环泵来实现。

2. 制冷剂环路

即在热泵机组内部的制冷循环,与空气源热泵相比,只是将空气——制冷剂换热器换成水——制冷剂换热器,其它结构基本相同。

3. 室内环路

室内环路在建筑物内和热泵机组之间传递热量,传递热量的介质有空气、水或制冷剂等,因而相应的热泵机组分别应为水——空气热泵机组、水——水热泵机组或水——制冷剂热泵机组。

4. 生活热水环路

将水从生活热水箱送到冷凝器去进行循环的封闭加热环路,是一个可供选择的环路。对于夏季工况,该循环可充分利用冷凝器排放的热量,不消耗额外的能量而得到热水供应;在冬季或过渡季,其耗能也大大低于电热水器。

供热循环和制冷循环可通过热泵机组的四通换向阀,使制冷剂的流向改变而实现冷热工况的转换,即内部转换。也可通过互换冷却水和冷冻水的热泵进出口而实现,即外部转换。

(二)主要型式

根据地源热泵低温热源介质和热泵供热(冷)介质(承担室内负荷的介质)的组合方式不同,地源热泵主机可分为:

水——水系统、水——冷剂系统、水——空气系统热泵。与此相应的空调系统型式主要有三种:

1. 水——水系统

水——水系统热泵主机的制冷工况与普通冷水机组的功能相同,即它是空调系统的冷源,为各种空调系统的末端装置提供冷冻水(二次冷媒)。不同的是它所具有的供热工况——热泵运行方式,能够为空调系统提供45～55℃的热水。在选用该型主机时,应着重注意两点:一是空调系统供热工况或供暖方式末端装置的选择、设计应与热媒参数相匹配;二是该型主机制冷与供热工况间的转换一般是通过机外二次冷媒水与地热换热器循环水流道切换实现的。因此水系统的设计应满足这一要求。

2. 水——冷剂系统

水——冷剂系统热泵主机与冷、热两用的家用分体式空调的工作原理基本相同。不同的是它利用地热换热器循环水作为热泵制冷工况的冷却水和供热工况的低温热源。家用分体空调中体积庞大、噪声污染严重的室外机被两根循环水管所取代。由该型热泵主机组成的空调系统与风机盘管系统基本相同。只是前者承担室内负荷的是制冷剂,而后者是冷冻(热)水。因此,该型热泵主机的选择、设计、安装与控制可参照风机盘管系统进行。

3. 水——空气系统

水——空气系统热泵主机与全空气系统中空调机组的作用相同。不同的是前者自身具备冷热源,其蒸发器(或冷凝器)相当于空调机组的表冷器(或加热器)。因此,该型热泵主机的热效率高于水——水系统热泵主机。在不需要二次冷(热)媒的情况下,宜优先考虑选用这种主机。该机组的选择设计方法与空调机组的基本相同。应注意的是二者的热媒参数有所不同,在确定加热器(冷凝器)面积时应区别对待。

三、某会所地源热泵空调方案简介

(一)工程概况

1. 工程概况与空调负荷

该会所总建筑面积:8600m2;地上三层;该建筑为节能50%建筑。空调冷负荷按500kW计算,热负荷按350kW计算。

2. 方案要点

采用集中地源热泵系统。设置一个热泵机房。集中设置一套地埋管系统。末端采用新风加风机盘管。

以夏季负荷为依据设计机房容量和地埋管。考虑到夏季负荷较大,冬季负荷随小,但运行时间长。因此在方案设计中充分满足夏季空调负荷需要,同时兼顾冬季地下提取热量较多的要求。

3. 初投资估算

会所地源热泵空调初投资估算(见表1)。

(二)空调方案的技术经济比较

1. 经济比较

常见的几种空调方案经济比较(见表2)。

说明:

单位空调面积钻孔费用的高低主要取决于单位空调面积负荷的大小、当地的地质情况和空调设备质量,即单位面积钻孔的多少、钻孔的难易程度和空调设备的档次。

(三)技术比较

常见的几种空调方案技术比较(见表3)。

系统主要特点

方案1:初投资少;运行可靠,需设锅炉房及冷却塔;但耗电量太大,浪费高品质能源,运行费用高。

方案2:锅炉房由换热站取代,符合供热发展趋势,在无入网费时,初投资少;但供暖受外网制约,供暖运行费用较高。

方案3:节约设备用房,施工周期短,但室外机影响建筑立面,运行费用较高,不利于环保、节能。

方案4:可省去锅炉房、冷却塔等设备;运行费用低;安全可靠;节能、环保;维修量小。但初投资较大,占用地下空间。

四、方案设计特点

根据建筑物性质、周边条件、冷热负苟大小及特点,有针对性的采用了集中地埋管地源热泵系统。做到降低能耗和运行费用。在满足建筑物空调要求的前提下,降低工程造价。

(一)方案设计的特点

1. 集中设置分组并联地埋管技术

集中设置地埋管,可实现资源共享,提高地埋管利用率的目的。从而在保证满足需求的前提下,可适当减少地埋管量,降低初投资;多组并联地埋管技术,一方面可提高系统的可靠性和检修的可行性,另一方面便于调节,确保各并联支管间的流量平衡。同时能够适应负荷变化,保证整个地埋管系统运行高效、节能。根据冷热负荷的变化,适时调整地埋管系统运行的最佳配置,做到吸(或放)多少热量,就开通多少地埋管,避免循环流量过大造成的能量的浪费。

2. 精心设计、合理进行施工组织

方案设计中,利用自主开发的设计软件,使设计准确可行;在施工组织方案中,将考虑利用自主开发的岩土层热物性测试仪测定地埋管现场热物性,以便对方案设计进行必要的调整与修正。这一切措施,将提高工程的可靠性,同时适度控制或降低工程造价。

3. 地埋管系统冬取夏蓄,提高了热能的综合利用效益

由于较深的地层中在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度,远高于冬季的室外温度,又低于夏季的室外温度。因此地源热泵可克服空气源热泵的技术障碍,且效率大大提高。此外,冬季通过地埋管与热泵把大地中的热量升高温度后对建筑供热,同时使大地中的温度降低,即蓄存了冷量,可供夏季使用;夏季通过地埋管与热泵把建筑物中的热量传输给大地,对建筑物降温,同时在大地中蓄存热量以供冬季使用。这样在地源热泵系统中较大地起到了蓄能器的作用,进一步提高了空调系统全年的能源利用效率。

4. 节能、环保、可持续发展

系统性能系数较高,节省运行费用25～40%;环保效益显著,减少CO2排量,不向室外排热,不用地下水;可持续发展:热量冬取夏蓄,利用可再生能源;无室外机,设备室内、地下布置,不影响建筑外观,使用寿命长;控制灵活使用方便,能分区、分段或按房间供冷暖,可独立计费;维护费用低,可靠性高,系统简单,维护量少。

(二)地源热泵空调的主要特点

1. 地源热泵空调的主要优点

(1)节能:性能系数较高,节省运行费用25～50%;

(2)环保:减少CO2排量,不向室外排热,不用地下水;

(3)可持续发展:热量冬取夏蓄,利用可再生能源;

(4)无室外机:设备室内、地下布置,不影响建筑外观,使用寿命长;

(5)冷暖兼用:均衡用电负荷,节省建筑空间。

(6)灵活:控制灵活使用方便,能分区、分段或按房间供冷暖,可独立计费。

(7)维护费用低:可靠性高,系统简单,维护量少。

2. 地源热泵空调的主要不足

初投资较高,需要地下埋管空间。

(三)地源热泵空调的应用条件

1. 有一些地用作埋管

地热换热器的设置需要一定的地下空间。地面至地面下约2m以内的空间照常使用。地埋管的面积约为空调面积的三分之一到五分之一。

2. 有一些钱用作初投资

钻孔及地下埋管需要投资。这部分投资,比传统空调中的冷却塔和热交换器要多一些。钻孔及地埋管费用约占地源热泵空调总投资的三分之一到二分之一。

3. 有一些冷、热负荷用作地下热平衡

地源热泵空调系统,利用大地深处冬暖夏凉的特点,通过地热换热器夏天将室内热量释放到地下,冬天从地下吸取热量转移到室内。这种热量的“冬取夏蓄”,保证了地热换热器的高效运行。如果仅有热负荷,即只有冬天取热而无夏天的释放热,或反之,都将导致地下转移热量的不平衡,进而使地热换热器的效率降低。因此,地源热泵空调系统宜用于冬天采暖夏天空调的建筑。

地源热泵应用技术 篇2

北京

1、选用地下（表）水地源热泵补助35元/㎡；

2.、选用地埋管地源热泵和再生水地源热泵补助50元/㎡。

沈阳

1、采用地源热泵水费、电费都有优惠；

2、规定建筑面积大于3000平方米必须采用地源热泵空调，给予一次性

35元—50元/平方米的补助。

重庆

1、利用可再生能源热泵机组的空调，按机组额定制冷量补助800/KW；

2、利用可再生能源提供生活热水的高温热泵机组，按机组额定制热量补

贴900元/KW。

烟台

1、地源热泵供热制冷的项目，按应用建筑面积20元/㎡的标准给予补助；

2、太阳能一体化与地源热泵结合项目按应用建筑面积25元/㎡标准给予

补助；

3、采用地源热泵技术的项目，采用地源热泵部分免缴基础设施配套中的供热外管网部分收费。

宜昌

1、土壤源热泵应用补贴50元/㎡；水源热泵应用补贴40元/㎡；

2、太阳能采暖空调和地源热泵太阳能一体化集成技术应用补贴65元/㎡。合肥

1、地源热泵项目补贴60元/㎡；

2、综合利用太阳能与地源热泵补贴90元/㎡。

天津地源热泵按照供热（冷）面积给予30—50元/㎡的财政补助，最高补助不

超过200万元。

长沙

1、土壤源热泵应用补贴40元/㎡；

2、污水源热泵应用补贴35元/㎡；

3、水源热泵应用补贴30元/㎡；

4、太阳能与地源热泵结合系统项目应用平均补贴53元/㎡。

宁波单体投资额在100万元以上，达到20%以上节能效果的节能项目，按投资

浅析地源热泵技术 篇3

关键词：地源热泵；地热资源（地能）；概念原理；种类安装；高效环保

中图分类号：P754 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）07-

由于全世界经济的快速发展和人口的急剧增长，生态破坏、环境污染和资源匮乏日益严重，节能减排、低碳环保已成为社会持续健康发展的新主题。人类找寻利用低耗高效的能源已成为当务之急，地源热泵就具备这方面得天独厚的优势。

地源热泵技术利用了恒温带地下浅层的含水层即地热资源也称地能（包括地下水、土壤、地表水或海水等）向建筑物冬季供热和生活热水，夏季供冷的高效节能环保空调系统。地源能是一种洁净的可再生能源，它具有热流密度大、方便收集和输送、参数稳定、使用方便、不受区域限制等优点。作为能量来源，依靠少量的高品位能源（如电能）驱动，通过与地能的交换实现低品位热能向高品位能热的转移。冬季里，把地能中的热量“取”出来提高温度后，供给室内取暖；夏季里，把室内的热量“取”出去，释放到地能中，在一个年度里实现一个冷热循环，而且还不影响地下温度的均衡。通常将以土壤的蓄热量、蓄冷量为冷热源的空调系统称为地源热泵。由于系统采用了特殊的换热方式，使高达70%的能量来源于土壤而约30%的能量来自电力，因此这项技术具有传统空调无法比拟的高效节能的特点，它实现了节能与环保的统一。

1 构造及原理

地源热泵和制冷的原理及系统设备的组成功能基本是相同的。

地源热泵系统由三个关键部位组成：室外地能换热系统、地源热泵机组和室内末端装置系统组成。热泵机组为动力部位，由制冷压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀等辅助设备构成闭合回路。压缩机起着压缩和输送制冷剂从低温低压处到高温高压处的作用，是系统的心脏，蒸发器是运送冷量的设备，它的作用是使经膨胀阀流入的制冷剂液体蒸发吸收被冷却物的热量，达到制冷的效果。冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量和压缩机做功转化的热量在冷凝器中被冷却介质（水或空气）一并带走，达到制热的效果。膨胀阀对高温高压制冷剂液体进行节流降压和调节进入蒸发器的制冷剂流量。

1.1 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-液相变转化的循环。通过蒸发器内冷媒的蒸发将风机盘管循环所带的热量吸收至冷媒中在冷媒循环流动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，然后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，经过风机盘管，以低于13℃的冷风形式给房间供冷。

1.2 供暖状态下

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中的热量，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，在冷媒流动循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管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℃以上的热风形式向室内供暖。

2 地源热泵的优点

高效节能：极大地利用了地球浅层地热资源，用1kW电可制造4kW以上的冷热量。

运行费用低：运行费用比传统中央空调节省约50%左右。

节省投资：无须设置冷却塔、锅炉等设备，没有外挂机，没有噪音，节省建筑面积，设备可分期投资。

安全环保：消除了燃烧或爆炸隐患，不向周围环境排放有害气体和排热，没有热岛效应。

运行可靠：系统不受外界气候变化影响，机组运行稳定，使用寿命20年以上，是分体或窗式机的2～4倍。

维护简单：系统结构简单，故障点少，无需专人管理，运行费用低。

独立计费：可分区、分户安装，单独控制，实现独立计费功能。

使用灵活：一机多用，集空调制冷、供暖制热、供生活热水于一体。

3 地源热泵的种类和安装

室外水环路换热系统为热泵机组提供冷热源，根据室外水环路的形式的不同，地源热泵系统可以划分为以下几种类型：开式、闭式、辅助系统。

3.1 开式系统

如果建筑附近地区有诸如湖水、河水、地下水、矿井水这样的自然水源可作为冷热源，开式系统就可利用这样的自然水源作为冷热源，通过热泵技术将水资源中的低品热能转化为用于供热的高品热能以及用作制冷时的冷却水，所耗的能量仅为占总供热（或制冷）量的四分之一的用电量，从而能够节约大量的运行费用。

采用地表水（如湖水、河水等）时，只须从上游取水，向下游回水。而从地下抽取地下水时，须在适当地抽取深度上利用水质较好地下水（地表水）作为直接能源，且抽水井必须有足够的水量以满足机组运行所需水量要求。在这样理想的状况下，地表水（地下水）源热泵系统应用是一种非常经济的系统形式，但受到地下水资源的限制。

3.2 闭式系统

如果建筑物周围有较大的绿化带或空地时可以采用闭式系统。闭式系统是一种以土壤为冷热源的热泵系统，室外水环路系统采用封闭的管线，内加水或防冻液作为中间介质与大地进行热交换。制冷工况时，系统将热量从建筑物内转移到大地，制热工况时，系统从大地吸收热量并转移到建筑物内。利用土壤这样的稳定热源，地源热泵可以全年提供可靠有效的舒适性。

闭式系统包括地下封闭的高密度聚乙烯管（PE管）热交换管路，水或防冻液作为中间介质以及循环泵。当系统处于制冷工况时，管内液体温度将会上升，热量被散发到较冷的大地中去，相对的，当系统处于供热工况时，管内液体温度下降，热量从大地吸入。循环泵运行系统中的循环水或防冻液。

高密度聚乙烯管（PE管）热交换管路可以采用垂直或水平安装，或是浸没在池塘中或湖中。设计适当时，这三种形式都以相似的效率运行，高密度聚乙烯塑料管用于闭合式环路安装，管接头用热熔形成接头，因此接头比管道本身还要结实。管环路的预计使用寿命达50年。环路管长的设计与土壤的性质，埋管方式等多方面因素有关。

3.3 辅助系统

在没有自然的冷热源可利用的情况下，可以采用闭合环路水源热泵系统。夏季采用冷却塔散出系统多余热量，冬季通过辅助热源（如外围热网、辅助锅炉等）补充系统热量，此时系统水环路的水温宜保持在15℃～35℃之间。闭合环路水源热泵系统采用一个双管封闭的水系统并联连接建筑物中各个区域的水源热泵机组，通过闭合环路中水温保持在15℃～35℃之间的水的循环保证机组的运行，为保证系统水温维持在15℃～35℃之间常常需要用辅助热源和散热设备，当系统水温比15℃低时利用加热装置加热，当循环水温高于35℃时，利用冷却塔进行冷却。

4 与其他能源的耗能效率比较

地缘热泵马这些能源的耗能效率比较，效率要高几倍电能：100%，天然气：92%，油料：85% 地源热泵空调：300%～400%。

5 应用范围

学校、宾馆、娱乐城、室内游泳馆、温室、工业建筑厂房、商场医院、大型公共场所、别墅、员工洗澡堂、桑拿馆等的。

概括而言，地源热泵空调系统的能量来源于自然能源，它不向大气环境排放任何有毒有害气体和废水，是一种低碳环保的“绿色空调”，是21世纪可使用的节约高效的供冷、供暖空调技术体系，节能高达70%，经过2～4年的运行，节省的运行费用就可收回该系统的投入成本，没有寒带、温带、热带使用地区的限制，它将为世界经济可持续健康高速发展带来新的契机。

参考文献

[1] 姬安娜，等.环保节能地源热泵技术应用研究[J].

[2] 环境保护与循环经济，2008.

[3] 吴春红.浅谈地源热泵[M].能源与节能，2011.

作者简介：代桂华（1964-），女，陕西西安人，西安市干鲜果副食公司工程师，研究方向：空调制冷工程。

应用地源热泵技术的考虑 篇4

地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术。它利用了地下水、土壤中巨大的蓄热蓄冷能力, 通过埋藏在地下的换热器, 与地下水、土壤或岩石交换热量, 转移地下水、土壤中的热量或者冷量到其所需要的地方。地源热泵全年运行状况稳定, 不需要其他辅助热源及冷却设备即可实现冬季供热、夏季制冷。地源热泵是一项高效节能、环保并能实现可持续发展的新技术。它既不会污染地下水, 又不会造成地面沉降, 一年四季均能提供高品质的冷暖空气, 可为人们营造非常舒适的室内环境。

随着社会的发展, 能源危机、环境问题已经越来越为人们所关注, 地源热泵系统恰恰能够同时解决这2个棘手的难题。

1 地源热泵技术的发展

地源热泵的概念最早出现在1912年瑞士的一份专利文献中。20世纪50年代, 欧洲和美国开始了研究地源热泵的第一次高潮。由于当时能源价格较低, 因而未能得到推广。直到20世纪70年代, 石油危机和日益恶化的环境问题, 把人们的注意力集中到节约能源、高效用能和环境保护时, 地源热泵的研究又一次进入高潮。近20 a来, 地源热泵在欧美等发达国家取得了快速地发展, 已成为一项成熟的应用技术。

在美国, 地源热泵空调系统占整个空调系统的40%, 是美国政府极力推广的节能、环保技术。目前, 美国已安装了60×104台, 且计划每年再安装40×104台, 在家庭、学校和商业建筑中使用, 约提供0.8×104 GW·h/a～1.1×104 GW·h/a的终端能量, 能降低100×104 t的温室气体排放, 相当于减少50×104辆汽车的污染排放或植树40.47×104 hm2, 可节约能源消费4.2×108美元/a。2000年世界相关国家地源热泵应用情况的统计见表1。

表1的数据显示出美国地源热泵的力度最大, 各项指标都超过了世界其他国家的利用规模。美国在1997年时安装12 kW地源热泵仅有4×104台, 2000年时达40×104台, 预计在2010年达到年安装150×104台水平。

在中国, 由于能源价格的特殊性, 人们对节能、环保的认识程度以及其他一些因素的影响, 地源热泵技术的应用和发展比较缓慢。国内的地源热泵发展主要以地下水源采灌方式为主, 多以地下埋管方式做为热源和热汇的热泵系统形式, 近2 a才开始快速增长, 且出现了应用于较大建筑规模的实例, 比如, 北京中石化党校50 000 m2建筑, 华能小汤山培训中心20 000 m2建筑等。随着人们生活水平的提高、人均能耗的增长、一次性矿物能源的日益衰竭以及环境的日趋恶化, 地源热泵技术已越来越引起人们的重视。可以预见, 随着经济的发展以及人们节能、环保意识的日益提高, 地源热泵技术在中国必将有广阔的应用和发展前景。

2 地源热泵的工作原理与分类

2.1 地源热泵制冷原理

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。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发, 将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中, 在冷媒循环的同时, 再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝, 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, 通过冷媒/空气热交换器, 以13 ℃以下的冷风的形式为室内供冷。

2.2 地源热泵制热原理

在制热状态下, 地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功, 并通过四通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, 通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发, 将水路循环中的热量吸收至冷媒中, 在冷媒循环的同时, 再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝, 由空气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, 以强制对流、自然对流或辐射的形式向室内供暖。

2.3 地源热泵空调技术的分类

地源热源在工程上的应用主要为地下耦合热泵系统 (GCHPS) 和地下水热泵系统 (GWHPS) 、地表水热泵系统 (SWHPS) 。因此, 按换热载体分区, 地源热泵空调主要有四种形式:a) 地埋管地源热泵;b) 地下水地源热泵;c) 地表水地源热泵 (包括海水源, 江湖河溪水或地表潜水) ;d) 混合式地源热泵。

地表向下25 m～30 m左右, 一年四季的温度是相对恒定的, 一般在15 ℃～20 ℃左右。地源热泵正是利用地能这一特性, 通过消耗少量的电能, 实现由低温位向高温位或由高温位向低温位的转换, 从而充分地利用地能。在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方, 在夏天可以将室内的余热转移到低位热源中, 达到降温或制冷的目的。

3 地源热泵技术的特点

3.1 地源热泵技术属于可再生能源利用技术

地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源 (通常小于400 m深) 作为冷热源, 进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层是个巨大的太阳能集热器, 收集了47%的太阳能量, 比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制, 真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源, 使得地能也成为清洁的可再生能源。

3.2 地源热泵经济有效高效节能

地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定, 冬季比环境空气温度高, 夏季比环境空气温度低, 是很好的热泵热源和空调冷源, 这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统的运行效率要高40%左右, 因此, 可以节能和节省运行费用40%左右。另外, 地表浅层温度较为恒定的特性, 使得热泵机组的运行更加可靠和稳定, 也保证了系统的高效性和经济性。

全年土壤温度 (5 m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。其能效比 (EER) 为3.9～6.0, 即夏季投入1 kW电能可得3.9 kW～6.0 kW热能;性能系数 (COP) 为2.65～5.0, 即冬季投入1 kW电能, 可得到3.0 kW～5 kW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。

3.3 地源热泵环境效益显著

地源热泵的污染物排放与空气源热泵相比减少40%以上, 与电供暖相比则要减少70%以上。虽然, 同样采用制冷剂, 但比常规空调装置减少25%左右的充灌量, 属于自含式系统, 即该装置可在工厂车间内事先整装密封好, 因此, 制冷剂泄漏的机率大为减少。该装置的运行没有任何污染, 没有燃烧, 没有排烟, 也没有废弃物, 不需要堆放燃料废物的场地, 且不用远距离输送热量。

3.4 能耗低初投资低投资回报高

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%;即可供暖、制冷, 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、空调两套装置或系统, 减少设备初投资;地源热泵系统初投资增量回收期约2.5 a～8.0 a不等。

3.5 地源热泵系统应用范围广泛

地源热泵可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑, 更适合于别墅住宅的采暖及空调使用;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) 。

3.6 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 a (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 a。

4 地源热泵技术的应用方式

地源热泵, 从应用的建筑物对象可分为家用和商用两类;从输送冷热量方式可分为集中系统、分散系统和混合系统。

4.1 家用系统

用户使用自己的热泵、地源和水路或风管输送系统进行冷热供应, 多用于小型住宅, 别墅等户式空调。

4.2 集中系统

热泵布置在机房内, 冷热量集中通过风道或水路分配系统送到各房间。

4.3 分散系统

用户单独使用自己的热泵机组调节空气。一般用于办公楼、学校、商用建筑等, 该系统可将用户使用的冷热量完全反映在用电上, 便于计量, 适用于目前的独立热计量要求。

4.4 混合系统

将地源热泵和冷却塔或加热锅炉联合使用, 作为冷热源的混合系统。混合系统与分散系统非常类似, 只是冷热源系统增加了冷却塔或锅炉。南方地区冷负荷大, 热负荷低, 夏季适合联合使用地源和冷却塔, 冬季只使用地源。北方地区热负荷大, 冷负荷低, 冬季适合联合使用地源和锅炉, 夏季只使用地源。这样可减少地源的容量和尺寸, 节省投资。分散系统或混合系统实质上是1种水环路热泵空调系统形式。

4.5 水环路热泵空调系统

水环路热泵 (WLHP) 空调系统, 由许多台水源热泵空调机组成, 由1个闭式的循环水管路连在一起。该水管路既作空调工况下的冷源, 又作供暖工况下热泵热源。水环路的冷热源可以是地源或锅炉、冷却塔联合方式。夏季运行时, 全部或大多数机组为供冷, 热量水环路排至室外的冷源, 如, 地源或冷却塔;春季/秋季运行时, 对分为内区与周边区的建筑物, 内区需要供冷而周边区需要供热, 内区的热量就可被周边区所利用, 即内区空调的排热与周边区热泵供热所需热量接近平衡时, 室外的冷热源可以停运。这种制冷供热同时进行, 能量在建筑物内部转移, 运行费用最少, 节能效果明显。冬季运行时, 全部或大多数机组为供热, 供热源 (地源或加热源) 把热量补充到水环路。

5 设计地源热泵空调系统需考虑的问题

地源热泵空调系统主要包括两大部分:a) 建筑物内的水环路空调系统;b) 地源热泵空调系统的地下部分, 即地下耦合热泵系统的地下热交换器、地表水热泵系统的地表水热交换器、地下水热泵系统的水井系统。

对于地表水热泵系统, 在利用深层河水、湖水、海水进行吸热与放热的地表水水源热泵系统时, 一般来说, 深度在10 m以下才有利用价值。如果是流动的江、河、溪水, 水温合适的情况下, 才可以使用。工程所在地与设置地下水换热器现场的距离超过500 m的工程, 必须认真进行全面的技术经济比较分析。为解决泥沙和悬浮物对流通面的阻塞问题, 必须对江、河、海水作粗效预处理, 以免为影响换热器的流动换热特性, 增加了运行、保修的费用。

对于地下潜水地源热泵系统, 根据地埋管的传热模型, 应立足不同的地质条件, 土壤的温度和热物性参数, 确定是否采取浅炽地能采集方式。这是因为在抽水并回灌于其他井的同时, 会造成井中砂的移动, 致使抽水慨的塌陷和回水井堵塞, 缩短了井的寿命;大量抽取和回灌地下水会造成地下水位的不平衡, 有可能危害地上的建筑物;在30 m～300 m深的地下, 只要其全年的总取热量与总排热量相等, 才能持久地维持恒温带的状态。因此, 必须遵守年热平衡原则, 每年夏季累计向地下排放的热量与冬季累计吸取的热量保持基本平衡, 否则改变了地内温度, 会影响地质环境, 甚至影响植物的生长。为此, 中国目前多采取技术相对成熟、利用可行性较大、实施的工程项目较多的是地下水热泵系统。

另外, 因为中国还没有颁布水源热泵机组的生产技术标准, 国内厂家的产品质量差别较大, 有些产品技术参数不完整、不准确, 很多厂家没有实测手段, 不能提供水源热泵机组所需要的技术数据, 甚至不排除某些技术力量差的厂家根本就没有弄清楚水源热泵机组和常规冷水机组的技术差异, 直接拿常规冷水机组作为水源热泵机组推销到市场使用, 所以选择水源热泵系统设备时必须审慎。

对于地源热泵空调工程除进行初期地质勘测外, 还应该设置监测井, 对地下水的生产量、回灌量、水温、水质、含水层厚度变化等进行定期、持久的监测。保证存储完整水文地质资料。

为了及时掌握地源热泵系统对城市地下水资源、周围建筑、整个城市地层结构产生的影响的可能, 以及工程失败的风险性。在行政管理上, 打井抽取地下水等方面, 应当由地质勘查、国土资源、城市环保、自来水公司等部门共同制定统一的管理条例, 组织管理地源热泵系统的地下水使用。

从经济和技术的角度出发, 建设地源热泵系统, 其地下部分无论是埋管、打井, 还是设置湖泊、河流、海洋的水下换热器或取水装置, 为蓄能井选址进行土质和地下水勘探等的作业, 必须具有水文地质与海洋专业资质的专业队伍承担;其地上部分, 无论是建筑物的全年冷、热负荷计算与全年分布规律, 还是室内外的水系统设计, 也必须具有地源热泵系统设计资质的单位进行。

为了使地源热泵系统健康发展, 还应当促进空调行业与水文地质勘探、海洋海港行业之间的沟通和合作。

6 地源热泵工程施工关键问题分析

6.1 场地踏勘

场地踏勘, 除了进行场地调查以外, 关键是通过钻孔勘探, 采集包括土壤导热系数、土壤温度及其随深度和季节变化的规律等土壤热参数。

6.2 系统设计

由于地源热泵换热器中的供热采暖网循环介质与大地之间的换热情况相当复杂, 因此, 对换热器的系统设计, 主要包括埋管形式、埋管或竖井间距、埋深、管径、循环介质的流量等以及施工中应重点考虑的供热采暖网素。

水平埋管分单层和多层, 其中, 单层水平埋管最佳深度为0.8 m～1.0 m, 换热效果随气候变化较大, 而多层管中的下层管处于较低的温度场, 换热效果比单层要好, 但可能造价较高。一般使用较多的是双层管, 最佳深度为1.2 m～1.9 m。无论哪种类型, 管子一定要埋设在当地的冰冻深度以下。

U型管热交换器的管径一般在50 mm以下, 埋深可达200 m以上, 主要用于埋管面积较小的地区。U型管的水平间距一般为4.5 m, 也有6 m的实例, 实际上其间距应与埋管深度、回路形式、管径以及系统使用状况有关。

套管式换热器外管直径可达200 mm, 由于增大了换热面积可减少孔数和埋深, 但内外腔之间会带来一定的热损失。

单管型在国外被称为“热井”, 可降低安装费和运行费, 但由于不下外管, 受水文地质条件限制太大。

6.3 系统安装

垂直埋管的施工主要包括钻孔、换热器安装、试压和回填, 其中, 任一步骤都极为关键, 因此, 应该由有资质和经验的施工队伍来完成。

6.4 现场施工

垂直埋管的施工包括, a) 钻孔时, 由有专门的地质员进行包括岩性描述、井深、地下水位, 泥浆消耗等的地质编录;成井后, 进行地球物理测井, 对地温进行测量;b) 钻孔完成后应立即下管安装换热器, 并采取防止上浮的固定措施;c) 在回填之前必须进行试压, 确保无泄露;d) 回填物中不得有大粒径的颗粒, 回填过程必须缓慢进行, 以保证充实度, 减小传热热阻。水平埋管的施工包括挖沟、下管、试压和回填, 其中, 回填是关键。在回填过程中应在每根盘管周围铺设50 mm～100 mm厚的砂层, 以使管道与大地之间结合紧密, 提高传热效果。

7 中国地源热泵技术发展目前存在的主要问题

近些年, 国家鼓励节能减排技术和清洁能源的发展, 地源热泵的发展得到了政府的大力支持, 并在政策上给予了一定的优惠条件, 政府、市场对地源热泵技术的产品需求比较旺盛。需求的增长自然带动市场的发展, 因此, 地源热泵的发展速度非常迅猛。目前, 地源热泵技术已经成为供暖制冷领域利用可再生能源实现节能、环保、供热费用低廉的主要技术手段。

尽管近2 a地源热泵的发展速度直线上升, 人们对新能源、新的节能技术手段认可度大大提升, 然而, 在市场推广过程中, 不可避免地遇到了一些较为棘手的问题。

7.1 企业进入行业盲目 缺乏系统学习

市场混乱的原因之一就是企业盲目的入行。实际上, 地源热泵是一项成熟的技术, 只是使用者对其缺乏全面的学习和掌握。众所周知, 地源热泵是从国外引进的一项技术, 在中国并没有多长时间的实践, 且很多企业都是转型而来, 这样就导致不同行业的转型存在不同的问题。

7.2 业主投资盲目项目节能效果不会合理判断

地源热泵协会做过很多项目的评估、诊断。其中, 发现业主投资很盲目, 往往只是听说该项目政府会给予补贴就盲目投资, 并不了解具体项目, 不考虑地区可行性、系统节能效果、施工单位的经验等。这样的盲目投资最终导致的结果不仅达不到“节能”反而是“浪费”。

7.3 缺乏可操作的准入制度和科学评价体系

如果没有1个市场准入制度, 没有对操作者个人资质和对实施单位资质的严格管理, 那么, 任何人都可以成立公司做地源热泵业务, 这样最终导致的结果只能是节能效果不佳或可靠性大大降低。

沈阳应用地源热泵的面积是多少 篇5

沈阳是中国国家建设最早确定地源热泵试点城市之一,现在地源热泵在沈阳地区的应用已达到5941万平方米,每年能节省137万吨煤炭资源。这个项目可以用来通过浅层地热资源的高效利用,可缓解当前能源压力、大规模的减少温室气体排放,达到节能的目的和减排。

据悉,沈阳1997年开始第一次地源热泵项目,是我国早期浅层地温能开发和利用的城市。国家建设部确定试点城市地源热泵、沈阳在推广应用对地源热泵技术取得了显著的成绩。到目前为止,沈阳地源热泵技术应用面积已达5941万平方米,近三分之一的全市总面积加热,现在的规模应用动量、年BiaoMei能节省吨。沈阳已经清楚地在“四大城市发展空间”3551平方公里范围内,地源热泵的应用与所有条件的地区,并在原理,利用地源热泵技术规划和建设。

据了解, 地源热泵技术可降低人们的推广应用煤、石油等不可再生的资源利用率。在同一时间对热源是属于可再生资源,具有分布广、回收、可用性强、清洁环保的特点,使用起来更加方便安全。所以在应用对地源热泵推广是节约能源和环境保护规划的有效途径。

地源热泵应用技术 篇6

摘 要：地源热泵技术具有节能、高效的特性，比其他采暖供热系统更具优越性，所以在当前的建筑暖通工程施工中得到了广泛应用。在本篇文章中，笔者主要论述了地埋管地源热泵技术，详细探讨了该技术的特点以及施工方法，指出该种采暖技术应用于建筑暖通工程中时，能更快更好的实现建筑采暖，为建筑节能做出贡献，值得在以后工作中大量推广。

关键词：地源热泵；技术；暖通工程

地源热泵是一种以浅层地热能源既能制冷又能制热的特性为依据而形成的高效节能空调设备。它能够通过少量高品位能源的输入，而实现低温位热能向高温位热能的转移。我国在城市化建设中所面临的能源紧缺问题使得这种新型的地源热泵技术成为了能源优化战略的必然选择与发展趋势，大量的实践研究结果表明：地源热泵技术正在以20%以上的速度在世界范围内大规模兴起，这种技术不仅较传统的制冷制热技术在能源需求方面有所改善，同时还有效的节约了成本开支，是城市供暖供冷的最理想选择。如何在地源热泵技术这种优越的发展背景下，将其与暖通空调设计相结合，使其在供暖质量一定的基础上，兼顾成本开支与节能的问题，已成为当前相关工作人员需要特别加以关注的问题之一。

一、地源热泵技术的优越性

地源热泵技术不会对环境造成影响，是一种环保的技术相对于用电供暖来说其污染物的排放要减少 70% 以上，对于空气泵技术来说减少 40% 以上。由于地埋管热源热泵技术术语自含式系统，所以其运行说泄露的制冷剂的几率比较小，也不会对环境造成重大的影响。因为地埋管地源热泵技术不需要燃烧等，从而对于能源的需求比较低，而且对于传统的空调系统来说其效率提高了40%以上，从而能够小小地节约能源和运行成本。同时地源热泵技术机组具有量的稳定性和可靠性，所以整个系统具有高效性和经济性。因为地埋管地源热泵技术利用的是地热资源，而所谓的地热资源也就是是地能，是对太阳能的一种转变利用，能够吸收47%的太阳能量，太阳能是一种取之不尽用之不竭的可再生能源，所以地埋管地源热泵技术是一个可再生能源的利用技术。

二、地源热泵技术的原理

与其他采暖系统相比，地源热泵技术不仅能实现建筑供热采暖，还能在供热过程中减少能源损耗，实现建筑节能。分析地源热泵技术的工作原理，发现其主要是对地表，或地下浅层的热能进行利用，并通过地表热能利用方式来调节、控制建筑物的室内温度，实现对建筑室内环境的改善。地源热泵技术在实际应用时能进行能量转移，将高温热源中的能量转移到低温热源中，并以此来保证建筑室内热能的平衡与均匀分布，为居住者营造一个良好的、舒适的居住环境。如果建筑物选用该技术进行暖通施工，当建筑物温度较高时，室内温度会通过地源热泵系统传输并释放到土壤中，而当建筑物温度相对较低时，地源热泵技术又会将能量从土壤中释放出来，回升建筑物温度，达到提高建筑室内温度的目的。

三、地源热泵技术在建筑暖通工程中的应用

（一）地埋管地源技术在暖通工程中的钻孔施工

地埋管地源技术在施工应用时要与其他工程相互配合，尤其是钻孔施工，要综合考虑到其他工程特点，避免钻孔施工对其他工程造成影响。实际施工时可采用的措施有：钻孔时注意建筑工程电缆施工，提前了解并掌握好电缆的分布路线，钻孔时避开电缆，以免出现电缆损坏问题。钻孔时，钻孔孔数要按照施工面积的多少来确定，而钻孔的位置则要根据施工地面的特点来定位。正式钻孔时要尽量保证钻机和钻杆的垂直度，防止钻机钻杆发生倾斜，钻到其他地方，破坏其他工程的质量。为了提高钻孔施工效益，要在钻孔和钻孔之间挖设一个泥浆池，目的是装载地面泥浆，防止泥浆窜流，污染施工场地，给施工带来麻烦。钻孔过程中要一边钻孔一边执行泥浆灌入，随时控制好钻孔质量，防止在钻孔过程中发生塌孔现象。

（二）地埋管地源热泵技术在暖通工程中的预组装施工

在进行现场预组装的时候要注意hdpe管的热熔管头的清洁度，对于管径小于或等于de50的时候，对于管材的切割采用旋转切刀，对于管径大于de50的时候采用的是手工木工锯；当hdpe管在地面连接完成以后要对管道进行试压，只有在试压合格以后才可以埋管，等井回填完以后还要对管道进行再试压，等试压合格以后再进行水平干管的连接；水平干管连接完成以后再进行试压，试压合格以后进行回填土，在总管连接完成以后在进行系统的试压。在管道进行连接的时候可以采用热熔连接的方式，对于和金属管的连接采用法兰连接的方式，对于外径大于或等于63mm的hdpe管就可以采用热熔对接的方式。在进行hdpe管的连接时候要注意对各种附属设备的核对，避免因为附属设备的缺失对施工造成影响。

（三）地埋管地源热泵技术在暖通工程中的下管施工

为了达到良好的下管施工，一般采用的都是预制砼导头下井施工方法进行施工，在预制导头制作完成以后要进行相应的试压工作，导头的直径应该大于四根hdpe管的直径，小于钻孔的直径。然后依靠导头的重量和管道本身的重量进行下井，下井的时候不要让管道在地面拖拉，不要让管道产生不自然的弯曲，更不能让管道产生角度。要在间隔2m耀4m的位置对u型管道进行固定支卡将管道之间隔开，避免热桥损失的出现，对管道造成巨大的影响，要对管与管之间的间距进行严格的设计，必须要保证管与管之间不会出现贴在一起的现象，如果出现这种现象将会对管道造成重大的影响。当hdpe管道下井完成以后要对管道的两端进行密封，避免由于密封不够对于整个系统造成的影响。

四、结束语

地源热泵作为一种环保节能的空调方式，目前正在我国迅速发展。作为一个新兴的技术领域，它的成功应用还有待进一步得到验证。作为施工和管理人员都应该积极参与到推广这项节能环保的新技术中，不断总结经验。相信不久的将来，地源热泵在我国一定有广阔的市场。

参考文献：

[1]安嫦娥.刘文杰.暖通工程中的地源热泵技术的应用[J].科技传播，2013.

环保节能地源热泵技术应用研究 篇7

关键词：地源热泵,节能环保,应用研究

随着我国经济快速发展, 能源消耗量迅猛增加, 但一直以来没有引起人们的重视, 直到近几年, 能源的短缺极具加重, 大量的煤炭消耗引起地球环境危机。人们才更注重对新能源、新技术的开发利用。地源热泵技术作为一种利用新型能源技术, 也越来越受人们的关注, 地源热泵技术是一种利用丰富的地能, 为人们创造冬暖夏凉的环境, 因此做好此项技术的开发和应用具有广阔的前景, 也必将成为未来能源利用技术的重要组成。

1 地源热泵的结构和工作原理

1.1 地源热泵系统的构成

地源热泵系统主要包括室外地源换热系统、还包括热泵机组以及包括室内空调末端系统, 由此三部分构成。热泵机组是地源热泵系统的主动力部分, 是由制冷压缩机和蒸发器设备、还有冷凝器和膨胀阀等设备构成相应的回路。其中压缩机可以说是热泵系统核心部位, 是心脏, 需要电来驱动, 通过不断地压缩及输送使循环工质由低压低温压缩到高温高压, 并且不停地地进行循环;蒸发器可以对冷量进行输出的一种设备, 它的作用是蒸发由节流阀流入的制冷剂的液体, 主要是可以吸收或带走被冷却物体的热量, 来实现制冷的目的;冷凝器是对热量进行输出地一种设备, 把由蒸发器吸收的热量及压缩机产生的热量在冷凝器中被介质带走, 以实现制热的目的;膨胀阀以及节流阀对循环工质具有节流降压的作用, 可以适当地调节循环工质的流量。

1.2 热泵系统的工作原理

热泵的工作原理是:压缩机不断地吸人由蒸发器制造的低压而且低温的制冷剂蒸汽, 需要维持蒸发器内一直处于低压过程, 从而创造了蒸发器里存在的制冷剂液体需要不断地处于低温状态下对载冷剂热量的不断地吸收, 因而达到沸腾状态;其经过吸人的蒸汽需要再进行压缩处理使其压力和温度均都升高, 从而创建液化制冷剂的必备条件;处于高压和高温状态的蒸汽被排人冷凝器之后, 在维持压力不变的状态下, 被冷却介质 (水) 进行相应的冷却, 释放出相应的热量, 从而降低温度, 再进而凝结成为液体状态, 经过冷凝器而排出;由于高压制冷剂产生的液体在经过节流阀过程中, 又由于其受到阻力作用致使压力下降, 因而致使一部分制冷剂液体被气化, 由于其吸收了气化状态时的潜热, 导致其本身温度也发生相应的降低, 因而成为低压而低温状态下的湿蒸汽, 流人蒸发器内;在蒸发器内部, 制冷剂液体在维持压力不变状态下, 由于其吸收载冷剂的热量因而被气化, 进而成为低温而且低压的蒸汽, 同时被压缩机吸走, 就这样不断地周而复始地循环。其工作原理如图1所示。

2 地源热泵系统的应用

2.1 地源热泵系统的适用条件

地源热泵系统通常需要具有处于地下30m到300m深度、而且温度不低也不高的恒温带成为其热泵系统的“源”以及“汇”的地下工作环境, 以及一年四季空调热泵本身需夏季排热以及冬季取热的优势特点。为保证热泵的高效性、稳定性、以及可持续性地工作, 建设地源热泵系统需要遵循下面适用条件

2.1.1 一年四季需要室外空气平均气温达到温度10至20摄氏度, (或者地下恒温带温处于10一20℃) 的地域;

2.1.2 打井的地质条件要具有经济可能性的地域, 并具有一定量的浅层地下水资源条件的的地域;

2.1.3 一年四季向地下总排热量同总取热量保持相等或着维持接近状态的供热供冷工程, 否则需要一定量的工程的补救辅助手段和措施;

2.1.4 夏季供冷温度可达到不低于五摄氏度, 冬季供热温度可达到不高于六十摄氏度的工程。

2.2 地源热泵技术应用优势

2.2.

1 充分采用自然资源中的太阳能来实现高效节能, 太阳能是取之不尽、用之不绝的, 具有可再生性的绿色能源, 对于地表浅层可以吸收百分之四十七的太阳能, 它等同于巨大的太阳能集热器作用, 甚至超过于人类五百倍年使用能量。在冬季, 地源热泵运用储存于地表浅层的巨大的能源来作为其热能的来源;而在夏季就以地表浅层内的恒温地能温度来作为其冷源, 仅仅需要小小功率的压缩机就能对其实施能量转换的。因此它是具有实质意义上的高效节能设施。

2.2.2 具有极大的环境效益

地源热泵通过利用大地自身的蓄热功能, 把夏季多余太阳能热排入大地内因而可以留作冬季备用, 又可以把冬季多余冷能留给夏季备用, 从根本上铲除了空调系统带来的热岛的效应。地源热泵是污染物排放超低的系统, 其用的制冷剂呈完全密封状态, 且无泄漏问题, 因此不必添加制冷剂, 极大地减少了对臭氧层的破坏。热泵系统被建造用于居民区内, 可以实现冬季取暖夏季取凉的功能, 取代了燃煤锅炉, 极大地改善了CO2及颗粒物造成的污染。同时也可避免冷却塔的噪音影响。由于地源热泵系统不直接消耗煤及天然气等矿物资源, 因此达到了纯绿色环保的要求。

3 结语

地源热泵技术是一种清洁而高效节能的安全技术, 具有广阔的发展前景, 但是目前需要在技术上不断地完善, 提高地源热泵技术的适用性, 使其能够满足更多区域的地质条件。因此加强地源热泵技术的应用研究对我国的经济可持续发展具有重要意义。

参考文献

[1]张旭.热泵技术[M].北京:化学工业出版社, 2007.

[2]吴治坚, 叶枝全.新能源和可再生能源的利用[M].北京:机械工业出版社, 2006.

[3]马宏权, 龙惟定, 朱东凌.地源热泵的应用进展[J].建筑热能通风空调, 2008 (06) .

地源热泵技术的应用及发展研究 篇8

1 地源热泵技术在中国的发展

随着全球性能源危机的加剧和环境的恶化, 节能和环保成为世界各国发展的主题。可再生能源的利用与开发受到了广泛的重视。近年来, 作为可再生能源和清洁能源的代表, 地源热泵技术在中国得到很大的发展, 回顾其发展历程主要有三个阶段:

1.1 起步阶段 (20世纪80年代~21世纪初)

这是中国建设速度加快的时代, 由于大量建筑工程的建成, 对于空调产品的需求也迅速增加。我国地源热泵研究与应用也于20世纪80年代开始起步, 首先是一些高校和科研机构纷纷建立实验系统, 展开了全面的研究。从90年代中期开始, 国内最早的以地源热泵为主要产品的企业做出了一批地源热泵项目。

1.2 推广普及阶段 (2l世纪初~2004年)

进入21世纪后, 热泵在中国的应用越来越广泛。大批以地源热泵的设计、制造和施工为主要、务方向的企业不断涌现。

1.3 高速发展时期 (2005年~至今)

2005年一2006年经历了由徘徊到高速发展的重大转折, 地源热泵技术开始全面地普及和发展。2005年全国人大通过了 ( (可再生能源法》。“十一五”计划提出了节能降耗和污染减排的具体目标。有关政府部门纷纷制定相关政策, 各省市相继出台一些地方规定, 有力推进了地源热泵技术的普及。

2 换热器埋管技术

换热管埋管技术是地源热泵技术的核心。闭式地源热泵系统将换热器管埋于地下, 埋管形式有水平埋管和竖直埋管两种。水平埋管通常浅层埋设, 开挖技术要求不高, 初投资低于竖直埋管, 但其占地面积大, 开挖工程量大。这种形式在地源热泵技术的早期应用中较多, 现国外工程已很少采用。竖直埋管地源热泵系统占地面积小, 受外界的影响极小, 恒温效果好;施工完毕后, 需要的维护费用极少, 用电量也低, 运行成本得到了大幅度降低。它比较适合我国这样人多地少的国家建造, 同时, 它也是国际地热组织 (IGSHPA) 的推荐形式。目前国外应用较多, 发展也较快。如何提高钻孔效率, 降低初投资中的钻孔费用是当前该领域研究的重点。

2.1 竖直埋管换热器形式

竖直埋管换热器根据埋设的方式不同大体可分为三种:U型管形式, 套管形式, 单管形式。目前, 以U型管的形式运用较多, U型管管径一般在50 mm以下, 流量不宜太大。U型管换热器的埋深取决于可提供的场地面积以及施工技术, 一般在60 m-l00 m。目前国外最深的U型管埋深已超过180 m。套管式换热器外管的直径可达200 mm, 由于增大了换热面积, 可减少钻孔数和埋深。但内管与外腔中的液体发生热交换会带来热损失, 而且下管的难度和施工费用也增加。单管型埋设方式可以降低安装费和运行费。在地下水位以上用钢管作为护套, 直径和孔径一致, 典型的孔径为150 mm, 地下水位以下为自然孔洞, 不加任何设施。这种方式受水文地质条件限制, 使用有限。

2.2 换热器的回路形式

换热器的回路布置有串联和并联2种形式。①串联系统的优点:有单一的流程和管径;管道有较高的换热性能;系统中的空气和废渣容易排除。串联系统的缺点:需要较大的流体体积和较多的抗冻剂;管道费用和安装费用较高;单位长度的压力降较大, 限制了系统能力。②并联系统的优点:管径较小, 管道费用较低;抗冻剂用量较少;安装费用较低。并联系统的缺点:一定要排除系统内的空气和废渣;在保证等长度环路下, 每个并联路线之间的流量要保持平衡。

2.3 换热器管路间距

U型或套管式换热器的进出水管之间存在热交换的短路现象, 通常可通过增大套管换热器的内管壁的热阻和加大U型管间距来减少热短路。为了尽量减小钻孔之间的热影响, 应根据可利用土地面积及换热器效能确定埋管的间距。U型竖埋管钻孔的水平间距通常为4-6m。对于具体工程来说, 可以通过计算方法进行方案比较, 确定合适的间距。

2.4 换热管材料选用

换热器管要长期埋于地下工作, 首先要求材料耐腐蚀、寿命长;其次要求其热交换效率高;最后要考虑材料易加工及造价低等因素。目前, 国内外应用较多的是高密度聚乙烯管 (PE) 和聚丁烯管。管道直径应以流体压降和传热性能相协调为原则。管子壁厚的选择, 要综合考虑地源热泵系统换热要求、换热管数量、埋深与地质条件等。

3 存在的问题

3.1 管理体制条块分割

地源热泵技术受到了多方面的重视, 国务院参事室专门成立地源热泵调研组, 建设部、科技部、国土资源部、发改委等部委分别出台了相关政策, 并利用各自的系统推进地源热泵的应用, 但各部门的相互配合与协调不够。而地源热泵技术涉及了地质、水文、勘察、设计、环保、建筑、机械、电力等诸多行业, 需要各部门协调配合, 管理体制上的条块分割显然不利于地源热泵技术大规模推广。

3.2 技术人员水平亟待提高

目前地源热泵应用中出现的问题概括为“三个不”:不该用的地方用了;不会用的人用了;不会运行的人在运行。说明从事地源热泵工程的勘察、设计、建设的技术人员和负责运行、维护的管理人员水平亟待提高。目前, 专门学习热泵技术的高校毕业生还很少, 现有从业人员大都未受过系统的培训, 导致水平参差不齐。技术人员的培训与认证工作是抓好技术水平的着手点。

3.3 地质勘察、回灌等问题需要特别关注

地源热泵技术是资源条件型技术, 对地质、水文环境的要求很高, 同时对地下环境的影响也大。地质勘察、回灌等问题历来是地源热泵中的难点和重点。对于这些问题的控制和解决是地源热泵推广中需要重点解决的问题。目前, 各地都在积极探索管理、监测的办法, 像武汉市要求使用地下水地源热泵系统的项目必须同步建设观测井。目前, 对这些问题尚无具有约束性的法规, 需要全行业共同探讨, 领导部门也应当予以特别关注。

4 结束语

地源热泵系统在充分利用地下热能资源方面, 具有显著的优势, 必将成为今后我国重点推广应用的建筑节能技术之一。我国现在对于地热换热器的施工技术及其设备的系统研究相对较少, 已成为推广应用地源热泵技术急需解决的问题。为解决复杂地层中钻孔和安管时可能遇到的困难, 提高施工效率, 降低施工成本, 应不断地改进施工技术、研制先进的施工设备, 为地源热泵技术的进一步推广使用创造条件。

参考文献

[1]王勇, 刘宪英, 付祥钊.地源热泵地下埋管换热器试验介绍[J].中国冷冻空调, 1999, 47 (12) .

[2]殷平.地源热泵在中国[M].北京:建筑工业出版社, 2001.

地源热泵应用技术 篇9

梁宝寺2号井原设计采用传统锅炉房提供热源, 考虑到锅炉运行不仅消耗大量煤炭, 而且煤炭燃烧时排放大量污染物造成环境污染, 回收、利用煤矿丰富的低温废热, 采用先进的环保、节能的热泵技术, 解决整个煤矿的冬季采暖、生活热水与井筒防冻热源、夏季空调冷源, 实现煤矿不燃煤、节能、减排目标。

通过热泵技术可以充分回收冻结管中、矿井排水中、矿井总回风中蕴藏的低温热能, 从而满足矿井采暖、供热的需求, 实现不燃煤, 取消燃煤锅炉, 减少大气污染。

本项目基于热泵技术回收矿井低温热源实现以下功能:

(1) 冬季向建筑物供暖;

(2) 夏季向建筑物供冷;

(3) 职工浴室供洗澡用热水;

(4) 冬季井筒防冻。

2 冷热负荷需求

梁宝寺2号矿井废热十分丰富, 可以回收的废热量完全可以满足煤矿各种热负荷要求。新建矿井, 生活、生产建筑是个逐渐建设的过程, 加之现场众多不确定因素, 建议热泵项目分步实施, 前期按8000KW负荷配置热泵机组和水泵等附属设备, 日后负荷增加, 相应增设机组。

3 矿井水、矿井排风、冻结孔综合使用技术方案

3.1 方案设计思路

根据低温热源的不同, 提出以下方案设计思路:

(1) 优先使用冻结孔和矿井排风;

(2) 春、秋季使用冻结管作为洗浴热水热源;

(3) 夏季热负荷较低时利用洗浴热水机组同时提供空调冷源和洗浴热水热源, 极端天气情况下冻结孔系统启动;

(4) 冬季以冻结管换热器系统, 回风换热器系统作为主要热源, 矿井水做为补充热源, 用于极端天气情况的热源。

3.2 方案一

设计选型:设计选用螺杆机组

选用HE2000L型螺杆水源热泵机组4台, 用于冬季采暖夏季空调和井筒防冻。选用HE1000L型螺杆水源热泵机组1台用于洗澡热水。

(1) 机组分配如下:

1台HE1000L主要提供生活热水热源, 提供热量1015k W, 满足洗浴热水负荷1000k W, 同时夏季在提供洗浴热水的同时, 提供空调冷源。

4台HE2000L主要提供井口加热和空调采暖热源, 提供热量4×2030=8120k W, 冬季总热负荷为7000 k W, 满足井口加热和空调采暖负荷。

(2) 能源分配

(1) 春、秋季节, 使用冻结管水满足1台HE1000L机组使用, 提供洗浴热水。

(2) 夏季:1台HE1000L机组在提供生活热水的同时可用提供空调冷源, 当天气变热, 投入1台HE2000L机组制冷, 冻结管系统投入使用补充冷源。

(3) 冬季:冻结管系统和回风换热器系统作为主要热源, 矿井水做为备用热源。

(3) 系统备用

系统设计5台机组, 可提供的总热量是:9135 KW, 极端情况是在冬季极端冷的时候, 最大热负荷为8000 KW, 即极端情况下, 有1135KW的热负荷余量, 系统基本保证一台HE2000L机组作为备用机组, 备用方式如下:

(1) 极端冷天气, 即使有1台HE2000L机组出现故障, 影响不大;

(2) 冬季通常负荷条件下有1台HE2000L机组备用;

(2) 夏季有3台HE2000L机组备用。

3.3 方案二

设计选型:设计选用涡旋热泵机组

系统选用HE系列涡旋式水源热泵机组的特点: (1) 采用进口全封闭的涡旋式压缩机。为全封闭型压缩机。效率高、免维护、噪音低、性能稳定。 (2) 模块化。采用多台模块式热泵机组组合的方式供暖和制冷可以灵活调节热泵系统的输出功率, 随时满足不断变化的冷暖需求。 (3) 蒸发器和冷凝器经过特殊设计, 不仅提高了换热效率, 而且使水中沙子等杂质易于通过, 机组不会出现沙堵问题。

选用HE640型涡旋水源热泵机组10台, 用于冬季采暖夏季空调和井筒防冻。选用HE640型涡旋水源热泵机组3台用于洗澡热水。

(1) 机组分配如下:

3台HE640型涡旋水源热泵机组主要提供生活热水热源, 提供热量3×618.2=1854.6k W, 满足洗浴热水负荷1000k W, 同时夏季在提供洗浴热水的同时, 提供空调冷源。

(2) 能源分配

(1) 春、秋季节, 使用冻结管水满足2台HE640型涡旋水源热泵机组使用, 提供洗浴热水。

(2) 夏季:3台HE640型涡旋水源热泵机组在提供生活热水的同时可用提供空调冷源, 当天气变热, 根据负荷情况陆续投入其他HE640涡旋热泵机组制冷, 冻结管系统投入使用补充冷源。

(3) 冬季:冻结管系统和回风换热器系统作为主要热源。

(3) 系统备用

系统设计13台涡旋热泵机组机组, 可提供的总热量是:8036.6KW, 极端情况是在冬季极端冷的时候, 最大热负荷为8000 KW, 即极端情况下, 有36.6KW的热负荷余量, 系统基本保证一台机组作为备用机组, 如下: (1) 极端冷天气, 即使有1台HE640涡旋热泵机组出现故障, 影响不大; (2) 冬季通常负荷条件下有1台HE640涡旋热泵机组备用; (3) 夏季有8台HE640涡旋热泵机组备用。

4 自动控制系统

4.1 自控系统的技术功能

实时监控、对相关参数的历史存储、集中监控、现场仿真、实时警报、节能运行、全部启停设备。

4.2 自动控制系统的控制要求

4.2.1 冻结管换热系统:检测冻结管换热系统的进出水干管的温度压力;与冻结管检测控制系统对接, 显示冻结管换热系统相关数据。

4.2.2 回风换热系统:测矿井回风的进出温度, 矿井回风换热器的进出水温度;检测进入矿井回风热交换器的压力;检测由矿井回风的换热系统进入板式换热器的进出水温度压力;根据压力差判断板式换热器的工作状态, 显示故障报警;根据板式换热器的回水温度, 控制回风换热器进水管路开启个数及水泵开启个数

4.2.3 热泵机组:与热泵机组控制系统对接, 显示热泵机组控制系统中相关数据。

4.2.4 生活热水加热:显示生活热水池的水位及水温, 并根据水温和水位控制热水加热循环泵的启停;显示浴池的水位水温, 淋浴进水压力。

4.2.5 副井井口加热:与副井井口加热系统对接, 显示副井井口加热系统的相关数据;显示副井加热的供回水管道的压力温度。

4.2.6 系统热量计算:检测供热供回水管道的温度压力流量, 并计算出供热量;根据系统的电力消耗计算出系统的电功率, 并计算系统的能效比。

5 末端设备

5.1 供暖空调末端设备采用风机盘管

5.2 井口防冻采用井口加热器, 同时在进风口加热风幕机阻挡未加热的冷风进入矿井, 保证了井口加热效果

6 效果

利用煤矿丰富的低温废热, 采用先进的环保、节能的热泵技术, 解决整个煤矿的冬季采暖、生活热水与井筒防冻热源、夏季空调冷源, 实现煤矿不燃煤、节能、减排目标, 应用前景广阔。

参考文献

暖通工程中的地源热泵技术的应用 篇10

1 地源热泵技术的工作原理

地源热泵技术就是将地下浅层的地热资源进行合理的利用, 通过对地热资源应用从而来调节建筑物内的温度起到良好的空调作用。地源热泵技术就是将能量从高温热源到低温热源进行一系列的转移, 实现了能量的平衡为人们提供良好的生活环境。当建筑物内的温度高的时候通过地缘热泵技术将能源释放到土壤中去, 当建筑物内温度低的时候将能量从建筑物中吸取出来, 从而提高建筑物内的温度。

2 地源热泵技术的特点及地源热泵技术的优越性

在目前的地源热泵技术中主要分为三种地源热泵技术:地表水地源热泵技术、地下水地源热泵技术、地埋管地源热泵技术, 目前对于地埋管地源热泵技术的应用比较广泛, 所以在这里我们主要就以地埋管地源热泵技术进行分析, 了解地埋管地源热泵技术的特点, 认识到地埋管地缘热泵技术相对于其他空调系统的优越性。

2.1 地源热泵技术的特点

因为地源热泵技术是一种新兴的技术所以地源热泵技术一定有着自己的特点来满足人们的要求, 从而得到人们的广泛应用。

2.1.1 地源热泵技术具有节能减排的特点

因为地源热泵技术主要是依靠对地下浅层地热资源的利用, 所以不需要消耗大量的能源来维持整个地源热泵空调系统, 从而热源热泵技术具有良好的节能的作用。同时由于没有对其他能源进行利用, 也就不会释放一系列的温室气体, 不会对整个环境造成破坏。

2.1.2 地源热泵技术具有环保长效的特点

因为在地源热泵技术中没有对其他资源进行利用, 没有燃烧过程从而整个地源热泵技术是相当环保的, 不会因为废弃物的排放对于环境造成污染。同时地源热泵技术在全年进行循环利用, 当冬季想地下吸取热能的时候, 夏天可以向地下释放能量, 从而实现地下温度的平衡, 从而能够长期有效的进行应用。

2.2 地源热泵技术相对于其他技术的优越性

因为地源热泵技术以上的特点使得地缘热泵技术相对于其他技术来说具有良好的优越性, 所以在暖通工程中应该得到广泛的应用。

2.2.1 地源热泵技术不会对环境造成影响, 是一种环保的技术

相对于用电供暖来说其污染物的排放要减少70%以上, 对于空气泵技术来说减少40%以上。由于地埋管热源热泵技术术语自含式系统, 所以其运行说泄露的制冷剂的几率比较小, 也不会对环境造成重大的影响。

2.2.2 地埋管地源热泵技术是一种经济型技术

因为地埋管地源热泵技术不需要燃烧等, 从而对于能源的需求比较低, 而且对于传统的空调系统来说其效率提高了40%以上, 从而能够小小地节约能源和运行成本。同时地源热泵技术机组具有量的稳定性和可靠性, 所以整个系统具有高效性和经济性。

2.2.3 地埋管地源热泵技术是可再生能源利用技术

因为地埋管地源热泵技术利用的是地热资源, 而所谓的地热资源也就是是地能, 谁对太阳能的一种转变利用, 能够吸收47%的太阳能量, 太阳能是一种取之不尽用之不竭的可再生能源, 所以地埋管地源热泵技术是一个可再生能源的利用技术。

3 地埋管地源热泵技术在暖通工程中的应用

因为地埋管地源热泵技术有着以上的特点和优越性所以我们应该做好对地埋管地源热泵技术的应用, 将地源热泵技术广泛地应用到暖通工程中来。通过地埋管地源热泵技术在暖通工程的良好施工, 促进我国的暖通工程的发展, 减少对能源的消耗, 提高我国暖通工程的环保性。

3.1 地埋管地源热泵技术在暖通工程中的钻孔施工

在进行地埋管的钻孔施工的时候要注意和其他工程进行良好的联系起来, 避免钻孔对其他工程的影响以及钻孔受到其他工程的影响, 如在钻孔的时候要注意建筑物内的电缆工程施工, 要注意电缆的铺设分布, 避免因为钻孔对电缆造成破坏, 同时也要避免电缆对钻孔造成影响。在进行钻孔施工的时候要根据施工的面积来确定施工的钻孔孔数, 然后对施工的地面进行钻孔的定位, 从而去定好每一个钻孔的位置。在进行钻孔的时候要保证钻机钻杆的垂直度, 避免因为钻机钻孔对于其他工程设施带来破坏。在进行钻孔施工的时候要在两个钻孔之间挖设泥浆池, 保证钻孔时泥浆不会流到其他地方, 对施工场地造成影响, 要在钻孔过程中对钻孔中进行泥浆的灌入, 避免塌孔现象的发生, 能够对孔壁进行凝固处理。在钻机钻孔结束以后要对钻孔进行验收, 保证钻孔能够满足地埋管的需要。

3.2 地埋管地源热泵技术在暖通工程中的预组装施工

在管材进行施工应用的时候要注意管材的堆放, 要将管材成箱的堆放在平整的地面上, 而管材的堆放高度不应该超过两米, 避免以为挤压对怪才造成影响, 要做好HDPE管的遮盖工作, 避免因为阳光暴晒对HDPE管造成影响。

在进行现场预组装的时候要注意HDPE管的热熔管头的清洁度, 对于管径小于或等于De50的时候, 对于管材的切割采用旋转切刀, 对于管径大于De50的时候采用的是手工木工锯;当HDPE管在地面连接完成以后要对管道进行试压, 只有在试压合格以后才可以埋管, 等井回填完以后还要对管道进行再试压, 等试压合格以后再进行水平干管的连接;水平干管连接完成以后再进行试压, 试压合格以后进行回填土, 在总管连接完成以后在进行系统的试压。

在管道进行连接的时候可以采用热熔连接的方式, 对于和金属管的连接采用法兰连接的方式, 对于外径大于或等于63mm的HDPE管就可以采用热熔对接的方式。在进行HDPE管的连接时候要注意对各种附属设备的核对, 避免因为附属设备的缺失对施工造成影响。

3.3 地埋管地源热泵技术在暖通工程中的下管施工

在进行地源热泵技术的下管施工的时候一定要注意下管的及时性, 要在钻孔完成以后立即进行下管, 因为如果下管的时候越晚钻孔里面的积压越严重不利于管道的下放;为了达到良好的下管施工, 一般采用的都是预制砼导头下井施工方法进行施工, 在预制导头制作完成以后要进行相应的试压工作, 导头的直径应该大于四根HDPE管的直径, 小于钻孔的直径。然后依靠导头的重量和管道本身的重量进行下井, 下井的时候不要让管道在地面拖拉, 不要让管道产生不自然的弯曲, 更不能让管道产生角度。要在间隔2m~4m的位置对U型管道进行固定支卡将管道之间隔开, 避免热桥损失的出现, 对管道造成巨大的影响, 要对管与管之间的间距进行严格的设计, 必须要保证管与管之间不会出现贴在一起的现象, 如果出现这种现象将会对管道造成重大的影响。当HDPE管道下井完成以后要对管道的两端进行密封, 避免由于密封不够对于整个系统造成的影响。

摘要：随着我国经济水平的提高使得人们对于生活质量的要求越来越高, 对于暖通工程的需求越来越大, 地源热泵技术是一种新兴的供暖和空调方式, 在国外的暖通工程中已经得到了广泛的应用, 因为它相对于其他供暖和空调方式具有良好的优越性, 得到了人们的青睐。本文通过对地源热泵技术的原理进行分析, 了解地源热泵技术对于其他暖通方式的优越性, 系统的介绍地源热泵技术在暖通工程中的应用。

关键词：暖通工程,地源热泵技术,暖通技术

参考文献

[1]魏燕鑫, 左风云.浅论地源热泵技术在暖通空调节能中的运用[J].中华民居, 2011 (4) :133-136.

[2]范海涛.浅谈地源热泵技术及其在暖通工程中的应用[J].中国房地产业, 2011 (4) :390.

暖通空调中的地源热泵技术探析 篇11

【关键词】地源热泵；暖通空调；冷热源；绿色技术

一、地源热泵的分类及工作原理分析

1、地源热泵的概念。地源热泵系统是利用地下的岩土作为稳定的蓄热体，将地下浅层的热资源（也称热能），通过少量的高位能源（如电能），将低温位能向高温位能转移，以实现冬季取热储冷，夏季取冷储热的高效节能系统，是目前效率高、对环境最有利的热水、取暖和制冷系统之一，属于经济效益、社会效益和生态效益显著的社会公益技术，被称为二十一世纪的“绿色空调技术”。

2、地源热泵的分类。根据地热源的种类和方式不同，地源热泵可分为以下三类：一是土壤源热泵。土壤源热源（也叫大地耦合式热泵）以大地作为热源，热泵的换热器埋于地下，与大地进行冷热交换。土壤源热泵系统主机通常采用水—水或热泵机组或水—气热泵机组。根据地下热交换器的布置形式，主要分为垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管三类。二是地下水热泵系统。地下水热泵系统，是一种以水体为低位热源，利用地下水式水源热泵机组为空调系统制备与提供冷/热水，再通过空调末端设备实现房间空气调节的系统形式。三是地表水热泵系统。地表水热泵系统主要有开路和闭路系统。地表水热泵系统具有相对造价低廉、泵耗能低、维修率低以及运行费用少等优点。在寒冷地区，开路系统并不适用，只能采用闭路系统。但是，在公共用的河水中，管道或水中的其他设备容易受到损害。另外，如果湖泊过小或过浅，湖泊的温度会随着室外气候发生较大的变化，这就会产生效率降低，制冷或供热能力降低的后果。

3、地源热泵的工作原理。地源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、热泵机组和室内空调末端系统。工作原理就是在地下埋设管道作为换热器，管道与热泵机组连接形成闭式环路，管道中有液体流动通过循环将热泵机组的凝结热通过管道散入地下（供冷工况），或从大地吸取热量供给热泵机组向建筑物供热（供热工况）。其中水源热泵机主要有两种形式：水—水式或水—空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物空调末端换热介质可以是水或空气，系统的关键是大地换热器的设计和施工。

二、地源热泵系统的特点和优势分析

1、地源热泵系统的特点。一是节省建筑空间、便于运行管理地源热泵没有冷却塔和其它室外设备，省去了锅炉房、冷却塔及附属的煤场、渣场所占用的宝贵面积，节省了空间和地皮，产生附加经济效益，并改善了环境外部形象。热泵机组质量可靠，没有大型的集中机组，无需专人值守，大大减少维修、维护费用，可以实现机组独立计费，分户计量，方便业主对整个系统的管理。二是绿色、环保、无污染。地源热泵空调系统在冬季供暖时，不需要锅炉，无燃烧产物排放，可大幅度降低温室气体的排放，既保护了环境，又可遵守《全球气候公约》。在夏季制冷时也是将热量转移到地下，没有任何气体排放到大气中，如果得到广泛应用将可以大大降低温室效应，减缓全球变暖的进程。三是低运行费用。地源热泵空调系统的高效节能特点，决定了它的低运行费用。其维修量极少，使用寿命和建筑物同期，折旧费和维修费也都大大低于传统空调。由于自动化程度高，无需专业人员操控。一般来说，地源热泵空调系统的供暖和制冷费用只相当于普通空调系统供暖和制冷费用的30—70%。四是应用灵活、安全可靠、用途广泛。地源热泵空调系统灵活性强，—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。可用于新建工程或扩建、改建工程，可逐步分期施工。热泵机组可灵活地安置在任何地方，节约空间。同时，地源热泵无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。因此，地源热泵空调系统从严寒地区至热带地区均适用，可为办公楼、宾馆、医院、饭店、商店、超市、幼儿园、别墅、居民小区等各类建筑物提供冷暖两用空调系统，并可同时提供生活热水。

2、地源热泵系统的优势。一是地源热泵的社会效益。我国的能源结构主要依靠矿物燃料，特别是煤炭。矿物燃料燃烧后产生的大量污染物，是造成温室效益的主要原因。采取地源热泵能够有效减少常规供热和空调对大气的污染，是一项利国利民的绿色工程。二是地源热泵的经济效益。地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷，还可供生活热水，一机多用。一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。系统紧凑，省去了锅炉房和冷却塔，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。根据以往项目的经验，由于地源热泵运行费用低，增加的初投资可在5～10（年限有待考证）年内收回，地源热泵系统在整个服务周期内的平均费用将低于传统的空调系统。同时，地源热泵空调系统的经济性取决于多种因素。不同地区，不同地质条件，不同能源结构及价格等都将直接影响到其经济性。

三、地源热泵在暖通空调应用中的问题分析

地源热泵也并非十全十美，主要存在以下不足：初投资比较高，主要是钻孔费和地下埋管材料费较高，约占总投资一半以上，同时需要占用一定的地下面积；安装工艺要求较高，施工工期较长，如果设计和安装不合理，将难以充分体现其优越性，收不到应有的节能效果；易受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响；冬夏季排取总热量存在不平衡性，使得土壤年吸、释热量不平衡，连续多年运行后易造成热泵机组运行效率下降；采用地下水的利用方式，会受到当地地下水资源的制约，易导致地下水氧化，产生一系列的水文地质化学变化、生物变化等问题。

四、地源热泵中央空调系统的设计问题分析

1、地源热泵中央空调系统的确定用地源热泵中央空调方式是好的选择，但是必须对建筑物的功能、环境和土质水文作清楚的了解，作详细的调研后，方可确定此方案。

2、建筑物系统勘查：在决定地源热泵系统的形式之前，应对工程施工现场情况资料进行准确的掌握，这就是现场勘测。一是仔细阅读计划建筑的建筑物设计文件。了解对在施工期间，所有当地规章制度、政策性条例、地区性法规，以减少施工干扰。二是确定建筑物业主拥有的地表使用面积大小和地形，建筑物所在的方位、结构、路边附属设备、地下公用设施、市政管道位置以及地下废弃的设施，尽量避免因潜在因素造成不必要的损失和影响施工。三是水文地质的勘查，包括松散土层的厚度、密度、砂型、含水量、岩床的深度、岩床的结构。对于土壤源热泵管地热交换器，挖一个3～5m的深坑就能实现，对靠近地表处土质状况是否有巨石存在作一定了解。而对于垂直式地热交换器，就需要钻勘探孔，并按有关规定格式做好记录。

五、结语

地源热泵应用技术 篇12

苏州市属北亚热带季风气候区,四季分明,气候温和湿润,是典型的海洋性气候。多年平均气温15.7 ℃,极端最高气温38.8 ℃,极端最低气温-9.8 ℃。多年平均降水量1 128.9 mm,最大降水量1 611.7 mm,日最大降水量343.1 mm,降水主要集中在6月～9月。苏州地处长江三角洲东南缘太湖水网平原中部,根据区域地质资料,其地貌成因和形态类型是在印支—燕山运动所奠定的基底构造格局基础上,经受各种内、外力营力的长期作用而成。大体上自西南向东北方向呈阶梯状逐级跌落,在现代地貌形态类型上,形成了西南部与东北部两个地貌单元。西南部基岩抬升,广泛出露地表,发育较多的基岩山体,表现为构造—剥蚀地形;东北部则因持续下降,长期接受第四系松散层的堆积,地形地貌上表现为广阔的堆积平原。

苏州地区除西部有山部位沉积覆盖土层较薄,其余各地沉积土层均达百米以上,以隔水的黏性土层和饱水的砂性土层交互沉积为主,且降水充沛,地势较低,一般仅在平均海平面以上1 m～3 m左右,地下水位较高,一般在自然地面以下1 m以内。

2 地源热泵空调系统的工作原理

地源热泵中央空调系统的冷热源采用埋管式土壤源热泵系统,也称土壤耦合式热泵系统。具体采用立埋的埋管方式,以水作为冷热量载体,水在埋于土壤中的换热管道内与热泵机组间循环流动,实现机组与大地土壤之间的热量交换。换热量的大小决定地埋管的总长度。

冬季循环水通过埋在土壤中的高密度聚乙烯管环路,从土壤中吸收热量,使循环水温度升高,供给地源热泵机组,同时由热泵机组提供热水,通过风机盘管或空调机组给室内供暖;夏季循环水通过地埋管将热量排放到土壤中,使循环水温度降低供给地源热泵机组。再由热泵机组提供冷冻水,通过风机盘管或空调机组给室内供冷。

3 地源热泵中央空调系统与VRV中央空调系统的对比

现代建筑中,一般空调能耗占整个建筑全部耗能的40%～60%,在空调设计中考虑节能环保的热泵技术符合国家建立节约型社会的政策。根据苏州地区的地质、水文地质及气候条件,风源、水源、地源热泵空调系统都是因地制宜的选择。临水(湖、河、塘)则宜采用水源热泵系统,场地许可且湖、河、塘较远难以满足水源热泵的设置经济性,则采用地源热泵系统,两种条件都不具体则采用风源热泵。

以苏州某单位两栋办公楼工程为例,其中一栋建筑地上3层,面积约1 400 m2,另一栋建筑地上5层,面积大约4 000 m2,主要功能为宿舍、食堂、办公室、会议室等。考虑空调和热水供应两功能,常规方案计划采用VRV中央空调系统来解决夏季制冷、冬季供暖问题,采用太阳能加热供热水,设计按5 t热水。另一个方案采用地源热泵中央空调系统,一机三用,来解决夏季制冷、冬季供暖以及生活热水问题。地源热泵中央空调系统与VRV中央空调系统的综合比较见表1。

3.1 机组性能比较

机组性能比较见表2。

3.2 运行费用比较

运行费用比较见表3。

以上对比表明,地源热泵空调系统不仅环保、节能,而且舒适性高,苏州地区已有实例也证明,其制冷、制热对室内温度的调节都较柔和,可用四季如春来形容。

4 结语

1)地源热泵中央空调系统是一种成熟、环保、节能的系统。2)苏州地区因水位高、沉积土层厚,适于地源热泵空调系统的应用。

参考文献

[1]沈显杰,杨淑贞,张文仁.岩石热物理性质及其测试[M].北京:科学出版社,1988.

[2]陈善雄,陈守义.砂土热导率的实验研究[J].岩土工程学报,1994,16(5):47-53.

[3]赵永信,杨淑贞,张文仁,等.岩石热导率的温压试验及分析[J].地球物理学进展,1995,10(1):105-113.

[4]刘为民,何平,张钊.土体导热系数的评价与计算[J].冰川冻土,2002,249(6):770-773.