地源热泵系统介绍--职工之家

1、地源地源热泵系统概述热泵系统概述主讲人：向宏中机国际工程设计研究院有限责任公司可再生能源与绿色建筑研究室 主任教授级高级工程师注册（公用）设备工程师注册监理工程师可再生能源与绿色建筑研究室可再生能源与绿色建筑研究室2011年综合我院技术骨干成立“可再生能源与绿色建筑研究室”，主要从事可再生能源、新能源的研究与应用，绿色建筑设计、咨询与研究。是省内最早成立可再生能源与绿色建筑研究室的单位。现有技术人员26人，其中教授级高工1名，高级工程师12名，工程师10名，其中注册公用设备工程师7人。我院是湖南省住建我院是湖南省住建委的科技技术支撑单位、可再生能源应用产学研创新平台成员、委的科技技术支撑单位、

2、可再生能源应用产学研创新平台成员、湖南省建设科技与建筑节能协会绿色建筑专业湖南省建设科技与建筑节能协会绿色建筑专业委员会委员会发起发起单位单位。湖南省住建委聘有百名绿色建筑评审专家，我院占有十位，涵盖规划、建筑、结构、机电、园林、装饰等所有专业。 湖南省第一批地源热泵建筑应用技术企业目录（勘查设计）的单位 拥有大量的可再生能源项目设计业绩和绿色建筑咨询服务业绩。到目前为止，研究室总共设计可再生能源项目15个，总建筑面积约55.4万平方米；绿色建筑咨询服务项目22个，总建筑面积约330万平方米。地源热泵设计项目绿色建筑咨询项目一、地源热泵发展背景二、地源热泵系统定义三、地源热泵系统设计四、地源热

3、泵设计图纸五、地源热泵施工工艺六、监理工作关键岗位七、项目案例一、发展背景 随着化石能源的日益枯竭，以及化石能源的使用对环境产生的影响日益严俊，我国急需进行能源结构的改革。国家和地方政府不断进行新能源的尝试，在此大背景下，可再生能源作为一种清洁、高效、可持续利用的能源受到了国家的重视。2006年我国可再生能源法正式颁布实施2009年国家开始设立可再生能源示范城市，由财政拨款专项资金，大面积强制性的推广可再生能源建筑应用。一、发展背景长沙市2010年获批国家可再生能源示范城市，获得了国家专项补助资金8000万，地方政府按1:2配套资金1.6亿，专项用于可再生能源建筑应用项目的补贴。并出台了相关示

4、范项目的管理和补贴政策。长沙县2013年获批国家可再生能源示范城市，获得了国家专项补助资金6000万，地方政府按1:2配套资金1.2亿。一、发展背景“十二五”以来，我省可再生能源示范地区规模已达到7市16县1镇，示范面积约2400万平方米，获批中央补助资金6.06亿元。2016年1月，湖南省住房和城乡建设厅颁布了关于进一步加强可再生能源建筑应用和管理的通知湘建科201656号，进一步明确了我省可再生能源建筑应用发展目标：全省城镇可再生能源在建筑消费领域消费比重到2020年超过13%，到2025年超过16%，到2030年超过20%。各地要加大可再生能源强制推广力度，在全面做好可再生能源资源条件勘

5、察和利用条件调查的基础上，编制可再生能源建筑应用规划及发展计划。二、系统定义1、系统定义 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。二、系统定义冬季以大地为低温热源，通过输入少量的高品位能源（电能），实现由低品位热能向高品位热能转移。冬季，地源热泵系统从地下吸收热量，再通过热泵和输送系统送到室内末端。夏季则相反，地源热泵将室内吸收的热量通过地埋管换热器释放到地下。夏季2、工作原理二、系统定义地埋管换热器、热泵主机、空调末端通过水泵输

6、送系统连在一起，再加上各种控制阀门，控制设备等，便组成了一个完整的空调系统3、系统组成地埋管换热器热泵主机空调末端输送系统二、系统定义4、地埋管换热器主要形式（土壤源热泵）垂直埋管水平埋管三、系统设计1、设计前期准备工作1）现场勘查结合项目总图对项目现场进行实地查勘，初步确定埋管区域。2）土壤热物性测试按照设计要求，在埋管区域进行钻井，埋管，实测埋管区域的土壤换热性能，最终得出设计所需数据。三、系统设计本项目前后进行了两次土壤热物性测试，均由第三方专业测试机构出具了测试报告。三、系统设计2、主要设计依据1）地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2005）2009年版2）城镇直埋供热管道工程

7、技术规程（CJJ-81-1998）3）埋地聚乙烯给水管道工程技术规程（CJJ-101-2004）4）湖南省公共建筑节能设计标准（DBJ43/003-2010）5）湖南省地源热泵系统工程技术导则湘建科2012307号6）地源热泵系统工程技术规范长沙市实施细则（试行）（DBCJ03-2011）7）土壤热物性测试报告等三、系统设计3、计算分析设计原则 地源热泵系统设计时，应进行全年动态负荷与系统取热量、释热量计算分析，确定地热能交换系统，并宜采用复合热交换系统。地埋管换热器（以下简称地埋管）是地源热泵系统最关键的部位之一，其对整个系统的初投资、运行效果有重要影响。地埋管的计算分析主要有：埋管间距、埋

8、管形式、埋管长度等。三、系统设计3.1埋管间距埋管间距应视现场情况和工程大小等因素综合而定，埋管可沿建筑物周围布置成任意形状，如线形、方形、矩形、圆弧形等等。但为了防止埋管间的热干扰，必须保证埋管之间有一定的间距。该间距的大小与运行状况（如连续运行还是间歇运行；间歇运行的开、停机比等）、埋管的布置形式（如单行布置，只有两边有热干扰；多排布置，四面均有热干扰）等等有关，一般取36m不等。三、系统设计3.1埋管间距本工程根据职工之家（工人文化宫）项目地源热泵系统岩土热响应测试与地埋管计算报告的测试计算结果，当钻孔间距在4m以上，随着钻孔间距的增加对地埋管换热性能的影响较小；当钻孔间距小于4m时，随

9、着钻孔间距的减小，对地埋管换热性能影响较大。综合考虑场地埋管面积、工程造价和换热效果等因素，设计孔间距为4m4m。三、系统设计3.2埋管形式主要分为水平埋管和垂直埋管。水平埋管深度一般为0.5-2.5m之间，埋管较浅，换热能力不强，占用场地大，且容易受地表气候影响；垂直埋管深度一般大于25m，埋管深度较深，土壤的温度和热特性几乎不受地表温度影响，单井换热能力强，所需的占地面积较小。本工程选择垂直地埋管。三、系统设计3.2埋管形式垂直地埋管主要有单U、和双U两种形式。选择不同的埋管形式对系统换热能力和机组COP有很大影响。根据相关测试数据，在相同条件下双U垂直埋管比单U垂直埋管效果要好，双U型单

10、位井深换热量约为单U型埋管换热器的1.2-1.3倍。本项目选择双U型垂直地埋管。双U导头单U导头三、系统设计3.3埋管长度埋管长度的计算较为复杂，需要在确定空调冷热负荷，设备选型和热物性测试结果的基础上进行长度计算，长度计算冬季和夏季工况有所区别，具体计算公式如下：夏季工况冬季工况三、系统设计4、设计软件为进一步增强我院地源热泵项目设计实力，提高设计计算精度，我院启动专项资金购买了地源热泵专项设计软件：GLD2012 primer。GLD由美国Gaia Geothermal公司研发，是一种模块化设计软件。他帮助设计工程师，通过输入一系列的基础参数，对各种民用建筑和商业建筑进行地下环路形式和尺寸

11、的设计，以及地源热泵设备的精确选型。四、设计图纸热泵主机一级分集水器竖直埋管换热器地源热泵系统原理图二级分集水器辅助散热冷却塔四、设计图纸埋管区域二埋管区域三埋管区域一地下室埋管平面布置图（一）四、设计图纸埋管区域四埋管区域五室外埋管平面布置图（二）四、设计图纸本项目共设计地埋管换热器总个数为744个，分为93个环路，每个环路连接地埋管换热器为8个。本系统设置二级分（集）水器共9套，其中6套二集分（集）水器每套连接10个环路，另外3套二级分（集）水器每套连接11个环路。单个环路示意图四、设计图纸5、地埋管管材选择地埋管换热器管材采用高密度聚乙烯地源热泵系统专用管材（HDPE管），且应具有质量检

12、验报告和生产厂的合格证。严格按照给水用聚乙烯（PE）管材GBT13663-2000检验验收。垂直地埋管换热器采用HDPE-SDR11，DN32，承压能力大于1.6MPa。水平管管材为HDPE-SDR11,承压能力大于1.6Mpa。管材规格表四、设计图纸5、地埋管管材地埋管管件及附件（包括空腔导头、Y型三通、电熔接头、二级分集水器等）均采用厂家定制产品，由厂家在工厂生产检验合格后，统一运到工地安装，不得在工地自行制作。管材（垂直埋管、水平埋管）与管件（空腔接头、电熔接头、Y型三通、二级分集水器等）为同一厂家，具有永久性标志，防止因各个厂家原料的不同而导致虚焊，过焊等漏水现象发生。四、设计图纸5、

13、地埋管管材四、设计图纸6、系统控制本项目空调冷热源设备采用暖通空调智能电控系统进行控制，通过智能化、互联化的管理平台及现场强弱电一体、软硬件一体的智能电控单元，在系统安全可靠经济运行前提下，以满足末端用户供冷供热需求为根本，运用数据模块、工业现场总线、变频调速器的设备与技术，使冷热源设备均能高效、安全、稳定的运行。同时实现整个空调系统的智能化节能管理，最大限度降低系统运行能耗，使系统节能率达到20%以上。四、设计图纸控制原理图控制模块四、设计图纸机房配电平面图控制柜布置位置五、施工工艺1、主要施工内容地埋管施工的主要内容有钻孔定位、打井、下管、回填、水平管沟开挖、水平管连接、水平管沟回填，成品

14、保护等。施工顺序可以根据施工组织设计进行适当调整。定位打井下管回填水平管沟开挖水平管连接水平管沟回填成品保护五、施工工艺2、关键工序2.1定位：钻孔的定位需要严格按照施工图纸的定位尺寸进行定位，并现场放线，标记钻孔的具体位置，避免定位不准确造成钻孔与结构基础、梁板之间的碰撞，以及孔间距的不均匀等。施工放线定位五、施工工艺2.2打井：根据施工设计图纸，选用合适的钻头、钻杆和机具等，进行打井作业。根据现场地质情况不同，打井选用的机具也相应有所区别。在土质较为松散的区域，可选用水井钻机，土质较硬的区域可选用潜孔钻机进行打井。不管选用何种钻井方式，都需要保证成孔质量。水井钻机潜孔钻机五、施工工艺2.3

15、下管：下管就是将地埋管安装到钻井内的过程。钻孔完成孔壁固化应立即把U形管换热器安装到竖井中。下管过程中U形管内应充满水并保持压力，在下管过程中随时检查管组严密性和渗漏情况。经验表明，施钻完毕钻孔内有大量积水，给下管带来困难。且由于钻孔中的泥沙沉积，设计钻孔深度和实际深度不一致影响U形管的安装。垂直PE管埋管下管采取人工配合机械下管的方法，利用回转钻机钻杆顶进，克服水的浮力并加快下管的速度。四、施工工艺下管注意事项下管注意事项a 当一个孔钻好且孔壁固化后，应立即下管。因为钻好的孔搁臵时间不宜过长，否则有可能出现管孔局部的堵塞，孔底泥浆沉淀导致下管的困难。b 下管速度要均匀，防止下管过程中损坏PE

16、管，如果遇有障碍和不顺畅现象，暂停止下管，应及时查明原因，待查明原因并做好处理后才能继续下管。c 下管时必须有保证PE管不会扭曲、变形的措施。d 垂直U形管下到位后，应提起下管钻杆。提杆过程中应防止U形管上浮，如发现上浮立即采取措施使其固定，确保下管到位。e 垂直U形管安装完毕后，及时对管道安装的压力表校验，合格后灌浆回填。四、施工工艺2.3回填回填质量对整个地埋管换热器的换热效果有着决定性的作用，是项目成败的关键因素。竖直地埋管换热器安装完毕后，应立即进行灌浆回填封孔。当埋管深度超过40m时，灌浆回填应在周围邻近钻孔均钻凿完毕后进行。竖直地埋管换热器灌浆回填料宜采用膨润土和细沙（或水泥）的混

17、合浆，或专用灌浆材料。灌浆泵回填四、施工工艺回填注意事项：1）U形管安装完毕且孔壁固化后，应立即进行灌浆回填封孔，隔离含水层。2）灌浆回填过程中泥浆泵的泵压应足以使孔底的泥浆返至地表，当上返泥浆密度与灌注材料密度相等时，灌浆结束。3）灌浆时，应保证灌浆的连续性，应根据机械灌浆的速度将灌浆管逐渐抽出，使灌浆液自下而上灌注封孔，确保钻孔灌浆密实，无空腔，否则会降低传热效果。4）埋管深度超过40m时，灌浆回填宜在周围邻近钻孔均钻凿完毕后进行。四、施工工艺几种典型回填材料的导热系数：五、施工工艺2.4水平管沟施工水平管沟应根据设计图纸标注的尺寸大小及深度进行开挖，并做好管沟两边的砌筑工作，防止管沟塌陷

18、。水平管与垂直管连接、试压合格后，应尽快进行水平管沟的回填工作，回填采用细沙。管沟施工水平砖砌管沟五、施工工艺2.4水平管沟施工水平地埋管敷设前，沟槽底部应先敷设相当于管径厚度的细沙，应防止石块等重物撞击管身，管道不应有折段、扭结等问题，转弯处应光滑，并采取固定措施。回填材料采用原土，应细小，松散、均匀且不含石块及土块。应采用网孔不大于15mm15mm的筛进行过筛，保证其中不含有尖利的岩石块和其它碎石。回填压实过程应均匀，回填材料与管道接触紧密，且不得损伤管道。回填应在管道两端同步进行，同一沟槽中有双排或多排管道时，管道之间的回填压实应与管道和槽壁之间的回填压实对称进行。各压实面高差不宜超过300mm，管腋部采用人工回填，确保塞严、捣实。分层管道回填时，应重点做好每一层管道上方200mm范围内的回填，管道两侧和管顶以上500mm范围内，应采用轻夯实，严禁压实机具直接作用在管道上。五、施工工艺2.5管道焊接地埋管采用高密度聚乙烯管，管道的焊接应采用专业的焊接工具，由具有专业技术的焊接人员进行焊接。其中，双U导头与垂直管道的焊接应在工厂进行，有材料供应厂在厂房内焊接后再整体运送至施工现场安装。水平管道与垂直管道的焊接应应采用电熔连接,