《地源热泵培训》PPT课件.ppt

1、地源热泵系统 培训材料,地源热泵系统的介绍,螺杆式水水热泵机组,地源热泵系统(Ground-Source Heat Pump System),30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,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。,地源热泵的工作原理（夏季）,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,地源热泵的工作原理（冬季）,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,地源热泵的分类,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,几种典型的地源热泵系统,

2、30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,竖直地埋管地源热泵系统,水平地埋管地源热泵系统,地下水地源热泵系统,地表水地源热泵系统,地源热泵的发展历史,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,1912年，瑞士人H.Zoelly提出“地热源热泵”的概念 1946年，美国建成第一个地源热泵系统，掀起了上世纪4050年代欧洲和美国对地源热泵研究的第一次高潮，但由于存在诸多技术上的问题，此次研究高潮并没有使得地源热泵得到广泛应用 上世纪70年代，“能源危机”重新促使人们对地源热泵的研究。1974年欧洲开始了30个工程开发研究项目，而美国则在1977年重新开始了对地源热泵的大规模研究，美国政府对这些研究给予了大

3、力的支持。 从上世纪90年代开始，地源热泵的发展进入了一个新的发展阶段。美国地源热泵的年增长率为达到10以上，现在大约有550，000套。而在德国、法国、瑞典等欧洲国家，地源热泵广泛用于供暖，单单瑞典一个国家就累计安装了230，000套地源热泵系统。,地源热泵在国内的发展,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,1989年，山东青岛建筑工程学院建立了第一台地源热泵系统的试验台 1997年，中国科技部与美国能源部签署了中美地热开发利用的合作协议书。并在1998年确定在北京、杭州（后改为宁波）和广州各建立一个地源热泵示范性工程 1997年，我国开始学习和引进欧洲产品，出现了大规模的地下水源热泵采暖项

4、目。 2003年11月，国家发布了水源热泵机组国家标准（GB/T 19409-2003),并于2004年6月1日开始实施 2005年11月，国家发布了地源热泵系统工程技术规范（GB 50366-2005),并于2006年1月1日开始实施,地源热泵在国内的应用情况,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,资料来源：工程建设与设计在2005年对25家企业进行调查，这25家企业在全国共有2537个地源热泵项目。,地源热泵系统的优点,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,利用可再生能源 地表土壤和水体收集了47的太阳辐射能量，是人类每年利用能量的500倍还多 高效节能 冬季，水体和土壤的温度都比环境空气

5、温度要高 夏季，水体和土壤的温度都比环境空气温度要低 比空气源热泵减少30以上的电耗，比电供暖减少70以上的电耗 运行稳定可靠 水体和土壤的稳定相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动 不存在空气源热泵的结霜等问题 一机多用，应用灵活 一套系统即可供暖、空调和提供卫生热水 可同时供热与供冷 环境效益显著 无风扇噪声，无污染物排放 夏季不会向建筑物周围放热，冬季不会从建筑物周围吸取热量,地源热泵的缺点,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,初投资较高 受地质条件的限制 土壤的特性 水源的温度、洁净度、水量和化学特性等 政府对水源的使用政策 水源的使用费用 技术难点 水源的探测开发技术 地下水的回

6、灌 整体系统的设计 埋管技术与回填技术,地源热泵系统经济性分析,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,下面以生产10000Kcal（大卡）热量时，用煤、电、热泵、燃气、油等采暖方式所需费用，作一个简单的比较。,从以上的比较可以看出： 地源热泵机组耗能比燃煤费用高，但比燃油，燃气和用电加热费用低。 地源热泵机组采用地能做热源，在供热时省去了锅炉房，节省建筑初投资，避免排烟污染。 地源热泵机组在制冷时省去冷却塔，避免了噪音及霉菌污染。 综述： 地源热泵机组采用一次能源（天然能源），与应用2次能源相比，环保，节能效果明显。,何种情况下适合使用地源热泵？,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,地埋管地

7、源热泵 有合适的地质条件（土壤的温度、传热性能等等） 有足够的埋管空间 成熟的埋管、回填技术 地下水地源热泵 有合适的水质条件（温度、洁净度、腐蚀性等）和水文地质条件（水层深度、厚度等） 可用水量满足热泵系统要求 地下水回灌顺利 地表水地源热泵 合适的水温和流量（河水）或容量（湖水） 开式系统：能对地表水进行合适的处理（除砂、过滤、杀菌灭藻、净化） 闭式系统：合理的换热盘管的设计、放置地点,地源热泵系统的相关国家标准 之 系统标准 强制性条文,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,3.1.1条 地源热泵系统方案设计前，应进行工程场地状况调查，并应对浅层地热能资源进行勘察 5.1.1条 地下水换

8、热系统应根据水文地质勘察资料进行设计。必须采取可靠回灌措施，确保置换冷量或热量后的地下水全部回灌到同一含水层，并不得对地下水资源造成浪费及污染。系统投入运行后，应对抽水量、回灌量及其水质进行定期监测。,水源热泵机组的分类（按使用侧换热设备的型式分类）,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,地源热泵系统的相关国家标准 之 机组标准,水源热泵的分类（按冷热源类型分类）,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,机组国家标准对于EER和COP的规定,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,注：能效比EER（Energy Efficiency Ratio)=热泵的制冷量/制冷消耗功率 性能系数COP（Coe

9、fficient of Performance)热泵的制热量/制热消耗功率,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,机组国家标准的机组试验工况,a采用名义制冷工况确定的水流量,地埋管地源热泵系统 设计要点,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,地埋管换热系统勘察,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,地埋管地源热泵系统方案设计前，应对工程现场区内岩土体地质条件进行勘察，勘察应包括下列内容： 岩土层的结构 岩土体热物性 岩土体温度 地下水静水位、水温、水质及分布 地下水径流方向、速度 冻土层厚度 岩土体的特性对地埋管换热器施工进度与初投资有很大影响。所以，工程勘察完成后，应对地埋管换热系统实施的可

10、行性及经济性进行评估。,地埋管换热系统设计总释热量与总吸热量要平衡,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,地源热泵系统的最大释热量要与建筑设计冷负荷相对应，最大吸热量要与建筑设计热负荷相对应： 最大释热量冷负荷（11/EER）循环水输送过程得热量水泵释放热量 最大吸热量热负荷（11/COP）循环水输送过程失热量水泵释放热量 地埋管换热系统的设计要进行全年动态负荷计算，最小计算周期宜为1年。 最大释热量和最大吸热量相差不大的工程，应分别计算供热与供冷工况下地埋管换热器的长度，取其大者，确定地埋管换热器。 当两者相差较大时，宜通过技术经济比较，采用辅助散热（例如冷却塔）或辅助供热（例如锅炉）的方式

11、来解决，这就是所谓的复合型系统。,地埋管换热系统设计总释热量与总吸热量要平衡,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,吸热量释热量,土壤的温度不断降低,热泵系统夏季制冷效率有所提高 但是冬季制热效率大大降低，甚至不能向土壤吸热,冬季采用供热锅炉补充，减少从土壤吸取的热量,地埋管换热系统设计总释热量与总吸热量要平衡,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,吸热量释热量,土壤的温度不断升高,热泵系统冬季制热效率有所提高 但是夏季制冷效率降低，甚至不能向土壤释热,夏季采用冷却塔辅助散热，将部分热量排向大气,地埋管换热系统设计复合系统,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,能从设计上保证地埋管换热器的换热

12、平衡 初投资比全部采用地埋管系统要少 所需埋管数量和地表面积都比全部采用地埋管系统要少 系统控制比全部采用地埋管系统要复杂,地埋管换热系统设计埋管方式的确定,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,埋管方式应根据可使用地面面积、工程勘察结果及挖掘成本等因素来确定： 水平埋管可利用地表面积较大，浅层岩土体的温度及热物性受气候、雨水、埋设深度影响较小 竖直埋管可利用地表面积较小，浅层岩土体的温度及热物性受气候、雨水、埋设深度影响较大 桩埋没有合适的室外用地时，利用建筑物的混凝土基桩埋设，即将U形管捆扎在基桩的钢筋网架上，然后浇灌混凝土，使U形管固定在基桩内,地埋管换热系统设计埋管方式的确定,30HX

13、C-HP 螺杆式水水热泵机组,目前，竖直埋管由于占地面积小，且埋管技术日趋成熟，因此在国内应用最为广泛,地埋管换热系统设计换热器的设计计算,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,设计前需要对现场岩土体热物性进行测定，并根据实测数据，采用专业软件进行计算。 目前，国际上比较认可的地埋管换热器的计算核心为瑞典隆德大学开发的g-functions算法。根据程序界面的不同主要有： 瑞典隆德大学开发的EED程序 美国威斯康星大学Solar Energy实验室开发的TRNSYS程序 美国俄克拉何马州大学开发的GLHEPRO程序,地埋管换热系统设计传热介质的选用,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,传热介

14、质以水为首选，在有可能冻结的地区，应在传热介质中添加防冻剂，添加防冻剂后的传热介质的冰点宜比系统设计最低运行水温低35。可选的防冻剂包括： 盐类：氯化钙和氯化钠 乙二醇 酒精 钾盐溶液,地埋管换热系统设计地埋管管材的选用,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动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），不宜采用聚氯乙稀（PVC）管。管件与管材应为相同材料。 不得宜采出厂已久的管材，宜采用刚刚制造出的管材。聚乙烯管应符合给水用聚乙烯（PE）管材GB/T 13663的要求；聚丁烯管应符合冷热水用聚丁烯（PB）管

15、道系统GB/T 19473.2的要求。,地埋管换热系统设计回填材料,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,水平地埋管换热器 回填料应细小、松散、均匀，且不应含石块及土块。回填压实过程应均匀，回填料应与管道接触紧密，且不得损伤管道。 竖直地埋管换热器 灌浆回填料宜采用膨润土和细砂（或水泥）的混合浆或专业灌浆材料（膨润土的比例宜为46）。 钻孔时取出的泥砂浆凝固后如收缩很小时，也可用作灌浆材料。 当地埋管换热器设在密实或坚硬的岩土体中时，宜采用水泥基料灌浆回填。以防止孔隙水因冻结膨胀损坏膨润土灌浆材料而导致管道被挤压节流。,地埋管换热系统设计竖直地埋管回填技术,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组

16、,U形管安装完毕后，应立即灌浆回填封孔，隔离含水层 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，无空隙，否则会降低传热效果，影响工程质量。,地下水地源热泵系统 设计要点,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,地下水地源热泵系统设计地下水换热系统勘察,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,地下水地源热泵系统方案设计前，应根据地源热泵系统对水量、水温和水质的要求，对工程场区的水文地质条件进行勘察： 地下水类型 含水层岩性、分布、埋深及厚度 含水层的富水性和渗透性 地下水径流方向、速度和水力坡度 地下水水温及其分布 地下水水质 地下水

17、水位动态变化,地下水地源热泵系统设计水文地质试验,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,地下水地源热泵系统勘察应进行水文地质试验： 抽水试验（稳定延续12小时，出水量不小于设计出水量，降深不大于5米） 回灌试验（稳定延续36小时以上，回灌量应大于设计回灌量） 测量出水水温 取分层水样并化验分析分层水质 水流方向试验 渗透系数计算,地下水地源热泵系统设计水井的设计,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,水井的设计应符合现行国家标准供水管井技术规范GB 50296的相关规定，并应包含下列内容： 水井抽水量和回灌量、水温和水质 水井数量、井位分布及取水层位 井管配置及管材选用，抽灌设备选择 井身结构

18、、填砾位置、滤料规格及止水材料 抽水试验和回灌试验要求及措施 井口装置及附属设施,地下水地源热泵系统设计水质要求,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,直接进入水源热泵机组的地下水水质应满足以下要求： 当水质达不到要求时，应进行处理。经过处理后仍达不到规定时，应在地下水与水源热泵之间加设中间换热器。 对于腐蚀性及硬度高的水源，应设置抗腐蚀的不锈钢换热器或钛板换热器。 在使用海水时，建议在进入换热器前增加氯气处理装置以防止藻类在换热器内部滋生。,地下水地源热泵系统设计水质问题及解决措施,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,地下水地源热泵系统设计要点取水,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,地

19、下水地源热泵系统设计回灌,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,地下水通过回灌井全部送回原来的取水层，要求从哪层取水必须再回灌到哪层，这样做可以避免污染含水层和维持同一含水层储量，保护地质结构和地热能资源。 地下水必须全部回灌，不得用于取水等其他用途。 一般为了保证回灌效果，抽水井与回灌井比例不小于1：2 一般来说，水井应具有长时间抽水和回灌的双重功能，即抽水井与回灌井可以互相转换。 回灌主要有3种形式： 自流回灌：适用于渗透性极好的含水层 真空回灌：适用于低水位和渗透性好的含水层，目前国内大多数系统都采用这种回灌方式 压力回灌：适用于高水位和渗透性差的含水层,地下水地源热泵系统设计回灌井堵塞

20、及解决方法,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,水源热泵系统设计要点回扬,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,回扬是目前国内最常用的清洗回灌井的方法 回扬的次数和回扬的时间视含水层的透水性大小而定，其次是要考虑井的特性、水质、回灌量和回灌技术方法 回扬时间的确定，以每次抽完浑浊水后出清水为限,水源热泵系统设计要点节能设计,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,地表水地源热泵系统 设计要点,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,地表水地源热泵系统设计地表水的范围,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,湖水 河流 海水 中水 达到国家排放标准的污水、废水,注意：由于海水和污水的处理技术要求较高

21、，大多数设计院和施工单位也都没有相关的设计与施工经验，因此此类项目在目前国内的应用很少。当遇到此类项目，请先确保系统设计的正确性以及30HXC-HP机组是否能满足系统设计要求。,地表水地源热泵系统设计地表水换热系统勘察,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,地下水地源热泵系统方案设计前，应根据地源热泵系统对水量、水温和水质的要求，对工程场区的水文地质条件进行勘察： 地表水水源性质、水面用途、深度、面积及其分布 不同深度的地表水水温、水位动态变化 地表水流速和流量动态变化 地表水水质及其动态变化 地表水利用状况 地表水取水和回水的适宜地点及路线,地表水地源热泵系统设计开式系统,30HXC-HP

22、螺杆式水水热泵机组,开式地表水换热系统：地表水在循环泵的驱动下，经处理后直接流经水源热泵机组或通过中间换热器进行热交换。 为避免热较核短路，取水口应远离回水口，并宜位于回水口上游 取水口应设置污物过滤装置 从保障水源热泵机组正常运行的角度，地表水尽可能不直接进入水源热泵机组。直接进入水源热泵机组的地表水水质应符合以下规定,地表水地源热泵系统设计闭式系统,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,闭式地表水换热系统：将封闭的换热盘管按照特定的排列方法放入具有一定深度的地表水体中，传热介质通过换热管管壁与地表水进行热交换的系统。 地表水换热盘管应牢固安装在水体底部 为了防止风浪、结冰及船舶可能对其造成

23、的损害，要求地表水的最低水位与换热盘管距离不应小于1.5米。最低水位指近20年每年最低水位的平均值 换热盘管设置处水体的静压应在换热盘管的承压范围内,开利30HXC-HP螺杆式 水水热泵机组,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,开利30HXC-HP螺杆水水热泵机组性能优势分析,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,更高效率,开利30HXC-HP螺杆水水热泵机组性能优势分析,开利最新一代06N压缩机,开利专利电子膨胀阀,TURBO-B 开利专利超高效蒸发管,高效满溢式蒸发器,典型项目分析,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,天津海河楼商业区（一、二期）,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,

24、建筑面积：两期共20万平方米 设备：30HXC350AHP2 机组 12台，一、二期各6台 设计单位：天津大学建筑设计院 系统特点：水水热泵系统，采用3级提升能量并掺混水方法 回灌方式：异井分层回灌,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,“3 级提升”地下水地源热泵系统流程图（夏季）,400m,800m,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,“3 级提升”地下水地源热泵系统流程图（冬季）,800m,400m,“3 级提升”地下水地源热泵系统,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,串并联热泵机组,混水泵,水处理器,方案总结,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,采用3级提升（或降低水温），使得井

25、水的供回水温差在夏季和冬季分别达到30.7和28，充分利用了地下水的能量，减少了井水的流量，从而减少了水泵功耗。 采用混水设计，使进入第一级机组的井水温度符合机组运行要求，确保了机组运行稳定可靠。 6台机组分成3组，3组之间采用串连连接，每组2台机组之间采用并联连接，当系统在部分负荷下运行时可进行灵活调节。,沈阳辽宁宾馆,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,建筑面积：1.5万平方米 设备：30HXC250AHP2 机组 1台 设计单位：东北建筑设计院 系统特点：水源热泵电锅炉的复合系统，带热回收功能 回灌方式：重力回灌,地下水地源热泵系统配合热回收的应用,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组

26、,抽水井,重力回灌井,热回收装置,水水热泵机组,电锅炉,方案总结,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,热回收装置充分利用了机组的冷凝热，既减少了系统在制冷工况时地下水的使用量，又降低了电锅炉的使用成本。 水源热泵与电锅炉组成的复合系统，增加了系统的安全性，使系统的卫生热水能够得到充分保证。 重力回灌是一种创新性的回灌装置，能有效提高井水的回灌率。,沈阳铁西百货商厦,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,建筑面积：25000平方米 设备：30HXC400A-HP2机组 2 台 设计单位：新大陆设计院 系统特点：多井回灌（2取4回）,变频控制箱,公共区域下的回灌井,2台热泵机组,北京中关村软件园

27、区汉王大厦,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,建筑面积：27000平方米 设备：30HXC350AHP2 机组2台 工程商：北京远东鸿信高科技发展公司 系统特点：多井回灌（2取4回）,串联热泵机组,控制系统,采水井,北京中共中央党校商业楼,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,建筑面积：13400平方米 设备：30HXC200AHP2 机组2台 工程商：北京远东鸿信高科技发展公司,串联热泵机组,水处理设备,系统原理图,北京九华山庄酒店二期,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,建筑面积：13万平方米 设备：30HXC400AHP2 机组 5台30HXC400A机组3台 设计单位：际高集团

28、系统特点：地埋管地源热泵蒸汽锅炉冰蓄冷的复合系统 埋管方式：竖直埋管,系统运行方式,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,冬季地埋管地源热泵蒸汽锅炉（燃煤） 5台30HXC-400HP2机组并联布置，供暖的峰值负荷及卫生热水由蒸汽锅炉承担。 夏季地埋管地源热泵冰蓄冷（使用冷却塔） 本工程的夏季冷负荷远大于冬季热负荷，为确保系统冬季向地下吸热与夏季向地下排热达到平衡，系统在夏季采用冰蓄冷系统来承担尖峰负荷。 3台30HXC-400机组与FAFCO公司的蓄冰槽组成冰蓄冷系统。冰蓄冷系统采用部分蓄冰、主机上游的型式。3台机组并联布置，机组的冷却水由冷却塔来提供。,地埋管换热系统,30HXC-HP 螺

29、杆式水水热泵机组,设计前先测取地下热工参数 采用专业的地下换热器设计软件来确定竖直埋管的深度、打井数量和分布 地埋管系统由700口井组成，每口井深100米，埋2根U型管。地埋管分为A/B两个区域，A区大，B区小，区域地面为草坪。 采用按当地地质特征进行配方的专业回填料，回填时自下而上灌浆，确保无回填空隙，保证了传热效果。,冰蓄冷系统,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,夏季3台30HXC-400机组与FAFCO公司的蓄冰槽组成冰蓄冷系统。冰蓄冷系统采用部分蓄冰、主机上游的型式。3台机组并联布置，机组的冷却水由冷却塔来提供。,方案总结,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,通过现场实测及专业软件设计，使得系统的总释热量与吸热量达到平衡，从而保证系统的长期稳定运行 采用复合系统，不仅解决了地下换热器的热平衡问题，还有效降低了整个系统的初投资,东莞三正半山大酒店,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,建筑面积：8万平方米 设备：30HXC400AHP2 机组 2台，19XR600 2台 设计单位： 系统特点：地表水地源热泵系统水蓄冷 地表水类型：湖水,方案总结,30HXC-HP 螺杆式水水热泵机组,夏季，螺杆机组冷凝器产生的热量经循环系统向湖水释放 冬季，螺杆机组通过空调冷冻水系统向常年供冷区域供冷，富裕冷量储存到蓄冷罐，蓄冷罐存满