地源热泵技术培训

1地源热泵技术资料及工程案例分析2第一章地源热泵原理介绍3一、什么叫地源热泵地源热泵技术，是一种利用浅层常温土壤中的能量作为能源的高效节能、无污染、低运行成本的既可采暖又可制冷、并可提供生活热水的新型空调技术。地源热泵系统是利用地下土壤常年温度相对稳定的特性，通过埋入建筑物周围的地耦管与建筑物内部完成热交换的装置。4冬季通过地源热泵将大地中的低位热能提高对建筑物供暖，同时把建筑物内的冷量储存至地下，以备夏季制冷使用；夏季通过地源热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑物进行降温，同时储存热量，以备冬季制冷时使用。5如果夏热冬冷地区制冷和采暖天数基本一致，冷暖负荷大致相同，使用同一系统，可以充分发挥地下储能的作用，同时，还能供应生活热水。因此地源热泵技术被称为二十一世纪的“绿色空调技术”。地源热泵中央空调系统是目前中央空调方案中的最佳选择6这种空调系统是把热交换器埋于地下，通过水在由高强度塑料管组成的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行冷热交换的目的。夏季通过机组将房间内的热量转移到地下，对房间进行降温。同时储存热量，以备冬用。冬季通过热泵将土壤中的热量转移到房间，对房间进行供暖，同时储存冷量，以备夏用，大地土壤提供了一个很好的免费能量存贮源泉，这样就实现了能量的季节转换。78二、地源热泵在国外的发展“地源热泵”的概念最早出现在1912年瑞士的一份专利报告中，该技术的提出始于英、美两国。1946年，美国第一台地源热泵系统在俄勒冈州的波兰特市中心区安装成功。但是受当时工业时代的影响，这种能源的利用方式没有引起当时社会各界的广泛注意，无论是在技术、理论上都没有太大的发展。上世纪70年代初期，由于石油危机的出现和环境的恶化，引发了人们对新能源的开发和利用，因而地源热泵以其节能的特点开始受到重视。这时，北欧国家的科技工作者开始了地源热泵的实际应用研究与开发，并得到了国家政府的大力支持。1974年起，瑞士、荷兰和瑞典等国家政府资助的示范工程逐步建立起来，地源热泵生产技术逐步完善。从系统技术来说，此期的地下热传导体系大多数采用的是地下水直接利用方式，要求有一定的水温，而且技术相对粗糙，甚至没有回灌井。70年代后期，瑞典科学家开始研究地下开放式的循环采热系统。上世纪80年代是地源热泵技术飞速发展的时期。这一时期，美国的地源热泵生产厂家十分活跃，成立了全国地源热泵生产商联合会，并逐步完善了安装工程网络。欧洲国家以瑞士、瑞典和奥地利等国家为代表，大力推广地源热泵供暖和制冷技术，国家政府采取了相应的补贴政策和保护政策，使得地源热泵生产和使用范围迅速扩大。9上世纪80年代后期，地源热泵技术已经趋于成熟，更多的科学家致力于地下系统的研究，努力提高热吸收和热传导效率，同时越来越重视环境的影响问题。地源热泵生产呈现逐年上升趋势，瑞士和瑞典的年递增率超过10%。此期美国的地源热泵生产和推广速度很快，技术产生了飞跃性的发展，成为世界上地源热泵生产和使用的头号大国。上世纪90年代以来，欧美国家的科技工作者的联系更加密切，共同对地源热泵有关的环境问题开展了广泛和深入的研究。1995年的国际地热学术会上，英国学者Curtis代表国际地热组织发表了一篇关于应用土壤源热泵系统的调查报告，其中总结性地结论为：（1）土壤源热泵系统是世界能源市场的成熟技术之一，与现存的用电供热/制冷技术相比具有稳定性能好、可靠性高、花费更少的优势；（2）土壤源热泵系统经济上与燃油和燃气锅炉不相上下；（3）如果考虑到包括环境效益、能源保障和长期利用在内，土壤源热泵系统是最好、技术含量最高的替代产品。根据国际上1995—1999年的数字统计，发达国家地源热泵产品的发展势头十分可观。美、欧、日等国家的地源热泵利用情况如下：101）美国：地源热泵系统已经安装了100万套以上，每年递增约20%，其中60万套为土壤源热泵系统。另一方面，美国政府十分关注地源热泵技术的发展和市场推广情况，能源部与大学的研究机构极力促进有关的企业和民间科技力量参与，曾经就地源热泵能否列为国家公用计划而进行了多年的调研。美国政府曾经资助过十几项重大的地源热泵实验示范项目，并在20多个州鼓励市政部门和公立学校、医院等率先安装地源热泵采暖和制冷系统。2）加拿大：地源热泵技术发展稍晚，其中封闭循环地源热泵系统在加拿大刚刚开始，至2004年，仅有10—15万套封闭循环地源热泵系统投入使用。3）瑞典：在地源热泵应用的初期，瑞典政府采取了一定的补贴政策。1990年以来，政府补贴取消，但地源热泵安装仍以5万套/年的速度递增。瑞典全国已经安装了89万套地源热泵，其中约50万套为土壤源热泵系统。114）瑞士：瑞士世界上地源热泵应用人均比例最高的国家，其中土壤源热泵系统所占的比例越来越高，至1998年，土壤源热泵系统已经占有地源热泵安装市场的70%以上（据Rybach,1999），总数达到20万台以上，号称世界上土壤源热泵系统密度最大的国家。瑞士地源热泵总装机容量的增加从上世纪70年代末一直延续至今，呈直线上升趋势。5）奥地利：奥地利是一个独立发展地源热泵技术的国家，地源热泵生产技术和安装技术自成体系。奥地利国土面积83850km2，人口数量约750万。据1995年统计资料，土壤源热泵系统占地源热泵安装的65%以上。另外，奥地利政府对地源热泵安装和及其环境评价采取了最严格的发证制度。6）日本：日本的热泵制造技术是相当不错的，水-水式供暖热泵的数量也名列世界前茅，年生产量达到400万台。但是由于日本有丰富的热水资源、日本土地使用费用相当昂贵，所以作为住宅供暖/制冷的地源热泵应用还十分少见，而主要供应给冰蓄热采暖/制冷系统和水箱式采暖/制冷系统。一些市政建设项目和公益性建筑（如医院、养老院、道路等）曾利用地热泵做供暖/制冷/热水供应/道路融雪等综合性服务，效果颇佳。从地源热泵应用情况来看，北欧国家主要偏重于冬季采暖，而美国则注重冬夏联供。由于美国的气候条件与中国很相似，因此研究美国的地源热泵应用情况对我国地源热泵的发展有着借鉴意义。12三、地源热泵在中国的发展目前在中国，地下水热泵系统、土壤源热泵系统正处于一个迅速发展的阶段。从有关调查来看，地下水热泵工程真正成功的并不多。原因在于要实现100%的回灌，并回灌到同一含水层，不污染地下水，且能长时间稳定运行，并不容易做到。同时，还出现了大量不进行回灌的热泵工程，更有甚者，出现了直接利用地下水通入风机盘管内进行空调。这样做，一则污染水体，二则浪费水资源。对于土壤源热泵的发展主要是从1998年开始。国内数家大学建立了土壤源热泵实验台，且大多数进行了地下换热器与地面热泵设备的长期联合运行。其中1998年重庆建筑大学建设了包括浅埋竖埋管换热器和水平埋管换热器在内的热泵系统；1998年青岛建工学院建成了聚乙烯垂直土壤源热泵系统；湖南大学1998年建设了水平埋管土壤源热泵系统；1999同济大学建设了垂直土壤源热泵系统。这些系统为中国推广土壤源热泵奠定了基础。从2000年开始，在国内长春、济南、温州、重庆、米泉建立了一系列土壤源热泵系统的示范工程。土壤源热泵系统越来越多的被房地产商所关注和采用13随着地下水热泵工程技术改进和规范化，由于其突出的节能和保护大气环境的功能，还是存在着巨大的潜在的市场。垂直埋管土壤源热泵，虽然占地面积大，随着专业安装队伍的发展，钻孔设备的完善，造价大幅度降低，无疑会成为今后最有竞争力空调方式。14世界十大污染最严重的城市中，中国占了七个。在我国北方地区许多大中城市由于燃煤供暖而产生严重的大气污染，政府不得不对燃煤锅炉引起重视。另外，今年的燃煤价格不断上涨，采暖价格也相应提高。燃煤，不仅初投资增加，而且带来了更高的运营成本。例如，北京冬季使用天然气供暖的费用已增至30元/㎡，远高于燃煤供暖19～24元/㎡的费用，燃油供暖则更高达50元/m2。由于燃油和燃气所产生的温室气体仍对大气有所污染，它们只是一定程度的减少了大气污染，并不能从根本上解决污染问题。对于夏季制冷的建筑来说，天气越炎热，室外的温度越高，空调负荷也越大，而此时原始的空调机通过冷却塔向空气散热，效率就越为低下，设备也越费电。原油、天燃气、煤碳价格的大幅度上涨，给广大用户增加了不少的经济负担，同时因燃煤、燃油、燃气取暖及制冷所带来的大气严重污染及温室效应已引起政府和公众广泛关注，人们在想方设法从各个方面节能的同时，也开始寻求传统能源之外的清洁、可再生的能源。正是在这种情况下，以清洁、可再生的地热源为能源的水/地源热泵引起了人们的关注。15奥运会已经过去了，为办好本届奥运会，北京市主管部门和科研部门全力合作，相继进行了一些先进技术研究，国内外专家提出以地源热泵为代表的清洁能源符合“绿色奥运、科技奥运”的宗旨，在奥运工程建设中推广、使用，会议形成倡议书递交北京市政府和奥运会组委会，受到有关方面的高度重视，后详细研究及考核，将地源热泵中央空调作为2008年北京奥运会指定选用的中央空调型式。最有代表性的就是鸟巢地源热泵工程，奥运会各大体育场馆中均应用了地源热泵系统。北京市于2007年7月1日，由发改委及其他八部委联合发布了《关于印发关于发展热泵系统的指导意见的通知》（京发改〔2006〕839号），《指导意见》中，明确提出了，在建筑中使用地源热泵空调系统，每平米补助50元；水源热泵补助35元。从前年开始，国家分别将三个城市做为地源热泵试点城市，分别是北京、天津、沈阳。大力发展地源热泵。现在在这三个城市，甚至全国，地源热泵已经如火如荼。现在国家努力引导发展地源热泵，现在国家的一些政府部门的建筑，学校，医院等，都进行了地源热泵改造，例如我公司参与了多个学校，医院，政府机关的地源热泵改造工程，并取得了骄人的成绩。当然包括通州区的新能源乡村的地源热泵建设。16四、地源热泵原理4.1、可再生的浅层地能主要来源：是可再生清洁能源太阳辐射，影响范围地下15－30米；深层岩石中放射元素蜕变、重力分异、地层摩擦、化学反应。4.2、浅层地能的特点：可再生：储量大：可用性强：浅层地能广泛存在于浅表地层的恒温带中，受四季气候的影响较小，土壤温度相对恒定。华北地区浅层地温为14度-18度，属于低温热源，适合于采用热泵的方式加以利用。174.3浅层地能的利用方式：主要有水源热泵、地源热泵两种18194.4水源热泵原理及系统组成热泵消耗电能作功提取地下水中的热量，将地下水中的低位热能提高品位并“搬运”至室内，再通过末端系统为建筑制冷或供暖。三部分之间通过介质循环流动完成热量传递地下井水抽灌换热系统井水水源热泵机房系统循环水室内末端204.5地源热泵原理及系统组成通过室外埋管换热器中循环液的密闭循环流动实现和地下土壤的换热，热泵将地下土壤中的低位热能提高品位并“搬运”至室内，再通过末端系统为建筑制冷或供暖。三部分之间通过介质循环流动完成热量传递室外地埋管换热系统换热液地源热泵机房系统循环水室内末端214.6地源热泵系统原理图夏季冬季22五、地源热泵特点5.1、属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米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一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一种形式。235.2、属经济有效的节能技术地能或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运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。据美国环保署估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户