地源热泵系统

地源热泵系统工程技术规范1《地源热泵系统工程技术》河南城建学院建筑环境与能源工程系刘恩海2019年05月06日地源热泵系统工程技术规范2第一篇地源热泵的发展应用地源热泵系统工程技术规范3◆地源热泵诞生于20世纪80年代中期。◆据美国10年来的统计资料，地源热泵的运行费用（采暖）比耗电空调节约22%～25%，比燃油、燃煤锅炉运行费用节约40%～60%。◆系统平均寿命预计15～18年，开式循环系统30年，闭式循环系统寿命预计50年。地源热泵系统工程技术规范4◆随着社会的发展、科技的进步，人们对生活、工作环境的质量要求也越来越高，这种需求带动了中国的空调制冷业的发展。◆但是，最近几年电力紧缺的问题一直困扰着我们，在这种情况下，空调作为用电大户，其发展又受到了电力发展的制约，如何协调空调行业的发展与电力供应的不足就成了摆我们面前的一大难关地源热泵系统工程技术规范5◆随着这几年对新能源利用的深入研究和开发，充分利用现有的自然能，如太阳能、地热能、生活垃圾等可利用的能量资源既减轻了当前电力的负担，又增加了空调的环保能力。◆因此，利用自然资源，保护环境也成了当前各国空调制冷行业的研究方向。地源热泵系统工程技术规范6◆地能中央空调，即地下水源热泵◆是利用地下低温地冷或高温地热作为冷热源的中央空调设备，它继承了电制冷冷水机组的优点，且大大提高了其能效比；◆克服了空气源热泵型机组制热不可靠，制热能效比低、能耗大、使用地区制约及溴化锂中央空调机组因燃煤、油气等带来大大严重环境污染、能源浪费等缺点。地源热泵系统工程技术规范7◆地能中央空调的优点：1、环保无烟，气及固体排放物，对环境无污染；2、节能每消耗1KW电能，冬季大约得到约4.5KW的热量，夏季得到约5.7KW得到冷量，运行成本低；3、节地省去了锅炉房和配套设备占地空间；4、节资一套系统既可制热又能制冷，一次性投资比传统节省20-30％，运行费用比传统节省10-30％。地源热泵系统工程技术规范8◆缺点：◆如果利用不合理，可能对地下水造成严重的污染。◆还有，如果地下水被大量抽取后不能够及时回灌可能造成地面下沉，造成地面上的建筑物损坏。◆由于目前大都采用的是闭式循环，因此，它对地下水的污染很小。地源热泵系统工程技术规范9◆地下水源热泵系统存在的问题◆地下水源热泵系统的热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。◆经过换热的地下水可以排入地表水系统，但对于较大的应用项目通常要求通过回灌井把地下水回灌到原来的地下水层。地下水源热泵系统的应用受到许多限制。地源热泵系统工程技术规范10◆如果地下水位较低，不仅成井的费用增加，运行中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，但目前国内地下水回灌技术还不成熟，在很多地质条件下回灌的速度大大低于抽水的速度，从地下抽出来的水经过换热器后很难再被全部回灌到含水层内，造成地下水资源的流失。地源热泵系统工程技术规范11生活热水南方气候潮湿、冬季气温变化大（经常在10℃-20℃间变化）、夏季炎热，因此，洗澡用的生活热水成为南方人的生活必须；夏季空调制冷南方夏季炎热，制冷空调已成为城市家庭和办公的基本设施；冬季采暖16℃是人体对寒冷忍受程度的一个界限，南方冬季绝大多数地方的气温都会降至16℃以下。（1）南方对供热制冷的需求特点（2）农业消费需求特点需要温控的农业大棚、禽舍、鱼池等需求越来越旺。利用地源热泵技术，可以为现代农业提供价廉质优的温控系统一、意义和必要性地源热泵系统工程技术规范12我国采暖和空调的能耗已占建筑总能耗的55％，炎夏季节多数电网高峰负荷约有1／3用于空调制冷，使许多地区用电高度紧张，拉闸限电频繁。2019年广西建筑能耗已经超过全社会总能耗的20%。我国新建建筑全面执行节能标准，建筑能耗要减少50%。我国建筑能耗33%夏季空调45%其他建筑能耗55%空调、采暖地源热泵系统工程技术规范13建设部关于贯彻《国务院关于加强节能工作的决定》的实施意见（建科[2019]231号）“到“十一五”期末，中等城市完成既有建筑节能改造的面积要占既有建筑总面积的15%，小城市要完成10%；太阳能、浅层地能等可再生能源应用面积占新建建筑面积比例达25%以上”美国每年安装约4万套地源热泵系统,意味着降低温室气体(如CO2等)排放100万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植404686公顷(100万英亩)树的效果，年节约能源费用可达42亿美元。地源热泵系统工程技术规范14地球表面吸收了太阳能的47％，相当于人类一年所需能量的500多倍地球深处热流或较深层的地热能对地表浅层也起到了加热作用地源热泵系统工程技术规范15我国近百米内的土壤每年可采集的低温能量达1.5万亿千瓦，是我国目前发电装机容量４亿千瓦的3750倍，而百米内地下水每年可采集的低温能量也有２亿千瓦。因此，许多专家将浅层地能比喻为一个巨大的“绿色聚宝盆”。水泵的作用是把水从低处往高处送，热泵就是热传导的“水泵”。把低温的热源提升，提供生活用能。用１千瓦的电驱动热泵后，可以“搬运”4千瓦的浅层地能。地源热泵系统工程技术规范16地源热泵——冬天代替锅炉从土壤中取热，向建筑物供暖，夏天代替普通空调向土壤排热，给建筑物制冷。称为二十一世纪的“绿色空调技术”地源热泵——是目前效率最高、对环境最有利的热水、取暖和制冷系统。地源热泵系统工程技术规范17属于经济效益、社会效益和生态效益显著的社会公益技术。可见，地源热泵技术——地源热泵系统工程技术规范18二、地源热泵系统的一般形式地源热泵系统工程技术规范19地源热泵系统的特点及优势1、可再生能源利用形式地表浅层收集了47%的太阳能量，它利用地表浅层的可再生能源，符合可持续发展的战略要求。2、高效节能制热系数高达3.5～4.5，而锅炉仅为0.7～0.9，可比锅炉节省70%以上的能源和40%～60%运行费用；制冷时要比普通空调节能30%左右。3、美观传统空调系统的换热器置于室外，破坏建筑的外观；而地源热泵把换热器埋于地下，保持建筑物外观的完美。地源热泵系统工程技术规范204、保护环境设备的运行没有燃油、燃煤污染。不抽取地下水，没有地下水位下降、地面沉降和开凿回灌井等问题，是真正的绿色环保能源利用方式。5、多功能、系统控制和管理方便—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。6、寿命长普通空调寿命一般在15年左右，而地源热泵的地下换热器由于采用高强度惰性材料，埋地寿命至少50年。地源热泵系统工程技术规范21建设部启动《可再生能源行动计划》。主要是：太阳能屋顶计划和浅层地热能利用计划。地源热泵系统工程技术规范222019年是开展示范的第一年，第一批下达的25个项目资金共10368万元，占首批可再生能源建筑应用示范项目补贴预算的50%。这是一个显著的政策信号，政府投入带动若干倍的社会资金，从而强力拉动新能源在建筑领域的应用，推动国家节能、环保战略目标的尽早实现。地源热泵系统工程技术规范23（1）地表(下)水源方式我国实施地源热泵工程主要有两大类利用河水、湖水、地下水为冷源或热源，换热效率高,初期投资成本较低。◆例广西河流数量多，大多数城市（镇）临江而建。地下水也相当丰富，全区有600多条地下河。地源热泵系统工程技术规范24土壤换热器以垂直埋管居多。广西雨水充足，绝大多数城镇地下水位较高，富水土壤比例大，土壤的水对流传热起重要作用，为土壤换热式地源热泵系统应用提供了得天独厚的条件。一般土壤换热井20-30米，换热效果就很明显。10口土壤换热井就可获得约20千瓦的热量（或冷量）。而北方干性土壤垂直埋管深度一般要超过60米，而换热量则一般小于50W/m（2）土壤换热器的闭式系统地源热泵系统工程技术规范25◆夏季采用供冷的冷凝热制热水，制热水不耗电能，实现冷热联供，能效比1：7；◆冬季制热水时热泵的低温热源为土壤源。三、不同建筑类型冷热需求情况分析（1）对需同时供冷和供热水的酒店、或以供热水为主的学生公寓（民用住宅）和短时供冷的食堂（餐厅）地源热泵系统工程技术规范26（2）浅层地热能+太阳能耦合系统对一些已安装了太阳能的系统进行改造，解决其冬天耗电（或耗油）大的问题，技术关键是太阳能集热器与土壤换热器合理耦合的问题，如太阳能的被动利用与浅层地热能的主动利用的匹配和智能控制。地源热泵系统工程技术规范27已完成的广东工业大学龙洞校区学生公寓地源热泵-太阳能-冷却塔耦合的热水示范工程（改造原有的太阳能+燃油锅炉系统）地源热泵系统工程技术规范28（3）对于夏热冬暖地区，一般供冷负荷大于采暖负荷50%以上。冬季采暖时热泵的低温热源为土壤热源，土壤换热器按冬季采暖负荷匹配。夏季制冷通过土壤换热器与冷却塔散热，可减少土壤换热器的埋管长度，减少土壤换热器的投资和埋管所需占用的土地面积。需要解决建筑冷热负荷与土壤换热的平衡问题，对土壤换热器与冷却塔进行合理匹配。三、不同建筑类型冷热需求情况分析地源热泵系统工程技术规范29系统验收太阳能集热蒸发器设计热泵设计自动控制设计用户冷热负荷地层结构理论模型实验模型设备制造系统集成安装试营运土壤换热器设计技术路线流程图四、地源热泵系统设计地源热泵系统工程技术规范30产品系列宾馆医院小区家庭用户学校部队农业大棚养殖地源热泵空调-热水设备GXDKYRB30-A地源热泵热水设备GXDKYRB15-A地源热泵-太阳能空调-热水设备GXDKYRB3-A地源热泵温控设备GXDKYRB20-A8万大卡制冷（热）为一标准台套地源热泵系统工程技术规范31注意三个现象：不该用的地方在用；不懂技术的人在安装；不懂运行的人在运行。地源热泵系统工程技术规范32广西大学行健文理学院学生公寓热水-食堂空调地源热泵系统综合能效比达1:7以上安装地源热泵空调的学生餐厅地源热泵系统工程技术规范33因此，因地制宜、有序开发广西的浅层地热能（或与太阳能耦合），是解决建筑制冷采暖空调、热水供应、温控农业用能的经济途径，对替代常规商品能源，改善能源结构，保障能源安全，建设资源节约型、环境友好型社会以及实现可持续发展具有重要战略意义。地源热泵系统工程技术规范34压缩制冷装置系统简图地源热泵系统工程技术规范35地源热泵系统工程技术规范36地源热泵地源热泵系统工程技术规范37◆教学目标:使学生全面了解本课程的基本内容，学科前沿研究现状，本课程的学习方法。一、空调介绍二、地源热泵介绍三、地源热泵技术经济分析四、地源热泵设计要点五、地源热泵施工要点六、调试与调节要点地源热泵系统工程技术规范38◆1、综述：地源热泵空调是个包含水、暖、空调、制冷、管道、电气控制等综合系统工程，分为设计、施工、调试与运行调节三个阶段，三个阶段必须协调好，设计合理是基础，施工质量是关键，调试与运行调节是决定，如果三个阶段有一个阶段做的不好，工程就不可能做到最好---也就无法做到最节能。理论上涉及到暖通空调专业、给排水专业、制冷专业、管道专业、电气控制、太阳能等多个专业学科。◆2、设计：从理论表面说很容易—只要能画原理图就可以；但好的设计需要一定的设计经验、现场综合施工经验、调试经验、电气控制等，专业上需要熟悉设备、水暖系统、空调系统、制冷系统、管道、电气、太阳能等，才能把地源热泵的优势发挥好。地源热泵系统工程技术规范39◆3、施工：需要丰富的建筑设备经验、暖通空调系统、制冷系统、通风系统、管道、建筑给排水系统、电气控制与编程及建筑基本知识等专业；◆4、调试调节：需要熟悉手动控制、自动控制，熟悉水暖空调制冷等系统与设备、控制、管道间的协调调试配合，调试与调节是检验此工程是否达到设计要求的关键，决定此工程能否达到节能设计要求的关键；地源热泵系统工程技术规范40一、空调介绍（一）、空调系统组成1、空调系统组成（1）、能源交换系统介质如空气与水等；（2）、冷热源主机—热泵与单冷和热源、主机房；（3）、连接管道-----水管或冷媒管；（4）、室内部分；（5）、辅助：蓄冷热设备、辅助冷热源；（6）、控制系统；地源热泵系统工程技术规范41地源热泵系统工程技术规范42室外能源交换系