地源热泵筑龙网课件

2020/6/221地源热泵空调一、目前上海别墅建筑常用的集中空调系统及存在的问题二、地源热泵中央空调介绍三、上海地区别墅建筑采用地源热泵系统的可行性分析四、上海地区别墅建筑地源热泵系统设计五、地源热泵的施工2020/6/222一、上海别墅建筑常用的集中空调系统及存在的问题:1.1风冷冷热水机组加风机盘管空调系统1.2VRV空调系统1.3风冷管道式冷热风空调系统2020/6/2231.1风冷冷热水机组加风机盘管空调系统该空调系统由1台室外机(风冷冷热水热泵机组)、若干台室内机(风机盘管)、水管、冷凝水管及膨胀水箱、循环水泵等组成。系统结构紧凑、安装方便、占室内建筑空间较少,易与建筑装修融为一体。各房间温度可独立控制,运行节能。缺点是无新风供给,集水盘内容易集尘滋生细菌,存在漏水可能。2020/6/2241.2VRV及多联机空调系统该空调系统由1台变频变制冷剂流量的室外机、若干台室内机、冷媒管、冷凝水管等组成。与1.1节（风冷冷热水机组加风机盘管空调）系统不同的是室内外机之间用紫铜冷媒管连接,不需要膨胀水箱、循环水泵。这种系统能对各空调房间实现较精确的温控,使用方便,运行节能。但无新风供给,安装要求高,如发生冷媒泄漏,很难找出漏点,不易维修。2020/6/2251.3风冷管道式冷热风空调系统该系统由室外主机、室内管道机、冷媒管、送风管道和风阀、风口等组成。与1.2节系统相仿,也属冷媒直接蒸发式,只是将1.2节（VRV空调）系统的多个室内机改为一个室内管道机,向各室内提供冷热风。管道机可进新风,使室内空气清新,无漏水之忧,相对价格低。但各房间不易独立控制,房间送风量调节困难,集中回风影响各房间的私密性,风管布置要占建筑空间。2020/6/226目前常用空调系统存在的问题上述3种空调系统均为空气源热泵系统，室外机组均要求暴露于大气中，所以对建筑立面有影响,破坏了建筑的整体美观；系统夏季制冷运行,将大量的热量排放至室外大气，会造成周围环境空气温度的升高,加剧城市的温室热岛效应；冬季低温下制热运行效率低;冬季当室外温度低于零度时,还需要运行制冷循环来除霜，增加了能量损失，制热效果会大大降低。2020/6/227二、地源热泵中央空调:地源热泵中央空调分为水源热泵和土壤(地)源热泵两类形式2.1水源热泵空调系统2.1.1水源热泵概念2.1.2水源热泵原理2.1.3水源热泵的分类2.2土壤(地)源热泵空调系统2.2.1土壤热交换器地源空调概念2.2.2土壤热交换器地源空调分类2.2.3工作原理2.2.4机组运行过程2.2.5土壤热交换器埋管形式2.3地源热泵系统优势2.4地源热泵系统限制因素2020/6/2282.1.1、水源热泵概念水源热泵技术是一种利用地球表面或浅层水源（如地下水、河流、湖泊或海水），或者是人工再生水源（生活污水、工业废水、地热尾水等）的低温低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移，既可供热又可制冷的高效、环保、节能的空调系统。2020/6/2292.1.2、水源热泵原理地球表面浅层水源（一般在1000米以内），像地下水、地表的河流、湖泊和海洋中，吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量，地壳也向井水,地表水的传热,使水源的温度提高,而且水温一般都较稳定。水源热泵技术就是：在夏季将建筑物中的热量“取”出来，释放到水体中去；而冬季，则是通过水源热泵机组，从水源中“提取”热能，送到建筑物中采暖。由于夏季水源温度较室外空气温度低，冬季要高,所以制冷/热的效率远高于空气源热泵.通常水源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。2020/6/22102.1.3、水源热泵的分类井水源热泵（GWHP）井水源热泵系统，也就是通常所说的深井回灌式水源热泵系统。通过建造抽水井群将地下水抽出，通过二次换热或直接送至水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，再由回灌井群灌回地下。地表水源热泵（SWHP）地表水热泵系统。通过直接抽取或者间接换热的方式，利用包括江水、河水、湖水、水库水以及海水作为热泵的冷热源。草坪岩石层岩石层地下水土壤层出水管回水管回灌井抽水井设备间设备间出水管回水管池塘换热器草坪2020/6/22112.2土壤(地)源热泵空调系统2.2.1土壤(地)源空调概念土壤(地)源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。2020/6/22122.2.2土壤(地)源热泵空调分类按土壤热交换器形式分为垂直埋管地源热泵系统水平埋管地源热泵系统土壤层岩石层出水管回水管草坪壤换热器地耦管土设备间土壤层地耦管草坪回水管回灌井设备间2020/6/22132.2.3工作原理供暖时，它吸取地热向用户排放，此过程只消耗少量电能，如图1所示。制冷时，它吸取用户室内的热量向地下排放，同样也消耗少量电能，如图2所示2020/6/22142.2.4机组运行过程冬天热泵中制冷剂正向流动，压缩机排出的高温高压R22气体进入冷凝器向集水器中的水放出热量，相变为高温高压的液体，再经热力膨胀阀节流降压变为低温低压的液体进入蒸发器，从地下循环液中吸取低温热后相变为低温低压的饱和蒸汽后进入压缩机吸气端，由压缩机压缩排出高温高压气体完成一个循环。如此循环往复将地下低温热能“搬运”到集水器，从而不断的向用户提供45℃-50℃的热水。如图3所示。夏天热泵中制冷剂逆向流动，与用户换热的冷凝器变为蒸发器从集水器中的低温水（7-12℃）提取热能，与地下循环液换热的蒸发器变为冷凝器向地下循环液排放热量，循环液中热量再向地下低温区排放，如此循环往复连续地向用户提供7-12℃的冷水。2020/6/22152.2.5土壤热交换器埋管形式地下埋管换热器主要有两种形式，即水平埋管和垂直埋管。选择哪种形式取决于现场可用地表面积、当地岩土类型以及钻孔费用。尽管水平埋管通常是浅层埋管，可采用人工开挖，初投资比垂直埋管小些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，所以在实际工程应用中，一般都采用垂直埋管。（见图4）2020/6/2216可再生能源：利用浅层地热能作为冷热源，实现冷热联供节能：（高温/严寒季节）性能系数高，节省运行费用30～50％；环保：取消锅炉，减少热污染；一机多用：一套系统实现三种用途，制冷,供热及卫生热水.节省建筑空间性能稳定：温度波动小，不受环境影响美观：无室外机，不影响建筑外观2.3地源热泵系统优势2020/6/22172.4地源热泵系统限制因素初投资较高（打井、钻孔、埋管等）需要有一定的空间埋设埋管系统施工要求较高，需要专业施工队伍和设备注意冷热负荷平衡的问题2020/6/2218三、上海地区别墅建筑采用地源热泵系统的可行性分析上海地区属于夏热冬冷地区,近几年最热月平均气温已达30.2℃、最冷月平均气温为4.2℃,最冷月与最热月平均相对湿度分别为75%,83%,高于35℃的酷热天气长达半个月至一个月,日平均温度低于5℃的天数长达两个月以上,因此每年传给土壤的冷热量基本相同,其气候条件适合推广地源热泵。地源热泵地下埋管换热器处于地壳的浅层地表土壤中,土壤的类型、热特性、热传导性、密度、湿度等对地源热泵系统的性能影响较大。据地质钻探知上海地区的浅层土是以黏土、亚黏土及粉砂为主的软土,属于第四纪沉积层,且土壤潮湿,地下水位高,是埋管系统较合适的土壤类型。别墅建筑一般都带有花园,具备供地源热泵系统布管的土壤面积,因此在上海地区别墅建筑中采用地源热泵空调系统是完全可行的。2020/6/2219四、上海地区别墅建筑地源热泵系统实例以上海大华西郊别墅三层（2/-1）别墅住宅为例进行介绍。该别墅建筑面积为550m2,总空调面积为530m2。别墅周围仅有一面积约为120m2的L型空地可供地源热泵系统布管。地源热泵系统:带热回收,制冷,制热,卫生热水三位一体.冬季采用地板辐射采暖.别墅建筑地源热泵中央空调系统工程的设计主要分四个方面，即负荷计算及设备选型、土壤换热器系统方案、末端设备、自动化控制。2020/6/22204.1负荷计算及设备选型4.1.1设计参考资料4.1.2空调冷热负荷及主机选型4.1.2.1空调冷负荷计算4.1.2.2主机选型4.1.3生活热水热负荷计算4.1.4冬季最大热负荷及校核4.1.5系统工作原理2020/6/22214.1.1设计参考资料1）节能、舒适原则2）建筑、装修图纸及对空调系统的要求3）《空气调节设计手册》（第二版）4）《采暖通风与空气调节设计手册》5）《地源热泵系统工程技术规范》(GB50366-2005)6）《建筑设计防火规范》（GBJ16-2001）7）室外空气计算参数夏季室外干求温度tw=34.00C湿球温度ts=28.20C冬季室外干求温度tw=-40C相对湿度φ≤75%8）室内空气设计参数（见表）9）地源热泵GLD计算软件10）土壤换热物性参数（由于本工程地址条件明确，本次土壤热泵空调方案是在地下土壤为岩、土的基础上设计）房间名称温度0C相对湿度%噪音dB(A)夏季冬季夏季冬季卧室2520≤65≤35%≤45家庭室2520≤65≤35%≤45客厅2520≤65≤35%≤45楼梯厅2618≤65≤35%≤452020/6/22224.1.2空调冷热负荷及主机选型4.1.2.1空调冷负荷计算因为上海地区冷负荷大于热负荷，机组选型以冷指标计算。根据装修户型图，P型别墅空调面积为550M2。因为别墅对空调使用的特殊性，满负荷运行的时间比较短，根据别墅图纸及各房间的使用性质，别墅总制冷量74KW，同时使用率80%。别墅部分房间冷负荷计算及汇总表序号层数用途空调面积(m2)冷指标(W/m2)合计冷负荷(W/m2)1地下室保姆房922820522工作室372248288………………合计230740002020/6/22234.1.2空调冷热负荷及主机选型4.1.2.2主机选型结合克莱蒙特的机组进行各户型的机组选型如下：户型机组型号机组型号输出冷量/输入功率KW输出热量/输入功率KW热最大回收量KW最大输入功率KW数量HRHNDHW-009128/6.728.4/8.329.410.71HRHNDHW-007124.4/8.324.4/6.724.59.712020/6/22244.1.2空调冷热负荷及主机选型4.1.2.2设备布置及风管设计设计方法与风冷系统相同,主要内容是合理设计室内机组位置,使水管接入方便,还要保证气流送/回风合理,减少室内各处温差.确定送回风管路的走向,确定截面形状、尺寸及材料,确定送回风口形式、位置、个数、尺寸,进行风管的阻力计算,校核机组所需的机外余压。2020/6/22254.1.3生活热水热负荷计算根据装修提供的图纸，根据《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水2003年》，查卫生器的小时热水用水定额及水温，得盥洗槽水嘴30L/h，水温30℃；淋浴器150L/h，水温40℃。热水设计小时耗热量计算公式Qh=∑qh（t2-t1）np.b.c.p/3600式中：Qh——设计小时耗热量（W）；b——卫生器具同时使用率。np——卫生器具数量qh——卫生器热水用水定额L/hC——水的比热，C=4187（J/kg.℃）;t2——热水温度（℃），按卫生器的小时热水水温；tl——冷水温度（℃），上海地区可选为5℃；ρ——热水密度（kg/L）。按照盥洗槽水嘴同时使用率为30%；淋浴器每户按同时使用3只，计算设计小时耗热量21KW。容积式小时耗热量设计（蓄水罐）考虑到别墅间隙性热水供应特点以及最经济热水加热设备投资，本方按设计一个