1、地源热泵的综合情况介绍,淮安雨润置业有限公司 二一一年八月,目录,地源热泵技术的基本情况 地源热泵的施工要点及注意事项,地源热泵分类,1、热泵,热泵是一种通过做功使热量从温度低的介质流向温度高的介质的装置。利用热泵，可以把不能直接利用的低品位热能（如空气、土壤、水中所含的热能、太阳能、工业废热等）转换为可以利用的高品位热能。,按所采用的低品位热源不同可分为：空气源热泵（airsource heat pump,ASHP）和地源热泵(ground-source heat pump,GSHP)两大类。,1、热泵原理,地源热泵的低温热源一般是大地的地下水和土壤。由于较深的地层中在未受干扰的情况下常年保
2、持恒定的温度，远高于冬季的室外温度，又低于夏季的室外温度。,因此地源热泵可克服空气源热泵的技术障碍，且效率大大提高。,2、地源热泵的工作原理,应用条件与注意事项,（1）地下水源热泵系统需要有丰富和稳定的地下水资源，水质需满足要求。地下水是由降水经过土壤、砂砾、地层的过滤、渗流而形成的。地下水在地层渗流过程中，溶解了很多盐类，其主要离子组成从低矿度的淡水类型转化为高矿化度的咸水类型。目前我国对水源热泵所用水源的水质尚无明文规定。参考国家冷却水水质标准(GB50050-95)、地下水质量标准(GB-T14848-93)、某些地下水回灌水质的有关规定及地下水化学特点，有关文献提出了水源热泵用地下水水
3、质参考标准。,3、地源热泵的分类及应用注意事项,地下水源热泵系统（开式系统）,地埋管地源热泵系统（闭式系统）,地埋管地源热泵系统也称地下耦合热泵系统或土壤热交换器地源热泵，包括一个土壤耦合地热交换器，它或是水平地安装在地沟中，或是以形管状垂直安装在竖井之中。通过中间介质（通常为水或者是加入防冻剂的水）作为热载体，使中间介质在土壤耦合地热交换器的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行热交换的目的。,概念,3、地源热泵的分类及应用注意事项,应用条件与注意事项,（1）采用单U垂直埋管提供每kW冷量约需1.6-3m2的土壤换热器占地面积，因此对于负荷较大的建筑物实施地埋管热泵系统需要较多的土壤换热
4、器布置面积。 （2）关于冷热负荷不平衡的问题,地埋管地源热泵系统（闭式系统）,3、地源热泵的分类及应用注意事项,地源热泵的热回收,常热泵机组在供冷时，工质的冷凝大多单纯采用冷却水冷却，这部分巨大的热能就浪费了，并且冷却水系统消耗大量的电能。 我们在设计中巧妙的将这部分热能加以利用（如做生活热水），其做法就是在高温高压的气态工质进入冷凝器初端时，再加一套热回收用的热交换装置，即将生活热水与高温高压的气态工质进行间接热交换，生活热水吸收高温高压气态工质的热量而成为相对高温的生活热水。 全热回收功能由具有多种工作模式的电脑程序控制，在制冷季用户可免费得到生活热水，冬季可在供暖的同时提供生活热水，过度
5、季节可以单独提供生活热水。 采用地源热泵空调热泵机组提供卫生生活热水，节省了热水锅炉的设备的一次性投资，能源利用能效比高，节能意义明显。,地源热泵的热回收,热,冷,替代冷却塔,热,热,热,冷,夏天基本原理,土壤源热泵原理（夏季）,地下土壤全年基本18,以水为媒介向土壤散热,室内空气26,热泵机组,接室内空调末端,从土壤中提取冷量,室外空气34,37,32,12,7,冷,温暖,冷,冬天基本原理,土壤源热泵原理（冬季）,地下土壤全年基本18,室内空气18,热泵机组,接室内空调末端,从土壤中提取热量,室外空气0,替代锅炉,温暖,40,45,8,12,土壤源热泵空调系统图,土壤源热泵与常规空调的比较,
6、典型住宅空调与热水成本对比,说明：以上成本仅为能源成本费用,不计设备折旧、人员工资及利润,一机三用，充分利用可再生能源，用一份 电可制造五份以上的冷热量，与传统中央空调相比 可节约30%的能源。,地下能源为再生能源，没有热污染、噪 音、视觉污染、没有有害气体排放。,不受外界高温或严寒影响，运行稳定， 系统简捷，控制简单使用寿命长。,稳定可靠,绿色环保,节能高效,地源热泵的优缺点对比,优点,节水省地,以土壤为载体，向其放出热或吸收热量， 不消耗水资源，省去锅炉房及储油房等配套设施，机房面积小。,可同时实现供热、制冷不同功能要求，机组 可灵活安置在任何地方，无锅炉、储油罐等卫生及 安全隐患。,操作
7、简单，易于管理，故障率少。维护工作 方便简单，维护费用低。,维护简单,灵活安全,地源热泵的优缺点对比,优点,地源热泵的优缺点对比,缺点,土壤源换热器需要较大的占地面积水源热泵等需要较大的水体或者流量足够的污水等,室外占地,冬、夏季节热量提取和释放不平衡，造成热量堆积，换热效果受影响。,热平衡问题,相对于传统的空调形式，增加了室外换热系统初投资增加,初投资增加,闭式系统需要室外水质简单处理水源热泵等必须采取多级的有效过滤，维持系统运行,水质处理,土壤源热泵热平衡问题,土壤热平衡问题的根源与由来,由于建筑物冬夏空调负荷以及运行的时间不一致，导致在空调运行期间土壤换热器系统夏季累计向土壤的放热与冬季
8、从土壤的取热量一般并不一致。由于建筑占地面积的限制，导致垂直单U甚至双U型土壤换热器群布置过于密集。以上两种因素共同作用，长期取放热量不平衡的堆积会超过土壤自身对热量的扩散能力，造成其温度不断偏离其初始温度，并导致土壤换热器系统内循环水的温度随之变化以及系统运行效率逐年下降，这即通常称谓的地源热泵热平衡问题。,土壤热失衡与热平衡所对应的结果,冷热失衡： 土壤温度持续上升； 夏季制冷效率下降， 制冷出力降低，空调效果变差。,冷热负荷基本相当的情况： 土壤温度保持稳定， 制冷效率以年为周期性变化， 年度没有制冷制热能力的衰减,解决措施：从系统与管理上平衡,土壤热平衡问题需要引起足够重视，但完全可以
9、解决 系统设计时必须考虑到土壤热平衡问题，推荐采用逐时负荷模拟软件计算负荷和确定系统 长三角地区适宜按照冬季负荷确定土壤换热器数量，控制全年传入土壤中的热量（夏季）与从土壤中得到的热量基本相同（偏差在20以内） 埋管处有流动良好的地下水通过时性能很好，但水流下游有卖管时，会影响下游热泵性能 条件适合时适当放大埋管间距，并设置监测系统 加强运行管理，轮换土壤换热器分组回路使用 采用带有热回收技术的热泵机组有利于热平衡，且可以提供廉价的生活热水,应优先采用,23,具体解决措施,土壤热平衡问题的解决途径,准确的建筑动态负荷预测；合理设计土壤换热器系统；设置好地源热泵运行策略；土壤换热器确保施工质量；
10、加强系统后期运行和管理。,解决措施 冷却塔调节模式,不同冷却塔调节模式： 冷却塔系统优先运行 冷却塔系统次优先运行 冷却塔调峰运行,热回收,土壤热平衡可以通过技术手段解决,针对项目特点，缓解土壤热平衡问题的措施众多： 主要措施是采用冷却塔优先运行模式可将冷热不平衡率降低到6.9%，达到土壤自身平衡范围之内。另外还可以采用提供生活热水、土壤换热器优化分组、增大埋管间距等方式缓解土壤热失衡问题。最后还可以设置完善的监测系统，确保系统运行的状态处于可观测和克控制的范围内。可见土壤热平衡问题虽然需要在设计中仔细考虑，但并不是技术上的难题，完全可以通过系统的合理设计和规范化的运行管理进行规避。,岩土热响
11、应试验,土壤换热器测试方法及应用,恒定热流模拟试验,目前常用的是采用电加热器提供恒定热量，该方法是目前主流的测试方法，其进行地埋管换热器的设计过程如下：,恒定热流模拟试验,目前常用的是采用电加热器提供恒定热量，该方法是目前主流的测试方法，其进行地埋管换热器的设计过程如下：,恒定工况模拟试验,恒定工况模拟试验方法是华清集团于2006年提出的，国外尽管提出过向地埋管换热器排放冷量的测试方法，但其实质是恒热流模拟试验（不建立恒定工况），该测试方法进行地埋管换热器的设计过程如下：,两种测试方法比较,恒定工况模拟试验优点： 1）测试结果直观 2）设计结果可校核缺点： 1）相关理论研究成果较少； 2）每延
12、米换热量目前尚无法涉及到群孔布置的热干扰问题，应用受到局限； 3）测试设备复杂,恒定热流模拟试验 优点： 1）测试设备结构简单； 2）相关理论研究成果多，理论依据充分； 缺点： 1）绝大多数传热模型均为纯导热模型，忽略了多孔介质中的对流； 2）传热模型存在适用性问题，假设条件与实际地质情况差距较大； 3）需要多次模型计算，增加误差累计； 4）计算具有较强专业性，从业单位掌握程度参差不齐。,土壤源热泵系统,建筑基座下埋管与结构的配合,高舒适度低能耗建筑技术的集成,墙体保温,暗敷在混凝土楼板中的采暖/制冷用盘管,室内排风,新风送风,地热源,楼板辐射,墙体保温,暗敷在混凝土楼板中的采暖/制冷用盘管,
13、室内排风,新风送风,地热源,楼板辐射,地源热泵,外遮阳,回填方式,一般采用6%膨润土的原浆回填效果较好，施工工序简单，因此本工程如实施土壤源热泵推荐下部含6%膨润土的原浆，回填方式采用底部压浆；上部15m采用黄沙手工回填。,土壤换热器分析思路,最大程度的利用现有地块布置土壤换热器，增加土壤换热器出力，提高空调系统的保证率桩基埋管与钻孔埋管相结合，采用双U型埋管以满足冬季负荷确定土壤换热器数量对灌注桩土壤换热器采用专业软件模拟其取放热量结果作为分析依据,施工配合点,根据项目施工工序以及施工特点，地源热泵系统的施工主要有以下几个工序需要与建筑结构、给排水专业配合： 灌注桩施工与PE管下管配合 基坑
14、垫层施工与水平管铺设配合 大底板钢筋施工与预留检查井孔洞配合,灌注桩施工与PE管下管配合,主要为灌注桩进行灌浆与土壤换热器的PE管下施工的协调配合。针对灌注桩埋管的PE管下管式，目前有两种做法：1、将PE管绑扎在钢筋笼子上，随钢筋笼子下管2、将PE管缠绕在混凝土导浆管上，随混凝土的灌浆下管,随导浆管下管,导浆管进行浇筑的同时，现 场的PE管施工人员与灌桩施工 人员必须密切配合，当混凝土 进入导管进行浇铸完约810米 或在第一节至第三节导管抽出 时，施工人员将导管进行正逆 向转动，使PE管的固定支架在 导管上水平并能自动脱离导管， 让导管顺利取出，并使PE管埋 入已浇铸的混凝土灌桩内。,安装钢套
15、管,在进行PE管下管时，无论采用哪种方法，均需要在预定的截桩位置安装钢套管，以免截桩时PE管受到损坏。,安装钢套管,基坑垫层施工与水平管铺设配合,根据项目整体工期规划，现场不允许土壤在空气中暴露时间过长在基坑开挖至相对标高后立即浇筑垫层，土壤换热器的水平管施工需要与基坑垫层施工同步进行。基础垫层施工时需为地埋管的水平管留有足够宽度的空间待地埋水平管施工后再进行垫层的补浇，用木方给水平沟做模，用以防止浇筑混凝土垫层时将水平沟浇筑上混凝土。,水平管施工配合流程,1、在平整的基坑上做铺设水平管用的水平沟的定位，用一定尺寸的木方给水平沟和孔位至水平沟的直线沟做模，用以防止浇筑混凝土垫层时，将水平沟和直
16、线沟浇筑上混凝土。 2、等垫层坚固后，取出木方摸具，在水平沟和直线沟中，作水平管的施工；水平管的施工要求：水管在铺设时严禁管道上下蜿蜒，造成管道积气。水管应在水平方向铺设以蛇游状为佳，留有一定膨胀、收缩空间，避免管道应热胀冷缩影响管道使用寿命。 3、在水平沟上面铺一层黄沙保护管道，管道连接并试压验收合格再进行5080mm黄沙回填，黄沙上面再捣一层素混凝土（垫层）。,大底板钢筋施工与预留检查井孔洞配合,基坑开挖至规定标高后，由于大底 板的缘故，土壤换热器必须在坑内连 接至分集水器后汇总至机房。因此需 要在基坑开挖至规定标高后，在靠近 外墙体附近区域局部下挖一定尺寸的 孔洞，为以后设置窗式检查井预
17、留空 间。此处需要与结构施工与基坑开挖 施工协调进行，主要包括：1、孔洞开挖方案需要多方面考虑，尺寸需要获得结构专业认可；2、局部的垫层以及竖直部分大底板与垫层的浇筑需预留水平管位；,PE管道的检查,采用灌水的方式对PE管进行通水、冲洗，直至管道内水流平稳、均匀且无沉渣为止。若管道不通则需要对管道进行疏通，然后打压。 将两组U型管中比较接近的一对管进行W弯热熔连接，将没有W弯连接的管段用DN3的直接连接另一段3米左右的PE直管（用来接出承台以备水平埋管时使用）。,地埋管换热管常采用高密度聚乙烯管HDPE管； 压力等级为1.6mpa，即HDPE100； 压力等级为1.2mpa，即HDPE80。一
18、般使用SDR11系列，即管道外径/11=管道壁厚，塑料管管径用外径标注。,换热管管材,室外地埋管换热器,PE管的检查,再次对已连接的管道进行通水试压试验，将PE管通水加压至0.8Mpa，在15分钟内压力下降不超过3%。证明热熔连无滴漏现象后，卸压并将直管接出承台，将管口用堵头密封，用透明胶带将PE管绑好备用。,1 、热熔连接采用热熔焊机将两根待连接管道的端面或侧面进行加热，使其熔化，然后迅速将其贴合，保持一定的压力，经冷却后达到熔接的目的。其接口在承压和承拉时均比管材本身强度高。各种管径的PE管均可采用这种连接方式，但焊接设备费用高。 2 、电熔连接通过对预埋在电熔管材内的电热丝通电使其加热，
19、从而使其内外表面分别被熔化连接，冷却后达到焊接的目的。该方法连接方便、迅速。但这种连接方式造价高，因管材内必需预置地热丝，一般用于口径较小的管道上（直径小于或等于63的管材）。 3、 钢塑连接PE管道在和其它管材或阀门等附件连接时，采用钢塑过渡接头或钢塑法兰连接。对于小口径的管道（直径小于或等于63），一般采用一体式钢塑过渡接头，对于大口径的管道（直径大于63），一般采用钢塑法兰连接。,换热管连接,室外地埋管换热管连接,空调末端形式,天棚辐射,毛细管辐射,地板采暖,风机盘管,置换新风,负压新风,全热交换新风,组合新风机,冷暖调节,品质调节,搭配组合,风机盘管空调系统的工作原理，就是借助 风机盘
20、管机组不断地循环室内空气，使之通过盘管而被冷却或加热，以保持房间要求的温度和一定的相对湿度。盘管使用的冷水或热水，由集中冷源和热源供应。风机盘管空调系统只有水管和较小的新风管（配合新风系统使用），具有布置和安装方便、占用建筑空间小、单独调节好等优点，用于房间数多、房间较小、需要单独控制的舒适性空调中。,风机盘管,对于房间布局来说，宜采用二级吊顶来装饰风机盘管，需要的空间如下：,风机盘管,风机盘管空间要求,地板辐射采暖是以热水在埋置于地板下的盘管系统内循环流动，加热整个地板，通过地面均匀地向室内辐射散热的一种供暖方式。俗话说“寒从脚起”，地板辐射的温度曲线符合人体生理学特点，使生活更舒适。 地板
21、辐射采暖的实感温度比室内温度高出2-4 。这样的方式可使人们同时感受到辐射温度和空气温度的双重效应，其室内温度梯度比对流采暖时小，因而可以大大减少屋内上部的热损失，热压减少，冷风渗透量也减小。16的设计温度可达到一般采暖20的采暖效果。低温地板采暖，塑料管埋入地面的混凝土内，如无人为破坏，使用寿命在50年以上。,地板采暖,地板采暖,施工条件,保温板铺设,反射膜铺设,铁丝网铺设,地板采暖铺设,地板采暖施工工艺,地板采暖施工工艺,1）、占据78cm净空； 2）、地板装饰材料不能选择实木地板； 3）、地面装饰不得采用地毯。 4）、集分水器需要占用室内空间。,地板采暖,该系统的工作原理并不复杂，寿命与
22、建筑物等同。不会因日照产生室内过热现象。天棚低温辐射采暖制冷系统主要通过预埋在天棚（混凝土楼板）中的均布水管进行低温辐射采暖制冷,管路采用国产塑料管(PB管或PE-RT管)敷设,敷设前预先加压,并保持3Mpa,带压浇砼。依靠低温热水为热媒，以夏季节送水为20，回水温度为22，冷却的天棚可以吸收室内大量多余热量，通过系统的循环水带走。冬季送水28，回水温度为26，2温差，以辐射方式工作，该系统依靠设在地下的地源热泵主机控制，自动调节室内温度。,天棚辐射,天棚辐射,适用于新建筑，安装与楼板混凝土浇注同时进行,毛细管辐射供冷，方式可为吊顶、壁挂、地板铺设。毛细管网三个特点是：结构特点、材料（理化）特
23、点、使用特点。结构特点：毛细管网是集分水式结构，具有换热面积大、换热均匀、换热效果好、水力损失小的特点，决定了毛细管网是一种高效的换热器。材料特点：制作毛细管网的原料可以是PP-R、PE-RT或PB，可热熔成型，是绿色环保的原料，具有耐高温、耐高压、耐腐蚀的特点，可以耐95度高温，可以耐酸碱溶液腐蚀，可以耐5.6MPa压力,是理想的高效换热器。使用特点：毛细管网轻薄、柔软、荷载小、结构合理、性能优良，具有安装方便、高效节能、高舒适度、绿色环保的特点,冷吊顶辐射系统,单根环路,系统剖面示意,毛细管辐射,毛细管,新、旧建筑均适用，毛细管网贴附于顶板表面、地面、墙壁均可,对建筑节能要求 混凝土顶棚辐
24、射系统单位面积换热量有限，如按照普通围护标准建造的建筑，必须增加新风量，造成运行费用增加，舒适度降低。因此应该对建筑围护结构进行改造，达到现行建筑节能75%的标准。主要做法建议如下： 外墙采用l00mm 厚高密度自熄型聚苯板(EPS板)，容重为25kg/时，导热系数0.040w/m2.K， 采用聚合物水泥砂浆水泥粘结剂将苯板与结构墙体进行粘结。聚苯板和聚苯板之间的缝隙用聚氨酯发泡填充剂进行填充。 屋面保温系统采用200mm厚聚苯板做保温层，综合传热系数为0.2w/m2.K。屋面及女儿墙的内外侧和顶部满粘100mm厚聚苯板，有效阻断热桥。 外窗保温隔热技术（断热铝合金窗框、低辐射 (Low-E)
25、 中空玻璃、铝合金遮阳卷帘）。 保证合理的窗墙比。 使用上述材料及做法，确保建筑围护结构最大渗热量小于20w/m2 。,1 、热熔连接采用热熔焊机将两根待连接管道的端面或侧面进行加热，使其熔化，然后迅速将其贴合，保持一定的压力，经冷却后达到熔接的目的。其接口在承压和承拉时均比管材本身强度高。各种管径的PE管均可采用这种连接方式，但焊接设备费用高。 2 、电熔连接通过对预埋在电熔管材内的电热丝通电使其加热，从而使其内外表面分别被熔化连接，冷却后达到焊接的目的。该方法连接方便、迅速。但这种连接方式造价高，因管材内必需预置地热丝，一般用于口径较小的管道上（直径小于或等于63的管材）。 3、 钢塑连接
26、PE管道在和其它管材或阀门等附件连接时，采用钢塑过渡接头或钢塑法兰连接。对于小口径的管道（直径小于或等于63），一般采用一体式钢塑过渡接头，对于大口径的管道（直径大于63），一般采用钢塑法兰连接。,换热管连接,室外地埋管换热管连接,主机房,主机、循环泵、分集水器、水处理设备、定压设备等设备放置在机房内，地上循环泵、地下循环泵各两台、分集水器一组，分集水器上设置地下侧定压水箱；地上侧定压设定压膨胀罐；地下侧通过高位补水箱补水，地上侧通过补水泵补水 。 A;机房面积一般为建筑面积的0.51.2%，项目为45万平米，机房面积为450000*0.5%=2250平米。可以为下一期的建筑预留场地，也可以分
27、开建设。 B;机房高度为:净高4.2米，地下室不够可以向上或向下拓展，主机高度为2.3米。 C；机房一般放在地下室中，可以节约成本，也可以建设一个独立的建筑做机房。 D;安装时间为建筑主体结束。 E;主机的品牌选择：目前市场上的最好的几大品牌为；约克，特灵（太仓产），开利，麦克维尔（日本大金的）。克莱门特（意大利品牌，上海产，合资的）主机在目前市场占有冷剂为：R22（氟利昂),R134（不破坏臭氧层，环保） F；机房价格为;每平米100元左右*（建筑面积 ）,空调机房：装机冷量（KW）1200元/KW；加生活热水 + 50元/KW；以上以1000KW左右为界限，冷量越小，单价越高，冷量越大，单价越低。埋 管：钻孔深度（m) 80元/m； （土壤类）钻孔深度（m) 190元/m；（岩石类）原则：井位多，单价高，井位少，单价低。普通末端：风机盘管+新风：150元/m2建筑面积天棚辐射: 楼板埋管+置换新风：230元/m2建筑面积,造价估算,
