《地源热泵培训》PPT课件.ppt
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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,3
2、0HXC-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力的支
3、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目。2003
4、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温度要高夏季,水体和土
5、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,
6、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
7、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
8、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(Coefficient of Performance)热泵的制热量/制热消耗功率,30HXC-HP 螺杆式
9、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
10、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
11、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
12、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,30HXC-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
13、,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
14、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
15、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,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
16、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
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