暖通工程中的地源热泵技术的应用 附暖通节能中地源热泵技术的运用浅析.docx

暖通工程中的地源热泵技术的应用摘要：地源热泵技术具有运行灵活、系统可靠性强、空气品质高、节省占地 空间、易于管理、更适合供暖、制冷负荷的分区等优点，适用于供暖、制冷综合 利用。本文首先介绍了地源热泵技术的应用现状及应用优势，然后阐述了地埋管 地源热泵技术在暖通工程中的应用。关键词：地源热泵技术；现状；优势；应用1地源热泵技术应用现状随着中国经济的高速发展，能源短缺以及环境问题日益成为发展的瓶颈。地 源热泵以其的高效节能性受到重视。最近的一个文献统计了全国地源热泵系统的 应用情况，2005年地源热泵空调新建系统增长了 190%, 2006年为120%。2004 年地源热泵空调安装形式中，地下水源热泵系统占65%,地埋管热泵系统占39%, 地表水源热泵系统仅为4.8%o国内的地埋管热泵空调系统大型系统很常见，且 基本是垂直埋管形式。其他国家地埋管热泵空调系统中水平埋管也比较常见，而 且以小型系统为主。2地源热泵技术应用优势2.1 环保，无污染。地源热泵系统通过工作介质管道系统与土壤间换热，不 污染地下水；省去了锅炉系统，没有燃烧过程，不会产生有毒气体，避免了排烟 污染大气；省去了冷却塔系统，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染，使环境更加洁 净优美，是一种理想的“绿色空调”。2.2 节省投资、寿命长。地源热泵系统既可供暖和制冷，还可供生活用热水, 一机多用，一套系统可以替换锅炉加空调的两套装置或系统；安装工艺简单，节 省初期投资费用；机房占地面积仅为锅炉房的1/10,为燃气澳化铿空调机组的 1/8,没有传统中央空调系统的冷却塔和其它室外设备等集中占地问题，节省了 空间和地皮，产生附加的经济效益，并改善了建筑外部形象；地源热泵系统的地 下直埋管道选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达50年；其系统运行过程中无 结垢、无磨损、无腐蚀，运行寿命可达到20年以上。2.3 高效、节能。地源热泵系统制冷性能系数达到5.41,制热性能系数达到4.82,其通过输入 少量的高品位能源（电能）.实现低温位热能向高温位转移，夏季高温差的散热和冬 季低温差的取热。使得地源热泵系统换热效率很高。因此，在产生同样热量或冷 量的时候，只需小功率的压缩机就可实现，而且冬季运行不需要任何辅助热源和 除霜，大大减少电能消耗和除霜的损失，从而达到节能的目的，其耗能仅为普通 中央空调和锅炉系统的50%-60%o2.4 运行稳定安全。地源热泵系统运动部件要比常规系统少，其从相对恒定 的水源中提取能量，相当于汽车以经济时速在高速公路上行使，平稳而安全，故 障率较低。2.5 运行费用低。地源热泵系统最大特点是高效节能减排，其能充分利用土 壤和湖泊中的巨大能量，循环再生，实现建筑物的供暖和制冷，无论冬季还是夏 季，运行费用只有传统供冷、供暖方式的l/2-l/3o2.6 维护费用低。地源热泵系统不带有室外安装的设备，不设冷却塔、屋顶 风机，没有室外设备安装维护费用。压缩机工作稳定.不会出现传统设备中制冷 剂压力过高或过低的现象，其维护费用大大低于传统的中央空调。2.7 智能控制、人性化、多功能化。可以实现空调系统无人值守、自动运行、 由操作简易的终端控制器实现由最简单（起停、供暖、制冷三档）到最复杂的可编 程智能控制方式；当系统一旦出现问题，它会自动断电和报警。可根据空调系统 的规模实现不同级别的控制，包括用于家庭用户的手动控制、专为大型系统开发 的远程控制及为高档别墅项目量身定做的微电脑控制系统。同时还可以实现对湿 度的调节、热量回收、降噪、负离子发生器等设备的运行状态进行控制。3地埋管地源热泵技术在暖通工程中的应用3.1 地埋管地源热泵技术在暖通工程中的钻孔施工依据设计图纸对每个孔位进行编号，采用全站仪进行测量定位及孔口标高， 并用木桩做好醒目标示。钻机就位后，应以测量钻机平台标高来控制钻孔深度， 避免超钻或少钻。按要求挖好沉淀池及泥水沟，并使其畅通。在钻机驱动钻具回 转钻井的同时，利用泥浆泵通过水龙头、钻杆内孔向孔底输送冲洗液（常用的是 泥浆），冲洗孔底，携带岩屑的冲洗液沿钻杆与孔壁之间的外环状空间上升，从 孔口流向沉淀池，形成正循环排硝系统。初钻时，先启动泥浆泵和转盘，使之空 转一段时间，待泥浆输进一定数量后，方可开始钻井。接、卸钻杆的动作要迅速、 安全，争取在尽快时间内完成，以免停钻时间过长，增加孔底沉淀。3.2 地埋管地源热泵技术在暖通工程中的预组装施工应严格控制PE管的长度，保证U形管每根支管的长度均不少于106.5m。 采用专用成品U形PE管件与垂直PE管相熔接并进行压力试验，以确保U形管 的完好，无渗漏。充水并封帽，以免下管和存放过程中的沙土等污物进入U形 管内。采用绷带绑捆U形管的前部，使U型管头部的1m2m是直的，以便于下 管。垂直管采用HDPE管承压l.6MPa的塑料管材和管件。3.3 地埋管地源热泵技术在暖通工程中的下管施工下管是地源热泵工程中关键之一，因为下管的深度决定采取热量的多少，所 以必须保证下管的深度。下管可采用人工下管、机械下管和重物下管的方法。针 对该项目施工特点，下管时可能会遇到很大的阻力，故直接用钻机下管。在钻孔 完毕后，立即进行下管施工竖直埋地管换热器插入钻孔前，应做第1次水压试验。 在试验压力下，稳压至少15min,稳压后压力下降不应大于3%,且无泄露现象; 将其密封后，在有压状态下插入钻孔。当下管过程中管内压力明显下降，应立刻 停止下管并查明原因。如垂直管受伤，应及时拔出垂直管，检查钻孔内情况，待 排除危险后重新选择新预置U形管下管。下管时采用2m4m设置1个弹簧夹的 方式使U形管两分支管处于分开状态。钻孔完毕后若孔洞内有大量泥浆，将对 下管造成一定的困难，而且由于泥浆中含有大量的泥沙，泥沙在静止时沉积会减 少孔洞的有效深度，为此，每钻完一个孔，待下管完成并检查垂直管完好后应立 即开始垂直管回填，固定管道的安装位置，防止垂直管在井内移动和沉浮。我们 制作专门用于下管的线轴，避免了人工拖管时由于人数不够，管道与地面摩擦而 划伤管道，使管子的耐压等性能下降的问题。3.4 地埋管地源热泵技术在暖通工程中的管井回填可根据现场施工测试情况调整回填料的材质及比例。回填方式采用反浆回填 的方法灌回填料。由孔底部位注入填料向上反填，逐步排除空气，确保无回填空 隙，保证了传热效果。当上返泥浆密度与灌注材料的密度相等时，灌浆过程结束。 灌浆时，保证灌浆的连续性，根据机械灌浆的速度将钻杆逐渐抽出，使灌浆液自 下而上灌注封孔。回填过程必须缓慢进行，确保回灌密实，无空腔，减少传热热 阻。具体灌浆回填流程为：（1）按回填材料设计比例配制回填浆；（2）钻杆随垂直管安装下入垂直钻孔底部，垂直管安装完毕后，钻杆连接到专用回填灌浆机泥浆泵出口上；(3)灌浆回填，保证灌浆连续性，随灌浆进度同时缓慢抽出灌浆管，防止 灌浆深度太深，灌浆管难以取出的情况发生；(4)当上返泥浆密度与灌注材料的密度相等时，灌浆过程结束；(5)灌浆结束后相隔2d复查1次钻孔情况，对孔内经沉淀导致回填浆面下 降量进行2次人工回填，用黄沙进行补充回填。4结束语地源热泵技术属可再生能源综合利用，能达到节能减排的目的，符合国家产 业政策，随着城市化进程的日新月异，地源热泵在建筑工程中的应用会飞速发展。参考文献：丛旭日.地源热泵发展及应用J.建设科技，2005.暖通节能中地源热泵技术的运用浅析摘要：本文就新时期地源热泵供供热技术在城市建筑发展中的应用为论点， 对地源热泵的工作原理以及分类进行了详细的阐述，并指出暖通节能设计中地源 热泵技术的运用特点，仅供参考。关键词：地源热泵；工作原理；暖通空调；热泵系统：前言：据调查，目前，我国采暖与空调的能耗约占建筑总能耗的一半还多，炎夏季 节很多电网高峰负荷估计有1/3用在制冷，导致很多地区用电极其紧张，拉闸限 电经常发生。参考住房和城乡建设部2010年的调查状况，国内建筑运行能耗估 计占全社会总能耗的30%,像国内新建建筑全方位执行节能标准，公共建筑能耗 会降低一半，搞好建筑节能尤其是搞好暖通空调的节能是目前必要之举。1 .地源热泵的分类和工作原理1.1 地源热泵的概念地源热泵系统为应用地下的岩土当作稳定的蓄热体，把地下浅层的热资源， 经过少许的高位能源,把低温位能往高温位能转移,来达到冬季取热储冷的目的， 夏季取冷储热的节能系统，为当前效率高、对环境最好的热水、取暖以及制冷系 统之一，为经济效益、社会效益以及生态效益突出的公益技术，大家称之为二十 一世纪的“绿色空调技术”。1.2 地源热泵的分类参考地热源的类别和方式不一样，地源热泵能够分为以下三种：2.1 土壤源热泵把大地当作热源，热泵的换热器埋在地下，和大地来作冷热交换。土壤源热 泵系统主机一般选用水一水和热泵机组。参考地下热交换器的安设模式，通常情 况下分为垂直埋管、水平埋管以及蛇行埋管三种。1.2.2 地下水热泵系统地下水热泵系统，为一类以水体当作低位热源，应用地下水式水源热泵机组 给空调系统提供冷或热水，再经由空调末端设备来房间空气调节的系统模式。地 下水热泵系统的优点为造价一般比土壤源热泵系统低，还有水井非常紧凑，不占 用场地，技术也相当成熟，水井承包商也非常多。1.2.3 地表水热泵系统地表水热泵系统一般有开路与闭路系统。地表水热泵系统的优点是相对造价 低、泵耗能小、维修率不大和运行费用不多。在寒冷地带，开路系统并不好用， 只有选用闭路系统。1.3 .地源热泵的工作原理地源热泵供暖空调系统一般为三部分：室外地能换热系统、热泵机组以及室 内空调末端系统。工作机理便为在地下安设管道当作换热器，管道和热泵机组连 接生成闭式环路，管道里面有液体流动经过循环把热泵机组的凝结热经过管道散 进地下，或由大地吸收热量供给热泵机组往建筑物供热。2 .地源热泵系统的特点和优势2.1 地源热泵系统的特点2.1.2 节能、高效地温通常情况下为16左右，多少高于地区平均温度1至2度，让热泵不 管在制冷或制热工况中都位于高效率点。当地源热泵空调系统在供给100单位 能量时，大部分的能量来自于土壤，30%的能量源于电力，用在把土壤里面的热 量转移到屋内。和锅炉供热系统对比，锅炉供热仅仅把90%以上的电能转换为热 量给用户应用，但是地源热泵空调系统的转换效率最大值能够达到4.7,所以它 一般比电锅炉加热节约三分之二还要多的电能。2.1.3 节省建筑空间、便于运行管理地源热泵未设冷却塔和别的室外设备，不需要锅炉房、冷却塔和附属的煤场、 渣场所的占用地，节约了大量的地皮，具有一定的经济效益，有助于改善外部环 境外部。热泵机组质量稳定，没有很大的集中机组，不需要专人值守，在很大程 度上降低维修和维护费用，能够实现机组单独计费，分户计量，有助于业主对系 统的管理。2.1.4 绿色、环保、无污染对于地源热泵空调系统，冬季用不着锅炉，没有燃烧产物排放，能在一定程 度上降低温室气体的排放，不但对环境具有一定的保护作用，还遵守了全球气 候公约。在夏季也是把热量传入地下，无一切气体向大气排放，一旦获得普遍 应用将能够在一定程度上减小温室效应，舒缓全球变暖的进度。2.2 地源热泵系统的优势2.2.2 地源热泵的社会效益国内的能源结构一般依靠矿物燃料，尤其是煤炭。矿物燃料燃烧后生成很多 的污染物，位导致温室效益的关键元素。选取地源热泵可以在一定程度上降低一 般供热和空调对大气的污染，为一个利国利民工程。2.2.3 地源热泵的经济效益地源热泵系统能够达到对建筑物的供热与制冷的目的，还能够供生活热水， 一机多用。一套系统能够代替以前的锅炉加制冷机的两套装置或系统。系统紧凑, 不用锅炉房与冷却塔，省去了建筑空间，也有助于建筑的美观。不一个地区，不 一样的地质状况，不一样的能源结构和价格等均会直接干扰到其经济性。3 .地源热泵在暖通空调应用中存在的问题然而，地源热泵也不是非常完美，一般还有些缺陷：初投资非常高，一般是 钻孔费与地下埋管材料费特别高，估计占总投资一半还要多，另外需要占用相当 的地下面积；安设工艺要求非常高，施工工期特别长，一旦设计与安装不恰当， 将不易完全表现其优越性，无法获得应有的节能成效；易受到不一样地区、不一 样用户及国家能源政策、燃料价格的干扰；冬夏季排取总热量一直就不平衡，让 土壤年吸、释热量也是如此，运行很多年后易导致热泵机组运行效率降低；选用 地下水的应用方式，将得到当地地下水资源的约束，易造成地下水氧化，出现很 多的水文地质化学变化和生物变化等状况。4 .地源热泵中央空调系统的设计地源热泵中央空调为一个齐全的系统工程，专业化的设计与施工保证了空调 系统的合理性，若要表现出工程的高档与时尚，重点要搞好设计、施工以及运行 调试三个重要阶段，其中设计为最重要的，也位特别关键的。4.1 地源热泵中央空调系统的确定地源热泵中央空调为很好的选择，然而一定要对建筑物的功能、环境以及土 质水文进行明确的认识，进行详细的调查后，才能确定这一方案。4.2 建筑物系统勘查：在确定地源热泵系统的模式之前，当对工程施工现场状况进行精准的把握， 这便为现场勘测。4.3 地下岩土热物性参数的检测地下岩土的热物性参数为土壤换热器设计中关键的依据。热物性参数的正确 能确保设计的可行性。不会出现负荷不够的状况，导致浪费。一般的方法选定岩 土热物性参数为用钻孔获得的样本研究附近的地质状况，再经由查阅有关资料明 确导热系数的范围，另外地下地质状况的繁杂，影响土壤导热系数的原因非常多， 造成计算的地埋管长度偶尔相差特别大。4.6 热泵机组的选择机组的选择一定为地源热泵专用机组。现在市场上很多应用者把地源热泵、 水环热泵以及冷水机组分不清楚。所以在选型时务必要标清楚应用条件。一般情 况下在选用水源热泵机组替代地源热泵机组时当有一个修正参数，修正系统制冷 量为0.98,输入功率是1.03。修正系数制热量是0.72,输入功率是1.02。5 .地源热泵的技术经济性评价地源热泵不但可以供暖和空调，而且还环保和节能，然而地源热泵是否具有 经济性一直为一个特别重要的问题。因为牵涉到的因素非常多，不一个地区，不 一个能源结构和价格等均会对地源热泵的经济性造成一定的影响，这里只经由对 地源热泵和一般的供暖空调模式来比较，讨论它的经济性。地源热泵供暖经济性 能够和一般的燃煤、燃油以及天然气锅炉作对比。地源热泵经济评价参数一般为: 初投资、成本，及现金流量表有关经济参数。开薪%流，特别是开发多种可再生新能源会为我国经济可持续发展的重中之 重。国内地域宽广，具有丰富的地表浅层地能资源，根据各地的实际情况采取各 种形式的地源热泵技术能够在一定程度上提高低温地热资源，还克服了一般暖通 空调技术的限制与不足，为相当有意和具备实际价值的，在减少能源浪费、保护 环境不受污染和城市现代化等具有重大的意义。参考文献：1何雪冰，刘宪英，中国过渡区域居住建筑的制冷.采暖现状及其发 展前景，西安建筑科技大学学报，2009.6, P1992022万仁里，谈地源热泵，全国热泵和空调技术交流会论文集，2005.10,宁 波3郎四维，林海燕等，夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准简介，建筑 节能，Vol36, P7 84魏燕鑫;左风云;浅论地源热泵技术在暖通空调节能中的运用山;中华民 居;2011年04期