广西培训地热-地源热泵中央空调系统.ppt

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1、地源热泵中央空调系地源热泵中央空调系统统20122012年年3 3月月2021/9/271节约节约“需要使用需要使用”的能源的能源n n建筑物的节能设计；（维护结构材料、构造）n n合理的空调系统；（负荷计算、设计思路）n n科学的运行管理；（系统调节、使用维护）2021/9/272n n可利用的可利用的“可再生可再生”能源；能源；水？水？空气空气阳光阳光土壤土壤人员、照明及设备散热人员、照明及设备散热其它其它n n“不可再生不可再生”的能源；的能源；煤煤气气电电油油其它其它2021/9/273热热 泵泵 空空 调调n n热泵原理：热泵技术是全世界近年来倍受关注的一项新型能源技术。其基本原理基

2、于逆卡诺循环，采用电能驱动，从低温热源中吸取热量，并将其传输给高温热源以供使用，传输到高温热源中的热量不仅大于所消耗的能量，而且大于从低温热源中吸收的能量，在标准工况下，系统消耗一个单位的能量，从低温热源中提取二个单位的能量，合在一起输出三个单位的能量。2021/9/274热热 泵泵 空空 调调 优优 点点n n热泵有四大优点，第一是节能，有利于能源的综合利用，第二点是有利于环境保护，第三点是冷热结合，设备应用率高，节省初投资，第四因为它是电驱动，所以它调控比较方便，因此热泵备受大家的关心。是一种节能、环保空调技术。2021/9/275热泵系统主要由四部份构成热泵系统主要由四部份构成n n热泵

3、系统主要由四部份构成，分别是压缩机、散热盘管（俗称冷凝器）、膨胀阀、吸热盘管（俗称蒸发器）。2021/9/276不同方式制热运行费不同方式制热运行费2021/9/277常见的热泵系统常见的热泵系统n n空气源热泵系统；n n水源热泵系统；1、水源热泵中央空调系统2、水环热泵户式空调系统3、海水水源热泵系统n n土壤源热泵系统；2021/9/278空气源热泵空气源热泵n n空气源热泵机组：空气源热泵系统通过空气蓄能空气源热泵机组：空气源热泵系统通过空气蓄能获取低温热源，经系统高效整合后成为冷热源，获取低温热源，经系统高效整合后成为冷热源，用来供冷、供暖或供应热水。空气源热泵机组由用来供冷、供暖或

4、供应热水。空气源热泵机组由室外机和室内机两部分组成，它在冬季作为热源，室外机和室内机两部分组成，它在冬季作为热源，提供低温热水采暖，在夏季作为冷源，提供冷水提供低温热水采暖，在夏季作为冷源，提供冷水给风机盘管制冷。室外机与空气进行热交换，通给风机盘管制冷。室外机与空气进行热交换，通过氟过氟2222介质将冷热传送到室内机，室内机通过板介质将冷热传送到室内机，室内机通过板式换热器将氟式换热器将氟2222的冷热水，由冷热水在居室内循的冷热水，由冷热水在居室内循环，冷热合一，节省初投资。环，冷热合一，节省初投资。2021/9/279n n广西桂林位于长江以南地区，冬季气温不是很低但湿度较大，而夏季异常

5、炎热，这就要求空气源热泵机组必须有较强的温度、湿度适应能力。空气源热泵机组不但可以夏季制冷、冬季供热，不用设冷却塔，避免了因冷却塔水污染而产生的军团菌对室内空气的污染；不单独占用机房、运行费用低，是节能、环保、安全的中央空调系统。2021/9/2710空气源热泵机组使用图空气源热泵机组使用图2021/9/2711地源热泵中央空调系统2021/9/2712地源热泵中央空调系统简介地源热泵中央空调系统简介n n地源热泵空调系统技术在20世纪40年代就在美国国会大厦使用，于50年代形成第一次高潮。直至20世纪70年代世界石油危机使得人们关注节能时，地源热泵的推广才迅速展开。经过50多年的发展，地源热

6、泵技术在北美和欧洲已非常成熟，在美国，地源系统占整个供暖空调系统的20%，并且地源热泵销量正以每年的20%速度递增。2021/9/2713地源热泵中央空调系统简介地源热泵中央空调系统简介n n我国气候条件与美国比较相似，北美的地源热泵我国气候条件与美国比较相似，北美的地源热泵方式对我国更具有借鉴意义。建设部于方式对我国更具有借鉴意义。建设部于20062006年推年推出了出了地源热泵系统工程技术规范地源热泵系统工程技术规范及财政部及财政部 建建设部关于设部关于可再生能源建筑应用专项资金管理暂可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法行办法的通知；和广西住建的通知；和广西住建 厅下发的厅下发的广西壮族

7、自治区可再生能源建筑应用管理办法不但对地源热泵的设计、施工及验收进行规范并不但对地源热泵的设计、施工及验收进行规范并从政策及资金上给予大力支持。从政策及资金上给予大力支持。2021/9/2714n n桂林市2011年被列为国家第三批可再生能源建筑应用示范城市，桂林市政府将在建筑领域大力推广使用可再生能源建筑应用技术，凡属于全市范围内新建、改建、扩建的公共建筑或居住建筑以及既有建筑改造项目，均可申报可再生能源建筑应用示范项目，符合申报条件的将获得专项补助资金。2021/9/2715地源热泵中央空调系统简介地源热泵中央空调系统简介n n目前地源热泵技术的应用已从单一的供暖发展到同时供暖、供冷、供生

8、活热水。热源也从地下水发展到江、河、湖、海、城市污水等。地源热泵系统通过大地（土壤、地下水等）天然资源吸收或释放能量，再由热泵机组向建筑物供冷供暖供热，是一种利用可再生能源的高效节能的新型空调系统，可广泛应用于商业楼宇、公共建筑、住宅公寓、学校、医院等建筑物。2021/9/2716地源热泵中央空调系统简介地源热泵中央空调系统简介 和传统空调相比，地源热泵的维护成本非常低，无需专人看管，节省占地空间，没有氨氧化物，二氧化硫和烟尘的排放，没有污染。根据现有的工程测算，采用地下水式地源热泵，冷热源部分系统初期投资为每平方米300400元，与采用冷机组加锅炉中央空调系的投资大致相同。如果全国每年在20

9、00万平方米建筑中推广使用地源热泵系统供暖空调，则可节约70万立方米标准煤或5.2亿立方米天燃气，同时减少约470吨氮氧化物和40吨颗粒物的排放。2021/9/2717浅层地温能的利用浅层地温能的利用n n一般将土壤、地下水和地表水这些温度低于一般将土壤、地下水和地表水这些温度低于2525的热能称之浅层地能。我国浅层地能资源潜力巨的热能称之浅层地能。我国浅层地能资源潜力巨大，据专家测算，我国近百米内的土壤每年可采大，据专家测算，我国近百米内的土壤每年可采集的低温能源是我国目前发电装机容量集的低温能源是我国目前发电装机容量4108kW4108kW的的37503750倍，而百米内地下水每年可采集的

10、低温能倍，而百米内地下水每年可采集的低温能量也有量也有2108kW2108kW。广西能源自给率仅为广西能源自给率仅为1/41/4，建筑，建筑能耗占全社会总耗能将近能耗占全社会总耗能将近1/51/5。桂林市能源资源极桂林市能源资源极为有限，能源供应以外地调入为主。石油和天然为有限，能源供应以外地调入为主。石油和天然气尚未发现可供开采的工业储量。电力供应气尚未发现可供开采的工业储量。电力供应6060从南方电网调入，天然气、原油全部由外地调入，从南方电网调入，天然气、原油全部由外地调入，能源问题直接关系到桂林市现代化建设的进程，能源问题直接关系到桂林市现代化建设的进程，大力开发利用浅层地温能可以优化

11、能源结构，缓大力开发利用浅层地温能可以优化能源结构，缓解能源供应压力。解能源供应压力。2021/9/2718浅层地温能的利用浅层地温能的利用n n浅层地温能开发利用的重点是建筑用能。建筑能浅层地温能开发利用的重点是建筑用能。建筑能耗在全社会总能消耗中所占比例较大。发达国家耗在全社会总能消耗中所占比例较大。发达国家建筑能耗占全社会总能耗的建筑能耗占全社会总能耗的3535，我国住宅能耗，我国住宅能耗占全国总能耗的占全国总能耗的3737，是能耗大户，而城市住宅，是能耗大户，而城市住宅中的供暖制冷又占了绝大部分，如果供暖制冷这中的供暖制冷又占了绝大部分，如果供暖制冷这部分能源的部分能源的7070808

12、0利用浅层地温能，那么，社利用浅层地温能，那么，社会总能耗中会总能耗中1010以上可来自可再生能源。目前，以上可来自可再生能源。目前，我国水电总量只占全国总能量的我国水电总量只占全国总能量的7 7，可以预见，可以预见，在不远的将来，浅层地温能用好后，其意义可能在不远的将来，浅层地温能用好后，其意义可能会超过水电。会超过水电。2021/9/2719地源热泵中央空调系统简介地源热泵中央空调系统简介n n地源热泵中空调系统的热源来自土壤及各种水源（如地下水、江、河、湖、海水及废水等）。不论是夏季还是冬季，桂林的的地下水常年稳定在14至16之间，而空气的温度夏季高达40左右，冬季可低至4左右。显然，在

13、桂林地区对地表水提取能量要更加有效 2021/9/2720地源热泵中央空调系统简介地源热泵中央空调系统简介n n.但并不是所有的城市都适合采用地源热泵特别是目前广泛推广的地下水源热泵，一定要以保护水源作为前题，要保证有充足的地下水并完全回灌回地下，才能保证水源热泵系统的成功使用，而水源热泵系统成井工艺是该系统成功运行的保证所以一定能要由专业的公司及施工人员负责做好打井、回灌工作。没有适合可靠的的水源，就不能使用地下水热泵。2021/9/2721地源热泵中央空调系统的组成及特点地源热泵中央空调系统的组成及特点2021/9/2722地源热泵概念地源热泵概念 地源热泵技术是一种利用地球表面浅层地热能

14、资源进行供热、制冷的高效、节能、环保的空调系统。地源热泵通过输送少量的高品味能源-电能实现低温热能向高温热能的转移。地热能在冬季可作为热泵供热的热源;在夏季又可以作为热泵制冷的冷源。通常热泵消耗1KW的热能，主机部分可以得到约4KW的热量或6KW的冷量。2021/9/2723地源热泵概念地源热泵概念n n地源热泵系统是成熟的技术，在设计合理的情况下可地源热泵系统是成熟的技术，在设计合理的情况下可以可靠、稳定、经济的运行。地源热泵的特点是从地以可靠、稳定、经济的运行。地源热泵的特点是从地 下水中或土壤下水中或土壤“取能取能”，不，不 取取“水水”，在完全保证，在完全保证回灌的条件下不会造成地面沉

15、降；由于循环水在完全回灌的条件下不会造成地面沉降；由于循环水在完全封闭的地下管路中流动，对地下环境无任何污染。封闭的地下管路中流动，对地下环境无任何污染。n n地源热泵系统按取能方式不同分为水源热泵系统和土地源热泵系统按取能方式不同分为水源热泵系统和土壤源热泵系统两种。壤源热泵系统两种。n n采用地源热泵时，应按国家颁布的采用地源热泵时，应按国家颁布的供水水文地质勘供水水文地质勘察规范察规范（GB50027-2001GB50027-2001）、地源热泵系统工程技地源热泵系统工程技术规范术规范 （GB50366-2005GB50366-2005）的要求进行水文地质勘察）的要求进行水文地质勘察工作

16、，在地下水及地质条件具备时经相关部门审批后工作，在地下水及地质条件具备时经相关部门审批后方可采用。方可采用。2021/9/2724地源热泵中央空调系统设计流程图地源热泵中央空调系统设计流程图建筑物空调系统选择方案工程立项建筑冷、热负荷设计地源热泵系统常规空调系统土壤源地下水源地表水水文地质勘察土壤热响应试验地表水水质勘察地源热泵机组设备选型系统集成设计系统集成实施系统调试系统运行浅层地温勘察（水文地质）2021/9/2725地源热泵系统地源热泵系统组成（系统工程）组成（系统工程）n n室内用户系统常规空调（供热、制冷）系统n n主机机房系包括水源热泵主机、循环水泵、水处理、控制系统n n水源水

17、系统包括抽水井（地下耦合管地埋管）、回灌井、井室、潜水泵等2021/9/2726 水源热泵中央空调系统 2021/9/2727水源热泵中央空调系统示意图水源热泵中央空调系统示意图2021/9/2728水源热泵中央空调系统水源热泵中央空调系统n n江、河、湖，海？n n地下水；n n污水；n n工业废水；n n市水？n n常温水源热泵水源水温度建议在745；2021/9/2729水源热泵中央空调系统水源热泵中央空调系统n n常温水源热泵可以提供555 之间的空调、工艺用水；2021/9/2730水源热泵系统特点水源热泵系统特点n n冷、热一体，一套系冷、热一体，一套系统满足冬夏使用要求；统满足冬

18、夏使用要求；n n省去锅炉房、冷却塔省去锅炉房、冷却塔等设备，减少占地面等设备，减少占地面积，无飘水损失，易积，无飘水损失，易于运行管理；于运行管理；n n无污染；无污染；n nCOPCOP高；高；n n可实现热回收；可实现热回收；n n水源部分投资大？水源部分投资大？n n在很多地方，水的应在很多地方，水的应用受到限制；用受到限制；n n冬季能够提供的空调冬季能够提供的空调水为低温热水？水为低温热水？2021/9/2731水源热泵的原理水源热泵的原理n n压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀；n n冬夏季运行工况的调整是通过系统，而不是主机本身，即主机内部蒸发器永远是蒸发器，冷凝器永远是冷凝器；n

19、 n解决了两器功能转换时，换热面积不匹配的矛盾；2021/9/2732水源热泵工作原理（冬季）水源热泵工作原理（冬季）2021/9/2733水源热泵工作原理（夏季）水源热泵工作原理（夏季）2021/9/2734水源热泵的原理示意图水源热泵的原理示意图2021/9/2735水源热泵的原理水源热泵的原理2021/9/2736水源热泵的水源热泵的COP2021/9/2737水源水系统水源水系统n n水量充足、水温适度、水质适宜；1、水源水主要类型；2、取水构筑物；3、输水管道；4、水处理；2021/9/2738水源和水质水源和水质n n再生水源；n n自然水源；n n温度（745 ）；n n含沙量、

20、混浊度（含沙量10万分之一每立方米）；n n酸碱度、硬度、腐蚀性（水质硬度在500700毫克/升以下）；2021/9/2739地表水（江水源热泵系统地表水（江水源热泵系统）n n江水源热泵系统可分为两种类型，即直接式和间江水源热泵系统可分为两种类型，即直接式和间接式。直接式是江水经过处理后直接进入热泵机接式。直接式是江水经过处理后直接进入热泵机组的换热器作为其冷热源实现供热、制冷，而间组的换热器作为其冷热源实现供热、制冷，而间接式系统的江水需经过换热器进行换热，江水与接式系统的江水需经过换热器进行换热，江水与热泵机组没有直接连通，形成两个独立环路。两热泵机组没有直接连通，形成两个独立环路。两种

21、方式各有利弊，应根据具体项目情况来选择比种方式各有利弊，应根据具体项目情况来选择比较合适的系统。较合适的系统。n n以下将直接式与间接式江水源热泵系统比较、选以下将直接式与间接式江水源热泵系统比较、选择、设计。无论是直接式系统还是间接式系统择、设计。无论是直接式系统还是间接式系统,水水源具有腐蚀性，系统的关键设备、部件须进行耐源具有腐蚀性，系统的关键设备、部件须进行耐腐蚀设计。腐蚀设计。2021/9/2740间接式江水源系统间接式江水源系统n n间接式江水源热泵系统间接式江水源热泵系统n n间接式的江江水热泵系统的换热器常用的主要有两种类型，一种为壳管式换热器，一种为板式换热器。n n壳管换热

22、器污水、软化水间换热温差大，一般为5以上，换热效率较低，易受水量局限，且造价高，占地面积大，一般不推荐该方式。2021/9/2741采用壳管式换热器的间接式江水源采用壳管式换热器的间接式江水源热泵系统示意图热泵系统示意图2021/9/2742间接式江水源系统间接式江水源系统n n板式换热器江水、软化水间换热温差一般可低至2左右，换热效率高，利用温差为大，换热温差愈小所需板片面积越大，会增加换热器投资，设计为2换热温差。2021/9/2743采用板式换热器的间接式江水源热采用板式换热器的间接式江水源热泵系统示意图泵系统示意图2021/9/2744间接式江水源系统间接式江水源系统n n间接式系统把

23、江水和热泵系统分为两个独立环路，热泵空调系统只利用江水源的温差换热，不受水质影响，热泵主机为常规水源热泵机组，机组效率高，在系统投资方面具有优势。但在运行维护方面，江水的过滤和换热环节需增加投入，进行换热器的定期清洗以保持长期高效换热效率，整体系统的经济性高。2021/9/2745直接式江水源热泵系统直接式江水源热泵系统n n直接式江水源热泵系统对热泵机组的技术要求比较高。由于江水的腐蚀、结垢特性，热泵机组必须进行非标设计，且在使用季节的切换时需对系统进行彻底的清洗，同时进入热泵前的江水前端处理中，须设计自清洗过滤系统，需对系统的关键设备、部件进行耐腐蚀设计，须设计热泵换热器自清洗系统。该系统

24、的初投资费用较高，但系统简洁，江水利用效率高。2021/9/2746直接式江水源热泵系统示意图直接式江水源热泵系统示意图2021/9/2747直接式江水源热泵系统与间接式系统比较直接式江水源热泵系统与间接式系统比较n n将直接式江水源热泵系统和间接式江水源热泵系将直接式江水源热泵系统和间接式江水源热泵系统进行综合比较，如下所示。统进行综合比较，如下所示。分项分项直接式直接式间接式间接式热泵机组非标准设计高效，标准化设计水泵能耗低中江水源水温受限条件小受限条件大江水源水量受限条件小受限条件大江水源水质直接影响热泵机组，处理精度要求低与热泵机组无直接接触处理精度要求较高系统总造价高低系统维护性难易

25、2021/9/2748江水源取水构筑物江水源取水构筑物2021/9/2749地下水水源热泵系统地下水水源热泵系统n n地下水源热泵系统，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地下水，通过二次换热（闭式）或直接（开式）送至水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下原地下水中。n n其优点是：系统简便易行。综合造价低，水井占地面积小，可以满足大面积的建筑物的供暖、供冷空调要求及生活热水。2021/9/2750地下水水源热泵系统地下水水源热泵系统n n由于地层的隔热，地下水的温度不受季节温度的影响，常年恒温，对热的运行很有力,能效比可达供暖1：4，供冷1：

26、6.n n缺点是：受当地的水文地质条件的制约的制约，只有在地下水源丰富、稳定、水质较好，并有较好的回灌地质条件的区域才能采用地下水水源热泵系统。2021/9/2751 地下水成井技术2021/9/2752水源热泵水源水（地下水）成井构成水源热泵水源水（地下水）成井构成2021/9/27532021/9/2754异井回灌系统异井回灌系统n n双井抽灌系统按回灌方式的不同分为：n n 一抽一灌：一口抽水井对应一口回灌井。n n 一抽多灌：一口抽水井对应两口或两口以上回灌井。2021/9/2755异井回灌系统示意图异井回灌系统示意图 2021/9/2756同井回灌系统同井回灌系统 含 水层为明显的分

27、层分布，且含水层之间有很好的隔水层（粘土层）；需水量小的建筑物。同井回灌适宜的地层情况2021/9/2757同井回灌的致命缺陷同井回灌的致命缺陷短路短路 如果地层结构只是在局部（井孔处）分层明显，其它部位并没有明显的分层，即含水层是相通的，同井回灌系统极易“短路”。2021/9/2758同井回灌的致命缺陷同井回灌的致命缺陷短路短路 含水层不分层，地层为单一的砂砾石、卵漂石为主的富水地层，很明显同井回灌会造成“短路”。2021/9/2759输水管输水管n n水源水输水管道埋地设置；n n管材选择；n n保温；n n不保温；2021/9/2760水源热泵系统辅助设备水源热泵系统辅助设备n n循环水

28、泵；n n电子水处理仪；n n定压补水装置；n n水过滤器；n n除砂器；n n换热器、混水装置；n n分、集水器；2021/9/2761循环水泵循环水泵n n为系统提供动力，（立式泵、卧式泵；离心泵，管道泵）；n n一般民用建筑水源热泵系统水泵参数：流量：30200 t/h；扬程：0.250.38 MPa；2021/9/2762电子水处理仪电子水处理仪n n水中分布最广的离子有CL-、SO42-、HCO3-等；n n形成高压静电场；n n能够处理的水质硬度在500700毫克/升以下；n n对水中离子的束缚力约为10002000m；2021/9/2763定压补水装置定压补水装置n n定压罐；n

29、 n补水箱；n n补水泵；n n补水泵扬程要求高，流量较小；2021/9/2764除砂器除砂器n n旋流除沙器对水源水进行旋流，使沙粒与水进行分离集中，沉淀后进行清理；n n除沙设备整体除沙率可在90%以上（测试条件为粒径在0.08mm以上的沙粒）；n n适用介质温度不超过100；2021/9/2765过滤器过滤器n n一般采用Y型过滤器；n n过滤孔径为1830目/cm2；n n反冲洗过滤器2021/9/2766分、集水器分、集水器n n末端系统划分不同区域的，可在分、集水器上设置相应的管道系统，便于调节、控制；n n对系统的循环水起到稳压、分流的作用；2021/9/2767典型的水源热泵中

30、央空调系统典型的水源热泵中央空调系统2021/9/2768海水源热泵海水源热泵n n相通之处-以海水为提取或释放热能场所的热泵空调系统；n n特点-海洋生物滋生；海水腐蚀性强；某些时段温度过低；海水冰点低；2021/9/2769海水源热泵海水源热泵青岛海洋局1999年资料2021/9/2770海水源热泵海水源热泵青岛海洋局1999年资料2021/9/2771海水源热泵海水源热泵n n夏季：最热时段水温在20.426.7；n n冬季：最冷时段水温在5.48.8；n n夏季十分适宜；冬季可以采用；n n水源水处理必须重视；2021/9/2772海水源热泵系统图（一）海水源热泵系统图（一）2021/

31、9/2773海水源热泵系统图（二）海水源热泵系统图（二）2021/9/2774土壤源热泵土壤源热泵n n以土壤为提取或释放热能场所的热泵空调系统；n n包括一个土壤耦合地热交换器；2021/9/2775土壤源热泵系统地下换热器土壤源热泵系统地下换热器n n传热面积（管长和直径）；n n大地的热工性能；1、大地和循环水之间的温差驱动热传递；2、大地的温度接近全年的地表面平均温度；3、大地的温差波动在较深（15米以下）的地方消失，在这里认为土壤是一个恒温体；2021/9/2776不同岩土层换热量及地埋管占地面不同岩土层换热量及地埋管占地面积参考数据积参考数据方式与数值每孔深换热量（W/m）建筑面积

32、与地埋管占地面积之比土层岩土层 岩石层 土层岩土层 岩石层竖直埋管单U型管3040 4050 5060 3:14:15:1双U型管3648 4860 6070 4:15:16:12021/9/2777不同岩土层换热量及地埋管占地面不同岩土层换热量及地埋管占地面积参考数据积参考数据n n注：以上数据为地埋管与岩土层换热前未受热干扰时的数据，仅为初步设计方案参考。不同的地质构造和具体气候降水对岩土层含水量及径流流速都会影响到地下埋管的换热量，涉及到具体项目均应进行土壤热物性测试以取得实测数据为设计依据。2021/9/2778地埋管换热器方案设计地埋管换热器方案设计 n n地源热泵中采用的地下埋管换

33、热器与其它工程中地源热泵中采用的地下埋管换热器与其它工程中通常用的换热器不同，它不是两种流体之间的换通常用的换热器不同，它不是两种流体之间的换热，而是埋管中的流体与岩土层的换热。由于地热，而是埋管中的流体与岩土层的换热。由于地下埋管换热器换热效果受岩土热物性、土壤冻融下埋管换热器换热效果受岩土热物性、土壤冻融及地下水渗流的影响等，对地质长期保持影响较及地下水渗流的影响等，对地质长期保持影响较大，使得不同地区，甚至同一地区不同区域土壤大，使得不同地区，甚至同一地区不同区域土壤的换热特性差别很大，所以地下埋管换热器设计的换热特性差别很大，所以地下埋管换热器设计计算是土壤源热泵系统设计、保证土壤源热

34、泵系计算是土壤源热泵系统设计、保证土壤源热泵系统正常运行的前提。为保证地下埋管换热器设计统正常运行的前提。为保证地下埋管换热器设计符合建筑物需要，满足使用要求，设计前应对现符合建筑物需要，满足使用要求，设计前应对现场岩土体热物性进行测定，根据实测数据和建筑场岩土体热物性进行测定，根据实测数据和建筑物全年动态负荷、岩土体温度变化、地埋管及传物全年动态负荷、岩土体温度变化、地埋管及传热介质特性等进行设计计算。其埋管和盘管的形热介质特性等进行设计计算。其埋管和盘管的形式、规格、长度，应按冷热负荷、土地面积、土式、规格、长度，应按冷热负荷、土地面积、土壤结构、土壤或水体温度变化规律和因素确定。壤结构、

35、土壤或水体温度变化规律和因素确定。2021/9/2779土壤源热泵换热器竖直土壤源热泵换热器竖直U型型对于竖直单U型地埋管，单位孔深的换热量可按3060 W/m估算。双U型地埋管在此基础上增大15%左右。每米孔深换热量与地下水位的高低和岩土层的含量水多少等因素有关。如地下水较高或岩土层含水量较大，可适当增大每米孔深换热。同样建筑面积与地埋管面积之比也与钻孔、浓度地埋管间距和单位建筑面积负荷密切相关。2021/9/2780土壤源热泵换热器土壤源热泵换热器n n对于最大吸热量和最大释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的长度，取其大值确定地埋管长度；当两者相差较大时，可通过技术经济

36、比较，采用增加冷却塔辅助散热或增加燃气（油）、电锅炉辅助供热的方式。2021/9/2781土壤源热泵换热器换热量的重要性土壤源热泵换热器换热量的重要性n n单位孔深换热量是地下换热器设计中最重要的数单位孔深换热量是地下换热器设计中最重要的数据，它是确定热泵机组参数、选择循环泵流量与据，它是确定热泵机组参数、选择循环泵流量与扬程、计算地埋管数量和尺寸等的依据。单位孔扬程、计算地埋管数量和尺寸等的依据。单位孔深换热量估算偏大，必然导致埋管量偏小、循环深换热量估算偏大，必然导致埋管量偏小、循环液进出口温度难已达到热泵机组的要求。结果导液进出口温度难已达到热泵机组的要求。结果导致热泵机组实际的制热量、

37、制冷量远低于其额定致热泵机组实际的制热量、制冷量远低于其额定值，使系统达不到设计要求。反之，单位孔深换值，使系统达不到设计要求。反之，单位孔深换热量估算偏小，埋管量将大增加，使工程的初投热量估算偏小，埋管量将大增加，使工程的初投资增大。根据北京岩土层与地下水分布情况，在资增大。根据北京岩土层与地下水分布情况，在地埋管总量一定时，钻孔的深度一般为地埋管总量一定时，钻孔的深度一般为6060120m.120m.两个孔之间的距离一般在两个孔之间的距离一般在4 45m5m，管间距离过小，管间距离过小会影响换热器的效能。会影响换热器的效能。2021/9/2782土壤换热测试土壤换热测试n n用一个深度为用

38、一个深度为100m100m、埋管形式为双、埋管形式为双U U的土壤换热的土壤换热器进行测试。该测试简单模拟地源热泵空调系统器进行测试。该测试简单模拟地源热泵空调系统夏季制冷的运行模式，具体测试原理如下：将仪夏季制冷的运行模式，具体测试原理如下：将仪器的水路循环部分与所要测试换热孔内的器的水路循环部分与所要测试换热孔内的HDPEHDPE管路相连接，形成闭式环路，通过仪器内的微型管路相连接，形成闭式环路，通过仪器内的微型循环水泵驱动环路内的液体不断循环，同时仪器循环水泵驱动环路内的液体不断循环，同时仪器内的加热器不断加热环路中的液体。该闭式环路内的加热器不断加热环路中的液体。该闭式环路内的液体不断

39、循环，加热器所产生的热量就不断内的液体不断循环，加热器所产生的热量就不断通过换热孔内的换热管释放到地下。在闭式环路通过换热孔内的换热管释放到地下。在闭式环路内的液体循环的过程中，将进内的液体循环的过程中，将进/出仪器的温度、流出仪器的温度、流量和加热器的加热功率进行采集记录，来进行分量和加热器的加热功率进行采集记录，来进行分析计算土壤的热物性参数。析计算土壤的热物性参数。2021/9/2783土壤换热测试原理图土壤换热测试原理图2021/9/2784土壤源热泵换热器土壤源热泵换热器n n土壤计算参考温度：1015；n n换热器中热媒介质温度：035；n n换热器中热媒介质：水，乙二醇水溶液；n

40、 n换热器盘管材质：PB（聚丁烯），PPR（无规共聚聚丙烯）；n n换热器盘管的管径：20 40mm；2021/9/2785土壤源热泵换热器土壤源热泵换热器n n水平式土壤热交换器水平式土壤热交换器所需地表面积所需地表面积（mm2 2/USRT/USRT）：）：n n垂直式土壤热交换器垂直式土壤热交换器所需地表面积所需地表面积（mm2 2/USRT/USRT）：）：638638（竖井深度（竖井深度50150m50150m）每管沟双管每管沟双管186325186325每管沟四管每管沟四管130223130223每管沟六管每管沟六管1302231302232021/9/2786土壤源热泵换热器土壤

41、源热泵换热器n n以普通办以普通办公楼为例，公楼为例，单位建筑单位建筑面积冷负面积冷负荷取荷取150w150w；n n水平布置换热器系统水平布置换热器系统为满足为满足1 1平米建筑物的空调需要，我平米建筑物的空调需要，我们需要们需要613613平米的地表换热面积！平米的地表换热面积！n n垂直布置换热器系统垂直布置换热器系统为满足为满足1 1平米建筑物的空调需要，我平米建筑物的空调需要，我们需要们需要0.31.60.31.6平米的地表换热面平米的地表换热面积！积！2021/9/2787地埋管方式地埋管方式 n n根据布置形式的不同，地下埋管可分为水平埋管和竖直埋管。水平埋管特点是在软土地区造价

42、较低，但传热条件受到外界气候一定的影响，且占地面积大。竖直埋管采用在地上向地下钻孔，然后在孔中插入U型管构成一个地下换热器。一个转孔中可设置一组或两组U型管。为保证不发生换热短路，钻孔间距应通过计算确定。岩土层吸、释热量平衡时宜取小值；反之，宜取大值。2021/9/2788水平式热交换器水平式热交换器2021/9/2789垂直式热交换器垂直式热交换器2021/9/2790n n土壤源换热器是土壤源热泵系统的核心和关键，其施工质量和所用材料的好坏将直接关系到整个系统能否安全可靠地运行。而且工程完全地地下，属隐蔽工程，工程一旦完成，其将不可修复。2021/9/2791暖通空调工程技术暖通空调工程技

43、术n n经验经验实践、观察实践、观察n n方法方法总结、思考总结、思考2021/9/2792 典型工程实列2021/9/2793n n空军丰台招待所空军丰台招待所北京市北京市第一个第一个商用水源热泵项目商用水源热泵项目n n项目名称：空军丰台招待所水源热泵工程项目。项目名称：空军丰台招待所水源热泵工程项目。n n项目地点：北京市丰台区七里庄路项目地点：北京市丰台区七里庄路2222号。号。n n项目规模：该项目是空政系统一所集住宅、会议、餐饮和项目规模：该项目是空政系统一所集住宅、会议、餐饮和娱乐于一体的综合性建筑，总空调面积约娱乐于一体的综合性建筑，总空调面积约2.52.5万平米，万平米，24

44、24小小时提供生活卫生热水。时提供生活卫生热水。n n该项目是北京市第一个大型商用水源热泵项目，改工程于该项目是北京市第一个大型商用水源热泵项目，改工程于20002000年年1111月竣工，系统至今运行良好，收到了很好的社会月竣工，系统至今运行良好，收到了很好的社会效益，为治理首都大气污染作出了贡献，也为水源热泵系效益，为治理首都大气污染作出了贡献，也为水源热泵系统的利用开创了美好前景。统的利用开创了美好前景。2021/9/2794典型工程典型工程 空军丰台招待所水源热空军丰台招待所水源热泵项目示意图泵项目示意图2021/9/2795北京现运行最大的地源热泵项目北京现运行最大的地源热泵项目石油

45、管理干部学院石油管理干部学院n n石油管理干部学院地源热泵系统工程为北京大型石油管理干部学院地源热泵系统工程为北京大型地源热泵项目，该项目总建筑面积地源热泵项目，该项目总建筑面积5 5万平米，全部万平米，全部用地源热泵实现冬季供暖、夏季制冷。整个工程用地源热泵实现冬季供暖、夏季制冷。整个工程钻凿换热孔钻凿换热孔400400余眼，孔深余眼，孔深150150米。地下换热管材米。地下换热管材由国内成熟的生产厂家提供，在工程施工过程中，由国内成熟的生产厂家提供，在工程施工过程中，总结了一套先进而独特的埋管工艺，研发了埋管总结了一套先进而独特的埋管工艺，研发了埋管系统专用的接头、套管等部件。目前该系统运

46、行系统专用的接头、套管等部件。目前该系统运行稳定，效果良好，整个工程受到了业主的好评。稳定，效果良好，整个工程受到了业主的好评。2021/9/2796石油管理干部学院示意图石油管理干部学院示意图2021/9/2797北京第一个建筑物下面埋置土壤换北京第一个建筑物下面埋置土壤换热器项目热器项目当代万国城当代万国城n n当代万国城二期地处东直门东北角，占地面积当代万国城二期地处东直门东北角，占地面积1 1公顷，总公顷，总建筑面积约建筑面积约2222万平米，本工程的目标是建设一座高舒适度、万平米，本工程的目标是建设一座高舒适度、低能耗、健康、绿色、环保型的里程碑式建筑，使其成为低能耗、健康、绿色、环

47、保型的里程碑式建筑，使其成为引领国内地产市场走向的一面旗帜。本项目力图充分利用引领国内地产市场走向的一面旗帜。本项目力图充分利用现有的建筑类高科技力量，对其屋面、外墙、外窗、采暖、现有的建筑类高科技力量，对其屋面、外墙、外窗、采暖、制冷、新风等进行了全面的系统的优化设计，从而满足一制冷、新风等进行了全面的系统的优化设计，从而满足一部分人对高品质居住、办公、购物、休闲的要求，在节约部分人对高品质居住、办公、购物、休闲的要求，在节约能源的情况下，实现他们对高品质生活的追求能源的情况下，实现他们对高品质生活的追求 n n垂直埋管的土壤换热器数量为垂直埋管的土壤换热器数量为655655个，孔深个，孔深

48、100100米，土壤换米，土壤换热器全部布置在建筑物地下二层车库的下面。整个系统在热器全部布置在建筑物地下二层车库的下面。整个系统在设计与施工中解决了土壤换热器穿底板的防水及施工中土设计与施工中解决了土壤换热器穿底板的防水及施工中土壤换热器的换热孔对基底扰动等许多突破性的问题。壤换热器的换热孔对基底扰动等许多突破性的问题。2021/9/2798当代万国城项目示意图当代万国城项目示意图2021/9/2799当代万国城项目示意图当代万国城项目示意图2021/9/27100可再生能源系统集成项目可再生能源系统集成项目可再生能源系统集成项目可再生能源系统集成项目北京用友软件园北京用友软件园北京用友软件

49、园北京用友软件园n n用友软件园位于中关村永丰产业基地，项目总建筑面积用友软件园位于中关村永丰产业基地，项目总建筑面积4040多万多万平米，空调面积平米，空调面积3030多万平米。站房分两期建设：一期供暖空调多万平米。站房分两期建设：一期供暖空调面积近面积近1616万平方米万平方米 ，总冷负荷为，总冷负荷为15784KW,15784KW,总热负荷为总热负荷为13391KW,13391KW,生活热水小时耗热量生活热水小时耗热量1722KW.1722KW.n n用友软件园的建设目标是国际一流的生态环保园区，业主方要用友软件园的建设目标是国际一流的生态环保园区，业主方要求建筑物的空调系统必须是节能、

50、环保、运行费用低、易于管求建筑物的空调系统必须是节能、环保、运行费用低、易于管理并且初投资也要合理。该项目上采用了热泵技术与蓄能技术理并且初投资也要合理。该项目上采用了热泵技术与蓄能技术相结合的方式既可利用热泵技术同时满足制冷和采暖，又可采相结合的方式既可利用热泵技术同时满足制冷和采暖，又可采用蓄能技术进行削峰填谷。既使用户使用了廉价（造价用蓄能技术进行削峰填谷。既使用户使用了廉价（造价289289元元;运行费用低运行费用低 冷、暧冷、暧3232元元 ;而北京仅冬季采暖费用而北京仅冬季采暖费用 ：市政：市政供暖供暖2424元，燃油、燃气、电元，燃油、燃气、电 锅炉锅炉3030元元 、燃煤锅炉、