地源熱泵方案書

1、地源熱泵一、地源熱泵介紹實施可持續(xù)發(fā)展能源戰(zhàn)略已成為新時期我國能源發(fā)展的基本方針，可再生能源在建筑中的應用是建筑節(jié)能工作的重要組成部分。2004年國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布了中國第一個節(jié)能中長期專項規(guī)劃:加快太陽能、地熱等可再生能源在建筑物的利用。2006年1月1日可再生能源法正式實施，地源熱泵系統(tǒng)作為可再生能源應用的主要途徑之一，同時也是最利于與太陽能供熱系統(tǒng)相結合的系統(tǒng)形式，近年來在國內得到了日益廣泛的應用。地源熱泵技術是利用地能或地表淺層地熱資源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低這一特點進行能量轉換的空調系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（電能），即可實

2、現(xiàn)能量從低溫熱源向高溫熱源的轉移。在冬季，把土壤中的熱量“取”出來，提高溫度后供給室內用于采暖；在夏季，把室內的熱量“取”出來釋放到土壤中去，并且常年能保證地下溫度的均衡。地源熱泵在結構上的特點是有一個由地下埋管組成的地熱換熱器，它通過循環(huán)液（水或以水為主要成分的防凍液）在封閉地下埋管中的流動，實現(xiàn)系統(tǒng)與大地之間的能量轉換。因為地源熱泵只使用電力，沒有燃燒過程，對周圍環(huán)境無污染排放；不需使用冷卻塔，沒有外掛機，不向周圍環(huán)境排熱，沒有熱島效應，沒有噪音；不抽取地下水，不破壞地下水資源，所以在最新頒布的中國應對氣候變化國家方案中提出 :積極扶持風能、太陽能、地熱能、海洋能等的開發(fā)和利用。積極推進地

3、熱能的開發(fā)利用，推廣滿足環(huán)境和水資源保護要求的地熱供暖、供熱水和地源熱泵技術。二、地源熱泵系統(tǒng)構成與原理   地源熱泵(也稱地熱泵)是利用地下常溫土壤和地下水相對穩(wěn)定的特性，通過深埋于建筑物周圍的管路系統(tǒng)或地下水，采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉移與建筑物完成熱交換的一種技術。 地球是一個巨大的蓄熱體，一年四季其地表5m以下的土壤溫度十分穩(wěn)定，是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源。地源熱泵機組工作原理就是在夏季從土壤或地下水中提取冷量，由熱泵原理通過空氣或水作為載熱劑降低溫度后送到建筑物中，而冬季，則從土壤或地下水中提取熱量，由熱泵原理通過空氣

4、或水作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中，從而實現(xiàn)的熱交換過程。需要特別指出的是：地熱泵中的冷熱源不是指地下的熱汽或熱水，而是指一般的常溫土壤、地表水、地下水。 地埋管熱泵系統(tǒng)以導熱好、抗腐蝕、強度高且可繞曲的材料制成管路，內有導熱流體(水或防凍劑)同土壤直接換熱后，進入水源熱泵機組的熱交換器與其換熱。當制冷供暖面積較小、周圍有較大空地時，采用水平敷設地鍋管路系統(tǒng)較合理，初投資較??；當制冷供暖面積較大、周圍有一定空地時，可采用垂直敷設地鍋管路系統(tǒng)，但其初投資相對較大。與傳統(tǒng)的中央空調比較  燃煤鍋爐對環(huán)境的污染嚴重，而燃油及電鍋爐采暖造價及運行費用皆較高，讓人難以承受，也不符合

5、國家長期發(fā)展的能源政策，而地源熱泵空調技術是國家科技部重點推廣的項目，也是國家節(jié)能設計手冊優(yōu)先選用的冷(熱)源方式。因此，近十幾年來，尤其是近五年來，中國的地源熱泵市場日趨活躍。 通常消耗l kw的電能或獲取4kw的熱量或冷量，與鍋爐(電、燃料)和空氣源熱泵的供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90一98的電能或70一90的燃料內能轉化為熱量，供用戶使用，因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省23以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省l3以上的能量；由于水源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10一25，其制冷、制熱系數(shù)可達3.54.4，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40左右，其運行費用為普通中央空調的50一60。 地源熱

6、泵系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統(tǒng)。特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物，地源熱泵有著明顯的優(yōu)點，不僅節(jié)省了大量能源，而且用一套設備可以同時滿足供熱和供冷的要求，減少了設備的初投資。三、系統(tǒng)流程具體冬夏季運行流程圖為：四、熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點熱泵系統(tǒng)在冬季供熱時省去了鍋爐房系統(tǒng)，沒有燃燒過程，無燃燒設備，避免了有害煙塵和有害物質的排放，從而不存在爆炸、燃燒的隱患。熱泵機組運行安全、可靠、穩(wěn)定，幾乎不受天氣及環(huán)境溫度變化的影響，符合環(huán)保理念。與燃氣和燃油鍋爐系統(tǒng)相比，省去了儲油設備和燃氣管道的敷設，若是燃煤鍋爐系統(tǒng)則可以省去鍋爐房及與之配套的煤場和渣場，而夏季制冷時則可以省去冷卻塔所占面

7、積，大大減少了機房的占地面積，節(jié)約了土地資源，產生附加經濟效益，并改善了建筑物的外部形象，提高了建筑物的使用率。地溫一年四季基本穩(wěn)定，使得熱泵無論在制冷或制熱工況中均處于高效率。冬季，投入1kW電能，可以得到4kW左右的熱能；夏季，投入1kW的電能，可以得到5kW以上的冷量。系統(tǒng)的高效率，壓縮機的低能耗，使運行費用大幅減少，只有傳統(tǒng)方式的2/3。熱泵系統(tǒng)之所以節(jié)能，很重要的一點就是換熱器位置的設置，傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)中，不管是水冷或風冷，其換熱器對建筑立面造型均起一定的破壞作用。水冷換熱器須配置冷卻塔，且必須置于大氣中，風冷機組也一樣，都要暴露于建筑物之上的大氣之中，這難免要對建筑立面造型造成不好

8、的影響。風冷換熱器和水冷換熱器的換熱環(huán)境均為大氣，和大氣換熱不可避免地受到環(huán)境條件變化的影響。在夏季，當室外溫度達到40 時，由于換熱效率的降低，主機的制冷量將下降20 %40 %；在冬季，當室外溫度下降到- 10 時，供熱量將下降到15 %30 % ，而且要反復地沖霜來保證機組的正常運行。而對于地源熱泵機組來講，換熱過程是和大地來完成的，換熱對象是1.5 m以下的地層，其初始溫度大約等于年平均氣溫，一般在1416 左右，基本不受外界環(huán)境的影響。眾所周知，普通空調對環(huán)境的影響是不言而喻的，它不僅對大氣臭氧層造成嚴重破壞。夏季，風冷機組將廢熱排入大氣，使室外溫度升高，還將水蒸氣帶入大氣中；冬季，

9、風冷機組吸收大氣環(huán)境中的熱量，導致惡劣的大氣環(huán)境更加惡劣。因此，要保證空調運行對環(huán)境不產生任何影響，必須要改變換熱對象，即不與大氣換熱，而變成與大地換熱。在換熱過程中，地下?lián)Q熱器在夏季將多余的熱量排到大地中，在冬季又將熱量取回，以達到冬夏取散熱量平衡，達到制冷和供暖的目的。五、室外換熱系統(tǒng)介紹1、地埋管換熱系統(tǒng)介紹地埋管換熱系統(tǒng)是地源熱泵空調系統(tǒng)的核心和關鍵，熱泵機組冬季需要通過地埋管換熱系統(tǒng)從地下提取熱量，實現(xiàn)建筑的供暖；夏季又需要通過地埋管換熱系統(tǒng)向地下釋放建筑內的熱量，而實現(xiàn)建筑的制冷。室外地埋管換熱系統(tǒng)是在鉆鑿成的換熱孔內安裝高密度聚乙烯管（HDPE管），通過HDPE管內的換熱液不斷循

10、環(huán)，來實現(xiàn)地層與換熱液、換熱液與機組、機組與房間內空氣之間的熱交換。2、地埋管的設計方法地埋管的設計主要是針對工區(qū)的地質、水文地質條件，結合系統(tǒng)運行工況，計算地埋管的換熱量和滿足負荷要求所需的換熱管長度。3、現(xiàn)場測試和優(yōu)化為了使設計參數(shù)更加優(yōu)化、合理，在項目正式實施之前，我公司將結合首批換熱孔的施工，采用自主開發(fā)的測試儀器，對多組采用不同回填料方案和不同PE管安裝方案的換熱孔進行測試，通過實測對比。對初步設計參數(shù)進行校驗和優(yōu)化，使換熱孔的實施方案更加優(yōu)化、合理。4、豎直埋管管材及技術參數(shù)地埋換熱管將采用抗高壓的高密度聚乙烯管（HDPE100），技術參數(shù)為：管外徑32mm、管壁厚3mm、承壓能力

11、1.6MPa。其具有接口穩(wěn)定可靠、抗應力開裂性好、耐化學腐蝕性、水流阻力小、耐磨性好、耐老化、使用壽命長等多種優(yōu)點，除了應用在地下?lián)Q熱孔中外，還廣泛應用于城鎮(zhèn)供水、天然氣、煤氣輸送管道、食品、化工等領域。5、施工工藝和質量保證措施地埋管系統(tǒng)作為整個地源熱泵系統(tǒng)的核心和關鍵，其質量的好壞直接關系到整個系統(tǒng)的安全；而且工程一旦完成，其將不可修復。因此，針對地源系統(tǒng)工程的為隱蔽性工程的特殊性，我公司在多個類似項目經驗的基礎上，形成了一整套完善的地埋管系統(tǒng)質量保證措施，主要包括換熱管質量、施工下管的獨特技術以及換熱孔回填料的選擇等方面保證工程質量萬無一失。通過質量控制措施，可確保室外換熱管系統(tǒng)使用壽命

12、在50年以上。換熱孔通過地面聯(lián)絡管分區(qū)連接后，分別匯入機房內。循環(huán)液在完全封閉的地下管路中流動，對地下環(huán)境無任何污染。六、土壤源熱泵系統(tǒng)的中央空調系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)概述：冷熱源采用地源熱泵機組。熱水供回水設計溫度為45/40。冷熱源采用土壤源?？照{自控系統(tǒng)：本建筑地源熱泵機房自控系統(tǒng)納入園區(qū)樓宇自控系統(tǒng)。1、機房自控系統(tǒng)采用DDC系統(tǒng)，監(jiān)控地源熱泵機房系統(tǒng)運行，設備的運行狀態(tài)和相關的運行參數(shù)。2、監(jiān)測地源熱泵機組的運行（顯示運行故障、遠程開停機、事故報警）。監(jiān)測機組的進出水溫度顯示、水流開關顯示；3、空調末端水系統(tǒng)采用一次泵定流量閉式循環(huán)系統(tǒng)，在分集水器間安裝壓差旁通裝置保證系統(tǒng)工作壓力及冷水機

13、組定流量運行。4、 水泵的運行狀態(tài)、故障顯示、水流開關顯示、遠程啟停、運行壓力顯示、分集水器、溫度顯示； 地源水泵系統(tǒng)為閉式循環(huán)系統(tǒng)，水泵的運行狀態(tài)、故障顯示、水流顯示、遠程啟停 運行壓力顯示 。七、設備的開停機順序：開機順序：地源循環(huán)泵 末端循環(huán)泵 地源熱泵主機停機循序：與開機順序相反。設備的運行與對應的電動閥門的開啟要求聯(lián)動；空調自控系統(tǒng)由暖通專業(yè)提出要求，由專業(yè)廠家負責設計安裝。八、社會環(huán)境效益分析地源熱泵是一種新型清潔能源利用方式，借助土壤的有利條件，充分利用從土壤中提取有效能量作為建筑能源，可減少燃煤、燃油、燃氣對大氣環(huán)境的污染，提高環(huán)境質量；因此，其社會效益、環(huán)境效益明顯。綠色環(huán)保

14、目前該地區(qū)大氣環(huán)境污染主要是燃煤、燃氣，尤其是冬季采暖，多以燃煤鍋爐為主。采用地源熱泵方案，每年減少向大氣排放的大量二氧化碳（CO2）一氧化碳(CO)、碳氫化合物、氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)。地源熱泵空調系統(tǒng)，僅使用少量電能驅動便可達到冬季采暖、夏季制冷的目的，是一種新型的綠色環(huán)保的能源方式。在民用建筑及公共建筑的建設中，地源熱泵系統(tǒng)，不僅具有改變大氣環(huán)境的實際功效，還可作為體現(xiàn)“綠色環(huán)?！钡男蜗蠊こ獭４龠M環(huán)保節(jié)能技術的發(fā)展淺層地源熱泵系統(tǒng)在國外已有十幾年的運行歷程，形成了一套比較完備的技術和經驗。該項技術目前在國內也得到了重視，很多大型的工程已經投入運行且目前運行狀況良好，通過該

15、項目的實施，對于促進城市環(huán)保節(jié)能事業(yè)的發(fā)展，是十分必要和有益的。本工程采用地源熱泵系統(tǒng)為建筑提供熱源，充分利用自然條件，初投資經濟，運行費用相當省，經濟效益顯著。符合國家“十一五”計劃中節(jié)能減排的標準。地源熱泵施工方案根據(jù)工程特點，采用豎直埋管形式，打井口徑220mm，有效深度100m，井內安裝雙U管，鉆孔平均間距4m。本工程地下?lián)Q熱器主要布置于室外小院，共設3個回路。1、施工工藝地埋管換熱器安裝主要包括鉆孔、試壓、下管、回填等工序，主要施工工藝流程如下：2、施工準備熟悉現(xiàn)場及施工圖紙，進行施工準備，包括人員、機具及現(xiàn)場臨設，對施工人員進行有針對性的交底工作。2.1.專用設備材料進場：2.1.

16、1鉆井機，鉆機為專業(yè)土壤熱泵系統(tǒng)用小型鉆機，可在打孔后直接將預制好的雙U型管道下到孔內，施工速度快，質量好，設備使用簡便。 2.1.2專用回填泵：專為地源熱泵井下?lián)Q熱器設計，適用于各類流質回填材料，科學的泵入壓力及流速，使回填的材料密實無空隙，保證井下?lián)Q熱器換熱效率。2.1.3井下?lián)Q熱管（PE管）專用焊機：保證井下及埋地水平管焊縫嚴密性，提高系統(tǒng)可靠性。2.1.4準備專用管材（雙U形）、本工程地下?lián)Q熱器采用高密度PE管，每口井采用雙U形管布管方式。2.2放線參照現(xiàn)場建筑基準點和已有建筑物進行放線，按照施工圖紙標定換熱孔的位置，并根據(jù)現(xiàn)場基礎樁基位置對鉆孔進行適當調整，在每口井位置釘40*40m

17、m木樁，以保證打孔位置準確。2.3豎立鉆機2.3.1以鉆孔點定位塔架底盤，采用水平尺對底盤橫向、縱向進行找平，水平度0.5mm/m；2.3.2底盤定位后，安裝塔架豎桿，利用鉛錘和直尺測量塔架的垂直度，保證塔架豎桿垂直；2.3.3安裝鉆機頭、鉆機提升裝置和鉆頭充水（泥漿）等附屬裝置；2.3.4按要求挖好沉淀池及泥水溝，并使其暢通。2.3.5對鉆機及附屬裝置接電、接水管，對每臺設備進行點試，確定轉向。3、鉆孔3.1開鉆前須確定轉向無誤，并重新校核塔架底盤，豎桿的水平和垂直度；3.2施鉆過程中應按5米/小時的速度為宜，密切注意鉆機及附屬設備的運行情況，發(fā)現(xiàn)異常應及時處理，防止拉斷鉆桿和接頭絲扣、跌落

18、鉆頭等現(xiàn)象發(fā)生，并時刻做好記錄；3.3施鉆過程中鉆機長和操作手應定時對鉆機及附屬設備進行巡回檢查，及時做好維護和保養(yǎng)工作，提高工作效率；3.4 當孔鉆到要求深度后，應對孔反復進行通孔，為下?lián)Q熱管創(chuàng)造順利條件。4、下?lián)Q熱管4.1試壓：下?lián)Q熱管之前按設計要求進行水壓試驗。在試驗壓力下，穩(wěn)壓至15min，穩(wěn)壓后壓力降不應大于3%，且無泄漏現(xiàn)象。將其密封保持有壓狀態(tài)，準備下管。4.2下管4.2.1為保證換熱效果，防止支管間發(fā)生熱回流現(xiàn)象，四根換熱支管之間需保持距離，下管前采用分離定位管卡將四根換熱管進行分離定位，分離定位管卡的間距為3米（如圖所示）；4.2.2下管采用下管機下管，速度要均勻，防止下管過

19、程中損壞管道，如果遇有障礙和不順暢現(xiàn)象，應及時查明原因，待做好處理后才能繼續(xù)下管，最后地面上要保留2m左右的換熱管，將換熱管進行固定，防止下滑到井內，造成管道無法使用，甚至廢井；4.2.3換熱管道到位后，提起下管鉆桿，提桿過程中應防止換熱器上浮，如發(fā)現(xiàn)上浮立即采取措施，確保管下到位。5.回填5.1回填方式：我公司采用從地下反漿回填的方法灌回填料?；靥畋貌捎眠M口高壓力的柱活塞泵，由孔底部位注入填料向上反填，逐步排除空氣，確保無回填空隙，保證了傳熱效果。5.2采用專用回填設備：回填料灌料時，要求高壓回填。若人工回填，壓力不夠空隙較多，嚴重影響傳熱效果，無法達到設計參數(shù)，系統(tǒng)供冷、供熱均無法實現(xiàn)。5.3回填完后將留在地面的管道管口進行封堵保護并進行標記，防止后續(xù)施工造成損壞。6、水平環(huán)路集管施工6.1.材料檢驗和儲存：管件和管材的內外壁應平整、光滑，無氣泡、裂口、裂紋、脫皮和明顯痕紋、凹陷；管件和管材顏色應一致，無色澤不均勻；裝卸運輸和搬運時應小心輕放，不能受到劇烈碰撞和尖銳物體沖擊，不能拋、摔、滾、拖，避免接觸油污，在儲存和施工過程中要嚴防泥土和雜物進入管內。6.2.連接方式：管材采用熱熔連接。6.3.施工步驟：6.3.1當室外水平管路施工開始后，將各分區(qū)的匯總管道的位置及走向