地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)與問(wèn)題思考

1、2012年5月郭偉12021/8/6地源熱泵的概念，最早于1912年由瑞士的專(zhuān)家提出，而該技術(shù)的提出始于英、美兩國(guó)。 北歐國(guó)家主要偏重于冬季采暖，而美國(guó)則注重冬夏聯(lián)供。由于美國(guó)的氣候條件與中國(guó)很相似，因此研究美國(guó)的地源熱泵應(yīng)用情況，對(duì)我國(guó)地源熱泵的發(fā)展有著借鑒意義。 22021/8/6熱泵是利用卡諾循環(huán)和逆卡諾循環(huán)原理轉(zhuǎn)移冷量和熱量的設(shè)備。熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘，提高溫位進(jìn)行利用，而整個(gè)熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低，這也是熱泵的節(jié)能特點(diǎn)。通常熱泵用來(lái)進(jìn)行空調(diào)制冷、采暖及產(chǎn)生生活熱水.32021/8/6地源熱泵地源熱泵是

2、利用淺層地能進(jìn)行供熱制冷的能源利用技術(shù)，是熱泵的一種.地源熱泵通常是指能轉(zhuǎn)移地下土壤中熱量或者冷量到所需要的地方的設(shè)備. 地源熱泵利用了地下土壤巨大的蓄熱蓄冷能力,冬季地源把熱量從地下土壤中轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi),夏季再把地下的冷量轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi),一個(gè)年度形成一個(gè)冷熱循環(huán)。42021/8/652021/8/662021/8/6末端設(shè)備末端設(shè)備冷凝器蒸發(fā)器膨脹水箱循環(huán)泵制冷劑液體膨脹閥壓縮機(jī)制冷劑氣體地表室外水井、換熱孔t=4550t=5055t=1015t=57熱泵機(jī)房系統(tǒng)熱泵機(jī)房系統(tǒng)用戶(hù)（末端）用戶(hù)（末端）系統(tǒng)系統(tǒng)室外換熱系統(tǒng)室外換熱系統(tǒng)地下水熱泵系統(tǒng)組成地下水熱泵系統(tǒng)組成72021/8/68202

3、1/8/692021/8/6102021/8/6112021/8/6地下水系統(tǒng)過(guò)度開(kāi)采地下水形成大面積地面沉降，地面塌陷頻發(fā)；回灌地下水的污染；回灌地下水的能力；上海不允許開(kāi)采地下水。地表水系統(tǒng) 生態(tài)問(wèn)題；過(guò)濾問(wèn)題；政策風(fēng)險(xiǎn)。122021/8/6國(guó)家鼓勵(lì)土壤源熱泵作為建筑空調(diào)冷熱源使用可再生能源法：以國(guó)家立法形式鼓勵(lì)地源熱泵可再生能源專(zhuān)項(xiàng)補(bǔ)貼：建設(shè)部每年評(píng)審并給予財(cái)政補(bǔ)貼(上海浦江智谷獲得了1000萬(wàn)元補(bǔ)貼）地方立法：北京給予每平米50元的政府補(bǔ)貼沈陽(yáng)市政府給予電費(fèi)等優(yōu)惠政策南京即將實(shí)施綠色建筑：LEED等綠色建筑認(rèn)證，采用土壤源可以很經(jīng)濟(jì)的獲得可再生能源部分滿(mǎn)分節(jié)能減排推廣技術(shù)目錄：土壤源熱

4、泵為國(guó)家重點(diǎn)推廣的節(jié)能技術(shù)132021/8/6142021/8/6土建概況某劇場(chǎng)工程地塊是一個(gè)矩形街區(qū)，紅線內(nèi)占地5.46公頃。由主體建筑劇院、地面露天劇場(chǎng)以及相應(yīng)綠地景觀三大功能組成。為很好地體現(xiàn)基地以綠為主的規(guī)劃定義，劇院主體建筑的大部分都設(shè)于地面線以下。其中劇院總面積為6.5萬(wàn)平方米，其中地上0.8萬(wàn)平方米，地下5.7萬(wàn)平方米。劇場(chǎng)地上部分的設(shè)計(jì)是一個(gè)高雅的流線形建筑物漂浮于綠色的景觀中，與周邊和諧地融為一體。152021/8/6劇院的主要空間如下，地面上為劇場(chǎng)觀眾廳、觀眾廳大堂和舞臺(tái)主臺(tái)上空空間。在觀眾廳的兩側(cè)安排有消防樓梯間、電梯間、強(qiáng)弱電室、空調(diào)機(jī)房、男女衛(wèi)生間等用房。舞臺(tái)側(cè)面集中

5、布置了各類(lèi)化妝間、搶妝間、小道具間及演出用房以及小排練廳。觀眾廳側(cè)旁和后部還設(shè)有練功房、淋浴間、服裝庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)等演出輔助用房。地下層主要為主臺(tái)臺(tái)倉(cāng)上空、后臺(tái)臺(tái)倉(cāng)和升降樂(lè)池、座椅存放、樂(lè)隊(duì)休息化妝、指揮休息化妝、男女衛(wèi)生間、倉(cāng)庫(kù)、水處理、空調(diào)機(jī)房等用房。輔助性空間還有辦公室、職工餐廳、商場(chǎng)等。162021/8/6根據(jù)計(jì)算，并考慮該工程各方面的同時(shí)使用系數(shù)， 本工程主體空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷約為4150 kW，合 1298冷噸；熱負(fù)荷約為 2560 kW。給排水生活 熱水（溫度不大于60）負(fù)荷1098kW。172021/8/6但是,這一設(shè)計(jì)存在如下問(wèn)題:1, 鍋爐的燃?xì)怆y以落實(shí);2,由于建筑的主要使用平面

6、位于地下, 地上部分的設(shè)計(jì) 是一個(gè)高雅的流線形建筑外殼, 鍋爐房的位置難以解決;3, 鍋爐的煙囪與建筑與環(huán)境極不協(xié)調(diào);4,冷卻塔只能設(shè)于地面綠化中,將占用大量綠化面積,其噪聲對(duì)露天劇場(chǎng)的演出有影響。根據(jù)冷熱來(lái)源(土壤源換熱器)的形式，地源熱泵系統(tǒng)分土壤源熱泵系統(tǒng)、地下水熱泵系統(tǒng)和地表水熱泵系統(tǒng)3種形式。根據(jù)上海市的有關(guān)規(guī)定,及劇場(chǎng)所處的地理位置及基地現(xiàn)狀, 應(yīng)用于該項(xiàng)目的形式選擇了土壤源熱泵系統(tǒng)。 經(jīng)與業(yè)主協(xié)商，本工程的空調(diào)系統(tǒng)采用封閉式地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)。182021/8/6冬夏季地下?lián)Q熱量分別是指夏季向土壤排放的熱量和冬季從土壤吸收的熱量?？梢杂上率龉接?jì)算： 192021/8/6劇場(chǎng)夏

7、季空調(diào)冷負(fù)荷4,150kw，冬季空調(diào)采暖負(fù)荷2,560kw，生活熱水1,098kw。根據(jù)以上公式計(jì)算，夏季峰值排熱量為：5187kW,冬季峰值吸熱量為：2743kW。由于夏季峰值排熱量大于冬季峰值吸熱量。因此，地下?lián)Q熱器計(jì)算以根據(jù)冬季峰值吸熱量計(jì)算最大取熱量，夏季不足部分通過(guò)輔助冷卻補(bǔ)充（閉式冷卻塔并聯(lián)）。最小鉆孔數(shù)=（最大取熱量/單位井深取熱量/鉆孔深度）1.1；輔冷散熱量=最大排熱量-鉆孔數(shù)單位井深排熱量鉆孔深度/1.1。202021/8/6根據(jù)業(yè)主提供的 地塊地源熱泵系統(tǒng)巖土熱物性測(cè)試報(bào)告埋管深度可以到 100m .設(shè)計(jì)為80m，1#測(cè)試井（De32）單位孔深換熱量為排熱57.5W/m，

8、取熱45.4W/m。根據(jù)地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范GB50366-2005（2009版），計(jì)算地下埋管系統(tǒng)最大釋熱量及最大取熱量。212021/8/6222021/8/6232021/8/6242021/8/6252021/8/6（1）本工程的地質(zhì)勘測(cè)資料： 262021/8/6（2）根據(jù)計(jì)算，地下埋管換熱器有效鉆管長(zhǎng)為 69600m。參照地質(zhì)情況，需要鉆80米深870口豎井滿(mǎn)足該項(xiàng)目負(fù)荷要求，豎井間距4 m。（3）管材及其室外集分水器 為了保證埋入地下管材的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并且耐腐蝕。根據(jù)地源熱泵的相關(guān)規(guī) 范要求 選擇高聚乙烯HDPE管。 室外檢修井采用混凝土制做，集、分水器的材質(zhì)為PE，集、分水

9、器上的閥門(mén)采用銅閥門(mén)或PE閥門(mén)。272021/8/6（4）確定管徑目前市場(chǎng)上成熟的地埋管換熱器類(lèi)型主要為 De25 雙U 井和De32 單U 井。常用的 De25 雙U 井造價(jià)大約比常用的De32 單U 井高10%左右。根據(jù)建設(shè)方提供的地塊地源熱泵系統(tǒng)巖土熱物性測(cè)試報(bào)告，De25 雙U 井單位井深換熱量比De32 單U 井高10.4%，因此兩者性?xún)r(jià)比相差不大。根據(jù)豎直地埋管設(shè)計(jì)計(jì)算，雙 U 井的孔間距至少達(dá)到4.5m，才能達(dá)到4m間距的單U 井110.4%的換熱量。因此，相同總換熱量的前提下，雙U 井系統(tǒng)的埋管面積需比單U 井系統(tǒng)至少大14.6%。在本項(xiàng)目中，在De25 雙U 井系統(tǒng)和De32

10、 單U 井系統(tǒng)兩者成本和換熱性能相差不大的情況下，選擇較小占地面積的地埋管換熱器類(lèi)型應(yīng)成為選取地埋管換熱器類(lèi)型主要因素。綜上所述，本工程推薦De32 De32 單單U U 井系統(tǒng)。井系統(tǒng)。282021/8/6水力計(jì)算加大流速可以增強(qiáng)換熱，但過(guò)快的流速會(huì)增大管道沿程阻力損失，增大水泵的用電消耗。根據(jù)地埋管換熱器的布置形式和采用的換熱液特征，應(yīng)使換熱液處于紊流狀態(tài)，流態(tài)形式主要通過(guò)雷諾數(shù)Re來(lái)進(jìn)行判斷：Re2000為層流2000Re4000為紊流實(shí)際工程中確定管徑必須滿(mǎn)足兩個(gè)要求：（a）管道要大到足夠保持最小輸送功率；（b）管道要小到足夠使管道內(nèi)保持紊流（流體的雷諾數(shù)Re達(dá)到3,000以上）以保證

11、流體與管道內(nèi)壁之間的傳熱。 內(nèi)徑小于50mm，管內(nèi)流速0.61.2m/s 內(nèi)徑大于50mm，管內(nèi)流速小于1.8m/s一般并聯(lián)環(huán)路用小管徑，集管用大管徑，該項(xiàng)目地下熱交換器埋管采用外徑為32mm，集管采用40mm、50mm、63mm，各管段壓力損失控制在3.5mH2O/100m當(dāng)量長(zhǎng)度以下。292021/8/6STOR.UPDNUPDN標(biāo)高為25米的區(qū)域，該區(qū)域建議不埋管。變電站保留建筑504口豎井96口豎井567口豎井埋管區(qū)域1埋管區(qū)域2埋管區(qū)域3廣玉蘭該部分的深化設(shè)計(jì)由負(fù)責(zé)制按的分包商進(jìn)行。 埋管總平面圖302021/8/6。 集分水器室外地埋系統(tǒng)圖312021/8/6末端用戶(hù)裝置的選擇末端

12、用戶(hù)裝置的形式有兩種，一種采用大型水/水熱泵機(jī)組，產(chǎn)生空調(diào)冷凍水與空調(diào)熱水，通過(guò)空調(diào)冷熱水系統(tǒng)輸送到風(fēng)機(jī)盤(pán)管與空調(diào)箱；一種采用水/空氣熱泵機(jī)組，從原理上看,就是傳統(tǒng)的水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的變種,用地源熱交換系統(tǒng)(土壤源換熱器)取代傳統(tǒng)的水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的閉式冷卻塔,鍋爐與熱交換器。第一種形式空調(diào)冷凍水與空調(diào)熱水的機(jī)組分別設(shè)置，需要的機(jī)房面積較大；空調(diào)冷凍水與空調(diào)熱水系統(tǒng)也分別設(shè)置，對(duì)建筑物的層高要求大；如前所述，劇院主體建筑的大部分都設(shè)于地面線以下，地面以上的高度已經(jīng)固定，地面以下的深度越大，建筑的造價(jià)越高。本工程選用第二種形式，需要的機(jī)房面積較??；水系統(tǒng)為二管制冷卻水系統(tǒng)，保溫可參照冷凝水管的厚

13、度，比四管制系統(tǒng)對(duì)層高的要求低；能夠有效適應(yīng)本工程各個(gè)區(qū)域的空調(diào)需求。322021/8/6室內(nèi)部分水系統(tǒng) 室外水管合并成十送十排二十根水管，由-4.65處進(jìn)入室內(nèi)。進(jìn)入室內(nèi)后管材改用無(wú)縫鋼管，分別接入集水器與分水器。集水器接管處設(shè)平衡閥。設(shè)定壓閉式膨脹水箱，置于冷凍機(jī)房?jī)?nèi)?？照{(diào)水系統(tǒng)采用化學(xué)水處理。水泵 地埋管換熱冷卻水系統(tǒng)設(shè)水泵四臺(tái)（三用一備），流量：160 m3/h，揚(yáng)程：45mH2o,功率：30 kW。 生活熱水 采用一臺(tái)制熱量為935 kW的地源熱泵機(jī)組，最高制熱水溫度65。大廳地采暖 另設(shè)制熱量為52 kW的地源熱泵機(jī)組一臺(tái)，45 供水，40 回水，供入口大廳地采暖用。配水泵二臺(tái)（一

14、用一備），流量：9 m3/h，揚(yáng)程：10mH2o,功率：1.1 kW。332021/8/61. 觀眾廳：全空氣系統(tǒng)，組合式地源熱泵空調(diào)機(jī)組，采用單風(fēng)機(jī), 直接蒸發(fā)式表冷器，高溫冷媒管再熱，利用壓縮機(jī)把低溫低壓冷媒蒸氣壓縮成的高溫高壓冷媒蒸氣，通過(guò)在壓縮機(jī)排氣管與四通閥之間的旁通管對(duì)處理后的空調(diào)出風(fēng)進(jìn)行再熱，這樣既避免了二次回風(fēng)接管復(fù)雜，需增設(shè)二次回風(fēng)過(guò)濾段造成機(jī)組體積龐大的弊端，又有效的利用了冷媒蒸氣的高位熱源，提高了出風(fēng)溫度，起到了節(jié)能的效果; 送風(fēng)方式: 池座,下送;樓座, 下送及側(cè)送; 包廂, 小型分體式地源熱泵空調(diào)機(jī)組; 觀眾廳上部回風(fēng)。觀眾廳上部回風(fēng)管兼作排煙管。并在頂部特別是面光室

15、、追光室上溫度較高處設(shè)排風(fēng)設(shè)施。 觀眾廳夏季空調(diào)焓濕圖342021/8/62. 舞臺(tái)主臺(tái)：全空氣系統(tǒng)，大型整體式地源熱泵空調(diào)機(jī)組; 送風(fēng)方式為下送和側(cè)送風(fēng)，下部與上部均設(shè)回風(fēng)，上部設(shè)排風(fēng)兼排煙。3. 舞臺(tái)側(cè)臺(tái): 全空氣系統(tǒng)，大型整體式地源熱泵空調(diào)機(jī)組; 送風(fēng)方式為下送和側(cè)下送風(fēng)，側(cè)臺(tái)下部回風(fēng)，上部設(shè)排煙。4. 舞臺(tái)后臺(tái): 全空氣系統(tǒng)，大型整體式地源熱泵空調(diào)機(jī)組; 送風(fēng)方式為下送和側(cè)下送風(fēng)，后臺(tái)下部回風(fēng)，上部設(shè)排煙。5. 舞臺(tái)臺(tái)倉(cāng): 小型整體式地源熱泵空調(diào)機(jī)組；上部設(shè)排煙，6次/時(shí)計(jì)算排煙量，另設(shè)補(bǔ)風(fēng)。352021/8/66. 排練廳：全空氣系統(tǒng)，大型整體式地源熱泵空調(diào)機(jī)組，設(shè)溫控旋流風(fēng)口向下送

16、風(fēng)，上部回風(fēng)，回風(fēng)管兼作排煙管。7. 觀眾入口大廳：全空氣系統(tǒng)，大型整體式地源熱泵空調(diào)機(jī)組；-7.5m地板噴口上送風(fēng)，0.00處風(fēng)口側(cè)下送，并地板噴口上送風(fēng)，正面噴口側(cè)送，機(jī)房回風(fēng)口回風(fēng)。另設(shè)地板熱水加熱的輔助采暖方式。8. 餐廳等大空間公共用房采用大型整體式地源熱泵空調(diào)機(jī)組，全空氣系統(tǒng)，氣流組織擬上送下回或上送上回。9. 小會(huì)議室、辦公用房及化妝間等采用小型分體或整體式地源熱泵空調(diào)機(jī)組加新風(fēng)的系統(tǒng)，便于室溫獨(dú)立控制。并配置相應(yīng)的排風(fēng)系統(tǒng)，保持新風(fēng)和排風(fēng)平衡。10. 特殊儲(chǔ)藏室設(shè)地源恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組。11. 消防中心、安保中心、硅控室、光控室、舞臺(tái)機(jī)械電話機(jī)房及電梯機(jī)房等采用小型分體或整體式地

17、源熱泵空調(diào)機(jī)組。362021/8/6上海市全年的室外大氣溫度分布，圖1為上海市各月的平均室外干球溫度分布圖，圖2為全年室外干球溫度分布圖，圖3和圖4分別為最熱月和最冷月的室外干球溫度分布。圖1 上海市各月平均室外干球溫度分布372021/8/6圖3 最熱月室外干球溫度分布圖2 上海市全年室外干球溫度分布382021/8/6圖4 最冷月室外干球溫度分布 由以上各圖可以看出，上海地區(qū)屬于“夏熱冬冷”地區(qū)，近幾年最熱月平均氣溫已達(dá)30.2，最冷月平均氣溫為4.2。高于35的酷熱天氣長(zhǎng)達(dá)半個(gè)月至一個(gè)月，日平均溫度低于5的天數(shù)長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)月以上。由此可見(jiàn)，由于外界氣候條件存在較大的波動(dòng)情況，且氣候條件在空調(diào)

18、運(yùn)行期間大都偏離機(jī)組高效運(yùn)行所需要的工況參數(shù)，因此這種氣候條件必將導(dǎo)致傳統(tǒng)空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行存在工況不穩(wěn)定、高于標(biāo)準(zhǔn)工況、機(jī)組產(chǎn)冷產(chǎn)熱量降低、系統(tǒng)耗電量增加的不利局面。392021/8/6熱泵運(yùn)行時(shí)間 ：夏季各運(yùn)行四個(gè)月，冬季運(yùn)行四個(gè)月，考慮同時(shí)使用系數(shù)，根據(jù)前文中式一，式二可得結(jié)論：一年采暖期內(nèi)的設(shè)計(jì)總熱負(fù)荷（包括生活熱水）為2909706kW.h；一年空調(diào)期內(nèi)的設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷為3283474kW.h； 冬季從土壤吸收的熱量為2182280 kW.h；夏季排放的熱量為4084321 kW.h402021/8/6區(qū)域與周?chē)寥?、上方大氣的換熱，這部分做了簡(jiǎn)化處理，在空調(diào)季和取暖季間不考慮這部分換熱量

19、，每年空調(diào)系統(tǒng)的冷熱不平衡可以通過(guò)冷卻塔排放熱量，可以保持全年的熱平衡。412021/8/6根據(jù)上海地區(qū)不同深度處的溫度測(cè)試顯示，隨著地層深度的增加，底層溫度出現(xiàn)上升趨勢(shì)，在-40m和-80米處地溫分別約為18.8和20.2。此種溫度對(duì)于夏季冷凝、冬季蒸發(fā)而言，存在巨大的節(jié)能效益，這種效益可從如下分析中很明顯的看出。首先設(shè)定幾個(gè)工況，以進(jìn)行制冷量、耗功率的比較，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，此處以基本理論循環(huán)進(jìn)行計(jì)算比較。422021/8/6蒸發(fā)溫度吸氣溫度冷凝溫度再冷溫度工況15154035工況25154540工況35153530工況40104035工況510204035制冷量kJ/kg冷凝熱量kJ/kg

20、耗功率kJ/kg工況1207.52231.3923.87工況2207.52234.3726.85工況3207.52228.3120.79工況4199.71226.8427.14工況5215.52236.0920.57工況設(shè)定表各工況下的制冷量、冷凝熱量和耗功率表432021/8/6對(duì)上表中各值，可以看出，當(dāng)冷凝溫度升高時(shí)，系統(tǒng)耗工量將增大，加幅度約為2.98 kJ/kg/5，即每升高1，耗功量約增加1.25；當(dāng)冷凝溫度降低時(shí)，系統(tǒng)耗工量將減少，降幅約為3.08 kJ/kg/5，即每降低1，耗功量約減少1.29%；當(dāng)蒸發(fā)溫度降低時(shí)，系統(tǒng)制冷量減少，耗功率增加，增加幅度約為3.27 kJ/kg/5

21、，即每降低1，耗功量約增加1.37%；當(dāng)蒸發(fā)溫度升高時(shí)，系統(tǒng)制冷量增加，耗功率降低，降幅約為3.3 kJ/kg/5，即每升高1，耗功量約降低1.38%。由此可見(jiàn)，夏季系統(tǒng)冷凝溫度、冬季系統(tǒng)蒸發(fā)溫度的變化范圍，對(duì)于系統(tǒng)的產(chǎn)冷、產(chǎn)熱量以及系統(tǒng)的耗電量均有著較大影響。而對(duì)比上海地區(qū)氣溫波動(dòng)值和地溫波動(dòng)值，夏季地層溫度比室外氣溫低約815，而冬季地層溫度又比室外氣溫高約10-15，因此，其全年節(jié)能潛力至少在30以上。由此可見(jiàn)，上海地區(qū)對(duì)于淺層地?zé)豳Y源在建筑空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用具有較好的適應(yīng)性和較大的節(jié)能效益。442021/8/6淺層地?zé)崮軠\層地?zé)崮苡^點(diǎn)認(rèn)為：觀點(diǎn)認(rèn)為： 蘊(yùn)藏在地下巖土層含水土的恒溫蘊(yùn)藏在地

22、下巖土層含水土的恒溫帶帶( (地下地下20-200 m)20-200 m)中熱量與溫度是一種資源，簡(jiǎn)稱(chēng)為中熱量與溫度是一種資源，簡(jiǎn)稱(chēng)為“淺淺層地?zé)崮軐拥責(zé)崮堋被蚧颉皽\層地溫能淺層地溫能”， 為地源熱泵系統(tǒng)提供了為地源熱泵系統(tǒng)提供了“熱量熱量”、“冷量冷量”與與“能源能源”；蓄熱層論蓄熱層論觀點(diǎn)認(rèn)為：地下巖土層含水層在地源熱泵系統(tǒng)中觀點(diǎn)認(rèn)為：地下巖土層含水層在地源熱泵系統(tǒng)中僅僅是起到一種僅僅是起到一種“蓄熱層蓄熱層”的作用。它的設(shè)計(jì)原則是必須的作用。它的設(shè)計(jì)原則是必須保持夏季向地下釋放的冷凝熱與冬季從地下吸取的熱量相保持夏季向地下釋放的冷凝熱與冬季從地下吸取的熱量相等，根本不需要利用地下任何其它

23、熱量，更談不上要利用等，根本不需要利用地下任何其它熱量，更談不上要利用任何任何“淺層地?zé)崮軠\層地?zé)崮堋被蚧颉皽\層地溫能淺層地溫能”。地源熱泵從本質(zhì)。地源熱泵從本質(zhì)上、原理上講是一種上、原理上講是一種“廢熱利用廢熱利用”。452021/8/6地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)當(dāng)?shù)卦礋岜霉こ痰亩緩牡叵吕塾?jì)取熱量和夏季向地下累當(dāng)?shù)卦礋岜霉こ痰亩緩牡叵吕塾?jì)取熱量和夏季向地下累計(jì)放熱量基本相等時(shí)，地源熱泵系統(tǒng)可以不設(shè)任何冷卻塔計(jì)放熱量基本相等時(shí)，地源熱泵系統(tǒng)可以不設(shè)任何冷卻塔與輔助加熱設(shè)備，從而減少了保養(yǎng)費(fèi)用和改善了建筑的外與輔助加熱設(shè)備，從而減少了保養(yǎng)費(fèi)用和改善了建筑的外立面美觀；立面美觀；充分

24、利用了夏季制冷時(shí)的冷凝熱，儲(chǔ)存于地下，有效地減充分利用了夏季制冷時(shí)的冷凝熱，儲(chǔ)存于地下，有效地減輕了城市的夏季熱島效應(yīng)，同時(shí)也便于提供全年的生活熱輕了城市的夏季熱島效應(yīng)，同時(shí)也便于提供全年的生活熱水；水；一年四季地下的環(huán)境參數(shù)均較空氣溫度變化適宜的范圍內(nèi)一年四季地下的環(huán)境參數(shù)均較空氣溫度變化適宜的范圍內(nèi)變化，其夏季的制冷效率變化，其夏季的制冷效率EEREER與冬季的制熱效率與冬季的制熱效率COPCOP都相應(yīng)都相應(yīng)要比空氣源熱泵系統(tǒng)髙要比空氣源熱泵系統(tǒng)髙20204040；462021/8/6地源熱泵系統(tǒng)的缺點(diǎn)地源熱泵系統(tǒng)的缺點(diǎn)初投資髙，因?yàn)榈叵裸@井打眼埋管和打井都需要高額的工程建設(shè)費(fèi)，尤其是初投

25、資髙，因?yàn)榈叵裸@井打眼埋管和打井都需要高額的工程建設(shè)費(fèi)，尤其是在現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)水文條件惡劣的情況下更為突出。在有一些工程中，其地下鉆眼在現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)水文條件惡劣的情況下更為突出。在有一些工程中，其地下鉆眼埋管或打井費(fèi)用甚至和地上空調(diào)系統(tǒng)的建設(shè)費(fèi)用相接近；埋管或打井費(fèi)用甚至和地上空調(diào)系統(tǒng)的建設(shè)費(fèi)用相接近；地源熱泵系統(tǒng)的全年供冷供熱性能與經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)烈依賴(lài)于建筑的冷、熱負(fù)荷計(jì)地源熱泵系統(tǒng)的全年供冷供熱性能與經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)烈依賴(lài)于建筑的冷、熱負(fù)荷計(jì)算，設(shè)備選用，和地下埋管或水井設(shè)計(jì)計(jì)算與施工。精心設(shè)計(jì)與精心施工的算，設(shè)備選用，和地下埋管或水井設(shè)計(jì)計(jì)算與施工。精心設(shè)計(jì)與精心施工的工程和粗制濫造的工程，無(wú)論在性能上、在初投

26、資上、還是運(yùn)行費(fèi)用上、及工程和粗制濫造的工程，無(wú)論在性能上、在初投資上、還是運(yùn)行費(fèi)用上、及使用壽命上都會(huì)有成倍的差別；使用壽命上都會(huì)有成倍的差別；目前，無(wú)論國(guó)內(nèi)或國(guó)際水平而言，人們對(duì)于地下巖土層與含水層中的傳熱，目前，無(wú)論國(guó)內(nèi)或國(guó)際水平而言，人們對(duì)于地下巖土層與含水層中的傳熱，蓄熱，以及熱、質(zhì)交換與遷移的規(guī)律的研究相對(duì)還是比較少和不夠成熟，不蓄熱，以及熱、質(zhì)交換與遷移的規(guī)律的研究相對(duì)還是比較少和不夠成熟，不一致、不統(tǒng)一的地方還是比較多，有時(shí)同一工程由不同的人進(jìn)行設(shè)計(jì)，其差一致、不統(tǒng)一的地方還是比較多，有時(shí)同一工程由不同的人進(jìn)行設(shè)計(jì)，其差異性可能較大；異性可能較大；就目前國(guó)內(nèi)熟悉地源熱泵系統(tǒng)的合

27、格設(shè)計(jì)者而言，其數(shù)量有限。就目前國(guó)內(nèi)熟悉地源熱泵系統(tǒng)的合格設(shè)計(jì)者而言，其數(shù)量有限。目前國(guó)內(nèi)有經(jīng)驗(yàn)的、合格的承包商不多。目前國(guó)內(nèi)有經(jīng)驗(yàn)的、合格的承包商不多。472021/8/6全年地下恒溫帶溫度處于全年地下恒溫帶溫度處于101020 20 C C的地域；的地域；具有經(jīng)濟(jì)打井的地質(zhì)條件和擁有合適淺層地下水資源的地域；具有經(jīng)濟(jì)打井的地質(zhì)條件和擁有合適淺層地下水資源的地域；全年向地下總排熱量和總?cè)崃肯嗟然蚪咏墓峁├涔こ?，否則就需采用全年向地下總排熱量和總?cè)崃肯嗟然蚪咏墓峁├涔こ蹋駝t就需采用一些工程的輔助與補(bǔ)救措施；一些工程的輔助與補(bǔ)救措施；夏季供冷溫度不低于夏季供冷溫度不低于5 5 C

28、C，冬季供熱溫度不高于，冬季供熱溫度不高于60 60 C C的工程；的工程；482021/8/6監(jiān)測(cè)井與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)和系統(tǒng)大小的關(guān)系；監(jiān)測(cè)井與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)和系統(tǒng)大小的關(guān)系；傳感器的選用要求：穩(wěn)定性、精確度與準(zhǔn)確度，以傳感器的選用要求：穩(wěn)定性、精確度與準(zhǔn)確度，以及其二次儀表的正確選配；及其二次儀表的正確選配；監(jiān)測(cè)井的施工與傳感器的安裝要求；監(jiān)測(cè)井的施工與傳感器的安裝要求；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的驗(yàn)收；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的驗(yàn)收；傳感器的定期標(biāo)定與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定期檢驗(yàn)。傳感器的定期標(biāo)定與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定期檢驗(yàn)。492021/8/6目前，工程中出現(xiàn)了利用建筑現(xiàn)有樁基埋設(shè)換熱器的實(shí)例。在工程樁中埋設(shè)換熱器，可以減少系統(tǒng)的初投資，使地

29、源熱泵能夠得到更普遍的使用。利用建筑本身的樁基，在樁基中埋入U(xiǎn)型或W型土壤換熱器，節(jié)省了埋設(shè)土壤換熱器所需的打井費(fèi)用，同時(shí)節(jié)省了占地面積502021/8/6512021/8/6522021/8/6 武昌對(duì)工程樁內(nèi)埋設(shè)大直徑螺旋盤(pán)武昌對(duì)工程樁內(nèi)埋設(shè)大直徑螺旋盤(pán)管換熱器和管換熱器和W W型換熱器的形式進(jìn)行多次試型換熱器的形式進(jìn)行多次試驗(yàn)，埋設(shè)驗(yàn)，埋設(shè)W W型換熱器一次試驗(yàn)成功，兩次型換熱器一次試驗(yàn)成功，兩次埋設(shè)大直徑螺旋盤(pán)管換熱器的試驗(yàn)均失埋設(shè)大直徑螺旋盤(pán)管換熱器的試驗(yàn)均失敗，分析失敗原因主要是試驗(yàn)樁深敗，分析失敗原因主要是試驗(yàn)樁深45m45m，存在樁位偏差，工程樁在放下導(dǎo)管和用存在樁位偏差，工程

30、樁在放下導(dǎo)管和用導(dǎo)管搗固混凝土?xí)r極易撞斷捆扎在鋼筋導(dǎo)管搗固混凝土?xí)r極易撞斷捆扎在鋼筋網(wǎng)架內(nèi)側(cè)的網(wǎng)架內(nèi)側(cè)的HDPE100HDPE100塑料管，雖然設(shè)計(jì)考塑料管，雖然設(shè)計(jì)考慮了在鋼筋網(wǎng)架內(nèi)設(shè)置井字型導(dǎo)管艙保慮了在鋼筋網(wǎng)架內(nèi)設(shè)置井字型導(dǎo)管艙保護(hù)塑料管，但吊裝護(hù)塑料管，但吊裝20m20m鋼筋網(wǎng)架易變形，鋼筋網(wǎng)架易變形，且旋噴鉆孔樁成孔速度快，泥漿護(hù)壁質(zhì)且旋噴鉆孔樁成孔速度快，泥漿護(hù)壁質(zhì)量不高，易造成塌孔，強(qiáng)行放下的鋼筋量不高，易造成塌孔，強(qiáng)行放下的鋼筋網(wǎng)架內(nèi)的導(dǎo)管艙中心存在偏差，造成導(dǎo)網(wǎng)架內(nèi)的導(dǎo)管艙中心存在偏差，造成導(dǎo)管放下失敗。故工程樁內(nèi)埋設(shè)換熱器設(shè)管放下失敗。故工程樁內(nèi)埋設(shè)換熱器設(shè)計(jì)采用計(jì)采用W

31、W型換熱器。型換熱器。532021/8/6 埋地?fù)Q熱器內(nèi)部溫度模擬如圖所示，可以看出管間距對(duì)溫度變化的影響，上圖為間距52mm，下圖間距72mm，為了防止供回水管間的熱干擾，管間距應(yīng)選擇適宜長(zhǎng)度。542021/8/6552021/8/6562021/8/6 管群中心區(qū)域熱堆積較顯著，模擬單管換熱量為50W/m的情況，經(jīng)過(guò)一年的運(yùn)行，溫度升高為1.3度左右。572021/8/6582021/8/6 紅色為距離換熱器最近點(diǎn)其溫度波動(dòng)隨水溫的變化波動(dòng)最大；黑色為距離換熱器最遠(yuǎn)點(diǎn)其溫度變化滯后于水溫變化050100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650

32、 700 7501516171819202122232425262728293031323334 E D C B A土壤溫度（）時(shí)間（12h）592021/8/6602021/8/6試驗(yàn)選用的井埋管編號(hào)試驗(yàn)選用的井埋管編號(hào)1 1號(hào)井單號(hào)井單U U埋管埋管2 2號(hào)井號(hào)井W W型埋管型埋管垂直埋管段垂直埋管段垂直深度垂直深度 mm105105110110垂直管總長(zhǎng)度垂直管總長(zhǎng)度 mm210210440440回填材料回填材料水泥漿膨潤(rùn)土水泥漿膨潤(rùn)土水泥漿膨潤(rùn)土水泥漿膨潤(rùn)土安裝方法安裝方法自然下管自然下管自然下管自然下管井口直徑井口直徑400mm400mm500mm500mmPE PE 管管外徑外徑

33、mmmm25252525內(nèi)徑內(nèi)徑 mmmm20202020連接管連接管距離距離 mm20204545連接管總長(zhǎng)度連接管總長(zhǎng)度 mm40409090保溫材料保溫材料橡樹(shù)保溫套橡樹(shù)保溫套, , 厚度厚度20mm20mm612021/8/61 1號(hào)井埋管垂直段傳熱性能分析號(hào)井埋管垂直段傳熱性能分析2 2號(hào)井埋管垂直段傳熱性能分析號(hào)井埋管垂直段傳熱性能分析進(jìn)水溫度進(jìn)水溫度流量流量進(jìn)出口溫差進(jìn)出口溫差散熱量散熱量進(jìn)水溫度進(jìn)水溫度流量流量進(jìn)出口溫差進(jìn)出口溫差散熱量散熱量m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 37.237.20.8810.8815.15.158.

34、458.437.3637.360.8850.8856.686.6872.872.81 1號(hào)井埋管垂直段傳熱性能分析號(hào)井埋管垂直段傳熱性能分析2 2號(hào)井埋管垂直段傳熱性能分析號(hào)井埋管垂直段傳熱性能分析進(jìn)水溫度進(jìn)水溫度流量流量進(jìn)出口溫差進(jìn)出口溫差取熱量取熱量進(jìn)水溫度進(jìn)水溫度流量流量進(jìn)出口溫差進(jìn)出口溫差取熱量取熱量m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 4.34.30.810.814.64.641414.34.30.8120.8126.36.352.852.8622021/8/6試驗(yàn)選用的井埋管編號(hào)試驗(yàn)選用的井埋管編號(hào)1 1號(hào)井單埋管號(hào)井單埋管2 2號(hào)井號(hào)

35、井單單埋管埋管垂直埋管段垂直埋管段垂直深度垂直深度 mm30306060垂直管總長(zhǎng)度垂直管總長(zhǎng)度 mm6060120120回填材料回填材料混凝土混凝土水泥漿膨潤(rùn)土水泥漿膨潤(rùn)土安裝方法安裝方法300mm300mm鋼筋籠鋼筋籠自然下管自然下管井口直徑井口直徑400mm400mm110mm110mmPE PE 管管外徑外徑 mmmm25252525內(nèi)徑內(nèi)徑 mmmm20202020連接管連接管距離距離 mm14.614.610.110.1連接管總長(zhǎng)度連接管總長(zhǎng)度 mm29.229.220.220.2保溫材料保溫材料橡樹(shù)保溫套橡樹(shù)保溫套, , 厚度厚度20mm20mm632021/8/61 1號(hào)井埋管

36、垂直段傳熱性能分析號(hào)井埋管垂直段傳熱性能分析2 2號(hào)井埋管垂直段傳熱性能分析號(hào)井埋管垂直段傳熱性能分析進(jìn)水溫度進(jìn)水溫度流量流量進(jìn)出口溫差進(jìn)出口溫差散熱量散熱量進(jìn)水溫度進(jìn)水溫度流量流量進(jìn)出口溫差進(jìn)出口溫差散熱量散熱量m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 36.936.90.860.862 264.364.337.0537.050.860.862.732.7344.744.71 1號(hào)井埋管垂直段傳熱性能分析號(hào)井埋管垂直段傳熱性能分析2 2號(hào)井埋管垂直段傳熱性能分析號(hào)井埋管垂直段傳熱性能分析進(jìn)水溫度進(jìn)水溫度流量流量進(jìn)出口溫差進(jìn)出口溫差取熱量取熱量進(jìn)水溫度進(jìn)水溫度流量流量進(jìn)出口溫差進(jìn)出口溫差取熱量取熱量m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 5.355.350.8570.8571.511.5148.648.65.355.350.8420.8422.262.2636.436.4642021/8/6試驗(yàn)選用的井埋管編號(hào)試驗(yàn)選用的井埋管編號(hào)1 1號(hào)井單號(hào)井單U