淺層地熱及能的綜合利用技術

1、淺層地熱及能的綜合利用技術教學大綱課程編號：035039課程類別：公共選修課學 時：20學 分：考核方式：論文 淺層地熱能及利用技術能源概述及淺層地熱能淺層地熱能利用技術在建筑能源系統(tǒng)中的應用夏熱冬冷地區(qū)應用方式工程案例分析基本信息主要內容教材、參考書目 教材 馬最良，地源熱泵系統(tǒng)設計與應用(第2版)，機械工業(yè)出版社。 主要參考書 王淑娟，可再生能源及其利用技術，清華出版社。 薛一冰，可再生能源建筑應用技術，建工出版社。 付祥釗，可再生能源在建筑中的應用，2009.6,建工出版社。 徐 偉，中國地源熱泵發(fā)展研究報告，2013，建工出版社。 地源熱泵工程系統(tǒng)設計規(guī)范，GB50366-2005-2

2、009，2009年，中國建工出版社。 淺層地熱能及利用技術 能源的基本概念1.2 我國能源結構及能源發(fā)展戰(zhàn)略1.3 建筑節(jié)能與可再生能源應用 淺層地熱能應用 1 能源概述及淺層地熱能淺層地熱能及利用技術 能源的基本概念 一次能源 一次能源是指自然界中以原有形式存在的、未經(jīng)加工轉換的能量資源。又稱天然能源。 一次能源包括化石燃料（如原煤、石油、天然氣等）、核燃料、生物質能、水能、風能、太陽能、地熱能、海洋能、潮汐能等。 一次能源又分為可再生能源和不可再生能源，前者是可重復產(chǎn)生的天然能源，如太陽能、風能、水能、生物質能等，這些能源均來自太陽；后者主要是各類化石燃料、核燃料。淺層地熱能及利用技術1

3、能源概述及淺層地熱能 二次能源 二次能源指由一次能源經(jīng)過加工轉換以后得到的能源，包括電能、熱能、汽油、柴油、液化石油氣和氫能等。 二次能源又可以分為“過程性能源”和“含能體能源”，電能是應用最廣的過程性能源，而汽油和柴油是目前應用最廣的含能體能源。 二次能源和一次能源不同，它不是直接取自自然界，只能由一次能源加工轉換以后得到，因此嚴格的說它不是“能源”，而應稱之為“二次能”。淺層地熱能及利用技術1 能源概述及淺層地熱能 化石能源 化石能源是一種碳氫化合物或其衍生物。它由古代生物的化石沉積而來，是一次能源，包括煤、石油、天然氣。 化石能源是人類必不可少的燃料，目前仍是全球消耗的最主要能源。 化石

4、能源，使用過程中會產(chǎn)生一些污染氣體及大量的溫室氣體CO2, 威脅全球生態(tài)。 化石能源是不可再生能源。淺層地熱能及利用技術1 能源概述及淺層地熱能 清潔能源 清潔能源指對環(huán)境友好，排放少，污染程度小的能源。 清潔能源的定義：對能源清潔、高效、系統(tǒng)化應用的技術體系。清潔能源不是對能源的簡單分類，而是指能源利用的技術體系；清潔能源不但強調清潔性同時也強調經(jīng)濟性；清潔能源的清潔性指的是符合一定的排放標準。 可再生能源屬于清潔能源。 不可再生能源中，低污染化石能源（如天然氣）和利用清潔能源技術處理過的化石能源，如潔凈煤、潔凈油等屬于清潔能源。 核能是清潔能源，但目前尚不能保證核電的絕對安全。 淺層地熱能

5、及利用技術1 能源概述及淺層地熱能 可再生能源 特征是消耗后可得到恢復補充，屬于一次能源和清潔能源，主要包括生物質能、水能、風能、太陽能、地熱能、海洋能、潮汐能等。 生物質能：是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式，即以生物質為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)燃料，如生物乙醇、秸稈、沼氣等。 水能：是指水體的動能、勢能和壓力能等能量資源。廣義上包括河流、潮汐、波浪、海流，其主要應用是水力發(fā)電。思考題：有熱能可利用么？ 淺層地熱能及利用技術1 能源概述及淺層地熱能 風能：地球表面空氣流動所產(chǎn)生的動能，主要應用為風力發(fā)電。 太陽能：主要應用方

6、式為： （1）光熱轉換，如太陽能熱水器、太陽能供暖； （2）光電轉換，如光伏發(fā)電。 地熱能：按深度分有淺層地熱能（地下幾十幾百米深，太陽能為主，地熱流為輔）和深層地熱能（地殼表面5000米內，地心熱）；按溫度分有低溫地熱能（150 )。 思考題：空氣能是可再生能源么 ？ 淺層地熱能及利用技術1 能源概述及淺層地熱能 能源的品位 能源作功能力的定性表述，反映了能源質量高低。 作功能力強的能源被稱之為高品位能源，反之稱為低品位能源。 機械能、電能可以完全轉變?yōu)楣?，是高品位能源?熱能只有部分作功能力，同一種類而不同狀態(tài)的熱能其品位是不同的，如高溫高壓水蒸氣的品位比低溫低壓水蒸氣高。 接近環(huán)境狀態(tài)的

7、熱能是低品位能源。 淺層地熱能及利用技術1 能源概述及淺層地熱能 溫室氣體（GHG ） 指任何會吸收和釋放紅外線輻射并存在大氣中的氣體。 京都議定書中規(guī)定控制的6種溫室氣體為：二氧化碳（CO）、甲烷（CH）、氧化亞氮（NO）、氫氟碳化合物（HFCs） 、全氟碳化合物（PFCs）、六氟化硫（SF6）。 總的溫室效應中二氧化碳的作用約占一半，其余為以上各種微量氣體的作用。 美國環(huán)境保護署認定，二氧化碳等溫室氣體是空氣污染物，人類大規(guī)模排放溫室氣體足以引發(fā)全球變暖。 礦物質燃料燃燒是二氧化碳增加的主要因素。淺層地熱能及利用技術1 能源概述及淺層地熱能 我國能源結構及能源發(fā)展戰(zhàn)略 我國的能源結構 淺層

8、地熱能及利用技術1 能源概述及淺層地熱能 2015年我國能源結構調整目標 淺層地熱能及利用技術1 能源概述及淺層地熱能 我國能源發(fā)展戰(zhàn)略 2014年底，國務院頒布的能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃2014-2020指出，我國優(yōu)化能源結構的路徑是：降低煤炭消費比重，提高天然氣消費比重，大力發(fā)展風電、太陽能、地熱能等可再生能源，安全發(fā)展核電。 到2020年，非化石能源占一次能源消費比重達到15%；天然氣比重達到10%以上；煤炭消費比重控制在62%以內；石油比重為剩下的13%。 淺層地熱能及利用技術1 能源概述及淺層地熱能 我國能源發(fā)展戰(zhàn)略 2014年底，國務院頒布的能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃2014-2020指出，

9、我國優(yōu)化能源結構的路徑是：降低煤炭消費比重，提高天然氣消費比重，大力發(fā)展風電、太陽能、地熱能等可再生能源，安全發(fā)展核電。 到2020年，非化石能源占一次能源消費比重達到15%；天然氣比重達到10%以上；煤炭消費比重控制在62%以內；石油比重為剩下的13%。 淺層地熱能及利用技術1 能源概述及淺層地熱能 我國能耗消費結構及比例 我國的能源生產(chǎn)、能源消費均位居世界前列，目前消費總量基本位居世界第一。 中國的能源消費主要用于：工業(yè)生產(chǎn)（35%）、交通運輸（2030%）、建筑行業(yè)（包括建造、運行）（27-30%）。 建筑能耗，暖通空調能耗占建筑能耗的比例65-70%。 淺層地熱能及利用技術1 能源概述

10、及淺層地熱能 建筑節(jié)能與可再生能源應用 建筑節(jié)能 關于建筑節(jié)能：國際上，經(jīng)歷了三個階段： 第一階段：在建筑中節(jié)約能源，在我國稱為建筑節(jié)能。 第二階段：在建筑中保持能源，減少建筑中的能源散失。 第三階段：在建筑中提高能源利用效率，既以積極主動的策略節(jié)省能源消耗，提高能源利用效率。 關于節(jié)能建筑 公共建筑節(jié)能設計標準 居住建筑節(jié)能設計標準 淺層地熱能及利用技術1 能源概述及淺層地熱能 可再生能源在建筑中的應用 太陽能：光熱、光伏應用 地熱能：主要是淺層地熱能，主要是通過熱泵技術采集利用。 淺層地熱能，廣義上，包括： 地下巖土（土壤）、地下水、地表水、污水等。 淺層地熱能及利用技術1 能源概述及淺層

11、地熱能1.4 淺層地熱能 地質構造與地溫分布 1 淺層地熱能基本概念淺層地熱能及利用技術內核外核地幔地殼上地幔0km6400km5100km2885km5km6000-8000 4000-5000 3000 1000 600 地幔地核 1 淺層地熱能基本概念淺層地熱能及利用技術太陽輻射地球大氣云層大氣云層散射34%吸收19%直射地面47%地面反射13%射向地球射量10%60%地殼表面一年全球獲太陽能21kJ一年地球表面散逸的熱量16kJ太陽輻射與大地熱流太陽能地熱能共同作用區(qū)淺層地熱資源15m0m200m變溫層恒溫層淺層地熱能 在太陽能照射和地心熱產(chǎn)生的大地熱流的綜合作用下，存在在地殼下近表層

12、數(shù)百米內的恒溫帶中的土壤、砂巖和地下水里的低溫地熱能。 淺層地能（熱）不是傳統(tǒng)概念的深層地熱，它不屬于地心熱的范疇，是太陽能的另一種表現(xiàn)形式，廣泛的存在于大地表層恒溫帶中，溫度略高于當?shù)啬昶骄鶜鉁?，一般?0-25 。 變溫層：溫度受太陽能影響，隨季節(jié)、晝夜變化。 1 淺層地熱能基本概念淺層地熱能及利用技術 恒溫層：受太陽能和大地熱流的綜合作用，地球內熱與上層變溫帶的影響達到平衡，溫度基本不變。該層地溫與當年平均氣溫大致相當，四季基本恒溫（25），北方：155；南方205。全國各地恒溫帶溫差一般78，深度在數(shù)百米以內（通常200米內）。 淺層地熱能屬于可再生能源。 淺層地熱能是低品位能源。 思

13、考題：如何利用溫度較低的淺層地熱能？ 1 淺層地熱能基本概念淺層地熱能及利用技術 熱泵技術及原理2.2 淺層地熱能利用方式 2 淺層地熱能利用技術淺層地熱能及利用技術 土壤源熱能系統(tǒng)3.2 地下水源熱泵系統(tǒng)3.3 地表水源熱泵系統(tǒng)3.4 海水源熱泵系統(tǒng) 污水源熱泵系統(tǒng) 3 在建筑能源系統(tǒng)應用淺層地熱能及利用技術3.1 土壤源熱泵系統(tǒng) 定義 中國：地源熱泵工程技術規(guī)范GB50366-2009：以巖土體、地下水、地表水或地表水為低溫熱源，由水源熱泵機組、地熱能交換系統(tǒng)、建筑物內系統(tǒng)組成的供熱空調系統(tǒng)，根據(jù)地熱能交換系統(tǒng)的形式不同，分為地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)、地表水地源熱泵系統(tǒng)。 美

14、國：ASHHRAE定義：地源熱泵系統(tǒng)是一種用土壤、地下水、地表水作為熱源和熱匯的熱泵系統(tǒng)，可分為土壤源耦合式系統(tǒng)、地下水熱泵系統(tǒng)、地表水熱泵系統(tǒng)。淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用 地埋管地源熱泵系統(tǒng) 系統(tǒng)組成及原理 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)地下?lián)Q熱系統(tǒng)蒸發(fā)器冷凝器壓縮機地埋管地下巖土地源循環(huán)泵空調循環(huán)泵 帶輔助散熱 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)地下?lián)Q熱系統(tǒng)蒸發(fā)器冷凝器壓縮機地埋管地下巖土地源循環(huán)泵空調循環(huán)泵輔助散熱系統(tǒng)冷卻塔 帶熱回收系統(tǒng) 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)

15、地下?lián)Q熱系統(tǒng)蒸發(fā)器冷凝器壓縮機地埋管地下巖土地源循環(huán)泵空調循環(huán)泵熱回收系統(tǒng)熱水箱水-水換熱器熱水泵自來水3.1.3 地下?lián)Q熱系統(tǒng)（1） 地埋管換熱器的環(huán)路形式 水平埋管淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用單層雙層雙層3排垂直排圈水平排圈水平螺旋埋深淺。占地面積大。 垂直埋管淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用垂直單U垂直螺旋垂直套管埋深大。占地面積小，廣泛采用。垂直雙U 垂直U型埋管淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用垂直單U130膨潤土+細砂混合漿de25鉆孔平面地平地平回填土人工夯實細砂墊層de25水平管de25U型管鉆孔孔壁膨潤土+細砂混合漿U型彎頭de25水平管de2

16、5U型管 U型為PE管，有de25,de32單井換熱量相對較小，節(jié)省管材 垂直U型埋管淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用垂直雙U150膨潤土+細砂混合漿de25鉆孔平面地平地平回填土人工夯實細砂墊層de32水平管de25U型管鉆孔孔壁膨潤土+細砂混合漿U型彎頭de32水平管de25U型管 U型為PE管，有de25,de32單井換熱量相對較大，耗費管材3.1.3 地埋管換熱器傳熱模型 地埋管換熱器傳熱模型較為復雜，影響因素包括巖土沿管長方向的熱物性變化、換熱器周圍發(fā)生相變的可能性、回填料的性能、地下水滲流等，目前國內外已提出傳熱模型30多種，模型的關鍵是求解地下巖土溫度場的動態(tài)變化，理論

17、基礎有3種：線熱源模型、圓柱熱源模型、能量平衡模型。3.1.4 地埋管方式 按建筑冷負荷埋管：根據(jù)建筑總冷負荷確定埋管總長度或鉆孔數(shù)量，夏季向地下排熱，冬季從地下取熱，不設輔助散熱，一般適合于冷負荷與熱負荷接近的地區(qū)。淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用 按冷負荷埋管，不設輔助散熱 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)地下?lián)Q熱系統(tǒng)蒸發(fā)器冷凝器壓縮機地埋管地下巖土地源循環(huán)泵空調循環(huán)泵 按建筑熱負荷埋管：根據(jù)建筑總熱負荷確定埋管總長度或鉆孔數(shù)量，冬季從地下取熱，夏季向地下排熱，夏季冷量不足部分，一般設輔助散熱，或設單冷機組調峰，系統(tǒng)一般為地埋管+輔助散熱的混合式

18、系統(tǒng)，一般適合于冷負荷大于熱負荷的地區(qū)。 常用的輔助散熱方式：閉式冷卻塔、開式冷卻塔+板換、開式冷卻塔、熱回收等。 冷卻塔的作用：利用室外空氣冷卻水，既通過空氣和水接觸進行熱濕交換，冷卻水溫受當?shù)貪袂驕囟鹊南拗?，一般比當?shù)貪袂驕囟雀?-2 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用風機閉式冷卻塔開式冷卻塔板換+開式塔風機風機水-水板換一次泵一次泵進風進風排風排風排風進風進風噴嘴噴嘴填料填料填料進風 輔助散熱基本原理 按熱負荷埋管，帶輔助散熱 閉式塔 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)地下?lián)Q熱系統(tǒng)蒸發(fā)器冷凝器壓縮機地埋管地

19、下巖土地源循環(huán)泵空調循環(huán)泵輔助散熱系統(tǒng)冷卻塔 按熱負荷埋管，帶輔助散熱 輔助散熱：板換+開式塔 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)地下?lián)Q熱系統(tǒng)蒸發(fā)器冷凝器壓縮機地埋管地下巖土地源循環(huán)泵空調循環(huán)泵輔助散熱系統(tǒng)冷卻塔水-水板換 按熱負荷埋管，帶輔助散熱 輔助散熱：開式塔 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)地下?lián)Q熱系統(tǒng)地埋管地下巖土地源循環(huán)泵空調循環(huán)泵開式塔蒸發(fā)器冷凝器壓縮機 帶熱回收系統(tǒng) 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)地下?lián)Q熱系統(tǒng)蒸發(fā)器冷凝器壓縮機地埋管地下巖土地源循環(huán)泵空調循環(huán)泵熱回收系統(tǒng)熱水箱水

20、-水換熱器熱水泵自來水問題：是否換需要冷卻塔輔助散熱？3.1.5 地埋管的布置 埋管形式：水平；垂直：單Ude25、32；雙Ude25、32等。 埋管深度：一般60-150m。； 埋管間距：一般3-6m。 分區(qū)埋管：分區(qū)埋管，并與熱泵機組對應，部分負荷時，停掉一臺機組時，可切換地埋管區(qū)域，有利于地下?lián)Q熱，有利于地下熱平衡，有利于系統(tǒng)高效運行。 地埋管流速：保持紊流流態(tài)，單U不小于0.6m/s,雙U不小于。淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用地埋管布置淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用地埋管檢查井檢查井水平管供水回水分水器集水器地埋管水平管水平集管供水水平集管回水3.1.6 監(jiān)測井

21、 作用：監(jiān)測地下溫度場的變化，指導運行策略。 布置 專用監(jiān)測井：用于地下溫度場監(jiān)測，不參與系統(tǒng)換熱。 工作井監(jiān)測：用工作井替代專用監(jiān)測井。淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用監(jiān)測井10000平米項目不低于2個，一般布置對角線交叉點上淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用監(jiān)測井傳感器布置15m25m30m30m地坪地坪傳感器傳感器問題：多大間距合適？3.1.7 巖土熱響應試驗 測試內容 地質狀況：巖土柱狀圖 巖土初始溫度 巖土熱物性參數(shù)：導熱系數(shù)、熱擴散系數(shù)、鉆孔內熱阻。 測試方法：恒熱流法 是工程設計的基本依據(jù) 工程設計應與熱響應試驗結果一致。 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)

22、應用恒溫水箱水泵流量計溫度計U型管回填料淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用柱狀圖0m20m70m100m地坪粘土50m砂礫砂巖花崗巖巖3.2 地下水源熱泵系統(tǒng)3.2.1 系統(tǒng)原理及分類 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用熱源井建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)地下水換熱系統(tǒng)除砂器空調循環(huán)泵蒸發(fā)器冷凝器壓縮機回灌井直接式系統(tǒng)：地下水直接進機組,水質好，水量充足，水溫穩(wěn)定 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用熱源井建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)地下水換熱系統(tǒng)除砂器空調循環(huán)泵蒸發(fā)器冷凝器壓縮機回灌井間式系統(tǒng)：地下水間直進機組，水質差。板換循環(huán)泵思考題：需要設冷卻塔輔助散熱么3.2.2 地下水利

23、用條件及要求 條件：通過水文地質勘察，確認有地下水，且： 水質：鈣、鎂離子含量低、酸堿度適宜。 水量：水量充足、穩(wěn)定。 溫度：溫度一般宜高于6 。（思考題：為什么？） 要求 政策允許：需水資源管理機構批準，避免過度開采。 回灌：應有可靠地的回灌措施，地源熱泵規(guī)范規(guī)定：必須采取可靠地回灌措施確保置換冷熱量后的地下水全部回灌到相應取水層位，并不得對地下水資源造成污染。 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用 回灌井數(shù)量大于熱源井，一般比例大于3:1。 回灌井與熱源井宜可以交叉使用。 新技術：同井、同層回灌技術。 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用加壓回水區(qū)密封區(qū)抽水區(qū)井室地面接熱泵機組

24、接熱泵機組地面井室加壓回水區(qū)抽水區(qū)同一含水層3.2.3 應用方式 空調：夏季供冷，冬季供熱。 供熱：冬季集中供暖，是目前北方地區(qū)的熱點 -無燃燒供暖： 地下水源熱泵供暖系統(tǒng) 地埋管地源熱泵供暖系統(tǒng) 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用3.3 地表水源熱泵系統(tǒng)3.3.1 系統(tǒng)原理及分類 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)地表水換熱系統(tǒng)除砂器空調泵蒸發(fā)器冷凝器壓縮機地表水體開式系統(tǒng)水泵取水管排水管 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)地表水換熱系統(tǒng)空調泵蒸發(fā)器冷凝器壓縮機地表水體閉式系統(tǒng)水泵換熱盤管取水管排水管 淺層地熱能及利用技

25、術3 在建筑能源系統(tǒng)應用熱源井建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)地下水換熱系統(tǒng)除砂器空調循環(huán)泵蒸發(fā)器冷凝器壓縮機回灌井間式系統(tǒng)：地下水間直進機組，水質差。板換循環(huán)泵思考題：需要設冷卻塔輔助散熱么3.3.2 地表水源 三個基本要素是：溫度、水質、水量。 溫度特征：江、河、湖、水庫等地表水體，可分為流動水體，如：江、河，靜止滯留水體，如：水庫、湖等。 流動水體：水擾動激烈，水體流動呈紊流狀態(tài)，水體溫度結構分布一致，水溫分布特性均勻一致，沒有分層現(xiàn)象，水體溫度取決于上游水溫，冬、夏季水溫均由其季節(jié)溫度決定。 滯留水體：水溫分復雜，按照垂直溫度結構，可分為三種類型：混合型、分層型、過渡型。 淺層地熱能及利用技術

26、3 在建筑能源系統(tǒng)應用 混合型：也稱等溫型，水深一般在3米以內，水體溫度梯度小，分布均勻，庫底水溫隨水體表面溫度而變，水溫受氣象條件影響大，庫底層水溫年較差可達15-24 ，水體與庫底之間有明顯的熱量交換。一般夏季最熱時，也是冷負荷最大時，水溫也是最高時；冬季最冷時，也是熱負荷最大時，水文也是最低時，不是水源熱泵的理想選擇。 分層型：即水體在垂直方向水溫自然分層，分層現(xiàn)象取決于水深，與水體面積大小無關。水溫分層由溫水層、溫躍層、溫底層三部分組成。 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用 溫水層：為水體優(yōu)表面，受氣溫、太陽輻射、水面風的作用，溫度較高，混合均勻； 溫躍層：在溫水層和溫底層之間

27、，豎向溫度梯度大； 底溫層：在溫躍層下面，溫度梯度小。 水溫分層主要在夏季及春秋過渡季節(jié)，冬季沒有明顯差別。 過渡型：介于混合型和分層型兩者之間。 國內外大量實測資料證明：分層型地表水體水溫分布的基本特征是水體中的等溫面是水平面，可以不考慮水平方向的水溫變化，重點考慮垂直方向的水溫變化。 分層型、過渡型水體適合水源熱泵系統(tǒng)。 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用 溫水層：為水體表面（3米內），受氣溫、太陽輻射、水面風的作用，溫度較高，混合均勻； 溫躍層：在溫水層和溫底層之間，豎向溫度梯度大； 底溫層：在溫躍層下面，溫度梯度小。 水溫分層主要在夏季及春秋過渡季節(jié)，冬季沒有明顯差別。 過渡型

28、：介于混合型和分層型兩者之間。 國內外大量實測資料證明：分層型地表水體溫度分布的基本特征是水體中等溫面是水平面，可以不考慮水平方向的水溫變化，重點考慮垂直方向的水溫變化。 水深4-10m、水面不是很大的分層型水體具有明顯的溫度分層特性，是水源熱泵的良好的選擇。 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用 水質：水質是影響水源熱泵系統(tǒng)運行的重要指標。由于水源熱泵的技術發(fā)展，逐漸向水體水質適宜性方向發(fā)展，因此水質資料確定后，可以根據(jù)不同的水質情況選擇系統(tǒng)方式和水源熱泵機組。 水質要求 水質要求不滿足時，應采取相應的水處理措施。 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用名稱PH值CaO礦化度CL-

29、SO4-2Fe-2H2S含沙量允許值6.5-8.5200mg/L3g/L100mg/L200mg/L1mg/L0.5mg/L10mg/L 注意問題 氨氮離子對換熱器銅管腐蝕較大。 藻類、微生物類的滋長會堵塞換熱器，影響系統(tǒng)運行。水量 流動水體，一般可不考慮其水體水量，主要是去取水的的穩(wěn)定性（豐水期、枯水期水位）；滯留水體，建筑的取熱、排熱帶來的熱堆積對水體容量的要求，主要是水體的面積和深度。 流動水體應計算3-4米以下的水容量，3米以上的水體由于和大氣溫度一致，不能作為地表示源熱泵的低位冷熱源。 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用 3.3.3 取水 取水 直接取水：水質較好、水溫適宜時

30、，可采用。 間接取水：水質較差、水溫適宜時，可采用。 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用水體水體取水頭取水頭水泵除砂器除砂器水泵水泵換熱器 地源熱泵技術規(guī)范要求 1 地表水源熱泵系統(tǒng)應根據(jù)水質、水溫、水位、水體面積及深度、環(huán)保要求等因素選擇開式或閉式系統(tǒng)。對滿足環(huán)保要求的地表水，當水量、水溫、水質、水體深度等條件適宜時宜采用開式系統(tǒng)，否則應采用閉式系統(tǒng)。 2 對地表水體的影響，應限制在周平均最大溫升小于等于1 ，周平均最大溫降小于等于2 。 3 開式系統(tǒng)取水口，取排水應避免熱短路，排水口應設在取水口的上游。淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用思考題 1、地表水源熱泵與地埋管地源熱

31、泵比較。 2、開式系統(tǒng)與閉式系統(tǒng)相比那個能效更高？ 3、水溫過低（5 左右）于可以應用么？ 4、取水口離建筑較遠，對系統(tǒng)的能效有影響么？ 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用3.4 海水源熱泵系統(tǒng)3.4.1 海水源 巨大的可再生能源庫：進入海水的太陽輻射能，小部分轉換成海流動能，大部分以熱能的形式儲存在海水中，熱容量（3996kJ/m3. ）遠大于空氣（1.28 kJ/m3. ）,是熱泵的理想冷熱源。 海水溫度：海水的溫度是空調技術應用的關鍵，水溫在12 以下時，可以作為天然冷源直接利用，熱泵技術供熱時，一般不宜低于2 。我國黃海、渤海表層水溫冬季一般在-110 左右，夏季一般在1020

32、 ，其海域條件更好。 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用 海水水質：用清潔度和鹽度反映，清潔度按國家海水水質標準分類有清潔、較清潔、輕度污染、重度污染和嚴重污染五項指標；海水污染嚴重、鹽度較大時，腐蝕性大，一般不宜直接進機組，一般采用鈦板換熱器。 海水水文條件：是海水源熱泵設計的基礎數(shù)據(jù)，包括水溫、水質、潮汐、冰況等，應由海水水文報告提供。 海水處理：應進行過濾、殺菌祛藻處理，解決海水的防腐蝕、防生物附著、防藻、防垢等問題。 海水的取水：一般設海水井抽取海水，近海岸巖土體通常存在一些地質裂縫，巖土體內充滿海水，水量充足。 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用3.4.2 系統(tǒng)分類及

33、原理 海水源熱泵系統(tǒng)（SWHP)-直接式，機組采用鈦換熱器。 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)海水換熱系統(tǒng)海水處理器空調泵蒸發(fā)器冷凝器壓縮機海水取水井水泵除砂器海水排水 海水源熱泵系統(tǒng)（SWHP)-間接式，常規(guī)機組。 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)海水換熱系統(tǒng)海水處理器空調泵蒸發(fā)器冷凝器壓縮機海水取水井水泵除砂器海水排水鈦換熱器水泵思考題：與直接式比較各自的優(yōu)缺點。 深水冷源系統(tǒng)（DWSC） 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用建筑物內系統(tǒng)制冷系統(tǒng)海水換熱系統(tǒng)海水處理器空調泵蒸發(fā)器冷凝器壓縮機海水取水井水泵除砂器海水排

34、水鈦換熱器 工況1：海水直接供冷；工況2：制冷機供冷 SWHP-DWSC聯(lián)合系統(tǒng) 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用建筑物內系統(tǒng)制冷系統(tǒng)海水換熱系統(tǒng)海水處理器空調泵蒸發(fā)器冷凝器壓縮機海水取水井水泵除砂器海水排水鈦換熱器 SWHP-DWSC夏季聯(lián)合供冷3.5.1 污水源熱泵系統(tǒng) 分類 原生污水：經(jīng)過簡單處理，僅處理掉顆粒較的大雜質和懸浮物，但沒有達到國家排放標準的城市污水。由于冬季建筑物排放水溫較高，因此冬季一般615 ，夏季一般22-26 。 中水或二級污水：指經(jīng)污水處理廠處理后，并達到國家排放標準的污水，可直接排放水體，由于污水處理廠處理工藝后，污水溫度有一定的升高，一般冬季可達6-

35、10 ，夏季可達22-26 。 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用 關鍵三要素 水量：污水量充足，是應用污水源熱泵的關鍵之一。 水質：污水水質，原生污水較差，一般不宜直接進熱泵機組，應設防阻機和中間換熱器；中水或二級污水相對潔凈，設防阻機后，一般可以直接進機組。 水溫：國內大多數(shù)原生污水、中水或二級污水水溫均適宜熱泵機技術應用，但冬季溫度不宜低于6 ，否則應加防凍液（如乙二醇）。 原生污水、中水或二級污水在滿足三要素的情況下，是熱泵技術應用的理想冷熱源。 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用3.5.2 污水源熱泵系統(tǒng)分類及原理 原生污水源熱泵系統(tǒng)-間接式1 淺層地熱能及利用技術3

36、 在建筑能源系統(tǒng)應用建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)污水換熱系統(tǒng)污水調節(jié)水池空調泵蒸發(fā)器冷凝器壓縮機源生污水干渠重力流引水管退水防阻機防阻機：污水防阻機是保證系統(tǒng)正常運行的關鍵設備之一，其主要應用于過濾污水，用來實現(xiàn)原生污水源熱泵系統(tǒng)的長期無堵塞運行。3.5.2 污水源熱泵系統(tǒng)分類及原理 原生污水源熱泵系統(tǒng)-間接式2 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)污水換熱系統(tǒng)水泵空調泵蒸發(fā)器冷凝器壓縮機源生污水干渠換熱器優(yōu)點：污水不進熱泵機組不受污水水質，但換熱效率相抵低生污水源熱泵系統(tǒng)的長期無堵塞運行。水泵3.5.2 污水源熱泵系統(tǒng)分類及原理 原生污水源熱泵系統(tǒng)-直接式 淺層地熱

37、能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)污水換熱系統(tǒng)污水調節(jié)水池空調泵蒸發(fā)器冷凝器壓縮機源生污水干渠重力流引水管退水防阻機污水直接進熱泵機組節(jié)省初投資，換熱效率高，但近年部分項目反映，由于防阻機質量問題，導致系統(tǒng)不能運行。 二級或中水污水源熱泵系統(tǒng)-直接式 淺層地熱能及利用技術3 在建筑能源系統(tǒng)應用建筑物內系統(tǒng)熱泵機組系統(tǒng)污水換熱系統(tǒng)污水調節(jié)水池空調泵蒸發(fā)器冷凝器壓縮機污水處理廠二級污水節(jié)流水池重力流引水管退水，排至附近水體或城市管網(wǎng)防阻機污水處理廠二級污水相對潔凈，一般可直接進機組。污水處理廠一般距城市有一定距離，宜采用重力引水，以降低運行費用。退水直接排至城市管網(wǎng)，應考慮

38、原有管網(wǎng)的實際能力 熱工氣候分區(qū)4.2 負荷特點 應用形式 地下熱平衡 注意問題 關于自控 4 在夏熱冬冷地區(qū)的應用淺層地熱能及利用技術4.1 氣候劃分公共建筑節(jié)能設計標準GB50189-2015，規(guī)定了城市的建筑熱工設計分區(qū)： 淺層地熱能及利用技術4 在夏熱冬冷地區(qū)的應用淺層地熱能及利用技術4 在夏熱冬冷地區(qū)的應用4.2 負荷特點 負荷特點 安徽屬于夏熱冬冷地區(qū)，夏季空調冷負荷普遍比冬季空調熱負荷大，通常熱負荷是冷負荷的60%左右。 對地埋管地源熱泵系統(tǒng)應用的影響 影響很大，夏季供冷時向地下巖土排熱量大于冬季從地下取熱量，從而產(chǎn)熱堆積，導致地下熱不平衡，逐年累積，夏季將使地埋管出水溫度逐年升

39、高，嚴重影響運行。 解決問題的方法 通常按熱負荷埋管，夏季供冷時采取輔助散熱措施。 淺層地熱能及利用技術4 在夏熱冬冷地區(qū)的應用4.3 應用形式 按冷負荷埋管：熱泵機組全年供冷供熱，不設輔助散 按熱負荷埋管設輔助散熱： 熱泵機組供熱，單冷機組+冷卻塔調峰供冷。 熱泵機組供熱供冷+冷卻塔輔助散熱。 輔助散熱的主要方法：閉式塔、開式塔、熱回收。 淺層地熱能及利用技術4 在夏熱冬冷地區(qū)的應用 地下熱平衡 地下熱不平衡產(chǎn)生的原因 冷負荷大于熱負荷是主要原因，這恰是夏熱冬冷地區(qū)的負荷特征。 地下熱平衡措施 基本原則 確保地下溫度場的恢復。 盡可能使機組高效運行。 措施 輔助散熱是基本方法，但具有針對性的形式是關鍵。 淺層地熱能及利用技術4 在夏熱冬冷地區(qū)的應用 間歇運行與連續(xù)運行。 間歇運行有利于地下溫度場的恢復； 警惕連續(xù)運行帶來可能的瞬時熱累積。 科學合理的運行調節(jié)方案是重要保證 應體現(xiàn)基本原則。 夏季冷卻塔優(yōu)先運行，有利于地下熱平衡，但不一定有利于機組高效運行，這是一個綜合問題。 埋管布置形式 埋管布置形式是指其埋管區(qū)域的幾何特征，對地下散熱影響很大，但往往容易忽略。 淺層地熱能及利用技術4 在夏熱冬冷地區(qū)的應用 分區(qū)埋管 埋管分區(qū)宜與機組一一對應。 在部分負荷下，可以隨機組交替運行，有利于地下溫度場的恢復。 有利于機組高效運行。 有利于保證地埋管的水流速，保證地下?lián)Q熱。 關于熱