地源熱泵應(yīng)用

會計學(xué)1地源熱泵應(yīng)用

提綱

一、地源熱泵簡介

二、地源熱泵的勘察

三、存在的問題

四、工勘企業(yè)的業(yè)務(wù)現(xiàn)狀及優(yōu)勢

五、前景展望第1頁/共44頁概念地源熱泵（Groundsourceheatpump，簡稱GSHP）是一種利用地下淺層地?zé)崮埽òㄍ寥?、地下水、地表水等）的既可供熱又可制冷的高效?jié)能空調(diào)系統(tǒng)。它把傳統(tǒng)空調(diào)器的冷凝器或蒸發(fā)器直接埋入地下，使其與大地進行熱交換，或是通過中間介質(zhì)（通常是水或水和防凍劑的混合液）作為熱能傳遞的載體，并使中間介質(zhì)在封閉環(huán)路中通過大地循環(huán)流動，從而實現(xiàn)與大地進行熱交換的目的。第2頁/共44頁冬季通過熱泵將大地中的低位熱能提取出來為建筑供暖，同時儲存冷能量，以備夏用；夏季通過熱泵將建筑物內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下，對建筑進行降溫，同時儲存熱量，以備冬用。還可供應(yīng)生活用水，是一種有效地利用能源的方式。第3頁/共44頁發(fā)展簡史“地源熱泵”的概念最早出現(xiàn)在1912的瑞士的專利文獻。20世紀(jì)50年代，歐洲和美國開始出現(xiàn)研究地源熱泵的第一次高潮。1954年，美國人發(fā)明了世界上第一臺地源熱泵，其工作原理與今天的地源熱泵相同，只是體積較大，機械功能和熱效率比今天的熱泵系統(tǒng)低得多，但當(dāng)時由于能源價格低，這種系統(tǒng)并不經(jīng)濟，因而未得到推廣。20世紀(jì)70年代，石油危機把人們的注意力集中到節(jié)能時，地源熱泵研究又進入一次高潮，北歐國家的科技工作者開始了地源熱泵的實際應(yīng)用研究和開發(fā)，并得到了政府的大力支持。第4頁/共44頁20世紀(jì)80年代是地源熱泵技術(shù)飛速發(fā)展的時期，北美國家的政府機構(gòu)和科研單位大力開發(fā)地源熱泵的系統(tǒng)技術(shù)，美國能源部在俄克拉荷馬州立大學(xué)成立了國際地源熱泵聯(lián)合會（IGSHPA）。這一時期美國的地源熱泵生產(chǎn)廠家也十分活躍，成立了全國地源熱泵生產(chǎn)商聯(lián)合會并逐步完善了安裝工程網(wǎng)絡(luò)。我國從1995年開始學(xué)習(xí)和引進歐洲產(chǎn)品，直到1997年才出現(xiàn)有規(guī)模的地源熱泵采暖工程項目，第5頁/共44頁2001年，重慶大學(xué)和山東建筑工程學(xué)院等高校也紛紛建成了各自的封閉循環(huán)系統(tǒng)示范工程。政府方面，從1995年上半年起，國家環(huán)?？偩?、建設(shè)部、科技部等部門單獨或聯(lián)合召開了幾次產(chǎn)品推廣會和應(yīng)用現(xiàn)場會。至此，地源熱泵技術(shù)不但得到了國家和地方政府的高度重視，也得到了社會企事業(yè)各方面的青睞，顯示出了巨大的市場潛力。第6頁/共44頁特點與普通以空氣作為冷熱源的空氣源熱泵相比，地源熱泵具有如下優(yōu)點：(1)高效節(jié)能：相對于地球表面的空氣與地表水，地面10m以下的大地溫度接近年平均大氣溫度，因此無論夏季或冬季，其溫度總是比地表面上的空氣和地表水更適宜作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源。理論上講，降低冷凝溫度和提高蒸發(fā)溫度都可提高循環(huán)效率，平均可以節(jié)約用戶30%～40%的運行費用，達到節(jié)能的效果。通常地源熱泵消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。第7頁/共44頁表1國內(nèi)不同供暖方式的一次性投資對比方式系統(tǒng)性能一次性投資/萬元附加投資燃煤鍋爐供暖、熱水50煤場和運輸燃油鍋爐供暖、熱水61油庫耗電鍋爐供暖、熱水90專用供電線路熱網(wǎng)供熱供暖、熱水70供熱和回水管道溴化鋰中央空調(diào)供冷暖、熱水325輸電管線耗電空調(diào)機供冷暖295專用供電線路地源熱泵供冷暖、熱水128地下循環(huán)系統(tǒng)第8頁/共44頁據(jù)美國10年的統(tǒng)計資料：地源熱泵的運行費用比耗電空調(diào)、中央空調(diào)節(jié)約22%～25%

，運行費用比燃油、燃煤鍋爐節(jié)約40%～60%。地下開式循環(huán)系統(tǒng)壽命達30年，地下封閉循環(huán)系統(tǒng)可達50年。第9頁/共44頁(2)運行穩(wěn)定可靠，無需除霜：空氣源熱泵（即空調(diào)）當(dāng)盤管表面溫度低于0℃以下時，如果空氣中的相對濕度同時達到某一程度，盤管表面就會結(jié)霜，如不及時除霜，霜就會越結(jié)越厚，阻礙盤管的熱交換，嚴(yán)重者會結(jié)冰，導(dǎo)致壓縮機出現(xiàn)低壓保護停機。而地源熱泵無需除霜，使得機組運行穩(wěn)定可靠。第10頁/共44頁(3)對環(huán)境無負(fù)面影響：空氣源熱泵夏季對環(huán)境空氣放熱，冬季從環(huán)境空氣中吸熱，加劇了建筑周圍熱環(huán)境的惡化。若加上機組的噪聲等因素，其對城市的整體環(huán)境有較大的負(fù)面影響。而地源熱泵無此影響。第11頁/共44頁(4)屬可再生能源利用：地源熱泵是利用地球上水、土壤和巖石中儲藏的能量作為冷熱源，進行能源轉(zhuǎn)換的空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵作為一個蓄能系統(tǒng)，夏存冬取，冬存夏放，是一個巨大的動態(tài)能量平衡系統(tǒng)，是一種可再生的能源利用新技術(shù)。第12頁/共44頁(5)一機多用，應(yīng)用范圍廣：地源熱泵系統(tǒng)可供暖、制冷，還可以供生活熱水，實現(xiàn)一機多用。一套系統(tǒng)可以代替原來的鍋爐加空調(diào)的2套系統(tǒng)。不僅節(jié)省了能源，還減少了設(shè)備投資?？蓮V泛用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校、醫(yī)院等建筑，小型的地源熱泵更適合于別墅住宅。第13頁/共44頁(6)不占用地面土地：地源熱泵的換熱器埋在地下，可環(huán)繞建筑物布置;可布置在花園、草坪、農(nóng)田下面或湖泊、水池內(nèi);可布置在土壤、巖石或地下層內(nèi)，還可在混凝土基礎(chǔ)樁內(nèi)埋管。不占用地表面積。第14頁/共44頁分類地源熱泵的地下部分稱為地下熱交換器，目前通常將其分為3種：土壤源熱泵系統(tǒng)地下水源熱泵系統(tǒng)地表水源熱泵系統(tǒng)第15頁/共44頁第16頁/共44頁第17頁/共44頁第18頁/共44頁第19頁/共44頁第20頁/共44頁二、地源熱泵的勘察《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（GB50366-2005）中的強制性條文規(guī)定：1.地源熱泵在使用前必須進行場區(qū)的調(diào)查和詳細(xì)的工程勘察。熱泵系統(tǒng)發(fā)展的好壞、運行效率的高低主要取決于整個系統(tǒng)地下部分的工作狀態(tài)，因此地下部分的勘察、設(shè)計和施工是關(guān)鍵。必須了解使用區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)狀況，才能確定該區(qū)域是否適合使用地源熱泵系統(tǒng)。第21頁/共44頁按照《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（GB50366-2005）中的要求，對熱泵系統(tǒng)的調(diào)查和勘察主要包含以下方面的內(nèi)容：第22頁/共44頁（1）收集、分析、研究現(xiàn)有資料通過整理分析擬建場地現(xiàn)有的地質(zhì)、水文地質(zhì)、物化探等資料，了解淺層地?zé)崮艿牡刭|(zhì)背景，查明地?zé)崽锏牡貙幽甏?、巖性特征、地質(zhì)構(gòu)造特征以及地下水的補給、徑流和排泄條件等，并結(jié)合不同的地面物探工作，確定含水層上覆蓋層的厚度、地層與巖性分界面形態(tài)、斷裂的位置和產(chǎn)狀、地下水埋藏深度、流速流量及含水層深度、含水量等，為淺層地?zé)崮艿目碧教峁┮罁?jù)。第23頁/共44頁（2）實地勘察主要包括對場地規(guī)劃區(qū)現(xiàn)狀的勘察，如場地內(nèi)現(xiàn)有的建筑物、植被、溝渠、管線及水井等的分布狀況進行調(diào)查，依據(jù)不同的換熱系統(tǒng)，對巖土體的熱物性參數(shù)、水文地質(zhì)條件及地表水狀況進行詳細(xì)的調(diào)查和測試分析。第24頁/共44頁三、存在的問題地源熱泵在政府部門政策鼓勵下，近年來發(fā)展迅猛，經(jīng)過一段時期的發(fā)展后，也出現(xiàn)一些問題：對地?zé)崮芨拍钸€有不同的理解有專家認(rèn)為“地源熱泵技術(shù)是一種利用淺層地?zé)崮艿摹⒓瓤梢匀峁┡挚梢匀±涔├涞目照{(diào)技術(shù)”，“淺層地?zé)崮艿臏囟嚷愿哂诋?dāng)?shù)仄骄鶞囟?～5℃，溫度比較穩(wěn)定，分布廣泛，開發(fā)利用方便”，還有專家認(rèn)為地?zé)崮軕?yīng)該更強調(diào)熱平衡的概念，而不應(yīng)當(dāng)僅僅將其視為一種取之不盡的資源來利用。第25頁/共44頁技術(shù)方面也存在如下方面的問題：1在地埋管熱交換器的設(shè)計計算和地下水的抽取與回灌的設(shè)計計算中：只計算打井?dāng)?shù)量、埋管深度與埋管長度，不考慮夏季累計向地下釋放熱量和冬季累計從地下吸取熱量的平衡，不計算地下巖土層、含水層的溫度場的逐年變化與累計變化。第26頁/共44頁2

地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計所必需的地質(zhì)構(gòu)造和熱物理參數(shù)，如導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴散系數(shù)、熱容量，以及地下水資源的分布、水質(zhì)、水溫、遷移速度等參數(shù)，目前尚無完整可靠的國內(nèi)資料。第27頁/共44頁3

由于地源熱泵系統(tǒng)常年周期的放熱和吸熱活動，抽水和回灌行為，必然會影響地下的溫度場和含水層的水量、水質(zhì)和流速的分布，地下鉆井埋管和打井也會影響原有地下淺層的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，因此必須建立監(jiān)測井，對場區(qū)進行定時、定期的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)問題和隱患，保障系統(tǒng)長期、穩(wěn)定地運行。第28頁/共44頁4

對建立地源熱泵系統(tǒng)的區(qū)域缺乏長期的地下環(huán)境的監(jiān)測和評估系統(tǒng)。地源熱泵系統(tǒng)建立后長期運行時，必然會對場區(qū)周邊的地下水環(huán)境、區(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，目前對這方面還缺乏研究。第29頁/共44頁e最突出的幾個問題①回灌困難由于在基礎(chǔ)水文地質(zhì)方面缺乏系統(tǒng)的研究分析，地下水源熱泵系統(tǒng)在經(jīng)過一段時間的運行后經(jīng)常會出現(xiàn)回灌困難的問題，很難做到地下水100％回灌到同一含水層，不污染地下水。因此，地下水開采與回灌的優(yōu)化組合研究，在不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)分別采用什么樣的開采和回灌技術(shù)、抽水井和回灌井的水量如何運移、熱量如何轉(zhuǎn)換等一系列問題還都有待解決。第30頁/共44頁②腐蝕問題一些地?zé)峋谑褂?～3年后出現(xiàn)的井管腐蝕問題，導(dǎo)致水溫下降、地下水質(zhì)污染、涌砂等問題，常常會造成水井不能正常使用，不僅未達到設(shè)計前的初衷，還造成了很大的浪費。第31頁/共44頁③巖土特性問題地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計中很重要的一個問題就是取得符合反映實際情況的熱物性參數(shù)。由于地下巖土的熱物性平均值是變化的，在不同的地質(zhì)條件下，設(shè)計參數(shù)相差可以達到十倍左右，差別很大。但目前的巖土熱物性參數(shù)測試技術(shù)和測試儀器研發(fā)工作目前還不很成熟，在某一個地區(qū)的研究成果可能完全不適用于另一個地區(qū)，必須進行相應(yīng)的修正甚至重新研究，即使在同一場地條件下，不同儀器測試出的結(jié)果也有較大的不同，這就為參數(shù)的使用者造成了困惑，也為熱泵機組日后的長期正常運轉(zhuǎn)形成隱患。第32頁/共44頁地源熱泵技術(shù)是一項跨學(xué)科、跨專業(yè)的綜合能源利用技術(shù)，需要暖通工程師和巖土工程師的緊密配合，兩者缺一不可。這就要求巖土工程師在進行熱泵勘察時和暖通工程師充分交流，認(rèn)真了解對方的需求，結(jié)合自身的工程經(jīng)驗，認(rèn)真進行勘測、設(shè)計、施工和調(diào)試等各項工作，使系統(tǒng)達到要求的節(jié)能、環(huán)保的性能。第33頁/共44頁四、工勘企業(yè)的業(yè)務(wù)現(xiàn)狀及優(yōu)勢

特點：業(yè)務(wù)接觸少進入企業(yè)少

市場比重小第34頁/共44頁由于地源熱泵在我國的興起時間并不長，真正獲得迅猛發(fā)展也是因為近幾年隨著節(jié)能減排工作在政府工作中比重的加大。目前在地源熱泵勘察和施工過程中，主要是地礦、石油等行業(yè)的企業(yè)在做工作，同時還存在著一部分個人等，技術(shù)水平和施工質(zhì)量參差不齊。而工程勘察企業(yè)接觸地源熱泵行業(yè)的數(shù)量很少，在這個新興的領(lǐng)域中所占的市場比重也很小。第35頁/共44頁隨著勘察設(shè)計行業(yè)體制改革的進行、加入WTO后國外勘察設(shè)計企業(yè)的進入，勘察設(shè)計行業(yè)面臨的競爭也將異常激烈。因此，積極拓展在這一新領(lǐng)域的業(yè)務(wù)，可能為勘察設(shè)計企業(yè)開拓新的業(yè)務(wù)方向、提高技術(shù)創(chuàng)新意識和增強企業(yè)技術(shù)競爭力提供一個機遇。第36頁/共44頁工程勘察企業(yè)進入地源熱泵行業(yè)有著自身的優(yōu)勢。在《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》中的兩個強制性條文中，均與工程勘察企業(yè)業(yè)務(wù)有關(guān)：1地源熱泵系統(tǒng)在設(shè)計前必須經(jīng)過地質(zhì)調(diào)查和工程勘察；2換熱后的地下水必須同層完全回灌。第37頁/共44頁第一個強制性條文調(diào)查是通過了解周圍的水井等，了解這個地方可能進行的施工方式，通過調(diào)查后，進行有針對性的勘察，包括地下水的勘察及熱物性的勘察。第二個強制性條文是從保護水資源的角度強調(diào)了開式系統(tǒng)的完全回灌和同層回灌，屬于典型的水文地質(zhì)問題。第38頁/共44頁地源熱泵技術(shù)的推廣使用無論是開式循環(huán)系統(tǒng)還是閉式循環(huán)系統(tǒng)都離不開巖土鉆掘工程。垂直封閉式的地下循環(huán)系統(tǒng)，其巖土鉆掘工作量更大，其鉆孔長度與供暖/制冷建筑面積之比為1～2倍，地下系統(tǒng)的投資約與地上系統(tǒng)持平。最終決定熱泵系統(tǒng)效率高低的是地下?lián)Q熱器技術(shù)方面，這個問題已經(jīng)越發(fā)突現(xiàn)，因此國內(nèi)外對地源熱泵研究的重點大都放在地下熱交換系統(tǒng)上。第39頁/共44頁在涉及到整個熱泵系統(tǒng)長期使用的其他關(guān)鍵技術(shù)，如巖土熱物性參數(shù)的獲取、使用過程中的腐蝕等問題，也并沒有形成特別有效的方法和技術(shù)。這當(dāng)中一些高校、研究機構(gòu)和設(shè)備廠商做的工作稍多，而工程勘察企業(yè)的從事人員很少。第40頁/共44頁五、前景展望目前我國城鎮(zhèn)每年新增房屋建筑面積約20億m3，其中能達到建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的僅有5％，其余的95％都是未來需要陸續(xù)進行節(jié)能改造的的高耗能建筑；黨的十七大報告再次強調(diào)“必須把建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會放在工業(yè)化、現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略的突出地位，