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-1-一、可再生能源利用技术介绍1.地源热泵空调技术原理与应用（1）地源热泵技术简介（2）地源热泵空调技术的应用（3）地源热泵空调的适宜性（4）地源热泵应用中的问题与应对措施地源热泵技术简介热泵-水泵：能应用冷凝器排出的热量进行供热的制冷系统.节能效果（1）充分利用可重复使用的免费热能资源，而其消耗的电能仅占机组产生热量的1/4左右。（2）热泵的效率可以通过机组制热量与其所消耗能量之间的比值COP值来确定。（3）地源热泵的COP值在3至4之间，即输入1kW的电能，机组就可以产生3至4kW的热量。优点（1）节能：性能系数较高，节省运行费用25～50％；（2）环保：废除锅炉房，不向室外排热，不用地下水；（3）可持续发展：热量冬取夏蓄，利用可再生能源；（4）冷暖兼用：均衡用电负荷，节省建筑空间；（5）美观：无室外机，不影响建筑外观。地源热泵空调系统简介地源热泵空调系统以大地为冷、热源，介质在大地中封闭环路中循环流动，实现与大地进行热量交换的目的，进而向建筑物供冷或供热。地源热泵空调工程的特点-2-（1）根据建筑的动态负荷，采用“地热之星”软件对地埋管换热器进行设计计算，并对系统20年内的运行进行模拟计算；系统的设计充分考虑了地埋管换热器全年的热平衡。（2）该系统自2006年投入运行以来已连续运行了6个冬夏，完全满足建筑供热和空调要求；能耗数据有比较可靠的记录。（3）运行记录表明，该系统运行的实际情况与设计与模拟的结果很好地相符，由于全年向地下岩土的放热略大于从地下的吸热，实测地温逐年略有上升，有利于系统长期持续高效地工作。地源热泵应用现状1．我国地源热泵行业发展的基本状况（1）地源热泵行业发展迅速，形成新的经济增长点；（2）水源热泵主机产业、系统集成快速发展扩容；（3）地源热泵技术已成为研发领域的热点之一；（4）项目越做越大，每年扩展面积越来越多；（5）到2010年底已达到1.8亿建筑平方米的应用；（6）每年近30%的发展速度；（7）一年的总量相当于发达国家的总和。2010年世界地热大会的统计2.中国地源热泵行业的特点（1）主要为大楼建筑服务，大型热泵多，热泵总数少；排名国家年利用能量TJ(1012焦耳)热泵数量(万台）COP1美国474001003.52中国290352.13.03.83瑞典22500303.54挪威16400263.55德国1036817.83.5-3-（2）COP变化范围较大。好、中、差——各“1/3”的基本评估。3.我省地源热泵行业现状（1）山东地源热泵产业基础好，拥有一大批优秀的研发团队、技术集成企业和热泵生产厂家；（2）气候条件适合应用地埋管地源热泵技术；（3）政府重视：2010年2市6县可再生能源利用示范城市。4.地源热泵发展方向（1）新农村建设和城区周边农村改造；（2）农村住宅小区建设进一步的应用；（3）有效解决好地源热泵系统设计、施工质量；（4）建设长期高效稳定运行地源热泵系统。地源热泵空调的适宜性地源、水源热泵的适用条件地源热泵：（1）建筑负荷密度低，有足够的埋管面积；（2）夏天的总冷量与冬天的总热量需求平衡，否则地温会逐年变化，不能满足需要。地下水源热泵：有充足的地下水，且政策允许采用地下水，并保证使用时100％回灌。地表水、污水源、海水源热泵：水处理、换热器防污垢可能需要很高的初投资。可再生能源利用代价很多可再生能源是低品位能源，但在获得的过程中却要消耗高品位的电能：（1）污水或海水热回收——热泵消耗电能（2）太阳能集热器——循环水泵消耗电能（3）地道风——风机消耗电能（4）转轮回收排风热量——风机消耗电能可再生能源的利用效益-4-1．不仅要考虑可再生能源的获得量，还应考虑获取可再生能源所必须付出的代价如果可再生能源系统的能源效率常规能源系统的效率，值得鼓励；如果可再生能源系统的能源效率常规能源系统的效率，应该制止；如果可再生能源系统的能源效率＝常规能源系统的效率，没有意义。2.可再生能源的利用一定要考虑投入的代价，只有其能源利用效率高于常规能源系统方可采用热泵方式是否算可再生能源利用方式不重要，重要的是它的能源利用效率是否够高，与热量是从哪里取的无关；尽量采用不需要或者很少需要投入常规能源的可再生能源利用方式提高整个系统的能源利用效率是成功的关键节能技术的选取1.应因地制宜采用适宜技术，而不应该盲目追求新奇。“先进”体现在适宜和高效，不是“高新”大型公共建筑节能往往仔细地把常规系统做好了，就能减少大量的能耗；盲目投入大量不合适的昂贵技术，得到的只是标签，却消耗了更多的能量。2.应重视软技术而不是偏重硬技术深入、充分的方案论证，精心仔细的设计是保证，否则再昂贵的设备也无法发挥作用。地源热泵应用中的问题与应对措施地埋管地源热泵是否需要冬夏负荷平衡？（1）小型系统，冬夏负荷可以不平衡，单冷、单热都可行（2）地埋管区域地下水丰盈，地下水渗流强度大，恢复热平衡的能力强。（3）绝大部分中、大型系统，冷热负荷基本平衡是必须的——几十万或上百万立方米的蓄热体，仅靠原有的蓄热量或其周边岩土体与其内部的热交换量，是不能够维持系统长期高效运行的。-5-单位孔深地埋管换热量是否可以估算？影响每米孔深地埋管换热量的因素：地埋管传热的可利用温差：U型埋管中的水热交换后允许达到的最低或最高温度与岩土的温差；每年从地下取热量与向地下释放热量是否平衡；地埋管间距、地下水位的高低和岩土层含水量多少；热泵机组设定的运行参数。结论：方案设计尚可，中、大系统施工图设计不宜。施工中存在的问题（1）中、大型项目缺乏科学的方案论证、施工图审查；（2）地埋管施工资质与质量有待提升；（3）高效可靠运行的监测、监控体系有待完善；（4）方案不合理：滥用较大项目单一制热或单一制冷负荷变化大，使用周期短系统规模过大（超过2000kW），缺乏足够的土地面积（5）设计问题没有采用软件模拟，按近似项目的每米换热量设计，完全没有考虑建筑自身特点及土壤热积累的影响；冷热负荷不平衡，土壤逐年升温或降温，最终失去能力；（6）施工质量差，回填不实方案设计中的问题（1）释放热量与提取热量的不平衡问题；（2）单一地埋管系统与复合地源热泵系统；（3）集中地源热泵与户式地源热泵；（4）集中地埋管循环水泵与分散循环水泵；（5）地源热泵空调与地源热泵供热；-6-（6）地埋管集中埋设与分散调控。应对措施（1）慎用大型高负荷密度建筑；单纯供冷或者单纯供热；（2）宜用有足够地面的中、小型建筑使用，或者部分使用；冬夏季负荷平衡的建筑，尤其是公建；（3）设计与施工做好现场勘察与可行性研究；用专用软件做长期热模拟；采用专用回填材料与机械反浆回填；加强管理——山东省住建厅关于加强地源热泵系统建筑应用项目管理的规定；（4）因地制宜，合理发展地源热泵优先发展地埋管地源热泵、污水源热泵；丰水区确保全部同层无污染回灌，适量发展地下水地源热泵；（5）做好项目前期论证及勘探、设计大于2万m2，提供可研报告并经专家审查；方案通过后，由专业单位进行热响应等测试、勘察；面积大于5000m2的项目，必须委托有设计资质单位设计；单体3万m2以下公建、10万m2以下住建，区市组织设计论证；3万m2以上公建、10万m2以上住建，省住建厅组织论证；（6）做好项目建设与运行2.太阳能与建筑一体化技术（1）太阳能与建筑结合的三个阶段（2）高层住宅常用太阳能系统形式-7-（3）公建常用太阳能系统形式（4）太阳能建筑一体化设计方案（5）太阳能发电原理（6）太阳能与地源热泵结合太阳能与建筑结合的三个阶段被动接受:自行安装杂乱，视觉污染影响城市景观，降低小区的品质自行后置安装，损害了建筑的防水和承重等功能简单相加太阳能与建筑一体化:运作模式:设计源头化、施工同步化、验收标准化、管理规范化产品要求:实现多领域、多温区、多层次、多用途功能要求:高智能化、高效率、高舒适性、高可靠性。推广模式:产业化、部品化、集成化、标准化（1）高层住宅常用太阳能系统形式分户集热-分户储热-自然循环系统分户集热-分户储热-强制循环系统集中集热-集中储热-直接换热系统集中集热-分户储热-间接换热系统（2）公建常用太阳能系统形式a.集中集热-集中储热-逐级加热系统：系统技术成熟，运行稳定，初始投资低；可以有效的节约辅助能源，降低使用成本；普及率高，配件普及，便于安装和维护；系统操作比较简单；系统集热单元统一安放，需要有足够的面积；适合建筑形式：宾馆、医院、浴室等公共建筑。b.集中集热-集中储热-间接换热系统：适用于常规能源消耗较大的客户，投资回报率高；-8-可以有效的节约常规能源，降低运行成本；性能稳定，系统成本很低，便于维护；集热单元一般采用承压系统，避免漏水风险可以和常规能源的储热水箱直接并用，设计安装简单；适合建筑形式：宾馆、游泳池、运动场馆等公共建筑；（3）太阳能建筑一体化设计方案（4）太阳能发电原理（5）太阳能与地源热泵结合二、污水源热泵空调系统1.污水源热泵（1）污水源热泵工作原理（2）污水源热泵的分类（3）污水源热泵研究现状（4）污水源热泵关键技术（5）工程实例污水源热泵工作原理城市污水冬季温度一般在12~20℃之间，夏季一般在20-28℃之间。夏季利用污水作为热泵机组的冷却介质，由于污水温度低于大气温度，故制冷效率远远高于空气源热泵机组。冬季利用污水作为机组的吸热源，由于污水温度远高于大气温度（零度以下），故制热效率远高于空气源热泵机组。污水源热泵系统的优点冬季利用污水中的热量供热，利用的是可再生能源。（环保）机组效率高，节省运行费用。（节能）省却冷却塔，节省宝贵的水资源，减少占地面积。污水量大、温度稳定，可获取的能量多，是国家大力提倡的节能减排项目之一.-9-污水源热泵系统构成污水处理相关设备热泵机组空调用户末端设备（2）污水源热泵的分类直接式污水源热泵系统：污水直接进入热泵机组，机组效率高，管路连接简单，但污水水质不好，易造成机组内换热器堵塞，无法正常工作，维护费用高。间接式污水源热泵系统：增设了污水换热器。污水不进入热泵机组，污水通过污水换热器换热后，由洁净的冷媒水将冷热量传递给热泵机组。机组不与污水直接接触，运行可靠，寿命长。但增设了污水换热机组效率降低，设备初投资增加。按照使用污水的种类可分为1）原生污水：未经处理的污水2）二次水：利用经过污水处理厂处理后的污水。（3）污水源热泵研究现状国外研究现状：日本是利用污水中热能较早的国家之一。使用污水为原生污水作为放热源----------约20%利用二级出水或中水---------约占80%。回收的能量主要用于污水处理厂的办公建筑的空调，但也有作为区域供热的热源。瑞典斯德哥尔摩有40%的建筑物采用热泵技术供热，其中10%是利用污水处理厂的出水。瑞典、挪威等北欧国家自1980年以来，已有一些以污水为低温热源的大型热泵站相继投入运行.-10-国内研究现状：初步研究阶段，工程实例较少，无经验可借鉴，研究多集中在理论分析方面。哈尔滨工业大学、山东建筑大学、吉林建工学院等。目前需要解决的问题：由于城市污水水质的特殊性,一直以来进展缓慢。作为水源热泵机组本身属于相对成熟的技术，但该技术应用的难点在以下几个方面：污物对系统的堵塞和污染问题污水水质对换热器的腐蚀问题污水换热器传热性能的研究及设计污水流动阻力特性及规律（4）污水源热泵关键技术a.原生污水的处理技术城市原生污水水质恶劣，悬浮物多，换热器易堵塞。我们正在研制的自动粗过滤器，适用于城市能够过滤杂质、自动清洗、并具有反冲功能。b.污水换热器的自动清洗技术无论是城市原生污水，还是二次水。在污水换热器工作一段时间后，均容易堵塞，因此必须定期清洗。正在研制自动清洗器，可提高换热器传热效率。c.污垢形成规律水质对垢层厚度的影响垢层厚度随时间的变化规律污垢层的传热系数d.污水水质对换热器材料的腐蚀金属类材料：铜类及铜合金（氨离子）、铝合金、不锈钢（氯离子）和钛合金等，金属传热系数高，所需传热面积小，但耐腐蚀性能差。-11-非金属类：各种塑料类，应用较广，可以忽略腐蚀的影响，但传热系数低。主要有PE-X管、PP-R管、PE-RT（铝塑复