地源热泵空调系统一、地源热泵空调简介提纲二、地源热泵的分类介绍三、地源热泵工程应用四、验收及验证方法五、地源热泵经济性分析六、地源热泵工程实践厂商七、地源热泵市场概况八、政策法规及奖励办法1、地源热泵概念地源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能),实现低温位热能向高温位转移。冬季把地能中的热量“取”出来,供给室内采暖,此时地能为“热源”;夏季把室内热量取出来,释放到地下水、土壤或地表水中,此时地能为“冷源”。一、地源热泵空调简介2、地下土壤温度变化情况月平均温度随深度的变化情况不同深度土壤温度季节波动情况0m2m5m10m15m20m——南京地区土壤温度随季节及深度变化情况结论:由图分析可得出,南京地区在地表以下大约16.5米,土壤温度可视为恒定。说明:本图来源于南京丰盛能源环境科技有限公司马宏权博士《土壤源热泵系统性能与优化》3、国内主要城市地温预测城市年平均最冷月平均最热月平均城市年平均最冷月平均最热月平均沈阳7.8-12.024.6武汉16.33.028.8北京11.5-4.625.8上海15.73.527.8天津12.2-4.026.4杭州16.23.828.0济南14.2-1.427.4成都16.25.525.6西安13.3-1.026.6重庆18.37.528.6南京15.32.028.0广州21.813.328.44、地源热泵空调的原理4.1供暖系统工作原理室外地能换热系统水循环水源热泵水或空气循环建筑物采暖空调末端地源热泵供暖空调系统主要分三部分:室外地能换热系统、水源热泵机组、室内采暖空调末端系统膨胀阀冷凝器蒸发器压缩机热源回水井热源进水井末端装置循环泵冬季制热工况:阀门A开启、阀门B关闭,热源水被输送至机房蒸发器,将热源水中所含热量传递给蒸发器另一侧的制冷剂。夏季制冷工况:阀门B开启、阀门A关闭,空调水吸收房间的热量后被输送至机组蒸发器,将此热量传递给蒸发器另一侧的制冷剂。4.2热泵单独提供空调冷/热系统工作原理4.3热泵同时提供空调冷/热、生活热水系统工作原理——双冷凝器全热回收热泵机组空调末端系统循环水泵取水井回灌井热水循环泵热水供应泵自来水补水双冷凝器水源热泵机组蒸发器空调用冷凝器生活热水用冷凝器蓄热水箱蓄热水箱说明:制冷时,阀门A开、阀门B关,空调制冷同时生活提供热水;制热/单制生活热水时,阀门B开,阀门A关,空调热制热与生活供热间隙交替运行。7、地源热泵与普通空调比较地源热泵空调系统普通空调系统主机设置主机设置灵活风冷:主机要与外界通风良好,调置地点受限制(屋顶、地面)水冷:冷却塔、锅炉位置受限制运行效率土壤的温度很稳定,换热稳定,不受外界空气的变化而影响,运行效率高受外界天气影响大,运行不稳定效率低控制系统不存在结霜问题北方冬季,风冷热泵冲霜问题,主机逆循环,室内室温控制受限环境效益真正意义的绿色环保空调将废热气或水蒸气排向室外环境,对环境造成很大的污染运行费用比风冷热泵运行费节约30%~40%,全年使用的空调尤为明显COP值比地源热泵小,运行能耗高8、地源热泵可应用领域■学校、医院及政府建筑■商业中心■独立公寓■别墅例如:无锡医疗中心、南京工程学院图书馆、例如:南京朗诗国际街区、上海浦江智谷例如:南京大石湖休闲会所二、地源热泵的分类介绍按室外换热方式地源热泵GSHP应用:■深井回灌水源热泵(GWHP)■埋管式土壤源热泵(GCHP)■地表水源热泵(SWHP)按循环水是否密闭,■闭环系统■开环系统1、深井回灌水源热泵(GWHP)单井换热热井(SCW)Standingcolumnwellheatpumps即:地下水热泵系统(Groundwaterheatpumps,GWHPs)2、埋管式土壤源热泵系统(GCHP)2.1水平埋管地源热泵系统Horizontalground-coupledheatpumpPipeintrechPipeintrecha、串联式水平埋管b、并联式水平埋管即:地下耦合热泵系统(Ground-coupleheatpumps)GCHP换热管路埋地布局回填土循环管路细沙回填Min1.2mMin0.6mMin1.2mMin1.2m0.4mMin0.6mMin0.6mMin1.2m0.4mMin1.2m0.4m说明:国内经验数据,单层管最佳深度1.2~2.0m,双层管1.6~2.4m,但均应埋在当地冰冻线以下。2.2垂直埋管地源热泵系统即:Verticalboreholeground-coupledheatpumpManifoldinsideoratthebuildConnectioninthefield换热管路埋地布局单U形管Single-U-pipe双U形管Double-U-pipe简单套管式管SimpleCoaxialpipe25~32mm50~70mm25~32mm70~80mm10~25mm埋设深度不同分为:浅埋(≤30m)中埋(31~80m)深埋(80m)2.3螺旋埋管地源热泵系统即:slinkyground-coupledheatpump“slinky”collectorSvecspiralcollectorTrenchcollector3、地表水热泵系统(SWHPs)即:surface-waterheatpump直接式间接式三、地源热泵工程应用1.1水源的选择因素:a、深井回灌水源热泵系统(GWHP)地下水分布广泛,水温随气候变化较小,但应注意地下水抽取时应符合当地的水资源管理政策并经水务主管部门批准,且必须采取可靠的回灌措施,确保置换冷量或热量后的地下水全部回灌到同一含水层,并不得对地下水资源造成浪费或污染;b、地表水源热泵(SWHP)地表水湖泊、河流及海洋,其分布受自然条件限制,且含有颗粒物及有机物较多、含砂量和混浊度较高,海水还有一定腐蚀性,须处理方可应用。地表水应用及具体形式也必须符合国家和当地的现行规范、规定及规划要求。此外,地表水应用前还应要作必要的分析评估,需考虑取水设施、回流设施、水处理措施和经处理后对水体温度的影响因素。c、再生水(中水)处理过后的城市生活污水、工业废水、矿山废水、油田废水和热电厂冷却水等,按地理位置可优先选用,但要满足水质要求,应地方政策须做污水应用的环境安全与卫生防疫安全评估,并应取得地市级政府环保与卫生部门批准。1、地源侧水系统介绍1.2、开式地源热泵系统直接取水标准:有害物含砂量PH值CaO矿化度CI-SO42-Fe2+H2S允许值<1/2000006.5~8.5<200mg/L<3g/L<100mg/L<200mg/L<1mg/L<0.5mg/La、取水水质标准注:数据来源于《采暖通风与空调设计规范》GB50019-2003b、水温机组型式制冷工况进入冷凝器的水温制热工况进入蒸发器的水温地下水机组10~25℃10~25℃地下环路式机组10~40℃-5~25℃注:数据来源于《水源热泵机组》GB/T19409-2003如水源水温不能满足热泵机组使用要求时,可设置中间换热器或采用三通阀、混水器和混水池等方式进行调节。1.3、水量及传输介质选择:a、夏季地源侧需水量确定Gs=0.86*(QL+NL)/△tsb、夏季地源侧需水量确定Gw=0.86*(Qr+Nr)/△tsc、传热介质设置中间换热器和封闭的系统,以水作为传热介质(可选防冻剂:氯化钙、甲醇、碳酸钾等);式中:Gs/Gw——夏季/冬季地源侧需水量,m3/h;QL/Qr——系统最大需冷/热量,kW;NL/Nr——热泵机组制冷/热工况电功率,kW;0.86—单位换算系数;ts——地源侧水进出热泵机组的温差,℃,一般为5~11℃,根据产品要求确定;(出自:图集06R114《地源空调冷热源机房设计与施工》,下同)1.4、水质处理方式a、除砂器及沉淀池旋流除砂机、沉淀池等,可根据实际处理精度串联使用,除去较大颗粒砂;b、净水过滤器混浊度较大时,去除较小直径的颗粒,可根据过滤精度选择过滤目数;c、电子水处理计水质硬度较大时,为防止管道结垢需安装,同时可除辅助处理藻类和细菌;d、除铁设备对于供应生活热水的系统,防止水中铁在卫生洁具中形成黄褐色污渍,可选用除铁专用药物或设备。进水管出水管排污管除砂器1.5、地源热泵系统的选择:a、开式系统水源侧直接进入地源热泵机组,不设换热器及定压装置,设备、机房管道简单。宜用于水温合适、水量充足和水质较好的地下水和地表水。b、间接利用系统水源侧水通过中间换热后返回,由换热介质进入地源热泵机组。热泵机组蒸发/冷凝侧水系统是一个独立的循环系统,需要设备水泵并单独定压。地源侧水与冷热源机房系统隔开,进入泵机组的水温和水量可调节。适用于水质不满足进入热泵机组要求的地下水和地表水。c、闭式系统地源侧没有水的强制循环,将封闭换热器浸入地源中,由热介质进入地源热泵机组。管路简单,抗腐蚀性。适用于岩土(即地埋管换热系统)和水质不满足进入热泵机组要求的地表水,如:海水,污水等,但在使用前需现场取得岩土体的热物性参数;浸于地表水体中的换热器特性需经过计算或者试验确定,形状规格等参数也需根据现场条件确定。2、用户侧水系统介绍2.1、应用范围a、暖通空调供热、供冷;b、采用设备间接提供(预热)生活热水;c、与其它辅助设备(冷却塔、太阳能加热器、锅炉、风冷热泵)组合应用。2.2、热泵机组选择:一般不少于两台,采用环保型制冷剂(例如:R410A、),不得采用国家禁止的产品(例如:R22、R123在2040年全面禁止使用)标准型满液热泵机组双冷凝器全热回收热泵机组地源热泵地下换热器的施工流程3、地源侧施工技术简介说明:本节3图片及公式源自:庄迎春1,地源热泵系统地下换热器的施工技术《FluidMachinary》20053.1、工程钻孔一般采用正循环或反循环的回转钻进方法正循环钻进示意图现场施工照片3.2、换热U型管选择及连接用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小的塑料管材及管件,宜采用聚乙烯管(PE80或PE100)或聚丁烯管(PB),不宜采用聚氯乙烯(PVC)管。管件与管材应为相同材料连接方式采用热熔连接:承插联接方式、对接方式加热手柄公套母套管道承插联接方式加热手柄管道对接方式说明:地下埋管不使用金属管,虽然它的传热性能好,但耐腐蚀性差,使用10~20年就已腐蚀坏,严重降低了地源热泵的使用寿命3.3、换热器下管钻孔完毕后应即时下管,因为钻孔有大量的沉积泥沙,这就减少了钻孔的有效深度3.4、注浆工程注浆量计算公式:式中:Vg——注浆量,m3η——超径系数,一般取1.3~1.5db——钻头直径,mdp——U型管直径,mH——孔深,m泥浆泵高速搅拌机垫板搅拌池低速搅拌机4、地表水源侧施工照片四、验收及验证方法1、地源热泵系统验收总体要求1.1管材、管件等材料应符合国家现行标准的规定;1.2钻孔、水平埋管的位置和深度、地埋管的直径、壁厚及长度均应符合设计要求;1.3回填料及其配比应符合设计要求;1.4循环水流量及进出水温差均应符合设计要求;1.5各环路流量应平衡,且应满足设计要求;1.6防冻剂和防腐剂的特性及浓度应符合设计要求;1.7水压试验应合格。2、深井回灌水源热泵(GWHP)验收标准1.4抽水试验应稳定延续12小时,出水量不应小于设计出水量,降深不应大于5m;回灌试验应稳定延续36小时以上,回灌量应大于设计回灌量1.2施工时必须确保有可靠回灌措施,以保证置换冷量或热量后的地下水全部回灌到同一含水层,并不得对地下水资源造成浪费及污染。1.3热源井井口应严格封闭,井内装置应使用对地下水无污染的材料1.1热源井应单独进行验收,且应符合现行国家标准《供水管井技术规范》GB50296及《供水水文地质钻探与凿井操作规程》CJJ13的规定说明:试验标准及方法来源于《地源热泵系统工程技术规范GB50366-2005》5.43、埋管式土壤源热泵(GCHP)水压试验及步聚3.1、试验压力当工作压力≤1.0MPa时,为工作压力的1.5倍,且不应小于0.6MP;当