地源熱泵簡介及施工操作介紹

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)施工及現(xiàn)場介紹編寫：2013年10月熱泵的定義定義：利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置

分類（按熱源）地源熱泵地源熱泵：是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。

地源熱泵形式土壤源熱泵系統(tǒng)統(tǒng)系管埋旋螺垂直埋管系統(tǒng)水平埋管系統(tǒng)水源熱泵系統(tǒng)地下水源熱泵地表水源熱泵土壤源熱泵空調(diào)概述土壤源熱泵國際能源大會WEC、國際能源署IEA、國際制冷學(xué)會IIR等國際組織及從事熱泵的研究者都普遍認為土壤源熱泵是：在目前和將來最有前途的節(jié)能裝置和系統(tǒng)國際空調(diào)和制冷行業(yè)前沿課題之一地?zé)崂玫闹匾问?998年美國暖通空調(diào)工程師學(xué)會ASHRAE技術(shù)獎就授予土壤熱源熱泵系統(tǒng)。土壤源熱泵被稱為：“21世紀的一項以節(jié)能和環(huán)保為特征的最具有發(fā)展前途的綠色空調(diào)技術(shù)”熱冷熱熱熱冷熱冷熱冷熱熱熱冷地源熱泵示意圖——夏季熱冷

溫暖冷溫暖溫暖冷寒冷溫暖溫暖溫暖地源熱泵示意圖——冬季土壤源熱泵與普通通空調(diào)的比較土壤源熱泵空調(diào)

普通空調(diào)主機設(shè)置

主機設(shè)置靈活風(fēng)冷：主機要與外界通風(fēng)良好，設(shè)置地點受限制（屋頂、地面）；水冷：冷卻塔，鍋爐位置受限制運行效率

土壤的溫度很穩(wěn)定，換熱穩(wěn)定，不受外界空氣的變化而影響，運行效率高受外界天氣條件影響大，運行不穩(wěn)定效率低控制系統(tǒng)

不存在結(jié)霜問題北方冬季，風(fēng)冷熱泵沖霜問題，主機逆循環(huán)，室內(nèi)室溫控制受限。環(huán)境效益

真正意義的綠色環(huán)保空調(diào)將廢熱氣或水蒸氣排向室外環(huán)境，對環(huán)境造成很大的污染。運行費用

比風(fēng)冷熱泵的運行費節(jié)約30%～40%。全年使用的空調(diào)尤為明顯。COP值較土壤源熱泵小，運行能耗高與其他系統(tǒng)不同之之處土壤源熱泵與其他他系統(tǒng)最大不同之之處在于：夏季冷凝排熱的去去向不同。冬季蒸發(fā)吸熱的來來源不同。風(fēng)冷熱泵為：空氣氣水源熱泵為：地下下水地源熱泵為：土壤壤土壤源熱泵的組成成1.土壤換熱器2.水／水熱泵主主機3.用戶末端土壤換熱器熱泵機組用戶末端水循環(huán)水或空氣循環(huán)鉆井空氣室外壓縮機冷凝器/蒸發(fā)器墻體風(fēng)機膨脹閥埋地換熱器冷凝器/蒸發(fā)器室內(nèi)可逆閥土壤液體循環(huán)泵土壤源熱泵運行基基本原理圖土壤源熱泵空調(diào)系系統(tǒng)圖壓縮機U型埋管膨脹閥空調(diào)末端水泵水泵蒸發(fā)器回?zé)崞骼淠魍寥涝礋岜玫奶攸c點可再生能源利用技技術(shù)經(jīng)濟有效的節(jié)能技技術(shù)環(huán)境效益顯著一機多用，應(yīng)用范范圍廣系統(tǒng)維護費用低，，運行可靠運行穩(wěn)定，使用舒舒適地表土壤和水體，，收集了47%的的太陽輻射能量，，比人類每年利用用能量的500倍倍還多。地表的土壤和水體體自然地保持能量量接受和發(fā)散相對對的均衡。對太陽能二次利用用，符合可持續(xù)性性發(fā)展趨勢不受地域、資源等等限制1.可再生能源利利用技術(shù)土壤源熱泵的特點點全年土壤溫度（5m以下）相對穩(wěn)定，，夏季土壤中的溫溫度低于對應(yīng)氣候候條件下空氣溫度度，冬季土壤溫度度高于空氣溫度理論上講，降低冷冷凝溫度和提高蒸蒸發(fā)溫度都可提高高循環(huán)效率，達到到節(jié)能的效果土壤對地面空氣溫溫度波動有衰減和和延遲，在耗電量量相同的條件下，，分別提高夏季供供冷量或冬季的供供熱量2.經(jīng)濟有效的節(jié)節(jié)能技術(shù)土壤源熱泵的特點點污染物排放與空氣氣源熱泵相比減少少40%以上，與與電供暖相比減少少70%。沒有燃燒、排煙，，也沒有廢棄物，，且不用遠距離輸輸送熱量，是真正正的環(huán)保型空調(diào)，，沒有風(fēng)扇的能耗耗和噪聲。夏季不會向建筑周周圍空氣放熱，冬冬季不會從建筑物物周圍空氣吸熱。。機組的埋地換熱熱器可以布置在花花園、草坪及建筑筑物周圍地下，不不占建筑面積。3.環(huán)境效益顯著著土壤源熱泵的特點點可供暖、空調(diào)，還還可供生活熱水一套系統(tǒng)可以替換換原來的鍋爐加空空調(diào)的兩套裝置或或系統(tǒng)可應(yīng)用于賓館、商商場、辦公樓、學(xué)學(xué)校等建筑更適合于別墅住宅宅的采暖、空調(diào)。。4.一機多用，應(yīng)應(yīng)用范圍廣土壤源熱泵的特點點地源熱泵非常耐用用，機械運動部件件非常少所有的部件埋在地地下或是安裝在室室內(nèi)，從而避免了了室外的惡劣氣候候地下部分可保證50年維護少，節(jié)省維護護費用土壤源熱泵的特點點5.系統(tǒng)維護費用用低，運行可靠機組的運行工況穩(wěn)穩(wěn)定，幾乎不受環(huán)環(huán)境溫度變化的影影響。寒冷的冬季制熱量量也不會衰減，更更無結(jié)霜除霜之慮慮。在耗電量相同的條條件下，能提高夏夏季供冷量或冬季季或供熱量。系統(tǒng)末端亦可作多多種選擇，空調(diào)效效果穩(wěn)定舒適。。6.運行穩(wěn)定，使使用舒適土壤源熱泵的特點點土壤源熱泵的發(fā)展展早在1912年瑞瑞士人H.Zoe11y就提出了土壤源熱熱泵應(yīng)用的思想，，但大規(guī)模應(yīng)用直直到二戰(zhàn)結(jié)束后，，才在歐美興起地下埋管換熱器的的研究真正開始于于1946年。20世紀50年代代初，英國的Sumner和vonCube安裝了用于住宅供供暖的地源熱泵1973年“能源危機”以后，土壤源熱泵泵的研究安裝在歐歐美等國大量出現(xiàn)現(xiàn)進入20世紀90年代，土壤源熱熱泵的應(yīng)用和發(fā)展展進入了一個新發(fā)發(fā)展階段。目前，，土壤源熱泵在歐歐美的熱泵裝置的的市場占有份額大大約是3％。1993年成立了了國際土壤源熱泵泵協(xié)會（IGSHPA）。。土壤源熱泵的應(yīng)用用情況（國外）在美國：截止1985年全國共有14,000臺地源熱泵1997年就安裝了45，000臺到1999為止已安裝了400，000臺每年以10％的速度穩(wěn)步增長長1998年美國商業(yè)建筑中中地源熱泵系統(tǒng)已已占空調(diào)總保有量量的19％，其中新建筑中中占30％。1998年美國能源部頒布布法規(guī)，要求在全全國聯(lián)邦政府機構(gòu)構(gòu)的建筑中推廣應(yīng)應(yīng)用地下耦合熱泵泵供熱空調(diào)系統(tǒng)。。美國總統(tǒng)布什在他他的得克薩斯州的的宅邸中也安裝了了地源熱泵空調(diào)系系統(tǒng)。中、北歐如瑞典、、瑞士、奧地利、、德國等國家主要要利用淺層地?zé)豳Y資源，（埋深<400米深）的地源熱泵泵用于室內(nèi)地板輻輻射供暖及提供生生活熱水。據(jù)1999年的統(tǒng)計，為家用用的供熱裝置中，，地源熱泵所占比比例，瑞士為96％，奧地利為38％，丹麥為27％。土壤源熱泵的應(yīng)用用情況（國外）土壤源熱泵的發(fā)展展（國內(nèi)）國內(nèi)的地源熱泵起起步較晚，近幾年年已開始產(chǎn)業(yè)化起起步，而且處在高高速發(fā)展階段。1980年~1998年主要以天津大學(xué)學(xué)和天津商學(xué)院為為主進行土壤熱泵泵模擬實驗。1998年~2004年重慶建筑大學(xué)、、湖南大學(xué)、天津津大學(xué)、山東建工工學(xué)院、清華大學(xué)學(xué)等單位在理論研研究和實驗研究方方面有了一定的成成果。最初的地源熱泵工工程主要是國內(nèi)一一些工程公司代理理國外產(chǎn)品做的，，近兩年國內(nèi)也出出現(xiàn)了很多設(shè)備廠廠商和越來越多工工程公司。土壤源熱泵適用性性適用于：別墅和容積率不太太高的公共建筑和和辦公樓等附近有足夠打孔或或埋管的區(qū)域，和和適宜打孔或埋管的地質(zhì)條件件不太適用于：建筑密度很大的地地方地質(zhì)條件比較惡劣劣的地區(qū)（如：地下巖層比比較厚和硬）土壤源熱泵推廣的的限制地埋管的應(yīng)用可能能會受到當?shù)氐刭|(zhì)質(zhì)條件的制約打孔孔和埋管要占用部部分面積一次性投資費用比比其他系統(tǒng)高，主主要是額外增加地地下埋管打孔費用用地質(zhì)情況的不確定定性系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)要要求比較高政府、建筑設(shè)計人人員和公眾對這一一技術(shù)缺乏了解冷卻塔輔助冷卻復(fù)復(fù)合地源熱泵在冷負荷大于熱負負荷時，若以夏季季冷負荷設(shè)計埋管管會大大增加初投投資，冬季又浪費費能源，因此可以以采用冷卻塔輔助助冷卻，減少埋管管尺寸，降低安裝裝費用。這種形式式的系統(tǒng)已成功運運用在了多個商用用建筑中。冷卻塔補償系統(tǒng)太陽能輔助加熱復(fù)復(fù)合地源熱泵太陽能輔助系統(tǒng)在北方，熱負荷大大于冷負荷，采用用太陽能板輔助加加熱，可以減少土土源熱泵的尺寸，，提高熱泵效率。。夏季還可以提供供生活用熱水。土壤源熱泵地下埋埋管介紹土壤換熱器種類1.垂直(用于大、中中型建筑)2.水平(用于小小型建筑)3.螺旋垂直埋管垂直管路閉式系統(tǒng)統(tǒng)特點：不需要直接抽取地地下水，不會對本本地區(qū)地下水的平平衡和品質(zhì)造成任任何影響，不會受受到國家地下水資資源政策的限制。。占地比水平埋管少少，熱交換比較穩(wěn)穩(wěn)定，打孔的費用用比較高。水平埋管特點：施工比垂直埋管簡簡單，占地較垂直直埋管大，當埋深深較淺時，換熱易易受環(huán)境的影響，，土方開挖量比較較大。水平管路閉式系統(tǒng)統(tǒng)螺旋閉式特點：水平埋管的變種，，比水平埋管占地地小，單位管長換換熱比水平埋管小小，管用量比較大大。螺旋管路閉式系統(tǒng)統(tǒng)淹沒環(huán)路淹沒環(huán)路閉式系統(tǒng)統(tǒng)特點：結(jié)合附近地表水系系統(tǒng)設(shè)計，換熱效效率較高，受地表表水資源限制較大大。形式埋深、管徑和最小小鉆孔孔徑對應(yīng)表表垂直土壤換熱器1.深度,一一般為50m~120m占地面積,由孔數(shù)數(shù)和孔距決定孔的直徑,一般為為100mm~150mm4.孔的距離一般為4m~8m5.孔內(nèi)的管管束:單U,雙U6.U形管的材質(zhì)直徑,一般為1′PE管孔內(nèi)管束1.單U一般用于打孔成本本較低(粘土,沙沙土等)2.雙U一般用于打孔成本本較高(漂石,花花崗巖等)單位長度的換熱量量例如：上海地區(qū)夏天放熱量60～80W/米孔深；冬天吸熱量40～60W/米孔深。2.管距,推推薦使用“彈性性分離器”3.填填料早期使用用膨潤土土(0.66~0.74W/MK)改進后為為膨潤土土+石英英砂現(xiàn)在根據(jù)據(jù)現(xiàn)場情情況選用用導(dǎo)熱性性較好的的填料設(shè)計過程程1.制制熱量量(制冷冷量)2.確確定孔孔徑,孔孔距和和埋管直直徑,鉆鉆孔深深度3.單單位長長度地埋埋管的換換熱量4.鉆鉆孔數(shù)數(shù)量5.開槽圖和和鉆孔分分布圖上海地區(qū)區(qū)土壤源源熱泵應(yīng)應(yīng)用分析析上海地區(qū)區(qū)地下5m以下，土土壤溫度度基本恒恒定，接接近全年年平均氣氣溫（15.7℃）），100m處為19℃左右右。上海地區(qū)區(qū)夏季空空調(diào)室外外計算干干球溫度度為34℃，，冬季季空調(diào)室室外計算算干球溫溫度為-4℃℃。因因此，使使用土壤壤作為熱熱泵機組組的吸熱熱和排熱熱場所具具有很大大的優(yōu)越越性。土壤源熱熱泵空調(diào)調(diào)

經(jīng)濟濟性分析析1.投資資成本分分析包括：鉆鉆井、埋埋管、地地源熱泵泵機組和和末端空空調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)。據(jù)1996年Cane等人的調(diào)調(diào)查，在在整個系系統(tǒng)總投投資中，，地源部部分（包包括鉆井井、回填填、埋管管）的材材料、安安裝與施施工等費費用約占占20%--60%，，平均占占30%土壤源熱熱泵空調(diào)調(diào)的經(jīng)濟濟性分析析初投資費費用的比比較A、機組組和水源源熱泵機機組相近近；B、不需需要打井井；C、增增加鉆孔孔埋管費費用；和水源熱熱泵系統(tǒng)統(tǒng)相比,初投投資增加加30~100元／平方方米；和風(fēng)冷熱熱泵相比比,初投投資增加加30~60元／平方方米。土壤源熱熱泵空調(diào)調(diào)的經(jīng)濟濟性分析析2.運行行能耗分分析：：據(jù)1996年Mancini等人通過過對加拿拿大和美美國的12個地地源熱泵泵系統(tǒng)的的調(diào)查表表明，地地源熱泵泵的年能能耗指標標遠低于于常規(guī)空空調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)冷熱源源平均年年能耗指指標。一個經(jīng)過過精心設(shè)設(shè)計、安安裝和運運行維護護管理的的地源熱熱泵系統(tǒng)統(tǒng)，在滿滿足同樣樣舒適性性標準的的前提下下，其年年運行能能耗可僅僅為常規(guī)規(guī)空調(diào)系系統(tǒng)的50%。。運行費用用分析A.和和水源源熱泵相相比增加加5-20%；B.和和風(fēng)冷冷熱泵相相比減少少20-40%；C.夏夏季提提供免費的衛(wèi)生熱熱水。土壤源熱熱泵空調(diào)調(diào)的經(jīng)濟濟性分析析3.維護護和維修修費用：：不同的建建筑物形形式，其其地源熱熱泵的維維護、維維修費用用也不同同。在所調(diào)查查的建筑筑物形式式中：學(xué)校類建建筑的維維護維修修費用最最低辦公類建建筑最高高住宅公寓寓類建筑筑介于以以上兩者者之間工施地源熱泵泵地下?lián)Q換熱器施施工工藝藝一施工工準備二豎孔孔施工（（水平埋埋管等））三地下下?lián)Q熱器器系統(tǒng)連連接地源熱泵泵地下?lián)Q換熱器施施工工藝藝一、施工準準備1分析地質(zhì)資料料，進行地下下?lián)Q熱器的計計算，確定施施工方案；2分析方案，依依據(jù)圖紙、方方案明確任務(wù)務(wù)目標；（前期準備，，需打測試孔孔，獲得相關(guān)關(guān)參數(shù)）3準備備專用施工機機械：鉆孔機機，回填泵等等；4準備備專用管材專專用回填料（（按地質(zhì)特征征進行配方）等；5按圖紙要求放放線定位，明明確打孔位置置?，F(xiàn)場調(diào)查與地地質(zhì)咨詢(1)現(xiàn)場調(diào)調(diào)查建筑周圍是否否有樹和高架架設(shè)施有哪些地下服服務(wù)設(shè)施實際可用的場場地形狀和面面積是否便于就近近大量排水附近是否有地地表水等水源源(通常為200m以內(nèi))以供鉆鉆井使用是否能提供380伏電源源(2)地質(zhì)咨咨詢向地質(zhì)有關(guān)部部門咨詢有關(guān)這個地區(qū)區(qū)各地層地質(zhì)質(zhì)構(gòu)造了解其其巖石硬度地下水的分布布情況(3)將以上上兩點綜合起起來加以分析析解決確定其其可行性與經(jīng)經(jīng)濟性地源熱泵地下下?lián)Q熱器施工工工藝二豎孔施施工