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大规模建筑群应用复合式地源热泵技术要点介绍,北京世能中晶能源科技有限公司,,一、能源分布示意图,,二、应用前提,1、原始系统运行费用高；2、功能单一，附加值和持续开发的能力弱；3、自持物业没有持续盈利空间；4、自主性差，无有效可控能力；5、能耗大，不符合当今节能环保低碳的潮流；结论新系统节能环保低碳、体现企业责任，有持续盈利的能力，且空间较大，同时提高商品房附加值和产品档次，自主性、可控性。对公司品牌有质的提升。应用潜力巨大，示范意义、社会意义和经济意义巨大。,三、系统主要组成部分,1、基础能源浅层地温能地源热泵系统；2、调峰备用燃气锅炉、蓄冰储热、地温直供；3、热泵主机、换热器等机房系统；4、太阳能辅助供暖与热水系统；5、室内末端系统；6、控制运行管理系统；目的系统百分之百安全；运行费用可控；持续收益；环保节能低碳；,四、国泰项目建设8原则,1、分区域设置能源供应中心机房；2、室内末端采用地板辐射采暖系统（改进型）；3、精细化控制运行管理；4、自然资源深度开发利用；5、投资回收可控；6、国家及地方产业政策支持；7、公司化、专业化运营管理模式操作；8、系统安全性达到百分之百；,五、基础能源重要技术介绍,1、技术说明2、系统示意图3、应用原则4、浅层地温能分析5、利用形式分析6、地源热泵技术设计要点,1、技术说明,以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由地源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。国泰项目所应用的是地埋管地源热泵系统，也称地耦合系统（closed-loopground-coupledheatpumpsystem）或土壤源地源热泵系统，实际应用中人们习惯的称呼为地源热泵系统。,2、系统示意图,10,3、应用原则----因地制宜、地质条件,,,4、浅层地温能分析,地下0200m称为浅层。其中上部20m以上为变温带；中部2050m为恒温带，下部50m以下为增温带。变温带的表层（02m）受气温影响最大，冬季形成冻土（零下），夏季可达3050℃；220m的地层温度年变化为10℃。恒温带地层温度年变化小于2℃，基本恒定。增温带地层温度随深度增加，每百米升高2.53.5℃。地源热泵32℃,5、浅层地温能利用形式分析,,,,,,6、地埋管换热系统设计要点,6.1安全性设计前，应根据工程勘察结果评估地埋管换热系统实施的可行性及经济性。岩土体的特性对地埋管换热器施工进度和初投资有很大影响。坚硬的岩土体将增加施工难度及初投资，而松软岩土体的地质变形对地埋管换热器也会产生不利影响。为此，工程勘察完成后，应对地埋管换热系统实施的可行性及经济性进行评估。,6地埋管换热系统,地埋管换热系统施工时，严禁损坏既有地下管线及构筑物。地埋管换热器安装完成后，应在埋管区域做出标志或标明管线的定位带，并应采用两个现场的永久目标进行定位。,6、地埋管换热系统,6.2地埋管管材与传热介质地埋管应采用塑料管材及管件，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。地埋管质量应符合国家现行标准中的各项规定；传热介质应以水为首选；在有可能冻结的地区，应添加防冻剂。,6、地埋管换热系统,选择防冻剂时，应同时考虑防冻剂对管道、管件的腐蚀性，防冻剂的安全性、经济性及其对换热的影响。地埋管地源热泵系统的金属部件应与防冻剂兼容。这些金属部件包括循环泵及其法兰、金属管道、传感部件等与防冻剂接触的所有金属部件。,6、地埋管换热系统,地源热泵系统设计特点（1）地源热泵系统受低位热源条件的制约地埋管系统足够埋管区域比较适合的岩土体特性。地下水系统持续水源的保证可靠的回灌能力地表水系统水环境的影响评估地表水源情况综合确定,（2）地源热泵系统受低位热源的影响很大不同的地区、不同的气象条件，甚至同一地区，不同区域，低位热源也会有很大差异，这些因素都会对地源热泵系统设计带来影响。如地埋管系统，岩土体热物性对地埋管换热器的换热效果有很大影响，单位管长换热能力差别可达3倍或更多。,（3）设计相对复杂低位热源换热系统地源热泵系统特有的内容，也是地源热泵系统设计的关键和难点。地下换热过程是一个复杂的非稳态过程，影响因素众多，计算过程复杂，通常需要借助专用软件才能实现；地源热泵系统设计应考虑低位热源长期运行的稳定性方案设计时应对若干年后岩土体的温度变化；地下水水量、温度的变化，地表水体温度的变化进行预测，根据预测结果确定应采用的系统方案；辅助冷热源地源热泵系统与常规系统相比，增加了低位热源换热部分的投资，且投资比例较高，为了提高地源热泵系统的综合效益，或由于受客观条件限制，低位热源不能满足供热或供冷要求时，通常采用复合式地源热泵系统，即采用辅助冷热源与地源热泵系统相结合的方式。确定辅助冷热源的过程，也就是方案优化的过程，无形中提高了方案设计的难度。,6、地埋管换热系统,6.3地埋管换热系统设计地埋管换热系统设计应进行全年动态负荷计算，最小计算周期宜为1年。计算周期内，地源热泵系统总释热量宜与其总吸热量相平衡。以一栋总建筑面积为2100m2的小型办公建筑为例，选取了四个具有代表性的地区北京、上海、沈阳和齐齐哈尔，进行模拟分析。,北京地区的地埋管地源热泵系统连续运行五年后，埋管换热器进、出口的载冷/热剂温度波动情况,土壤的吸、释热量比例为12.36每年进入热泵机组的载冷/热剂的最高/低温度值,土壤的吸、释热量比例为15.0每年进入热泵机组的载冷/热剂的最高/低温度值,土壤的吸、释热量比例为11.28每年进入热泵机组的载冷/热剂的最高/低温度值,土壤的吸、释热量比例为10.67每年进入热泵机组的载冷/热剂的最高/低温度值,6.3地埋管换热系统设计地埋管换热器换热量应满足地源热泵系统最大吸热量或释热量的要求。在技术经济合理时，可采用辅助热源或冷却源与地埋管换热器并用的调峰形式。,6、地埋管换热系统,6.3地埋管换热系统设计最大－设计负荷最大释热量＝∑[空调分区冷负荷（1＋1/EER）]∑输送过程得热量∑水泵释放热量。最大吸热量＝∑[空调分区热负荷（1－1/COP）]∑输送过程失热量－∑水泵释放热量。,带辅助冷热源调峰的复合式系统有效减少埋管数量或地下（表）水流量或地表水换热盘管的数量；同时也是保障地埋管系统吸释热量平衡的主要手段，已成为地源热泵系统应用的主要形式。对复合式系统的优化模拟分析是目前国际上广泛研究与模拟的热点。以生命周期内费用最低为目标，对混合式系统运行能耗及投资情况进行模拟计算分析，优化配置辅助加热及散热设备。,6.3地埋管换热系统设计地埋管换热器应根据可使用地面面积、工程勘察结果及挖掘成本等因素确定埋管方式。,6.3地埋管换热系统设计地埋管换热器设计计算宜根据现场实测岩土体及回填料热物性参数，采用专用软件进行。,6.3地埋管换热系统设计岩土体热物性差别导致地埋管换热能力差别很大竖直地埋管换热器管长的范围可按17.4～52.2m/kW来估算。岩土体热物性测试－以扰动－响应方式模拟换热情况,规范主要内容,岩土体热物性测试测试时间36～48h;供热量50～80W/m;流量满足供回水温差11～22℃；等待期3～5d,岩土体热物性测试－以扰动－响应方式模拟计算换热情况,测试结果,测量单孔换热量（竖直地埋管（单U、双U）、水平埋管）测量岩土体的热物性参数（初始地温、平均导热系数）,测试仪器－－便携式和大型车载系统,6地埋管换热系统6.3地埋管换热系统设计地埋管设计计算由软件完成,地下换热过程的复杂性，为尽可能节约埋管费用，需要对埋管数量作准确计算；另一方面地埋管设计需要预测随建筑负荷的变化埋管换热器逐时热响应情况及岩土体长期温度变换情况。,,6地埋管换热系统6.3地埋管换热系统设计专业软件应具有以下功能1能计算或输入建筑物全年动态负荷；2能计算岩土体平均温度及地表温度波幅；3能模拟岩土体与换热管间的热传递及岩土体长期储热效果；4能计算岩土体、传热介质及换热管的热物性；5能对所设计系统的地埋管换热器的结构进行模拟（如钻孔直径、换热器类型、灌浆情况等）。,6地埋管换热系统6.3地埋管换热系统设计目前商用建筑用地源热泵地下换热器设计计算分析软件主要有瑞典隆德Lund大学开发的EED（EarthEnergyDesigner）程序；美国威斯康星Wisconsin-Madison大学SolarEnergy实验室（SEL）开发的TRNSYS程序；美国俄克拉荷马州Oklahoma大学开发的GLHEPRO程序。这些软件基本都基于瑞典隆德大学g-Functions算法，并且得到试验验证及广泛采用。除此之外国际上地源热泵设计软件还有LUNDPROGRAMS、GLGS、ECA、WFEA、GS2000、GEOCALC等等。,附录B竖直地埋管换热器计算方法制冷工况下,,Rs地层热阻，即从孔壁到无穷远处的热阻,,,Rsp短期连续脉冲负荷引起的附加热阻,供热工况下,,6地埋管换热系统6.3地埋管换热系统设计地埋管环路两端应分别与供、回水环路集管相连接，且宜同程布置。每对供、回水环路集管连接的地埋管环路数宜相等。,水平地埋管换热器布置图,竖直地埋管换热器布置图,6地埋管换热系统6.3地埋管换热系统设计竖直地埋管换热器埋管深度宜大于20m，钻孔孔径不宜小于0.11m，钻孔间距应满足换热需要，宜为3～6m。水平连接管的深度应在冻土层以下0.6m，且距地面不宜小于1.5m。,间距影响模拟计算,埋管深度影响模拟计算,6地埋管换热系统6.3地埋管换热系统设计地埋管换热系统应根据地质特征确定回填料配方，回填料的导热系数不应低于钻孔外或沟槽外岩土体的导热系数。专门填料固封埋管换热效率增加导热系数、快速凝结、合适膨胀系数、良好流动性。目前主要仍是以膨润土为基料；对水资源保护,6地埋管换热系统6.3地埋管换热系统设计地埋管换热系统设计时应根据实际选用的传热介质的水力特性进行水力计算。地埋管换热系统宜采用变流量设计。,6地埋管换热系统6.4地埋管换热系统施工施工前准备必备资料，现场清理施工过程的安全性－保护管材地埋管换热器安装竖直地埋管换热器不宜采用直管道煨制弯头。回填和灌浆,6地埋管换热系统6.5地埋管换热系统检验与验收过程检验水压试验提出水压试验方法及步骤；对比国内外相关标准，考虑热塑性管材本身具有受压发生蠕变和应力松弛的特性；本规范水压试验方法步骤是建立在加拿大标准基础上，在试验压力上考虑了与国内相关标准的一致性。,6地埋管换热系统6.5地埋管换热系统检验与验收试验步骤竖直地埋管换热器插入钻孔前或水平地埋管换热器放入沟槽前；竖直或水平地埋管换热器与环路集管装配完成后，回填前环路集管与机房分集水器连接完成后回填前地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗、排气及回填完成后。,附件太阳能与地温能建筑一体化系统图（二冶集团）（室内末端采用地暖供暖与夏季制冷）,地温能与冰蓄冷和调峰锅炉结合系统图,,生活热水蓄热系统,热泵主机意大利克莱门特,燃气调峰锅炉,末端循环分集水系统,板式换热器,蓄冰盘管美国BAC,室外埋管换热系统总孔数为669个,汇报结束谢谢北京世能中晶能源科技有限公司2011年4月,,
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