第二章-地源热泵技术.ppt

1、地源热泵技术及应用,华北水利水电大学 杨 伟,Research and Application of Ground-source Heat Pump Technology,Tel: 18837172207 E-mail: ,地源热泵空调系统,地源热泵（Ground Source Heat Pump，GSHP）是指利用地球表面的岩土、地下水或地表水作为热源或热汇的暖通空调系统。 ASHRAE于1997年规定： 土壤源热泵 （ground coupled heat pump systems GCHPs），与地下水源热泵（ground water heat pumps, GWHPs）以及地表水源热泵

2、（Surface Water Heat Pumps , SWHPs ）一起被统称为地源热泵（Ground-Source Heat Pumps,1 地源热泵系统的概念及发展,地源热泵空调系统,地源热泵技术在北美和欧洲已非常成熟 系统设计和安装有一整套标准、规范、计算方法和施工工艺 美国地源热泵系统占整个空调系统的20% 到1997年底，美国有超过3万台GSHP 每年约提供8000 11000 GWh的终端能量 美国有600多所学校安装有GSHP 美国地源热泵的销售数量以每年20%的速度递增 2000年全美销售数量达40万台,1 地源热泵系统的概念及发展,地源热泵空调系统,北美对地源热泵 应用偏重

3、于地源热泵全年冷热联供 采用闭式水环热泵系统（WLHP）； 欧洲国家 偏重于冬季供暖 采用热泵站方式集中供热； 我国气候条件与美国比较相似 北美的地源热泵方式对我国更具借鉴意义,1 地源热泵系统的概念及发展,地源热泵空调系统,中国： 地源热泵的研究起始于20世纪80年代 最近10年成了国内建筑节能及暖通界热门的研究课题 掀起了一股“地热空调”的热潮。 工程应用方面： 北京、山东、河南、辽宁、河北、江苏、上海等地建成了地源热泵工程 其中仅在北京地源热泵的工程实践就有300多万平米,1 地源热泵系统的概念及发展,2007年，中国与世界的一次能源消费对比(MTOE,地源热泵空调系统,1 地源热泵系统

4、的概念及发展,1998至2007年，中国采用地源热泵系统的空调面积变化图,地源热泵空调系统,地源热泵在中国不同省份和气候分区的分布情况,地源热泵空调系统,1换热器及管路 地下土壤 地下水 地表水 2热泵机组 3室内末端输配系统 有时还需增加辅助锅炉和冷却塔,2 地源热泵系统的构成及分类,地源热泵空调系统,气温,地表温度,地下水,深 度,平均温度,冬季,夏季,干燥土壤,中性土壤,湿土壤,地源热泵空调系统,2 地源热泵系统的构成及分类,地源热泵,土壤源热泵,直接膨胀式,地下水源热泵,地表水源热泵,开式,闭式,大地耦合式,水平埋管,垂直埋管,水平埋管,垂直埋管,地源热泵空调系统,垂直埋管式的特点：

5、占用较少土地 深层土壤温度及热工性能变化小 管材少，管路耗能少 效率较高 施工成本高，施工难度大,垂直埋管式,2 地源热泵系统的构成及分类 1）土壤源热泵系统,地源热泵空调系统,2 地源热泵系统的构成及分类 1）土壤源热泵系统,地源热泵空调系统,水平埋管式,水平埋管式的特点： 施工成本相对较低 占地较多 土壤温度、热工性能随季节及气候变化较大 管路耗能较多 效率较低,2 地源热泵系统的构成及分类 1）土壤源热泵系统,地源热泵空调系统,2 地源热泵系统的构成及分类 1）土壤源热泵系统,地源热泵空调系统,水平埋管 盘管式,2 地源热泵系统的构成及分类 1）土壤源热泵系统,地源热泵空调系统,2 地源

6、热泵系统的构成及分类 1）土壤源热泵系统,地源热泵空调系统,直接膨胀式土壤源热泵 优点： 减少中间换热环节，提高效率 管材耗量可以减少 地下施工量相对减少，不需要防冻剂 缺点： 地下换热器成本较高，但同时减少了二次换热管路 制冷剂易泄漏,2 地源热泵系统的构成及分类 1）土壤源热泵系统,地源热泵空调系统,2 地源热泵系统的构成及分类 1）土壤源热泵系统,冬夏季热量平衡问题,长沙某办公建筑DB模型图,长沙某办公建筑冷（热）负荷逐时变化图,地埋管换热器钻孔总深度的确定,地埋管换热器方案设计概算指标,作用于地埋管换热器上单位孔深热流的确定,制热工况下,制冷工况下,长沙某办公建筑地埋管换热器单位孔深的

7、逐时热流,40年内，管内流体温度变化,地源热泵空调系统,2 地源热泵系统的构成及分类 1）土壤源热泵系统,冬夏季热量平衡问题,地源热泵空调系统,2 地源热泵系统的构成及分类 1）土壤源热泵系统,冬夏季热量平衡问题,地源热泵空调系统,2 地源热泵系统的构成及分类 2）地下水源热泵系统,地下水源热泵系统： 比土壤源热泵系统投资少 占地少 易施工，技术成熟 地下水使用可能受限 受水源限制 受水质影响易发生结垢 水泵能耗可能较高,地源热泵空调系统,2 地源热泵系统的构成及分类 2）地下水源热泵系统,单井式系统,地源热泵空调系统,2 地源热泵系统的构成及分类 2）地下水源热泵系统,Standing-co

8、lumn wells,地源热泵空调系统,2 地源热泵系统的构成及分类 2）地下水源热泵系统,双井式系统,地源热泵空调系统,2 地源热泵系统的构成及分类 2）地表水源热泵系统,开式地表水源热泵系统,地源热泵空调系统,2 地源热泵系统的构成及分类 2）地表水源热泵系统,闭式地表水源热泵系统,地源热泵空调系统,2 地源热泵系统的构成及分类 2）地表水源热泵系统,地源热泵空调系统,2 地源热泵系统的构成及分类 2）地表水源热泵系统,地源热泵空调系统,2 地源热泵系统的构成及分类 2）地表水源热泵系统,开式系统对水质有较高的要求，否则换热器容易产生结垢、腐蚀、微生物滋长等现象。由于需要将地表水提升到一定

9、的高度，开式系统的水泵扬程较高，但换热效率较高，初投资较低，适合于容量较大的系统，如区域供冷供热系统。 闭式系统有以下特点：对比土壤源热泵初投资相对较低；管路输送能耗较低；维护需求较低；运行费用较低；水下盘管易损坏；水层浅或水源较小时，湖水温度会有较大波动,地源热泵空调系统,3 地源热泵系统的设计,地源热泵空调系统,3 地源热泵系统的设计,投资概算 地下水式地源热泵，初投资约为300-400 元/m2左右 土壤地源热泵系统，初投资约为400-500元/m2左右 运行费用 供暖时，比传统中央空调系统降低25% - 50%； 制冷时，比传统中央空调系统降低15%-30,地源热泵空调系统,3 地源热

10、泵系统的设计,设计步骤 现场勘测 建筑冷热负荷估算 系统选择 地下、水下热交换器系统设计 热泵和建筑物内分配系统的设计,地源热泵空调系统,3 地源热泵系统的设计,地源热泵空调系统,3 地源热泵系统的设计,4 工程应用举例,地源热泵空调系统,地下水水源热泵,北京嘉和丽园,地源热泵空调系统,地源热泵系统比传统中央空调系统： 总投资减少12.5； 年度运行费减少43.6； 占地费减少50； 初投资约为300元/平方米（税后,北京嘉和丽园,4 工程应用举例,地源热泵空调系统,4 工程应用举例,湘潭市城市中心区的地表水源热泵区域供冷供热系统,地源热泵空调系统,4 工程应用举例,湘潭市城市中心区的地表水源热泵区域供冷供热系统,地源热泵空调系统,4 工程应用举例,湘潭市城市中心区的地表水源热泵区域供冷供热系统,地源热泵空调系统,4 工程应用举例,湘潭市城市中心区的地表水源热泵区域供冷供热系统,地源热泵空调系统,4 工程应用举例,地源热泵地板采暖系统