地源热泵系统介绍--职工之家

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,地源,热泵系统概述,主讲人：向宏,中机国际工程设计研究院有限责任公司,可再生能源与绿色建筑研究室 主任,教授级,高级工程师,注册（公用）设备,工程师,注册监理工程师,可再生能源与绿色建筑研究室,2011,年综合我院技术骨干成立“,可再生能源,与绿色建筑,研究室,”，,主要,从事可再生能源、新能源的研究与应用，绿色建筑设计、咨询与研究,。,是省内最早成立可再生能源与绿色建筑研究室的单位。,现有技术人员,26,人,，,其中教授级高工,1,名，,高级工程师,12,名，工程师,10,名,，其中注册公用设备工程师,7,人,。,我院是湖南省住建委的科技技术支撑单位、可再生能源应用产学研创新平台成员、湖南省建设科技与建筑节能协会绿色建筑专业,委员会,发起,单位,。,湖南省住建委聘有百名绿色建筑评审专家，我院占有十位，涵盖规划、建筑、结构、机电、,园林,、装饰等,所有,专业。,湖南省第一批地源热泵建筑应用技术企业目录（勘查设计）的单位,拥有大量的可再生能源项目设计业绩和绿色建筑咨询服务业绩。,到目前为止，研究室总共设计可再生能源项目,15,个，总建筑面积约万平方米；绿色建筑咨询服务项目,22,个，总建筑面积约,330,万平方米。,地源热泵设计项目,绿色建筑咨询项目,一、地源热泵发展背景,二、地源热泵系统定义,三、地源热泵系统设计,四、地源热泵设计图纸,五、地源热泵施工工艺,六、监理工作关键岗位,七、项目案例,一、发展背景,随着化石能源的日益枯竭，以及化石能源的使用对环境产生的影响日益严俊，我国急需进行能源结构的改革。,国家和地方政府不断进行新能源的尝试，在此大背景下，可再生能源作为一种清洁、高效、可持续利用的能源受到了国家的重视。,2006,年我国,可再生能源法,正式颁布实施,2009,年国家开始设立可再生能源示范城市，由财政拨款专项资金，大面积强制性的推广可再生能源建筑应用。,一、发展背景,长沙市,2010,年获批国家可再生能源示范城市，获得了国家专项补助资金,8000,万，地方政府按,1:2,配套资金亿，专项用于可再生能源建筑应用项目的补贴。并出台了相关示范项目的管理和补贴政策。,长沙县,2013,年获批国家可再生能源示范城市，获得了国家专项补助资金,6000,万，地方政府按,1:2,配套资金亿。,一、发展背景,“十二五”以来，我省可再生能源示范地区规模已达到,7,市,16,县,1,镇，示范面积约,2400,万平方米，获批中央补助资金亿元,。,2016,年,1,月，,湖南省,住房和城乡,建设厅颁布了,关于,进一步加强可再生能源建筑应用和管理的,通知,湘建科,201656,号，进一步明确了我省可再生能源建筑应用发展目标：全省,城镇可再生能源在建筑消费领域消费比重到,2020,年超过,13%,，到,2025,年超过,16%,，到,2030,年超过,20%,。各地要加大可再生能源强制推广力度，在全面做好可再生能源资源条件勘察和利用条件调查的基础上，编制可再生能源建筑应用规划及发展计划。,二、系统定义,1,、系统定义,以,岩土体、地下水或地表水为低温热源,由水源热泵机组、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。,二、系统定义,冬季,以,大地为低温热源，通过输入少量的高品位能源（电能,），实现,由低品位热能向高品位热能转移,。,冬季,，地源热泵,系统从地下吸收热量，再通过热泵和输送系统送到室内末端。夏季则相反，地源热泵将室内吸收的热量通过地埋管换热器释放到地下。,夏季,2,、工作原理,二、系统定义,地埋管换热器、热泵主机、空调末端通过水泵输送系统连在一起，再加上各种控制阀门，控制设备等，便组成了一个完整的空调系统,3,、系统组成,地埋管换热器,热泵主机,空调末端,输送系统,二、系统定义,4,、,地埋,管换热器主要形式（土壤源热泵）,垂直埋管,水平埋管,三、系统设计,1,、设计前期准备工作,1,）现场勘查,结合项目总图对项目现场进行实地查勘，初步确定埋管区域。,2,）土壤热物性测试,按照设计要求，在埋管区域进行钻井，埋管，实测埋管区域的土壤换热性能，最终得出设计所需数据。,三、系统设计,本项目前后进行了两次土壤热物性测试，均由第三方专业测试机构出具了测试报告。,三、系统设计,2,、主要设计依据,1,）,地源热泵系统工程技术规范,（,GB50366-2005,）,2009,年版,2,）,城镇直埋供热管道工程技术规程,（,CJJ-81-1998,）,3,）,埋地聚乙烯给水管道工程技术规程,（,CJJ-101-2004,）,4,）,湖南省公共建筑节能设计标准,（,DBJ43/003-2010,）,5,）,湖南省地源热泵系统工程技术导则湘建科,2012,307,号,6,）,地源热泵系统工程技术规范长沙市实施细则（试行）（,DBCJ03-2011,）,7,）,土壤热,物性测试报告,等,三、系统设计,3,、计算分析,设计原则,地源热泵系统设计时，应进行全年动态负荷与系统取热量、释热量计算分析，确定地热能交换系统，并宜采用复合热交换系统。,地,埋管换热器（以下简称地埋管）是地源热泵系统最关键的部位之一，其对整个系统的初投资、运行效果有重要影响。地埋管的计算分析主要有：埋管间距、埋管形式、埋管,长度等,。,三、系统设计,埋管间距,埋管间距应视现场情况和工程大小等因素综合而定，埋管可沿建筑物周围布置成任意形状，如线形、方形、矩形、圆弧形等等。但为了防止埋管间的热干扰，必须保证埋管之间有一定的间距。该间距的大小与运行状况（如连续运行还是间歇运行；间歇运行的开、停机比等）、埋管的布置形式（如单行布置，只有两边有热干扰；多排布置，四面均有热干扰）等等有关，一般取,36m,不等,。,三、系统设计,埋管间距,本工程根据职工之家（工人文化宫）项目地源热泵系统岩土热响应测试与地埋管计算报告的测试计算结果，当钻孔间距在,4m,以上，随着钻孔间距的增加对地埋管换热性能的影响较小；当钻孔间距小于,4m,时，随着钻孔间距的减小，对地埋管换热性能影响较大。综合考虑场地埋管面积、工程造价和换热效果等因素，设计孔间距为,4m,4m,。,三、系统设计,埋管形式,主要,分为,水平埋管,和,垂直埋,管,。,水平,埋管深度一般为之间，埋管较浅，换热能力不强，占用场地大，且容易受地表气候影响；垂直埋管深度一般大于,25m,，埋管深度较深，土壤的温度和热特性几乎不受地表温度影响，单井换热能力强，所需的占地面积较小,。,本,工程选择垂直地埋,管,。,三、系统设计,埋管形式,垂直地埋管主要有单,U,、和双,U,两种,形式。,选择,不同的埋管形式对系统换热能力和机组,COP,有很大影响。,根据,相关,测试数据,，,在,相同条件下双,U,垂直埋管比单,U,垂直埋管效果要好，双,U,型单位井深换热量约为单,U,型埋管换热器的倍,。,本,项目选择双,U,型垂直地埋管。,双,U,导头,单,U,导头,三、系统设计,埋管长度,埋管长度的计算较为复杂，需要在确定空调冷热负荷，设备选型和热物性测试结果的基础上进行长度计算，长度计算冬季和夏季工况有所区别，具体计算公式如下：,夏季工况,冬季工况,三、系统设计,4,、设计软件,为,进一步,增强,我院地源热泵项目设计实力，,提高,设计计算精度,，,我院启动专项资金购买了地源热泵专项设计软件：,GLD2012 primer,。,GLD,由美国,Gaia Geothermal,公司,研发，是,一种模块化设计,软件。他帮助设计工程师，通过输入一系列的基础参数，对各种民用建筑和商业建筑进行地下环路形式和尺寸的设计，以及地源热泵设备的精确选型。,四、设计图纸,热泵主机,一级分集水器,竖直埋管换热器,地源热泵系统原理图,二,级分集水器,辅助散热冷却塔,四、设计图纸,埋管区域二,埋管区域三,埋管区域一,地下室埋管平面布置图（,一）,四、设计图纸,埋管区域四,埋管区域五,室外埋管平面布置图（二）,四、设计图纸,本项目,共设计地埋管换热器总个数为,744,个，分为,93,个环路，每个环路连接地埋管换热器为,8,个。本系统设置二级分（集）水器共,9,套，其中,6,套二集分（集）水器每套连接,10,个环路，另外,3,套二级分（集）水器每套连接,11,个环路。,单个环路示意图,四、设计图纸,5,、地埋管管材选择,地,埋管换热器管材采用高密度聚乙烯地源热泵系统专用管材（,HDPE,管），且应具有质量检验报告,和,生,产,厂的合格证。严格按照,给水用聚乙烯（,PE,）管材,GB,T13663-2000,检验验收。,垂直,地埋管,换热器采用,HDPE-SDR11,，,DN32,，承压能力大于。水平管管材,为,HDPE-SDR11,承压能力大于。,管材规格表,四、设计图纸,5,、地埋管管材,地埋管管件及附件（包括空腔导头、,Y,型三通、电熔接头、二级分集水器等）均采用厂家定制产品，由厂家在工厂生产检验合格后，统一运到工地安装，不得在工地自行制作,。,管材（垂直埋管、水平埋管）与管件（空腔接头、电熔接头、,Y,型三通、二级分集水器等）为同一厂家，具有永久性标志，防止因各个厂家原料的不同而导致虚焊，过焊等漏水现象发生,。,四、设计图纸,5,、地埋管管材,四、设计图纸,6,、系统控制,本项目空调冷热源设备采用暖通空调智能电控系统进行控制，通过智能化、互联化的管理平台及现场强弱电一体、软硬件一体的智能电控单元，在系统安全可靠经济运行前提下，以满足末端用户供冷供热需求为根本，运用数据模块、工业现场总线、变频调速器的设备与技术，使冷热源设备均能高效、安全、稳定的运行。同时实现整个空调系统的智能化节能管理，最大限度降低系统运行能耗，使系统节能率达到,20%,以上,。,四、设计图纸,控制原理图,控制模块,四、设计图纸,机房配电平面图,控制柜布置位置,五、施工工艺,1,、主要施工内容,地埋管施工,的,主要内容有钻孔定位、打井、下管、回填、,水平管沟,开挖、水平管连接、水平管沟回填，成品保护等。施工顺序可以根据施工组织设计进行适当调整。,定位,打井,下管,回填,水平管沟开挖,水平管连接,水平管沟回填,成品保护,五、施工工艺,2,、关键工序,定位：钻孔的定位需要严格按照施工图纸的定位尺寸进行定位，并现场放线，标记钻孔的具体位置，避免定位不准确造成钻孔与结构基础、梁板之间的碰撞，以及孔间距的不均匀等。,施工放线定位,五、施工工艺,打井：根据施工设计图纸，选用合适的钻头、钻杆和机具等，进行打井作业。根据现场地质情况不同，打井选用的机具也相应有所区别。在土质较为松散的区域，可选用水井钻机，土质较硬的区域可选用潜孔钻机进行打井。不管选用何种钻井方式，都需要保证成孔质量。,水井钻机,潜孔钻机,五、施工工艺,下管：下管就是将地埋管安装到钻井内的过程。钻孔,完成孔壁固化应立即把,U,形管换热器安装到竖井中,。下管过程中,U,形管内应充满水并保持压力，在下管过程中随时检查管组严密性和渗漏,情况。,经验表明，,施钻完毕钻孔内有大量积水,，给下管带来困难。且由于,钻孔中的泥沙沉积，设计钻孔深度和实际深度不一致影响,U,形管的安装,。,垂直,PE,管埋管下管采取人工配合机械下管的方法，利用回转钻机钻杆顶进，克服水的浮力并加快下管的速度。,四、施工工艺,下管注意事项,a,当,一个孔钻好且孔壁固化后，应立即下管。因为钻好的孔搁臵时间不宜过长，否则有可能出现管孔局部的堵塞，孔底泥浆沉淀导致下管的困难。,b,下,管速度要均匀，防止下管过程中损坏,PE,管，如果遇有障碍和不顺畅现象，暂停止下管，应及时查明原因，待查明原因并做好处理后才能继续下管。,c,下,管时必须有保证,PE,管不会扭曲、变形的措施。,d,垂直,U,形管下到位后，应提起下管钻杆。提杆过程中应防止,U,形管上浮，如发现上浮立即采取措施使其固定，确保下管到位。,e,垂直,U,形管安装完毕后，及时对管道安装的压力表校验，合格后灌浆,回填。,四、施工工艺,回填,回填质量对整个地埋管换热器的换热效果有着决定性的作用，是项目成败的关键因素。竖直地埋管换热器安装完毕后，应立即进行灌浆回填封孔。当埋管深度超过,40m,时，灌浆回填应在周围邻近钻孔均钻凿完毕后进行。,竖直地埋管换热器灌浆回填料宜采用膨润土和细沙（或水泥）的混合浆，或专用灌浆材料。,灌浆泵回填,四、施工工艺,回填注意事项：,1,）,U,形管安装完毕且孔壁固化后，应立即进行灌浆回填封孔，隔离含水层。,2,）灌浆回填过程中泥浆泵的泵压应足以使孔底的泥浆返至地表，当上返泥浆密度与灌注材料密度相等时，灌浆结束。,3,）灌浆时，应保证灌浆的连续性，应根据机械灌浆的速度将灌浆管逐渐抽出，使灌浆液自下而上灌注封孔，确保钻孔灌浆密实，无空腔，否则会降低传热效果。,4,）埋管深度超过,40m,时，灌浆回填宜在周围邻近钻孔均钻凿完毕后进行。,四、施工工艺,几种典型回填材料的导热系数：,五、施工工艺,水平管沟施工,水平管沟应根据设计图纸标注的尺寸大小及深度进行开挖，并做好管沟两边的砌筑工作，防止管沟塌陷。水平管与垂直管连接、试压合格后，应尽快进行水平管沟的回填工作，回填采用细沙。,管沟施工,水平砖砌管沟,五、施工工艺,水平管沟施工,水平地埋管敷设前，沟槽底部应先敷设相当于管径厚度的细沙，应防止石块等重物撞击管身，管道不应有折段、扭结等问题，转弯处应光滑，并采取固定措施。,回填,材料采用原土，应细小，松散、均匀且不含石块及土块。应采用网孔不大于,15mm15mm,的筛进行过筛，保证其中不含有尖利的岩石块和其它碎石,。,回填,压实过程应均匀，回填材料与管道接触紧密，且不得损伤管道。回填应在管道两端同步进行，同一沟槽中有双排或多排管道时，管道之间的回填压实应与管道和槽壁之间的回填压实对称进行。各压实面高差不宜超过,300mm,，管腋部采用人工回填，确保塞严、捣实。分层管道回填时，应重点做好每一层管道,上方,200mm,范围内的回填，管道两侧和管顶以上,500mm,范围内，应采用轻夯实，严禁压实机具直接作用,在管道上。,五、施工工艺,管道焊接,地埋管采用高密度聚乙烯管，管道的焊接应采用专业的焊接工具，由具有专业技术的焊接人员进行焊接。,其中，双,U,导头与垂直管道的焊接应在工厂进行，有材料供应厂在厂房内焊接后再整体运送至施工现场安装。,水平管道与垂直管道的焊接应应采用,电熔,连接,有效解决因热熔承插而导致的管内壁缩径问题。管道连接应符合,埋地聚乙烯给水管道工程技术规程,CJJ101,的有关规定。,五、施工工艺,管道试压,管道试压是检验管材质量，施工后成品质量的关键手段。地埋管系统整个施工过程中需要进行,4,次试压，确保管材和施工成品质量符合设计要求。,五、施工工艺,管道试压,管道试压是检验管材质量，施工后成品质量的关键手段。地埋管系统整个施工过程中需要进行,4,次试压，确保管材和施工成品质量符合设计要求。,六、监理关键岗位,地源热泵项目，地埋管换热系统的施工质量尤为关键。除了施工单位自身加强施工质量外，监理单位的监督发挥重要作用。,监理,关键工序,：,1,）材料（,HDPE,管材）的检验；,2,）成孔质量的检验，每口钻井的深度、大小、位置是否符合设计要求；,3,）回填质量的检验；,4,）管材焊接质量的检验；,5,）管道试压的检验；,七、项目案例,（,1,） 长沙铜官窑遗址博物馆,项目性质：公共建筑,项目规模：,2,绿色,建筑三星级设计标识咨询服务（,）,地,源热泵,空调,七、项目案例,七、项目案例,（,2,）,长沙县,妇幼保健院,项目性质：公共建筑,项目规模：,m,2,绿色建筑,二,星级,设计标识咨询服务,（,）,地,源热泵,空调,七、项目案例,（,3,）,怀化市妇幼保健院,项目性质：公共建筑,项目规模：,m,2,绿色建筑,二,星级,设计标识咨询服务,（,）,地,源热泵,空调,七、项目案例,七、项目案例,七、项目案例,七、项目案例,七、项目案例,七、项目案例,谢 谢！,