地源热泵地下冷热交换与蓄能装置专利技术推广建议

编号：时间：2021年X月X日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 页码：第3页共11页地蹶&泵地下瀚际微及蓄解鳄利技术推广建议书-地源热泵空调将是空调行业的主要发展方向随着人类社会的进步和发展，人们的生活品质不断提高，中国的能源消耗量也相 应地提高，已经对能源储存形成了威胁，能源危机迫在眉睫。上个世纪90年代初期的 中国，随着经济的快速发展，已经成为世界上最大能源消费国之一；同时也是世界最 大的煤炭生产和消费国。近年来，在一些城市夏季制冷和冬天使用电力供暖，造成夏 季和冬季的用电量紧张,迫使部分城市的用户和工厂限时用电，并给人们带来了诸多 不便，另外，因种种原因,煤价不断上涨，给广大用户增加了不少的经济负担，再加 上由于燃煤取暖所带来的冬季大气严重污染已引起政府和公众广泛关注。能源危机污染芦重在我国的一些发达城市,夏季制冷、冬季采暖与供热所消耗的能量已占建筑物总 能耗的50-70%。特别是冬季采暖用的燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用，给大气环境 造成了极大的污染，对人们的健康形成了威胁。因此,建筑物污染控制和节能已是国 民经济发展的一个重大解决问题。传统的采暖空调模式因其产生的环境污染正面临着 严峻的挑战。据近期调查显示，世界十大污染最严重的城市中，我国占了四个。在我国北方地 区许多大中城市由于燃煤供暖而产生严重的大气污染,政府不得不对燃煤锅炉引起重 视。另外,今年的燃煤价格不断上涨，采暖价格也相应提高。燃煤改燃气、燃油,不 仅初投资增加，而且带来了更高的运营成本。例如，北京冬季使用天然气供暖的费用 已增至30元/m2远高于燃煤供暖22元/ m2的费用燃油供暖则更高达50元/m2。 由于燃油和燃气所产生的温室气体仍对大气有所污染，它们只是一定程度的减少了大 气污染，并不能从根本上解决污染问题。对于夏季制冷的建筑来说，天气越炎热，室 外的温度越高，空调负荷也越大，而此时空调机向室外散热时，冷凝温差越小,空调 机的运转效率就越低，设备也越费电。也就是说，除了燃煤供暖给环境造成污染之外， 空调机同样会造成大气污染，也造成了电荒。传统的供暖空调方式是由两套系统分别解决冬季供暖（如采用锅炉或集中热网） 和夏季制冷（如分体空调机或中央制冷机），系统投资大，运行费用高，而且占地面积 大。另一方面，我国大部分地区冬冷夏热，夏天大量地使用制冷产品,造成某些大城 市供电紧张，形成电荒，为了确保不会造成断电等问题出现，有些城市夏天限制用电 量。另外，因为部分地区没有暖气供应，冬天使用电炉取暖，造成电力供应紧张，燃 气锅炉取暖造成气荒。因此，冬天供暖价格的上调使供暖的运行费用有所提高，再加上供暖造成的污染严重，让我们不得不思考采用一些节能环保的产品。由于地源热泵系统具有经济实惠、节能、环保等多方面的优势,弥补了我国传统 的供暖制冷方式存在的问题，符合我国环境保护与能源节约的政策,地源热泵系统在 我国势必具有良好的发展前景。地源热泵高效节能性夏季高温差的散热和冬季低温差的取热，使得地源热泵系统换热效率很高。因此 在产生同样热量或冷量时，只需小功率的压缩机就可实现，而且冬季运行不需要任何 辅助热源和除霜，大大地减少电能消耗和除霜的损失，从而达到节能的目的，其耗能 仅为普通中央空调加锅炉系统的50%-60%。地源热泵技术在很大程度上为国家节省能源，缓解电荒，同时也为用户节省了大 量的运行费用。地源热泵环保、零污染地源热泵系统高效节能的优点，决定了它的运行费用低。维修量极少，折旧费和 维修费也都大大地低于传统空调。据专家预测,在未来50年,世界将释放160亿吨CO2 ,对人们的健康和自然环 境形成直接的影响。保护环境是我们地球人刻不容缓的事情，特别是最近全球的气候 突变，给人们带来诸多不便，更让我们对保护环境的意识加强。关键的的是，地源热 泵不排放任何的气体,完全没有污染,对环境和人体不造成任1可的伤害，是理想的绿 色环保产品。第3页共11页编号：时间：2021年X月X日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 页码：第1页共11页地源热泵的应用范围地源热泵适用范围广泛，可应用于写字楼、办公楼、车间、学校、医院、疗养院、 机场、车站、宾馆、商场、博物馆和娱乐场所、商用楼宇、别墅和公寓等。地源热泵发展前景地源热泵的历史可以追朔到1912年瑞士的一个技术发明，而地源热泵真正意义 的商业应用也只有近几十年的历史。如美国，截止1985年全国共有14,000台地源热 泵机组，而1997年就安装了 45,000台，到目前为止已安装了 400,000余台，而 且每年以10%的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保 有量的19%，其中有新建筑中占30%。美国地源热泵工业已经成立了由美国能源部、 环保署、爰迪逊电力研究所及众多地源热泵厂家组成的美国地源热泵协会，该协会在 近年中将投入一亿美元从事开发、研究和推广工作，达到每年安装40万台地源热泵的 目标。据1999年的统计，为家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96% , 奥地利为38% ,丹麦为27%。新的数据还在不停地变好。目前，减碳环保是全人类生存和持续发展的关键,大地浅层能是太阳能的转换， 是最好的可再生能源之一，我们的脚下、我们的广场下、我们的大片绿化带下就有能 源供你开发，还要等待吗？以推广运用这种“绿色技术，缓解中国对煤炭和石油的依 赖程度，从而达到能源资源多元化的目的是必须的潮流。大潮正在促进地源热泵的市 场化、产业化的发展，并将会促使我国地源热泵的研究开发尽快跟上国际潮流。二地下冷热交换及蓄能装置描述2.1 地源热泵类型多样化地源热泵技术呈现多样化发展的趋势。地源热泵系统主要包括三种不同的系统： 以利用土壤作为冷热源的土壤热泵，即为地下耦合热泵系统； 以利用地下水为冷热源的地下水热泵系统； 以利用地表水为冷热源的热泵系统。除了采用地热外，人们还在开发其他能源作为冷热源。比如采用城市污水、游泳 水、水库水、地热尾水、海水等。反映了国内对地源热泵技术多种能源应用的不懈探索。2.2 地源热泵现有几种冷热交换装置地源热泵现有冷热交换装置主要分两大类1 ） .开路冷热交换装置，即利用地球表面或浅层地下水源（如河流、地下水、海 水和湖泊）,或者是人工再生水源（工业和生活废水、地热尾水等）的低温低位热 能资源的地源热泵。它的交换装置是开路的，也就是所用水源直接进入主机设备。2 ）.闭路冷热交换装置，即土壤埋管热交换装置，把热交换器（耦合埋管）埋于 地下，通过水在封闭环路中（由高强度塑料管等组成）循环流动，从而实现与大 地土壤进行冷热交换的目的。夏季通过机组将房间内的热量转移到地下,对房间 进行降温。地下同时储存热量，以备冬用。冬季通过热泵将土壤中的热量转移到 房间，对房间进行供暖,同时地下储存冷量，以备夏用，大地土壤提供了一个很 第5页共11页编号：时间：2021年X月X日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 页码：第11页共11页还水深井还回地下，这种方式主要缺陷在于：1.区域限制，在没有可抽取的地 下水区域是不能实施的；2.还水困难，百分之百同层还水更不好控制，造成水 资源浪费；3.抽水井和还水井因地下水质和地质不同寿命也有很大不同，水井 寿命有限；4.水井维护麻烦；5.因抽水井和还水井一般深度在50米到300米， 甚至更深,因此容易对宝贵的深层地下水造成污染；6.抽水不当，会造成地面 下沉。 另一大类为垂直埋管（或水平埋管），该方式优点较多，但造价非常高（或需 要非常大的场地），另外，因地表到地下30米左右的浅表层地下水（或潜水 或滞水）因为人类的活动都有不同程度的污染,而垂直钻孔一般深达50米到 100米，会造成不同层的地下水串流，即污染了深层地下水。 埋管方式的管内流动的液体量非常少，基本不具备蓄能能力。土体或岩石的蓄 能能力也远远小于水。水的比热容4200焦/（千克/摄氏度），砂石的比热容仅 有920焦/（千克/摄氏度）,一一-发明内容为了更好的解决现有的地下冷热交换技术的不足,本发明提供一种地下冷热交换 及蓄能装置。本发明地下冷热交换装置，其中包括冷热交换盘管、回液竖管、井体、井盖板、 井中液体（或固态混合物如土、粉煤灰、砂、石与固水化合物水平连通干管等。经水泵推动系统管路中的介质（液体）流动，介质（液体）经水平干管流入冷热 交换盘管和回液竖管，冷热交换盘管和回液竖管中流动的介质与井中液体（或固态混 合物如土、粉煤灰、砂、石与固水化合物）进行冷热交换，井中液体（或固态混合物 如土、粉煤灰、砂、石与固水化合物）再与大地进行冷热交换，使进入冷热交换盘管 的冷（或热）的介质经过上述的冷热交换后，而得到回液竖管出来的已升温（或已降 温）的介质。该系统装置利用大地浅层能进行冷热交换，可以用于空调制冷制热，也可以直接 用于工业设备的冷却，还可以直接用于桥梁路面和重要道路的解冻防滑。它具有节能、环保、可循环使用等优点： 本发明在无地下水地区就可使用（有潜水或滞水的区域冷热交换效率更高）， 无需抽取地下水，也不存在还水困难的问题,扩大了使用范围。 本装置因在4米到25米深度成井，所以不会造成深层地下水的污染。 多井冷热交换装置有很好的蓄能作用，可比一般埋管更长时间供给恒温介质， 更加节能。 井内液体因不同深度的温度不同，而造成液体流动，更增加了导热效率。 本装置采用了密闭循环方式，循环介质干净，有利于延长设备的使用寿命。空 闭循环介质加入防冻剂可使本装置在严寒地区使用。 本装置因设置了井口盖板，从而增加了场地的使用效率。 本装置几乎不用维护，减少运行成本。专利技术二多井冷热交换及蓄能装置技术领域本实用新型涉及利用大地浅层能（即大地和地下水）进行冷热交换和蓄能的一套系 统装置，可用于所有冷热需求装置及工业设备冷却。背景技术现有多种与地下进行冷热交换的技术，主要的有两类，一类为通过一抽水深井抽取 地下水进行冷热交换后再经一到二个还水深井还回地下。这种方式主要缺陷在于：1. 区域限制，没有可抽取的地下水区域是不能实施的；2.还水困难，百分之百同层还水 更不好控，制造成水资源浪费；3.抽水井和还水井因地下水质和地质不同寿命也有很 大不同；4.水井维护麻烦；5.因抽水井和还水井一般深度50米到200米，甚至更深, 因此容易对宝贵的深层地下水造成污染。另一大类为垂直埋管，该方式优点较多，但 造价非常高，另外,因地表到地下25米左右范围的地下潜水层、滞水层都有不同程度 的污染，而垂直钻孔要到80米左右，会造成不同层的地下水串流，即污染了深层地下 水。发明内容本实用新型的目的是为了更好的解决现有的地下冷热交换技术的不足才是供一种多 井冷热交换及蓄能装置。本实用新型的技术方案是：一种多井冷热交换及蓄能装置，具特征在于：包括冷热 交换端头井，冷热交换井组，端头井、冷热交换井组和端头井三者之间的连通管，端 头井和端头井通过干管连接四通换向阀，四通换向阀同时通过干管连通冷热需求装置 进出水口，连接冷热需求装置的干管中串接有水泵。第10页共11页编号：时间：2021年X月X日 书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 页码：第1。页共11页该系统装置，用一台水泵推动系统中的水流动，使井水与大地进行冷热交换。采用 该系统装置,利用大地浅层能，进行冷热交换，可以用于制冷制热,也可以直接用于 工业设备的冷却，还可以用于桥梁路面和重要道路的解冻防滑。多井冷热交换及蓄能装置费用比深井抽水方式费用高，但是，多井冷热交换及蓄能 装置可以解决深井抽水易污染、回灌难、地面下沉或无地下水可抽取等难题。四地下冷热交换装置实施成本分析地下埋管（耦合）热泵系统、抽地下水热源热泵系统和利用地表水（江、河、湖、 海）为冷热源的热泵系统,这三大类方式以抽取地表水最为经济，抽取地下水方式次 子，地下埋管（棉合）方式较贵。前面已经简单介绍三种方式的局限性及存在的问题，这里仅对几种埋管方式的成本 进行分析。埋管方式分水平、垂直和螺旋三种，水平埋管费用勒氐,螺旋埋管次之,垂直埋管 最贵（岩石钻井1单位能量负荷费用,水平埋管约是螺旋埋管的二分之一，螺旋埋管约是垂直埋管的 二分之一。目前，因场地问题，地源热泵冷热交换装置用的最多的，也是政府推行的，是垂直 埋管方式。这里将它的埋管成本简单描述一下：钻井费用：土壤20元/米、中风化岩石75元/米、弱风化岩石90元/米、硬岩 100-110 元/米;井内下管灌浆：10元/米； 在有岩石的地带（地球绝大部分地区岩石层在负15米左右）一口 100米深的成井第10页共11页编号：时间：2021年X月X日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 页码：第11页共11页及埋管约一万元人民币左右的成本。该专利技术我们已经在武汉实际项目中应用了多处，总面积约12000平方米，并 可达到垂直埋管的相同能力,节省埋管成本百分之四十左右，如果得到广泛的推广, 社会效益是可想而知的。五推广实施1 .组织一个推广实施小组；2 .制定推广实施方案；3 .推广实施小组组织，在一个项目上试用,目的是为了能具有权威性的广泛推广，并 整理完善和规范实施过程每个环节；4 .在推广项目中做好服务指导工作。前三项工作可在3到6个月时间内来完成。武汉市浅层能能源环保科技有限公司2009.11.9第11页共11页