地源热泵技术综述课件.ppt

1、一、生态环境形势；二、河北省地源热泵发展情况；三、地源热泵的相关政策；四、地源热泵技术；五、地源热泵存在的问题；六、地源热泵的发展方向；地球生命力指数：衡量地球生态状况的一种指数概念，这一概念通过对2688个分布在不同生态系统和地区的哺乳动物、鸟类、爬行类、两栖类及鱼类物种中9014个种群的规模变化趋势来衡量地球上生物多样性的变化。相当于借助对物种丰富度变化的表述，衡量地球的生态状况。1970年以来，地球生命力指数下降了28%，其中热带在不到40年中下降了61%，属于地球生命力指数下跌的重灾区。在生物多样性不断丧失的同时，人类的生态足迹已经超过了地球生态系统的供给能力。人类正在使用相当于1.5

2、个地球的资源来维持生活。WWF中国副首席代表李琳说，按目前的模式预测，到2030年，人类将需要两个地球来满足生存需求，到2050年，人类需要2.9个地球。一、生态环境形势生态足迹：任何已知人口(某个个人、一个城市或一个国家)的生态足迹是生产这些人口所消费的所有资源和吸纳这些人口所产生的所有废弃物所需要的生物生产土地的总面积和水资源量(单位是：全球公顷)。尽管中国的人均生态足迹低于全球平均水平，且大大低于欧美国家，但已是其自身生物承载力的2.5倍，；同时，由于人口基数大，中国的生态足迹总量从2004年开始已经是全球最大。碳足迹：即人类生存所排放废气物的CO2足迹当量，这一点反映节能减排的紧迫性。

3、地球超载日：以年未计算周期的生态越界日或地球负债日，过完这一日人类已经消耗完当年地球可再生资源的总量。1993年为10月22日，2013年为8月20日，每十年提前一个月。地源热泵应在节能减排，治理雾霾和城乡供热空调中发挥更大的作用：2013年全国74个城市PM2.5年日均浓度分布二、二、河北省地源热泵发展情况河北省地源热泵发展情况上图为河北省发改委委托河北省科学院检测的地源热泵项目情况统计。2007-2015累计检测建筑面积，1346万平米，以2015年为例，住宅占比78.6%。地源热泵工程的检测面积不足全部地源热泵工程的30%。与地源热泵技术相关的政策分两个层面（节能减排鼓励政策和城市供热相

4、关政策）：节能减排与京津冀一体化；地方可再生能源发展规划；地方供热发展规划；项目补贴政策三、地源热泵技术的相关政策 到2020年，应对气候变化工作的主要目标是：控制温室气体排放行动目标全面完成，非化石能源占一次能源消费的比重到15%左右。发展绿色建筑：采用先进的节能减碳技术和建筑材料，因地制宜推动太阳能、地热能、浅层地温能等可再生能源建筑一体化应用。推动其他可再生能源利用：鼓励因地制宜推进浅层地温能冬季供暖、夏季制冷示范。国家应对气候变化规划2014-2020 21条：控制煤炭消费总量：按照国家要求，完成节能降耗目标，加大非化石能源利用强度等措施替代燃煤。到2017年，煤炭占能源消费总量比重较

5、2012年明显降低，全省净削减4000万吨。23条：加快清洁能源替代利用。开发利用地热能、风能、太阳能、生物质能，安全高效发展核电。逐步提高城市清洁能源使用比重。28条：积极发展绿色建筑。新建建筑严格执行强制性节能标准，推广使用太阳能热水系统、地源热泵、空气源热泵、光伏建筑一体化、“热电冷”三联供等技术和装备。河北省大气污染防治行动计划实施方案 推广绿色信贷，支持符合条件的项目通过资本市场融资。探索排污权抵押等融资模式。加快核电、风电、太阳能光伏发电等新材料、新装备的研发和推广，推进生物质发电、生物质能源、沼气、地热、浅层地温能、海洋能等应用，发展分布式能源，建设智能电网，完善运行管理体系。中

6、共中央 国务院关于加快推进生态文明建设的意见 河北是京津冀生态环境支撑区，要在京津冀交通一体化、生态环境保护、产业升级转移等重点领域率先取得突破。没有交通一体化，没有环保一体化，就没有京津冀一体化。京津冀必须执行统一的最严格的环境保护标准，到2015年底，京津冀及周边地区地级及以上城市建成区，除必要保留的以外，全部淘汰每小时10蒸吨及以下燃煤锅炉、茶浴炉；北京市建成区则要求取消所有燃煤锅炉，改由清洁能源替代。京津冀协同发展规划纲要国务院办公厅发布2014-2015年各地区燃煤锅炉淘汰任务附件中规定河北淘汰任务为2.2万吨。建设部民用建筑节能管理规定指出：国家鼓励发展的八项建筑节能技术中第五项直

7、接提到利用地热技术。2005年全国人大通过了可再生能源法，建设部将地源热泵供热空调技术列入新的建筑业十项新技术。2010年11月24日发改委会同环保部等部门编制的节能环保产业发展规划在七个节能子行业中就有建筑地源热泵技术。国务院办公厅2014年6月7日能源发展战略行动计划(2014-2020年)国办发201431号 大幅增加风电、太阳能、地热能地热能等可再生能源和核电消费比重，为进一步推广地源热泵技术的应用，财政部与住建部联合发文，对于地源热泵应用工程提供资金补贴，目前河北省对地源热泵技术已有明确的优惠政策。河北省发改委财政厅文件【冀财建（2015）101号】河北省电力需求侧管理专项资金管理办

8、法石家庄市人民政府关于推进可再生能源建筑规模化应用的实施意见2010年5月27日河北省“十三五”可再生能源发展目标发展规模消费量折标煤数量单位数量单位数量（万吨）一、发电4072 万千瓦549亿千瓦时16481.风电2080 万千瓦327 亿千瓦时981 2.光伏1500 万千瓦180 亿千瓦时540 集中式地面电站1100 万千瓦132 亿千瓦时396 分布式光伏400 万千瓦48 亿千瓦时144 3.光热发电50 万千瓦13 亿千瓦时38 4.生物质发电78 万千瓦30 亿千瓦时70 农林生物质发电50 万千瓦20 亿千瓦时45垃圾发电25 万千瓦10 亿千瓦时23沼气发电3 万千瓦1 亿

9、千瓦时25.水电364 万千瓦7亿千瓦时20其中抽水蓄能307 万千瓦亿千瓦时二、供热5191.太阳能热利用182 太阳能集热1600 万平方米182 万吨182 2.地热能利用13000 万平方米337万吨337三、供气57 1.农村户用沼气326 万户1 亿立方米7 2.大中型沼气10000 处2 亿立方米14 3.生物天然气125 处5 亿立方米36 四、燃料83 1.生物质成型燃料50 万吨50 万吨25 2.燃料乙醇25 万吨25 万吨25 3.生物柴油25 万吨25 万吨33 四、地源热泵技术热泵分类地源热泵系统的使用条件地下水源热泵地埋管地源热泵深层地热水综合利用高温热泵单供热运

10、行的地源热泵夏季补热技术复合热泵技术热泵分类热泵化学热泵物理热泵热泵空气源热泵地源热泵地下水源热泵污水源热泵地表水源热泵土壤耦合热泵地源热泵系统适用条件地源热泵系统适用条件1、地源热泵系统的优点由于一年四季的地下环境参数在1020C范围内变化，故其全年的制冷量与制热量输出(能力)比较稳定，没有“逆反”效应；正因为一年四季地下的环境参数均在较适宜的1020C范围内变化，其夏季的制冷效率EER与冬季的制热效率COP都相应要比空气源热泵系统髙2040；当地源热泵工程的冬季从地下累计取热量和夏季向地下累计放热量基本相等时，地源热泵系统可以不设任何冷却塔与辅助加热设备，从而减少了保养费用和改善了建筑的外

11、立面美观；充分利用了夏季制冷时的冷凝热，储存于地下，有效地减轻了城市的夏季热岛效应，同时也便于提供全年的生活热水。2、地源热泵系统的缺点初投资髙，因为地下钻井打眼埋管和打井都需要高额的工程建设费，尤其是在现场地质水文条件恶劣的情况下更为突出。在有一些工程中，其地下钻眼埋管或打井费用甚至和地上空调系统的建设费用相接近；地源热泵系统的全年供冷供热性能与经济性强烈依赖于建筑的冷、热负荷计算，空调末端形式，设备选用，和地下埋管或水井设计计算与施工。精心设计与精心施工的工程和粗制滥造的工程，无论在性能上、在初投资上、还是运行费用上、及使用寿命上都会有成倍的差别；目前，无论国内或国际水平而言，人们对于地下

12、岩土层与含水层中的传热，蓄热，以及热、质交换与迁移的规律的研究相对还是比较少和不够成熟，不一致、不统一的地方还是比较多，有时同一工程由不同的人进行设计，其差异性可能较大；就目前国内熟悉地源热泵系统的合格设计者而言，其数量有限。目前国内有经验的、合格的承包商不多。3 地源热泵系统的适用条件鉴于地源热泵系统是利用了地下30 m至300 m深、温度既不低又不髙的恒温带作为热泵系统的“源”与“汇”的地下环境，和全年空调热泵自身既需夏季排热和又需冬季取热的特点，确保了热泵的高效、稳定、和可持续地运行。因此，地源热泵系统的建设一般应遵循以下适用条件：全年室外空气平均温度(或地下恒温带温度)处于1020 C

13、的地域；具有经济打井的地质条件和拥有合适浅层地下水资源的地域；全年向地下总排热量和总取热量相等或接近的供热供冷工程，否则就需采用一些工程的辅助与补救措施；夏季供冷温度不低于5 C，冬季供热温度不高于60 C的工程；地下水地源热泵水井结构1、地下水地源热泵热源井设计要点 水文地质勘察应包括以下内容：地下水类型；含水层岩性、分布、埋深及厚度；含水层的富水性和渗透性；地下水水温及其分布；地下水径流方向、速度和水力坡度；地下水水位动态变化；地下水水质等。在确定有足够、适宜的水源地下水的情况下，应进行水文地质试验。试验应包括以下内容：抽水试验；回灌试验；测量出水温度；水流方向试验；取分层水样并化验分析分

14、层水质；渗透系数计算等。抽水试验及回灌试验应满足下列要求：1)抽水试验应稳定持续12h，且出水量应大于设计出水量，水位降深应小于5m；2)回灌试验应稳定持续36h以上，且回灌量应大于设计回灌量，在稳定期间内，扣除试验前水位日变幅值后的水位波动范围应在10cm以内。2、地下水地源热泵热源井设计与施工要求 l地下水热源井设计应符合现行国家标准供水管井技术规范（GB50296）的相关规定；并应包括下列内容：1)热源井的管井构造设计，包括井室、井壁管、过滤管、沉淀管、填砾层等的构造，尺寸及规格，还须校核过滤器表面渗透速度、当其速度超过允许流速时，应调整过滤器的尺寸（口径或长度）或出水量，以保持含水层的

15、渗流稳定性。2)管井的设计深度，应根据需水量和拟开采热源井含水层的埋深、层厚、水质、渗透性及出水能力等因素综合确定(一般小于200米)。2、地下水地源热泵热源井设计与施工要求 3)井孔必须保证井管的安装和维护，井管必须保证抽水设备的正常工作，并应采取减少空气侵入的措施。4)井管直径可根据取水量和管内流速计算确定。井孔直径除应能下入井壁管和滤水管外，还应满足围填滤料的要求。井孔终孔直径大于井管外径：采用填砾过滤器时，在中、初砂含水层中应大于200mm，在粉、细砂含水层中应大于300mm；采用非填砾过滤器时，应大于1000mm。2、地下水地源热泵热源井设计与施工要求5)井壁管和滤水管根据井深、水质

16、、技术经济条件等，可选用钢管、钢筋混凝土管、铸铁管、混凝土管、塑料管、无砂混凝土管等管材。各种管材的适宜深度应按表1的规定取值。金属井管用管箍丝扣连接或焊接；钢筋混凝土管、塑料管等采用焊接；混凝土管与无砂混凝土管采用粘接加绑扎。表1 各种管材适宜深度表管材类型钢管铸铁管钢筋混凝土管塑料管混凝土管无砂混凝土管适宜深度(m)4002004001502001501001002、地下水地源热泵热源井设计与施工要求6)过滤器根据含水层岩性进行选择，过滤器可采用填砾过滤器和非填砾过滤器。采用填砾过滤器的管井，井管与井孔均必须圆直，井管下入井孔时，必须要安装井管找中器。7)沉淀管底部必须用钢板焊死，并座落在

17、坚实的基础上，若下部孔段废弃不用时，必须用卵石或碎石填实。8)填砾石滤料必须按标准要求严格筛选，管外封闭中滤料项部至井口段，采用干粘土球填实。2、地下水地源热泵热源井设计与施工要求9)井口装置在设计时，应考虑设置回流管和排污管。10)管井抽水泵一般选用潜水泵。潜水泵下放深度应在动水位下5m处，安装要平稳，泵体应居中。水泵扬程应包括井内动水位到机房地面高度、管道阻力、水泵管道阻力和设备或板式换热器阻力。11)抽水井、回灌井施工完毕后，应立即进行洗井，直至水清砂净；抽水井、回灌井在进行抽水、回灌试验和运行后，方可投入正常使用。2、地下水地源热泵热源井设计与施工要求l抽水井与回灌井宜能相互转换，其间

18、应设排气装置。抽水管和回灌管上均应设置水样采集口及监测口。l根据地下水源热泵系统的设计和热泵机组的选型，确定热源井抽水量和回灌量及地下水利用温差。当水温和水量不能满足水源热泵机组使用要求时，可通过混水或设置中间换热器进行调节，以满足机组使用要求。l应根据地下水位、流向、补给条件和地形地质情况考虑井群布置方案，合理选取和布置取水井、回灌井的数量及位置。取水井、回灌井的间距应根据试验井的热干扰半径确定，一般以5080m为宜。l地下水供回水管的布置应考虑多口取水井、回灌井水量的平衡。地下水供回水管宜采用聚乙烯管直埋敷设，供水管宜保温，在寒冷地区，系统侧的循环水路应有防冻措施。输水管网设计、施工及验收

19、应符合现行国家标准室外给水设计规范（GB50013）及给水排水管道工程施工及验收规范（GB50268）的规定。3、地下水地源热泵对水质的要求 l地下水的水质包括水的化学成分、浑浊度、硬度、矿化度和腐蚀性等，参考现行国家标准工业循环冷却水处理设计规范（GB50050）的要求，并结合地下水地源热泵系统的工作特性及地下水化学特点，地下水地源热泵用地下水水质参考标准见表2。序号项目名称允许值1含砂量1/20万2浊度20NTU3pH值6.58.54硬度200mg/L5总碱度500mg/L6全铁0.3mg/L7CaO200mg/L8Cl-100mg/L9SO42-200mg/L10SiO250mg/L11

20、Cu2+0.2mg/L12矿化度350mg/L13游离氯0.51.0mg/L14油污5mg/L15游离CO210mg/L16H2S80一抽一灌200中粗砂5070一抽二灌100细砂3050一抽三灌50地埋管地源热泵1、大型地源热泵工程的重要环节、大型地源热泵工程的重要环节1、规划与设计：务必要由经验丰富的专业工程师把关，根据每一个工程的实际情况分别进行科学规划、整体设计、合理配置；包括地区环境、建筑状况、用能特点和主机设备、地源打井、管路连接等，避免随意照抄照搬其他设计图纸和任意选用无法确认实用工况特点的主机。2、地下换热量设计：合理参考简易的热物试验数值，只能参考、不能依赖。一般选定设计参数

21、最大不能超过40W/（大面积一般3040W/m2为宜），孔距45米为宜（不低于3.5米）。建议非特殊情况下尽量不用或少用双U，减少不必要浪费和技术风险。3、热泵机组选择：务必精心选择性能参数准确、匹配的热泵主机（蒸发温度适宜）；避免只认品牌定主机。理解品牌、质量、性能、参数的相互关系。（正确认识知名品牌、产品质量与新技术的关系）正确认识知名品牌、产品质量与新技术的关系）4、井位布置和井孔深度：按照负荷大小、场地现状合理分布；井深根据场地富余状况，一般为80140米为宜，最好不超过150米。5、水平、水平管道连接要重视考虑热场体均衡效应。尽量多路引入机房、可控。2、岩土热物性参数 岩土体类型、热

22、特性、热传导性、含水率、密度、温度等是影响地埋管换热系统性能的主要因素。就地表而言，垂直地表土方向的导热性大于水平方向的导热性，岩土的热物性参数可参见表1。表1 岩土热物性参数序号岩土名称天然含水量密度导热系数导温系数比热容(%)(kg/m3)(W/m.K)(m2/h)(kJ/kg.K)1粉土16.315900.630.001291.112粉土22.919201.260.001581.53粉土26.921301.790.002641.154粉土25.318501.450.001781.595粉土2619301.610.002221.356粘性土26.319901.410.001641.567粘

23、性土1920001.20.001521.428粘性土29.820501.660.001711.719粘性土30.121101.630.001971.41序号岩土名称天然含水量密度导热系数导温系数比热容(%)(kg/m3)(W/m.K)(m2/h)(kJ/kg.K)10粘性土2721701.550.001831.4111粘性土2920201.690.001841.6412粘性土31.421401.850.002231.413粘性土2020901.190.001361.5114细砂22.118001.60.002091.5315细砂11.115700.730.001651.0216细砂5.5131

24、00.640.00176117细砂814200.650.001960.8418细砂16.114600.860.00211.0119中砂714900.790.002010.9520中砂13.815101.060.002550.9921粗砂12.412601.060.002851.0622砾砂8.919501.410.002810.9323砾砂5.316001.040.00280.8424粗砾砂23.321301.880.002281.3925粗砾砂21.922001.750.001881.5226圆砾9.518601.440.003180.8827圆砾10.518300.940.001980.9

25、3表1 岩土热物性参数C序号岩土名称天然含水量密度导热系数导温系数比热容(%)(kg/m3)(W/m.K)(m2/h)(kJ/kg.K)28卵石+砂9.818401.620.003580.8929砂岩22501.840.00350.8430石灰岩27003.140.00460.9131石灰岩22501.280.002450.8432石灰岩20001.160.002270.9233石灰岩17000.930.002140.9234大理石+花岗岩30003.60.005170.8435大理石+花岗岩28003.450.004870.9136花岗岩27003.140.00460.9137石灰质凝灰岩1

26、3000.520.001570.9238灰质页岩17600.830.001661.02表1 岩土热物性参数C3、地埋管管材地埋管管材及管件应符合设计要求，且应具有质量检验报告和出厂合格证。地埋管管材及管件应采用相同材料，且应具有化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小等质量特性，一般采用高密度聚乙烯管（PE80或PE100）或聚丁烯管（PB），不宜采用聚氯乙烯（PVC）管。地埋管质量应符合国家现行标准中的各项规定。聚乙烯管应符合给水用聚乙烯（PE）管材GB/J13663的要求；聚丁烯管应符合冷热水用聚丁烯（PB）管道系统GB/T194732的要求。管材的公称压力及使用温度应满足设计要求，且

27、管材的公称压力不宜小于1.0MPa。地埋管外径及壁厚可按表2、表3的规定选用。公称外径dn平均外径公称壁厚/材料等级最小最大公称压力1.0MPa1.25 MPa1.6MPa202020.3252525.32.3+0.5/PE80323232.33.0+0.5/PE803.0+0.5/PE100404040.43.7+0.6/PE803.7+0.6/PE100505050.54.6+0.7/PE804.6+0.7/PE100636363.64.7+0.8/PE804.7+0.8/PE1005.8+0.9/PE100757575.74.5+0.7/PE1005.6+0.9/PE1006.8+1.1

28、/PE100909090.95.4+0.9/PE1006.7+1.1/PE1008.2+1.3/PE1001101101116.6+1.1/PE1008.1+1.3/PE10010.0+1.5/PE100125125126.27.4+1.2/PE1009.2+1.4/PE10011.4+1.8/PE100140140141.38.3+1.3/PE10010.3+1.6/PE10012.7+2.0/PE100160160161.59.5+1.5/PE10011.8+1.8/PE10014.6+2.2/PE100180180181.710.7+1.7/PE10013.3+2.0/PE10016.4

29、+3.2/PE100200200201.811.9+1.8/PE10014.7+2.3/PE10018.2+3.6/PE100225225227.113.4+2.1/PE10016.6+3.3/PE10020.5+4.0/PE100250250252.314.8+2.3/PE10018.4+3.6/PE10022.7+4.5/PE100280280282.616.6+3.3/PE10020.6+4.1/PE10025.4+5.0/PE100315315317.918.7+3.7/PE10023.2+4.6/PE10028.6+5.7/PE100355355358.221.1+4.2/PE100

30、26.1+5.2/PE10032.2+6.4/PE100400400403.623.7+4.7/PE10029.4+5.8/PE10036.3+7.2/PE100表2 聚乙烯（PE）管外径及公称壁厚（mm）公称外径dn平均外径公称壁厚最小最大202020.31.9+0.3252525.32.3+0.4323232.32.9+0.4404040.43.7+0.55049.950.54.6+0.6636363.65.8+0.7757575.76.8+0.8909090.98.2+1.011011011110.0+1.1125125126.211.4+1.3140140141.312.7+1.416

31、0160161.514.6+1.6表3 聚丁烯（PB）管外径及公称壁厚（mm）3、地埋管管材埋地管道应采用热熔或电熔连接。聚乙烯管道的连接应符合国家现行标准埋地聚乙烯给水管道工程技术规程（CJJ101）的有关规定。地埋管宜根据设计中选用的管材长度由厂家成捆供货，以减少埋管接头数量。竖直地埋管U形管的组对长度应能满足插入钻孔后与水平环路集管连接的要求。组对好的U形管的两接头部位应及时密封。竖直地埋管换热器的U形管接头，宜选用定型的U形弯头成品件，不宜采用直管道煨制弯头，有条件时宜由生产厂家将弯头或定型连接件与U形管连接好，成套供货。4、地埋管水力计算 地埋管换热系统设计时应根据实际选用的传热介质

32、的水力特性进行水力计算。国内目前塑料管的比摩阻均是以水为传热介质，对添加防冻剂的水溶液均无相应数据，水力计算时可按地源热泵工程技术指南（Ground-source heat pump engineering manual）推荐的方法进行。1)确定管内流体的流量、公称直径和流体特性。2)根据公称直径，确定地埋管的内径。3）计算地埋管的断面面积：式中 地埋管的断面面积（）；地埋管的内径（m）。24jdAAjd2m4、地埋管水力计算4)计算管内流体的流速:式中 V 管内流体的流速（m/s）；G 管内流体的流量（）。5)计算管内流体的雷诺数，应该大于2300以确保紊流：式中 管内流体的雷诺数；管内流体

33、的密度（）；管内流体的动力黏度（）AGV3600jeVdR eRhm/33/mkg2/.msN4、地埋管水力计算6)计算管段的沿程阻力 ：式中 计算管段的沿程阻力（Pa）；计算管段单位管长的沿程阻力（Pa/m）；计算管段的长度（m）。7)计算管段的局部阻力：式中 计算管段的局部阻力（Pa）；计算管段管件的当量长度（m）。管件的当量长度可按表4计算。yP75.125.125.075.0158.0VdPjdLPPdyyPdPLjdjLPPjPjL名义管径弯头的当量长度（m）T形三通的当量长度（m）90标准型90长半径型45标准型180标准型旁流三通直流三通直流三通后缩小1/4直流三通后缩小1/23

34、/8DN100.40.30.20.70.80.30.40.41/2DN120.50.30.20.80.90.30.40.53/4DN200.60.40.311.20.40.60.61DN250.80.50.41.31.50.50.70.85/4DN3210.70.51.72.10.70.913/2DN401.20.80.61.92.40.81.11.22DN501.510.82.53.111.41.55/2DN631.81.313.13.71.31.71.83DN752.31.51.23.74.61.52.12.37/2DN902.71.81.44.65.51.82.42.74DN1103.1

35、21.65.26.422.73.15DN12542.526.47.62.53.746DN1604.93.12.47.69.23.14.34.98DN2006.143.110.112.245.56.1表4 管件当量长度表 4、地埋管水力计算8)计算管段的总阻力 ：式中 计算管段的总阻力（Pa）。在相同管径、相同流速下，雷诺数大小依次为：水、CaCl2水溶液、乙二醇水溶液，其临界流速比为：1：2.12：2.45。为了保持管内的紊流流动，CaCl2水溶液、乙二醇水溶液需采用比水大的流速和流量。2.在相同管径、相同流速下，水的换热系统最大，其大小依次为：水、CaCl2水溶液、乙二醇水溶液，其具体比值与

36、管径和流速有关，其大小比值约为：1：0.470.62：0.410.56 zPjyzPPPzP4、地埋管水力计算由于地埋管换热器内传热介质的流动一般均在紊流或紊流光滑（过渡）区内，即2300Re 。在此范围内，在相同管径、相同流速下，CaCl2水溶液、乙二醇水溶液管路沿程阻力为水的1.44倍和1.28倍。一般来说，地埋管换热器的环路压力损失宜控制在3050KPa/100m，最大不超过50 KPa/100m。在同程系统中，选择压力损失最大的热泵机组所在环路作为最不利环路进行阻力计算。地埋管最不利环路的压力损失，再加上热泵机组、平衡阀和其它设备管件的压力损失，并考虑一定的安全裕量，即可确定地埋管侧循

37、环水泵的扬程。根据系统总流量和水泵扬程，选择满足要求的水泵型号和台数。5105、地埋管换热系统的其他要求 地埋管换热器施工过程中，应严格检查并做好管材保护工作。当室外环境温度低于0时，不宜进行地埋管换热器的施工。地埋管换热系统设计时应考虑地埋管换热器的承压能力，地埋管换热器的承压能力可按下式计算确定：其中 管路最大压力（Pa）；地埋管中流体密度（）；重力加速度（）；地埋管最低点与闭式循环系统最高点的高度差(m)；水泵扬程（m）。hPghPP5.00PghhP3/mkg2/sm5、地埋管换热系统的其他要求若建筑物内系统压力超过地埋管换热器的承压能力时，应设中间换热器，以满足地埋管换热器的承压要求

38、。地埋管换热器的传热介质一般为水，在有可能冻结的地区，应在水中添加防冻剂。添加防冻剂后的传热介质的冰点宜比设计最低运行水温低35，以防止管路结冰。选择防冻剂时，应同时考虑防冻剂对管材与管件的腐蚀性，防冻剂的安全性、经济性及其换热特性。目前应用较多的防冻剂主要有：1)盐类溶液：氯化钙和氯化钠水溶液；2)乙二醇水溶液：乙烯基乙二醇和丙烯基乙二醇水溶液；3)酒精水溶液：甲醇、异丙基、乙醛水溶液；4)钾盐水溶液：醋酸钾和碳酸钾水溶液。5、地埋管换热系统的其他要求添加的防冻剂的类型、浓度及有效期应在水系统充注阀处注明。地埋管换热系统应设自动充液及泄漏报警系统。一般应在分水器或集水器上预留充液管，在系统循

39、环回路上设开式膨胀水箱或闭式稳压灌，安装压力表、温度计、流量计等基本仪器。地埋管换热器安装前后均应对管道进行冲洗。地埋管换热系统宜设置反冲洗系统，冲洗流量宜为工作流量的2倍。地埋管换热系统施工及调试过程中，应按地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2005）的要求进行水压试验，水压试验应有详细文字记录。6 6、单井循环地源热泵系统、单井循环地源热泵系统l单井循环换热地能采集井物理模型单井循环换热地能采集井物理模型 本课题的研究对象是单井循环换热地能采集井，它以循环水作为介质采集地下温度低于25C的热能，实现了地下水的同层完全回灌。这种井不消耗也不污染地下水，因此对于地下水体质量是安全的。有

40、蓄能颗粒的单井循环换热地能采集井的物理过程为，循环水由绝热井壁内部抽水区的潜水泵抽出排走送入热泵机组经过放热或者吸热后，由热泵机组返回进入地能采集井上部的加压回水区内部。水流在绝热井壁与隔离膜之间有蓄能颗粒的环形空间内流动，大部分进入下部抽水区，一小部分透过孔壁的隔离从加压回水区通过渗透流到土壤介质中，最后从抽水区回流。地能采集井的所有回水透过绝热井壁下部的花管由潜水泵抽走送回热泵机组。无蓄能颗粒的单井循环换热地能采集井中绝热井壁与隔离膜之间的空间没有蓄能颗粒，充满介质水，其余部分的构造和传质传热物理过程与有蓄能颗粒的单井循环换热地能采集井相同。单井循环换热地能采集井又可以分为单一含水层和多水

41、层采集井，单一含水层单井循环换热地能采集井的含水层有单一潜水层、单一承压水层、潜水-承压水层、承压-承压水层等。单井循环换热地能采集井的多孔介质总共包括两种，一种是绝热井壁与隔离膜之间充满蓄热颗粒，其特点是有良好的蓄热性能。蓄热颗粒的蓄热系数很大，亦即热流波动的振幅与温度振幅的比值很大。另一种是隔离膜外侧的饱和土壤多孔介质，其作用是通过水与蓄能颗粒之间交换热量和水，亦即传热传质。可见单井循环换热地能采集井是含有两种多孔介质的对流传热传质的水热耦合体，水在其中发挥最重要作用。示范示范项目项目 1)怀柔雁栖湖国际会展中心工程怀柔雁栖湖国际会展中心工程项目概况项目概况 工程位于北京怀柔区雁栖湖生态发

42、展示范区，由工程位于北京怀柔区雁栖湖生态发展示范区，由5000人主会人主会议厅、宴会厅、媒体厅、餐厅、辅助用房等组成，总建筑面议厅、宴会厅、媒体厅、餐厅、辅助用房等组成，总建筑面积约积约59000 m2。a、被测井、被测井HYY-YXH-02的最小循环水流量是的最小循环水流量是14.2m3/h，相应的，相应的出回水温差为出回水温差为8.6，井的换热功率是，井的换热功率是142kW；b、被测井、被测井HYY-YXH-02的最大循环水流量是的最大循环水流量是30.5m3/h，相应，相应的出回水温差为的出回水温差为6.6，井的换热功率是，井的换热功率是233kW。C、静水位静水位23m，动水位，动水

43、位58m，采集井出水量达到，采集井出水量达到30m3/h，循，循环水量环水量35m3/h，根据测试一工况，根据测试一工况3的温度参数，测算井的换热的温度参数，测算井的换热功率是功率是268kW，达到设计要求。，达到设计要求。2）延庆供电公司项目）延庆供电公司项目工程概况工程概况本项目位于北京市延庆县庆园街本项目位于北京市延庆县庆园街53号延庆供电公号延庆供电公司院内，项目的总建筑面积约为司院内，项目的总建筑面积约为17400平方米。地平方米。地质条件为细砂、粘土。设计质条件为细砂、粘土。设计15口地能采集井，其口地能采集井，其中中7口进行测试。口进行测试。3）八家村办公楼项目）八家村办公楼项目

44、工程概况工程概况本项目位于北京市海淀区八家村内，总建筑面积为本项目位于北京市海淀区八家村内，总建筑面积为23500，地下一层，地上七层。主要建筑功能办公室。地质条件为胶地下一层，地上七层。主要建筑功能办公室。地质条件为胶泥、粘土。设计泥、粘土。设计9口地能采集井，其中口地能采集井，其中3口进行测试。口进行测试。小结小结（1）单井循环换热地能采集井按结构分为两类：有蓄单井循环换热地能采集井按结构分为两类：有蓄能颗粒采集井和无蓄能颗粒采集井。能颗粒采集井和无蓄能颗粒采集井。有蓄能颗粒采集井，循环水由置于隔热管底部抽水区的有蓄能颗粒采集井，循环水由置于隔热管底部抽水区的潜水泵抽出，进入热泵机组放热或

45、吸热后，由热泵机组潜水泵抽出，进入热泵机组放热或吸热后，由热泵机组返回进入地能采集井的上部加压回水区内。水流在有蓄返回进入地能采集井的上部加压回水区内。水流在有蓄能颗粒的环形空间内向下流动至抽水区，透过隔热管下能颗粒的环形空间内向下流动至抽水区，透过隔热管下部的花管部分进入隔热管，再由潜水泵抽出。部的花管部分进入隔热管，再由潜水泵抽出。单一水层无蓄能颗粒地能采集井，井水由置于隔热管底单一水层无蓄能颗粒地能采集井，井水由置于隔热管底部抽水区的潜水泵抽出，进入热泵机组放热或吸热后，部抽水区的潜水泵抽出，进入热泵机组放热或吸热后，由热泵机组返回进入隔热管上部的加压回水区，通过花由热泵机组返回进入隔热

46、管上部的加压回水区，通过花管流出地能采集井外与周围岩土体进行热交换后，通过管流出地能采集井外与周围岩土体进行热交换后，通过隔热管下部的花管进入隔热管内再由潜水泵抽出。上述隔热管下部的花管进入隔热管内再由潜水泵抽出。上述抽水区和加压回水区应在同一水层内，实现同层回灌。抽水区和加压回水区应在同一水层内，实现同层回灌。多水层无蓄能颗粒地能采集井，在多水层地质结构的地多水层无蓄能颗粒地能采集井，在多水层地质结构的地区可采用两个或多个井上下叠加的结构。区可采用两个或多个井上下叠加的结构。（2）地能采集井设计应包括下列内容：地能采集井设计应包括下列内容：1）搜集拟建地能采集井（井群）地区的水文地质资料，搜

47、集拟建地能采集井（井群）地区的水文地质资料，进行现场踏勘；进行现场踏勘；2）确定地能采集井的类别：有蓄能颗粒地能采集井或确定地能采集井的类别：有蓄能颗粒地能采集井或无蓄能颗粒采集井；无蓄能颗粒采集井；3）地能采集井区的范围、确定地能采集井的数量和位地能采集井区的范围、确定地能采集井的数量和位置；置；4）确定地能采集井的结构；确定地能采集井的结构；5）确定循环水量、供热（冷）功率确定循环水量、供热（冷）功率（3）地能采集井位置应根据拟建地能采集井区的地质和水）地能采集井位置应根据拟建地能采集井区的地质和水文地质条件确定并应符合下列要求：文地质条件确定并应符合下列要求：1)靠近机房；靠近机房；2)

48、地能采集井位与建（构）筑物应保持足够的距离，以地能采集井位与建（构）筑物应保持足够的距离，以保证建筑物的安全和地能采集井的正常工作；保证建筑物的安全和地能采集井的正常工作；3)相邻两口有蓄能颗粒地能采集井的距离不宜小于相邻两口有蓄能颗粒地能采集井的距离不宜小于8 米，米，相邻两口无蓄能颗粒地能采集井的距离不宜小于相邻两口无蓄能颗粒地能采集井的距离不宜小于10米；米；4）对于地能采集井群，应最大限度地保持地能采集井的对于地能采集井群，应最大限度地保持地能采集井的中心连线的方向与当地地下水流方向垂直。中心连线的方向与当地地下水流方向垂直。（4）地能采集井结构设计宜包括下列内容：）地能采集井结构设计

49、宜包括下列内容：1)地能采集井直径和深度；地能采集井直径和深度；2)蓄能颗粒材料种类、规格和数量；蓄能颗粒材料种类、规格和数量；3)隔离膜和阻水换热壁的结构、性能；隔离膜和阻水换热壁的结构、性能；4)导流板的结构和位置。导流板的结构和位置。（5）采集井供热能力采集井供热能力对于不同的地质条件，宜参考下表确定地能采集井结构和对于不同的地质条件，宜参考下表确定地能采集井结构和相关参数。其中供热功率适用于供暖工况。制冷工况的供相关参数。其中供热功率适用于供暖工况。制冷工况的供冷功率宜按供热功率的冷功率宜按供热功率的1.3-1.5倍计算。倍计算。（6）采集井蓄能颗粒、渗透膜参数1）蓄能颗粒宜采用直径1

50、0mm100mm的球形体，强度应大于C50。组成的环形空间的渗透系数应大于原地质结构的20倍以上；2）隔离膜的厚度宜小于3mm，孔隙率宜小于5%，有足够的抗拉和抗压强度，材质应该符合饮用水管件的相关标准；3）阻水换热壁宜采用低渗透系数材料，渗透系数宜不大于0.001m/d；4）沉淀段长度宜不小于1m。深层地热水综合利用技术热泵机组蒸发器冷凝器4030热泵机组蒸发器冷凝器30206550热用户65556555供暖循环泵热泵机组蒸发器冷凝器2010655580板式换热器热用户8040地热水设计思路能效计算序号提取顺序提取温度能效比1一级提取40-305.232二级提取30-204.003三级提取2