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1、分类号UDC密级烈漠射手篓夫哮硕士学位论文地下水源热泵的水源问题研究及能耗模拟Study on the Water Source and the EnergyConsumption Simulation of the Groundwater HeatPumps in WuHan赵峰指导教师姓名： 邵林广教授 武汉科技大学城建学院申请学位级别论文定稿日期学位授予单位学位授予日期文远高教授 武汉科技大学城建学院答辩委员会主席评 阅 人武汉科技大学硕士学位论文 第1页捅 要近几年来，地下水源热泵系统因其具有能耗低、污染小、运行稳定可靠等特点而被广泛采用。但是地下水源热泵系统因受地质条件、初期投资高等
2、因素影响，使其低能耗的特点没有突显出来。因此，必须对地下水源热泵系统的水源问题和年能耗进行研究，以确定其在某一特定地区推广的可能性。在分析地下水源热泵的基础上，对地下水源热泵系统所用水源的地质情况、水质要求进行讨论，提出地下水源热泵用地下水水质标准和相应的水质处理措施。采用温频法对武汉地区地下水源热泵系统的全年能耗进行模拟。以武汉近十五年的气象数据为依据，计算出武汉地区以2为温频段的全年和一班制温频数据。在此基础上，模拟武汉一办公楼空调系统全年耗电量，与空气源热泵进行比较，地下水源热泵系统较空气源热泵系统夏季节能2326，冬季节能1909。对建筑功能不同的两个应用地下水源热泵的工程实例进行分析
3、：地下水源热泵系统机房设备中，热泵机组的用电量占整个机房用电量的6829；办公楼空调系统夏季耗电量高于住宅楼：窗墙比为35的办公楼空调系统较窗墙比为80的节能54，减小窗墙比可以大大降低空调能耗。针对使用地下水源热泵可能存在的问题，如地下水源问题、井的老化、回灌等，提出相应的解决措施。关键词：地源热泵地下水武汉温频法能耗模拟第1I页 武汉科技大学硕士学位论文AbstractThe groundwater heat pump systems(OWHPs)were widely extended in the recent years forits reliability of running，l
4、ow energyconsumption，less contamination etcThe application ofthis system，however,was restricted by the high cost of initial capital investment and geologicalconditionsConsequently,studying on the water source and annual energyconsumption of heatpump systems should be intensified，then the possibility
5、 of spreading in some areas could beconfirmedBasing on the analysis of the GWHPs，the geological conditions and demand for theGWHPs were discussed，furthermore，a criteria and the corresponding measurement of watertreatment were proposed for the GWHPsThe BIN method was adopted to simulate the annual en
6、ergy-consumption of GWHPsBasing on the weather data of a standard year in Wuhan，which derived from the data of the last15 years，the data for the BIN method of annual and 8-hours system were calculatedThe annualenergy-consumption of an office building in Wuhan was obtained and compared with the palme
7、rof the air-source heat pump systems，the result shows that the energy consumption of the formerwas approximately less than the second 23in summer and 19in winterCase analysis between the two different functional buildings for the application of GWHPswas performed，the consumption of electricity of th
8、e heat pump unit was the maximal among theequipment of GWHPs，account for about 6829through out the systemsThe consumption ofelectricity of the air conditioning systems of office building was greater than the residencesTheenergy consumption of which the ratio of window to wall is 35was less 54than th
9、ose whichthe ratio is 80This infer that reduce the ratio of window to wall could markedly take fromthe energy consumption of air conditioning systemsFinally,the relevant solution concerning the possible problem of GWHPs，egundergroundwater resource，aging of well，injection was suggestedKeywords：Ground
10、Source Heat Pumps，underground water,WuHan，BIN method，energycomsumptiou simulation学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：丧舞 矽f年12月r日武汉科技大学硕士学位论文 第1页第一章前言11建筑能耗与可持续发展经济和社会的发展离不开能源，在全世界日益增长的能源消耗中，无论是工业发达国家还是发展中国家，建筑能耗都是一个国家总
11、耗能的重要组成部分。有关数据表明(表11)11：在欧美一些发达国家建筑物的能耗约占一个国家总能耗的3050。住宅建筑能耗中【2】采暖、通风和空调耗能占65，热水15，照明、电视14，厨房炊事6。表l_1 建筑能耗占总耗能的比例我国建筑业耗能量约占总耗能的25f31，其中暖通空调的使用能耗占建筑能耗量的一半以上。据统计【4】，武汉市空调能耗占建筑总能耗的22337941，平均空调能耗为4290。随着我国经济的发展，建筑能耗占总能耗的比重和暖通空调能耗占建筑能耗的比重都将不断增长。因此，解决全国能源紧张的问题，从空调系统着手是个重要方面。纵观当今世界范围内空调技术研究的重点，从可持续发展的角度出发
12、， “节能”与“环保”的重要性目益受到重视。热泵作为一种回收和利用低位热能的有效手段之一，既可以在夏季制冷，又可以在冬季制热，同时还具有高效、节能、环保等优点，所以在暖通空调工程中的应用也El益增多。常用空调冷热源主要有：空气、地表水、地下水和太阳能等。相对于地球表面的空气和水来说，地下含水层(一般在地下lO米以下)温度相当于该地区全年空气平均温度，且不受季节变化的影响。因此，使用地下含水层储藏夏季的太阳能来满足冬季采暖的需要不失为一种高效利用太阳能的好办法。地下水源热泵即主要采用地下水作为冷热源，水温不受气候变化的影响，常年比较稳定。同时，与空气等其它热源相比，水的比热容最大，传热性能最好。
13、所以，在诸多热泵种类中，地下水源热泵的能效比是最高的。因此，近年来地下水源热泵在我国得到迅猛发展。但由于这项技术在我国的应用和研究尚不成熟，仍有很多问题值得商榷，如：地下水源热泵系统对地下水环境的影响、系统全年能耗，以及在使用中存在的问题等。因此，本文将重点对以上方面的相关内容进行研究。12地源热泵技术121地源热泵的特点地源热泵利用地球表面浅层土壤或水源中的地热能作为热(冷)源，冬季通过热泵机组将地热能转移到需供暖的建筑物内；夏季通过热泵机组将建筑物内的热量转移到土壤或水第2页 武汉科技大学硕士学位论文源中，从而实现冬季供暖、夏季制冷。它是一种高效、环保、节能的空调设备。地源热泵的特点及优势
14、如下5、19】：(1)属于清洁的可再生低温能源，环保性能好。地源热泵利用的是储存于地表中清洁的、可再生的太阳能或地热能。地表浅层收集了47的太阳能量，它不受地域、资源等限制，无需锅炉，不会产生因燃油、燃煤所造成的空气污染，也没有废弃物。地源热泵机组通过热交换器与地下土壤或水源进行热量交换，不消耗水资源，不污染地下物质，因而又具备环保性能。(2)高效、经济、节能。地球表面或地表浅层水源的温度一年四季相对稳定，一般为1025，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的空调冷(热)源。这种特性使得地源热泵的制冷、制热系数可达3555。电加热器和锅炉供热只能将9098的电能或7090的燃料内
15、能转化为热能，而地源热泵将室外地热能连同机组所耗电能一并转移到室内，能源利用效率是电采暖方式的三至四倍。与传统的空气源热泵相比，地下水源热泵的能量利用效率要比空气源热泵高出40以上。因为地源热泵机组夏季冷凝温度低、冬季蒸发温度高，能效比和性能系数均大幅度提高。而且运行工况稳定，比传统中央空调系统节省3060的运行费用。据美国环保署(EPA)估计，设计安装良好的地源热泵，可以为用户节约3040的供热制冷空调的运行费用。(3)系统简单、使用方便、应用范围广。一套地源热泵系统可代替锅炉加制冷机组两套装置，系统简单，无室外机部件，保持建筑外部美观，避免了腐蚀和气候影响202”。各区域能独立选择制冷或供
16、暖，分区灵活，使用方便。地源热泵是一种介于中央空调和分散空调之间的优化能源空调方式，它既具有中央空调系统能效高、成本低和安全可靠的优点，又具有分散式空调器调节灵活方便，便于计费。此外，机组使用寿命长，均在15年以上；机组紧凑、节省空间；运行管理简单，自动化程度高，维护费用低。122地源热泵分类及其比较地源热泵分为以下几种类型22q5】：(1)地下水源热泵系统(Groundwater heat pumps，GWHPs)即深井回灌式水源热泵系统。通过抽水井群将地下水抽出，经过二次换热或直接送至水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下。(2)地表水热泵系统(Surface-water heat pumps，SWHPs)通过直接抽取或者间接换热的方式，利用包括江水、河水、湖水、水库水以及海水等作为热泵冷热源。(3)地下耦合热泵系统(Groundcouple he
