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1、山东省煤田地质局 山东亚特尔集团股份有限公司 中国地调局浅层地温能研究与推广中心山东实验中心,2015年10月,地源热泵系统集成技术及应用评价,王恩琦 高级工程师,,LOGO,内 容,,LOGO,一、复合式地源热泵系统基本概念,为了解决全年地下冷热不平衡，或为了降低系统初投资，又或为了解决设置地埋管换热器土地不足等问题，而设置辅助热源或冷源的地源热泵空调系统通常被称为复合式地源热泵空调系统（Hybrid Ground-source Heat Pump System）。,,LOGO,一、中国建筑热工分区图,由于寒冷或严寒地区冬夏季冷热负荷的不平衡，使得冬季从地下的取热量大于夏季往地下的放热量。,
2、由于夏热冬冷地区冬夏季冷负荷大，使得夏季往地下的放热量大于冬季从地下的取热量。,,LOGO,北方热负荷占优建筑，地下土壤温度逐年降低,一、冷热不平衡问题,,LOGO,一、冷热不平衡问题,南方冷负荷占优的建筑，土壤温度逐年升高，系统效率降低,,LOGO,地源热泵,地源热泵,生活热水,空气源,冷却塔,空气源,太阳能,地表水,污水源,一、复合式地源热泵系统分类,集中供热,工业余热,污水源,燃气锅炉,冷负荷占优,热负荷占优,,LOGO,一、多源辅助地源热泵复合式系统示意图,,LOGO,内 容,,LOGO,二、复合式地源热泵系统应用可行性分析,可行性分析具体步骤及流程：,现场勘查，了解项目概况 现场热物
3、性测试，出具热物性测试报告 建筑负荷预测，地埋管侧负荷估算 根据负荷及测试报告进行地埋管容量的初步确定 确定热泵机组的容量，及辅助设备容量 进行经济性分析：包括初投资，运行费用等 初步方案及结论,,LOGO,二、复合式地源热泵系统应用可行性分析：关键环节,二、复合式地源热泵系统简介,多用于分析地下岩土传热过程及热平衡,落实项目所在地能源结构及地质情况,分析地埋管钻孔个数与辅助冷热源设备的容量,前期勘察 资料收集,建筑负荷 模拟分析,复合系统 初步方案,,LOGO,钻孔可穿过多个不同地质层 可能有地下水流过 不同地质条件的导热系数不同 岩土导热系数是非常重要的参数 标准地源热泵系统工程技术规范要
4、求“进行现场的热物性测试。,二、地源热泵复合系统：关键环节 热物性测试技术,热物性测试的目的是获取地下热物性参数，导热系数，初始温度，热扩散率,,LOGO,二、地源热泵复合系统：关键环节 地埋管总长度设计,建筑冷热负荷地埋管冷热负荷，实际上： 地埋管的取热量=建筑热负荷-机组耗电量 Q1= Q1*(1-1/COP1) 地埋管的放热量=建筑冷负荷+机组耗电量Q2= Q2*(1+1/COP2),动态逐时传热模型，计算结果更趋合理 既考虑峰值负荷又考虑每月累计负荷； 使用范围广：可计算的时间跨度长，空间区域大 可维护性、扩展性强 可视化界面，易掌握使用,专业软件设计模拟,,LOGO,如何设计地源热泵
5、机组容量与辅助冷（热）源设备容量,三、复合式地源热泵系统优化设计及关键技术,二、地源热泵复合系统：关键环节,地埋管,辅助冷却源,辅助热源,,LOGO,内 容,,LOGO,三、复合式地源热泵系统严寒地区应用案例,本项目位于哈尔滨市南岗区，地源热泵系统承担建筑面积约为16.8万末端及5万车库采暖。本项目采用天棚辐射+地源热泵+燃气锅炉系统，室内温度常年保持在人体最佳舒适度20-26范围内。项目设计地埋管800口井，井深100m深，项目于2012年正式投入使用，使用效果良好，成为地源热泵系统在北方严寒地区成功应用的典范。,辰能溪树庭院住宅小区 黑龙江省第一个三星级绿色建筑项目,,LOGO,项目使用特
6、点： 1、根据气候特点确定地源热泵技术使用原则：地源热泵系统设计以夏季冷负荷为主来设计埋管量，并作为冬季供暖的辅助热源。即：800口井承担全部建筑的冷负荷，并承担5.32万的车库热负荷 2、根据土壤温度较低的特点，夏季使用时充分使用自然冷源，即不开热泵主机地埋管的水直接与室内换热，当升高到一定温度后开启主机，达到节能的效果。,三、复合式地源热泵系统严寒地区应用案例,,LOGO,通过本工程竖直埋管换热器的热物性测试的实验数据，分析该工程周围区域的地质情况、土壤的初始温度、土壤热容量、土壤导热系数以及竖直钻孔每延米换热量，得出地源热泵系统在本项目的使用的合理性，提出地埋管长度设计建议。,通过工程设
7、计计算的冷热负荷，初选空调方案并分析地下换热器的平衡性。在使用过程中如若地下换热器不平衡率比较大，则提出调整地埋管使用强度的思路，以保证地下换热器冷热平衡。,。,三、复合式地源热泵系统严寒地区应用案例,,LOGO,运行状况模拟,运行10年土壤温度变化曲线,结论：运行10年后，土壤温度基本不变，地下吸热量和取热量基本平衡,三、复合式地源热泵系统严寒地区应用案例,,LOGO,三、复合式地源热泵系统严寒地区应用案例,,LOGO,三、复合式地源热泵系统严寒地区应用案例,,LOGO,设计结论及建议： （1）本项目建议选用双U25，PE管，钻孔间距5m，钻孔深度为110米。 （2）建议循环液使用防冻液为1
8、6%乙二醇，埋管侧进出水温度-2/3，埋管总量为73441m。 （3）建议制冷季初期地下侧地埋管的水和乙二醇通过板换直接冷却建筑物室内冷负荷，当地下侧水流温度达到设定值（如18），开启热泵机组，使用热泵机组对建筑物室内负荷进行冷却。冬季使用过程中考虑到车库温度要求不用太高的因素，适时调节机组的运行状态，以保证地下吸热量和排热量基本相同，以达到地源热泵高效运行的目的。 （4）车库部分建议采用风机盘管。,三、复合式地源热泵系统严寒地区应用案例,,LOGO,三、太阳能地源热泵复合式系统应用案例,德州皇明蔚莱城项目：一期建筑面积20万住宅，钻井1800孔，100m/孔。利用太阳能+地源热泵+风机盘管系
9、统结合。太阳能制备生活热水，冬季辅助供热。,,LOGO,帝苑香格里拉： 总占地400余亩，净用地140亩，建筑面积7.6万平方米。项目钻井797眼，孔径150mm，总钻孔深度79700m，单孔深度100m。同时植入16项现代建筑科技与节能技术，如：分户地源热泵+分户太阳能中央空调+生活热水。,三、太阳能地源热泵复合式系统应用案例,,LOGO,1、分户太阳能与地源热泵联动中央热水技术本项目配置了集高寿命板式屋面集热器、高性能室内集热水箱和自动加压循环水泵与管道系统等于同一住户的太阳能中央热水系统，且实现了与地源热泵系统的一体化联动，实行分户控制、热量互补，可以自动控制实现24小时供应生活热水，独
10、立自由掌控系统水量、水温和水压。 2、地源热泵、太阳能与建筑一体化技术。帝苑香格里拉整合采用地源热泵、太阳能与建筑一体化技术，使地源热泵系统、太阳能热水系统与建筑物自身做到同步设计、同步施工、同步验收、同步交付使用。为探索整合各种建筑节能技术，实现更加美观、更加舒适、更加节能的居住效果，引领房地产业健康发展和绿色人居消费起到了较好的示范带动作用。,三、太阳能地源热泵复合式系统应用案例,,LOGO,三、竖直埋管与桩埋管复合的地源热泵系统,在建筑物建造时，将地源热泵系统的地埋管换热器置于建筑物混凝土桩基中，就可以使其与建筑结构相结合，成为桩埋管地热换热器。这种技术可以省去钻孔工序，节约施工费用，更
11、能有效的利用建筑物的地下面积，不占用地面。国外有些文献称之为“能量桩”地源热泵技术，也叫桩基埋管地源热泵技术。,1桩基螺旋埋管换热器；2地源侧分水器； 3地源侧集水器；4地源侧循环泵；5用户侧循环泵,桩基螺旋埋管换热器,,LOGO,三、竖直埋管与桩埋管复合的地源热泵系统,(1) 桩基螺旋管地源热泵系统的钻孔形式，不需要钻孔，亦即比单纯的竖直埋管形式的空调系统（无辅助冷热源）在地下换热器施工方面节省费用（节省的主要为钻孔费用）。 (2) 螺旋管被灌注在桩的里面，密实性好，传热面积大，传热性能好。 (3) 桩基螺旋管直接埋设在建筑物的下面，节省用地面积，提高了地源热泵系统的施工进度。,桩埋螺旋管式
12、地源热泵系统技术优势,,LOGO,我们依据自己建立的螺旋线热源三维非稳态传热模型，并在Delphi程序开发平台上自主开发能量桩地源热泵系统设计模拟软件,能量桩地源热泵系统设计模拟软件,三、竖直埋管与桩埋管复合的地源热泵系统,,LOGO,桩基埋管实验研究：抗压、抗拉、抗弯等,三、竖直埋管与桩埋管复合的地源热泵系统,,LOGO,项目鉴定意见,项目立项证书,“能量桩地源热泵系统的研究和工程应用”被鉴定为国际领先水平,三、竖直埋管与桩埋管复合的地源热泵系统,,LOGO,工程概况：瑞源名嘉汇项目位于青岛开发区的CBD区域，项目总占地面积为102725平方米，总开发面积约为47万平方米 。功能布局以高层办
13、公及公寓为主，底下为集中式的商业。 配置：桩埋管+热泵【3万平米底商】,三、竖直埋管与桩埋管复合的地源热泵系统应用案例,,LOGO,本项目为山东省煤田地质局部分事业单位综合办公楼项目，项目位于济南唐冶新区内，工程总建筑面积为41641，地上建筑面积35268.5，地下建筑面积为6372.5，该项目空调地源热泵+桩埋管+空气源热泵+风机盘管系统，埋管方式选择常用竖井埋管与螺旋桩埋管结合的形式，共设计竖井埋管388眼，单井深度120米，双U32PE管材，螺旋桩埋管52个，螺旋桩深度30米。,山东省煤田地质局部分事业单位综合办公楼,三、竖直埋管与桩埋管复合的地源热泵系统应用案例,,LOGO,三、冰蓄
14、冷地源热泵复合式系统应用案例,中航雷达与电子设备研究院苏州生产试验基地,本工程共10万，采用冰蓄冷土壤热泵系统夏季尖峰负荷为9700kW，冬季尖峰负荷为4700kW,,LOGO,三、冰蓄冷地源热泵复合式系统应用案例,本系统方案适合负荷变化曲线不平衡项目：1、利用蓄冷技术平衡电网昼夜峰谷电力负荷，减缓电厂建设，提高火电厂发电效率。2、减少了主机容量，降低了初投资并减少空调系统电力配电设施费用。3、合理利用峰谷电价差价，显著降低空调系统运行费用。4、空调系统使用更加灵活，节假日、休息日等小负荷状态下，可融冰供冷，无需开启制冷主机，避免制冷主机低效运行，节能效果明显。5、蓄冰装置的蓄冷量可作为应急冷源，短时间大负荷要求时可供冷，提高了空调系统的可靠性。6、使空调冷水机组更平稳地运行，更多时间处于满负荷工作状态，提高冷水机组的利用率和使用寿命。7、充分高效的利用了地埋管换热系统。,,LOGO,蓄能式地源热泵介绍： 概念：地源热泵技术与蓄能技术结合的一种系统 分类： 蓄能式地源热泵的技术优势1、可以有效地减少设备配置容量，提高设备利用率。2、可以有效地减少地埋孔的数量及占地面积。3、可以通过电网峰谷电价政策，节约大量运行费用。4、通过蓄能设备的能量调节，使得机组可以长期稳定地运行在高效区内，大幅度提高机组运行效率和整个系统的运行效率，进而节约运行费用。,
