地源热泵技术手册完整版.docx

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地源热泵技术手册完整版

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地源热泵技术手册

地

源

热

泵

技

术

手

册

概述......................................................44

第一章能热泵的发展及建筑节能..................................77

1.1热泵的概述.............................................77

1.2热泵的起源及发展.......................................77

1.3热泵的冷热源...........................................88

1.3.1空气...............................................8

1.3.2水.................................................9

1.3.3土壤...............................................9

1.3.4太阳能.............................................9

1.4热泵的特点............................................10

1.5空调系统的节能........................................10

第二章热泵的分类及特点....................................10

2.1空气源热泵............................................11

2.2水源热泵..............................................12

2.2.1地下水水源热泵系统（GWHP）.......................13

2.2.2地表水水源热泵系统（SWHP）.........................16

2.2.3土壤源热泵........................................17

2.3.地源热泵（直接膨胀式土壤换热器）.......................21

第三章地源热泵系统介绍....................................22

3.1能量采集系统..........................................23

3.1.1土壤的物理特性....................................24

3.1.2埋管的形式对换热器的影响..........................27

3.1.3系统内部液体温度Ti对机组换热器的影响..............28

3.1.4U型埋管内的液体流速对土壤换热器的影响.............29

3.1.5回填材料对土壤换热器的影响.........................29

3.1.6孔洞相邻间距对土壤换热器的影响......................30

3.2能量提升系统..........................................31

3.2.1地源热泵专用机组..................................31

3.2.2热泵的实际运行工况................................41

3.3能量释放系统..........................................43

3.3.1全水式地源热泵中央空调............................45

3.3.2全空气式空调系统..................................51

3.4流体循环系统控制......................................52

3.4.1流体的黏滞性......................................52

3.4.2流体的膨胀性......................................54

3.4.3系统的安全运行....................................55

3.5地源热泵在其它领域的应用...............................56

第四章热泵中央空调系统的设计及计算.........................56

一．通用设计规范：

：

........................................57

二．专用设计规范：

：

........................................58

三．专用设计标准图集：

.....................................58

4.1空气调节系统..........................................58

4.1.1建筑物冷热负荷的计算..............................58

4.1.2空调系统形式的确定................................64

4.1.3空调系统新风量的确定..............................67

4.1.4空调水循环系统....................................68

4.2能量提升系统..........................................74

4.2.1热泵机房设备的选型................................75

4.2.2地源热泵机房......................................79

4.2.3机组系统的连接....................................80

4.2.4管道的防腐与保温..................................82

4.3能量采集系统..........................................82

4.3.1水源热泵水井的确定................................82

4.3.2地源热泵中央空调地热交换系统的确定.................84

4.3.3现场的调查与分析..................................85

4.3.4地源热泵土壤换热器的设计..........................88

44..44空调系统节能..........................................102

4.4.1水源热泵——污水源（海水源）热泵空调系统...........102

4.4.2地源热泵——溶液除湿空调系统.......................107

4.4.3蓄冷空调技术......................................105

4.4.4.全热回收热泵机组................................106

4.4.5.太阳能·地源热泵空调系统.........................109

4.4.6.全热回收空调系统................................115

第五章地源热泵土壤换热器的安装及检验......................116

5.1水平热交换器的安装...................................117

5.2垂直热交换器的安装...................................117

5.3垂直换热器的成孔.....................................118

5.3.1钻孔工程.........................................118

5.3.2钻孔钻具.........................................120

5.3.3钻孔的技术要求...................................122

5.3.4钻孔技术.........................................123

55．44地源艺热泵土壤换热器系统的连接工艺.....................125

5.4.1焊接机具.........................................126

5.4.2电熔焊...........................................128

5.4.3热熔焊...........................................129

5.4.4钢塑转换连接.....................................131

55.5土壤换热器水平槽开挖..................................131

5.6土壤换热器的沟孔回填材料..............................131

75.7地耦管换热器的防菌防藻................................132

5.8验检验.................................................132

第六章验空调系统的安装与检验.............................133

66．11水管道的连接工艺.....................................133

6.1.1用材的检验.......................................133

6.1.2管道的连接.......................................133

6.1.3阀门的安装.......................................135

6.1.4连接管道的打压与冲洗.............................135

6.1.5连接管道的防腐与保温.............................136

6.1.6空调水管道室外安装...............................136

6.2风道的连接工艺......................................137

6.2.1风管制作安装....................................137

6.2.2消声器安装.......................................139

6.2.3防腐与保温.......................................140

6.2.4系统检验测试.....................................141

36.3空调设备的安装........................................141

6.3.1风机盘管机组的安装..............................141

6.3.2组合式空调机组及柜式空调机组的安装...............141

6.3.3通风机的安装通风机的安装.........................142

第七章中央空调系统的调试与验收...........................142

77．11连接管道的打压与冲洗..................................142

7.1.1试压.............................................142

7.1.2冲洗.............................................143

77．22通风系统检验测试.....................................143

77．33系统的调试与验收.....................................143

附：

部分工程实例...........................................146

概述

热泵作为环保节能的空调系统，仅利用了空气、土壤、地下水和地表水（江、河、湖、海）等作为冷热源，避免了燃料产生的污染，又具有良好的综合能效比。

热泵技术的不断发展和深入，将使热泵汲取能量方式有所发展，从而使机组的能效比更佳。

大力发展热泵很有必要性。

尤其在冬冷夏热地区，使用套热泵系统，完成建筑物夏季空调、冬季供暖和全年供卫生热水三项工作，是最理想的选择。

从目前热泵市场上看，除了要加强按照汲取低品位能源对象的不同，研发出不同系列的专用热泵机组外，更要注意热泵机组系统所相关的配套产品。

譬如恒温换气机、顶棚空调板、低温地板辐射采暖板等，这样就有不同形式的热泵系统应用在各大地区建筑物中。

由于热泵技术在我国应用较晚，有学者认为：

业界对热泵系统还缺乏普遍的共识和基本鉴定力。

这里的“普遍的共识”是指在技术和经济两方面对热泵系统的优越性的认知；“基本鉴定力”是指具有识别和鉴定热泵系统技术优越性的能力和权威。

在地源热泵系统中，土壤换热器的教学科研与社会化需求存在脱节的现象。

在热泵技术推广过程中，把技术与商务混同起来，导致各工程公司太多地致力于商业运作而忘记了自己为业主负责，同时也致使业主忘记了如何从技术经济各方面综合评价和看守住自己的利益。

从社会公众的利益出发和持续发展战略的要求来看，还必须通过立法建立必要的法律，法规，规范及标准体系，作为建筑及空调系统设计的约束条件，限制不合理的能源过度消费，保护环境，使建筑节能设计和施工规范化，使节能的热泵技术得到有效的推广。

我们要树立起只有民族科技才是国家生产力的观念，要体味到只有民族科技才是国家生产力的切肤之痛。

所谓民族科技就是独立自主、自力更生的科技。

在热泵技术的发展和推广上我们深感能力有限，希望对热泵技术有兴趣的广大专家和技术人员，在个组织范围内起丰富和完善对热泵技术的认识和经验总结，让节能环保的热泵中央空调系统为我们创造个舒适的生活空间。

近年来，美国能源部等国际上批机构都表示愿意继续帮助和支持中国推广这项具有明显节能、环保效果的新型地源热泵技术，中国科技部、国家经贸委、国家计委等机构和些地方政府也表示将继续支持推广该工作。

有这些机构的大力支持，再加上人员培训和技术交流活动的日益增多，我们有理由相信地源热泵这项作为二十世纪节能、环保的新型建筑空调技术将得到更进步的推广和应用，人类也将从这项技术中得到更多的实惠。

地源热泵的主要特点：

1、可再生能源

地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源进行能量转换的供暖空调系统。

地表浅层是个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。

它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。

这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能成为清洁的可再生能源的种形式。

2、高效节能

地能或地表浅层的热资源温度年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比空气源热泵系统运行效率要高，比传统空调系统运行效率要高20～40%，因此可节省运行费用。

另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、更稳定，也保证了系统的高效性和经济性。

3、环保无污染

地源热泵中的传热介质是在个完全封闭的循环管道内流动，通过管壁导热与岩土进行热量的转换。

地源热泵没有任何污染物排放，低噪声，不影响人们的正常生活和工作，并且系统内装有新风装置，改善了室内的空气环境，使人感到更加的舒适。

工程系统的安装不改变原建筑物的外观。

4、功能多，应用范围广

地源热泵系统可用于供暖、空调，同时还可用于供卫生热水，机多用，套系统可以替换原来的锅炉加空调两套装置或系统。

此系统可应用于几万平米的大型宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，也适合于小型的别墅住宅的采暖、空调。

此外，系统地下部分采用耐腐蚀的材料，免维修，可安全使用50年以上，使用寿命长；机组结构紧凑，节省空间；维护费用低；自动控制程度高，可无人值守。

第1章热泵的发展及建筑节能

1.1热泵的概述

随着经济的发展和人们不断追求更高水准的生活环境，公共建筑和住宅的冬季供暖和夏季空调已经成为普遍的要求，传统的空调系统通常分别设置冷源（制冷机）和热源（锅炉）。

如今，供暖和空调能耗所占全社会的份额节节攀升。

作为传统热源的燃煤锅炉，不仅能源利用率低，而且还会给大气造成严重的污染，因此在些城市中，燃煤锅炉在被逐步淘汰，而引进的燃油、燃气锅炉则运行费用很高，而且逐年增长。

与此同时，室外环境污染和自然资源枯竭的问题已经成为全社会关注的焦点。

这样，热泵技术就成为一种在技术上和经济上都具有较大优势的解决供热和空调的替代方式。

1.2热泵的起源及发展

热泵技术的理论基础起源于1824年卡诺发表的关于卡诺循环的论文。

30年后开尔文提出“冷冻装置可以用以加热”，1852年威廉·汤姆逊发表论文，提出用空气作为工质的热泵技术，到1927年英格兰台用空气作热源的家用热泵安装成功，日本是在1937年开始采用透平式压缩机，以泉水作为低温热源为建筑物进行空气调节，1938年第台较大的热泵装置在苏黎世投入运行。

这台热泵装置以河水作为热源，装有台回转式压缩机，工质是R12，用来向市政厅供热，其输出功率175kW，输出水温60℃，而且此热泵装置夏季也能制冷。

此后在欧洲的瑞士和英国，热泵的数量已经很可观。

20世纪70年代初期，人们广泛的认识到矿物燃料在地球上是有限的，1973年“能源危机”的出现更加深了人们对地球能源有限性的认识。

而热泵以其回收地下岩土、空气、水等物质中的低温热源的热量、节约能源、保护环境的特点得到了广泛的应用。

70年代以来，欧洲各国和苏、日、美、澳等国家对热泵研究工作十分重视。

苏、英、法、联邦德国、丹麦、瑞典、挪威等国家都参加了世界能源组织1976年成立的“国际热泵委员会”。

目前，世界各国对热泵技术应用的兴趣越来越浓，欧洲、日本、北美的制造厂商都为工业、商业、民用建筑提供了大量热泵。

诸如国际能源机构和欧洲共同体都制定了大型热泵发展计划，并且，不少现有热泵技术和新技术试验，在新领域中的推广应用工作也正在进行和规划当中。

而热泵的用途也在不断开拓，不仅仅用于采暖空调系统上，而且在工农商业上也得到广泛的应用。

热泵工业正在迅速成长，它将在节约能源方面起到重大的作用。

1.3热泵的冷热源

地球上的能源种类众多，热泵技术采的是来自太阳的辐射能，且通过各种类型的转化过程而储存于地球上可再生能源（水能、风能、地能）。

热泵的作用是能够将低温位能源的热量提升为高温位能量。

热泵技术是个相对成熟的技术，“源”的问题是热泵技术的关键。

机械压缩式热泵运行时，通过蒸发器从热源中吸取热量，再通过冷凝器向用热对象提供热量，故热源温度的高低是影响热泵运行性能和经济性能的主要因素之。

在定的供热温度条件下，热泵热源温度与供热温度之间的温差越小，热泵的制热效率越高。

因此作为热泵的热源应满足如下这些要求：

1．热源应能提供足够的热量；

2．热源温度尽可能高，使热泵的温升尽可能小，以提高热泵的制热系数；

3．热源温度的时间特性和供热的时间特性尽量致；

4．热源能量的提取要尽量减小动力消耗；

5．热源对换热器应无腐蚀作用；

热泵的热源可分为两大类：

一类是自然热源，热源温度较低，如空气、水（地下水、地表水、江、河、湖等）、土壤和太阳能等；另一类为生活和生产排热，这类排热温度较高，如废气、废水等。

1.3.1空气

空气作为低温位热源，可以取之不尽，用之不竭，而且是随时随地无偿地获取。

但是空气的比热容小，当工质温度与环境空气温度相差10℃时，要从空气中吸收1kw的热量，就需有360m3/h的空气流量。

1.3.2水

可供热泵作为低温位热源用的水，有地下水、地表水、城镇污水、工业废水等，水的比热容大，传热性能好，水温般很稳定。

地表水相对空气来说，可算是高品位热源，虽然冬季结冰，只要有定深度，冰层下有足够的水，均可作为低温位热源使用，可获得较好的效果。

我国拥有绵长的海岸线，沿海地区可充分利用海水资源作为热泵冷热源。

地下水是热泵良好的低温位热源，水温随季节气温的变化较小，水温比当年的平均气温高1~2℃，在我国华北地区为14±1℃，华东地区为18±1℃，东北地区为10±1℃，采用地下水时应注意水的回灌和回灌水对地下水层的污染等问题。

城镇污水、工业废水的温度较高，是很好的低温位热源，只要做好去污除尘，利用价值较高。

特别要注意的是，目前已经采用深层地下高温水供暖的建筑物尾水作为热泵的热源最佳。

1.3.3土壤

土壤同样是热泵的种良好低温位热源，温度相对稳定，并有定的蓄能作用。

但由于土壤的传热性能欠佳，要较大的换热面积，导致建筑物周围要有足够大的可使用面积。

土壤的传热性能取决于导热率、密度、比热容和含水量。

不同地区地质结构不同，物理特性各异，作为低温位热源效果也各自不同。

1.3.4太阳能

太阳能集热器在实际运行中，受季节、昼夜、时间、气候的影响较大，采用太阳能供热，在技术上和经济上都存在些问题有待研究。

太阳能集热器与热泵的联合运行，使太阳能集热器在低温下集热，再由热泵装置升温给供热系统，这是种利用太阳能较好的方案。

太阳能——土壤源热泵系统是以太阳能和土壤热为复合热源的热泵系统，是太阳能与地源热泵综合利用的种形式。

太阳能与地源热泵结合具有很好的互补性。

太阳能可以提高地源热泵进液温度，提高运行效率。

地源热泵可以补偿太阳能的间歇性。

1.4热泵的特点

1、空调系统冷热源

2、无冷却塔水系统；

3、无锅炉的污染；

4、系统设备少且集中；

5、可组装成大型整体式或小型模块式机组。

1.5空调系统的节能

建筑物的节能是一项综合性的技术，包括建筑物本身和空调系统、设备的节能。

从建筑设计方面要设法减少空调负荷，空调系统设计要提高设备效率和优化运行过程