水地源供暖制冷可行性研究报告.docx
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水地源供暖制冷可行性研究报告
水地源热泵供暖、制冷
可行性研究报告
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2015年12月
目录
第一章公司简介
第二章成功案列
第三章技术说明
第一节水源热泵技术
第二节地源热泵技术
第三节自动化及动态监控方案
第四节空调采暖末端合理方案
第五节集中生活热水供应方案
第一章公司简介
***********，主要致力于再生能源和各种新型能源的开发与再利用。
企业秉承开拓创新、服务社会的宗旨，以质量第一、信誉至上为原则。
公司主要业务涉及地源和水源换热工程、污水源热泵技术、污水净化技术、海水源热泵技术、工业余热再利用技术、太阳能、风能、冰蓄冷、水蓄冷、水蓄热、蓄能等技术的推广和实际工程应用。
公司可为科研基地、办公场所、宾馆、酒店、学校、住宅、商业、医疗建筑等提供热泵供热（制冷）空调工程的整体咨询、设计及施工方案，包括工程的可行性研究，供热和空调整体方案的设计优化，地热换热设计、深层岩土热物性测试，专业化的钻孔和地热换热施工，建筑物空调系统的安装调试等各环节。
以高水平的施工质量保证系统的高效运行。
公司关注民生，关注健康，与社会各界朋友共同携手，开创建筑节能、生活节能，可持续发展的新纪元，创造更加健康、舒适、和谐的人居环境和幸福生活。
自公司成立以来先后进行原方案优化、设计、施工的具有代表性的工程有******
第二章成功案列
第三章技术说明
第一节水源热泵技术
井水抽回增量技术，对于一个水源热泵系统来说，其系统原理都一样，众所周知，对于地下水水源热泵系统，水源井是其中最重要的环节，因为水源井是系统的能量来源，对于任何一个水源热泵项目，水源井的工艺设计是尤其重要的，我公司自从事水源热泵系统应用，到现在，在实际项目中不断摸索创新，不断的改进成井工艺，总结了一整套的水源井先进工艺，即：
井水抽回增量技术。
此项技术由以下几个特殊的工艺点构成：
专用回灌器
本公司自行开发的一种新型的滤水管，专用于水源热泵水源井上。
该专用回灌器有两大特点：
是透水率非常高。
与传统的桥式滤水管相比，提高了一倍，对于同样的地质情况可提高25%～35%的出水量和回灌量，有效的减少了打井数量，同时也是实现井水运行中100%回灌的重要手段。
是在回灌器上，喷涂上一种特殊的涂层。
由于地下水质的关系，水中含有大量的铁镁离子，而铁镁离子遇空气遇铁起化学反应，铁离子形成跟牙膏状的东西附在回灌管管壁上；钙镁离子遇空气遇铁形成鸡蛋壳式的东西附在管壁上，时间一长形成堵塞回灌不下去，这种特殊的涂层很好的隔绝了这种反应，从而保证了水源井长期使用的出水量和回灌量。
全封闭抽灌运行，形成负压抽水正压回灌
每口井做全封闭运行，对于抽水井来说形成负压区，回灌井形成正压区，在不同压力区的作用下增大了出水量和回灌量。
同时，保证井水的封闭运行，与外界空气完全隔绝，从而保证井水水质不受污染。
抽回互换，使每一口井都可以作为抽水井，也可以作为回灌井
也就是每口井都有一台井泵，每口井既可抽也可灌，通过井室的阀门定期切换。
通过检测水温，在抽回变换时原回灌井的各种杂物又反抽出，实现了井自身的定期反洗。
既保证地下水温稳定又保证了含水层通道的畅通。
上部止水，封闭35米以上的水层
水源井封闭35米以上的水层，采用两层止水，黏土球止水和水泥沙浆止水。
使水井上部既不采水也不回水，保证35米以上的水层的水位不变化。
从而确保水井周围建筑物不受影响。
动静水位、水温、流量时时监测采集
每口水源井加设动静水位监测装置，信号远传到机房，在井水抽回管路上加设温度Pt1000电阻、电磁流量计，将动静水位、井水温度、流量实现时时监测，将数据传输到机房PLC计算机上，使看不到的地下井水状态，变成可视状态，确保水源井可靠运行。
以上几个水源井的工艺做法，构成了我公司的【井水抽回增量技术】，能够有效解决一些传统工艺所存在的问题。
为我们推广地下水水源热泵系统奠定了基础。
水源井配置
要求任意两口井间距大于40m。
开凿口径为700mm，井管采用DN350，静水位以上用黏土做滞水层。
井水系统采用三级滤沙，第一级为旋流滤沙，除沙效率达到90%，第二级为不锈钢园桶型60目滤沙，除沙效率达到98%，第三级为机组入口加设80目滤网的Y型过滤器滤沙，保证彻底除沙。
第二节地源热泵技术
浅层地热能是赋存在地球表层岩土体或地表水中的低温地热资源，是一种新型的优质清洁能源，具有可再生、分布广、储量大、清洁环保、经济实惠、安全性强和可用性强等特点。
它是地球浅表层数百米内（<200米）的土壤岩石和地下水中或地表水中所蕴藏的一种低温热能，其能量主要来源于太阳辐射和地球梯度增温。
与深层地热相比，浅层地热能分布广泛、储量巨大、再生迅速、采集方便、开发利用价值更大。
地埋管式热泵系统简介
地耦管土壤源热泵系统是一个密闭的闭路循环系统，它保持了地下水水源热泵利用大地作为冷热源的优点，同时又不需要抽取地下水作为传热的介
质。
地耦管土壤源热泵系统从根本上解决了地下水水源热泵的种种弊端，是一种真正可持续发展的建筑节能的新技术，而且还具有适用范围广、运行费用低、节能和环保效益显著等优点。
土壤源热泵系统中的土壤换热器埋管方式可分为：
水平式土壤换热器，垂直U型式土壤换热器，垂直套管式土壤换热器，热井式土壤换热器，直接膨胀式土壤换热器。
1）水平式土壤换热器
水平地埋管普遍使用在单相运行状态的空调系统中，一般的设计埋管深度在2～4米之间，在只用于采暖时，土壤在整个冬天处于放热状态，沟的深度一定要深，管间距要大。
水平式土壤换热器埋管方式
垂直U型式土壤换热器埋管方式
2）垂直U型式土壤换热器
垂直U型式土壤换热器是钻孔将U型管深埋在地下，因此与水平土壤换热器的比较具有使用地面面积小、运行稳定、效率高等优点。
3）垂直套管式土壤换热器
换热器有内套管和外套管的闭路循环系统，水从外套管的上部流入管内，循环时，水沿外套管自上至下的流动，从外套管的底部经内套管上流到顶部出套管。
套管式土壤换热器适合在地下岩石深度较浅，钻深孔困难的地表层使用。
通过竖埋单管试验，套管式换热器较U型管效率高20～25%。
竖埋套管式孔距在3～5m，孔径在150～200mm，外套管直径Ф63～Ф90～Ф120mm，内套管直径Ф25～Ф32mm。
目前在欧洲的瑞典采用较多的套管式土壤换热器，如下图所示：
垂直套管式土壤换热器埋管方式
热井式土壤换热器埋管
地热换热器的传热性能在很大程度上依赖于土壤的热物理性质。
由于岩土类型（包括粘土、砂石或岩土等）、岩土湿度在不同国家、不同地区、不同城市，甚至在同一城市的不同片区都互不相同。
因此，设计和安装地热换热器有许多不确定的因素。
这些不确定因素都不同程度地影响着地热换热器的传热性能，进而影响地源热泵空调系统的正常运行。
设置在不同场合的竖直埋管地热换热器会涉及不同的地质结构，包括各地层的材质、含水量和地下水的运动等，这些必然会影响到地热换热器的传热性能和地源热泵空调系统的正常运行。
在设计过程中应该尽可能地弄清楚这些因素对地热换热器性能的影响，包括进行必要的现场测试，土壤热物性最好在现场用专门的仪器进行测定。
不同岩土热物性参数的单位井深换热量
岩土类别
热导率
[W/（m·K）]
比热容
[J/（kg·K）]
密度
[kg/m3]
单位井深换热量[W/m]
页岩
0.835
840
2046.9
33.79
石灰岩
0.984
890.4
2281.9
39.31
砂岩
1.838
1008
2616.8
63.78
大理石
3.489
924
3256.4
96.52
由上表可以看出，钻孔地点的岩土物性参数对单位埋管换热量的影响非常大。
因此，设计地源热泵前，掌握准确的岩土物性参数是非常必要的，研究表明，土壤的地源热泵的性能系数COP要比潮湿土壤的COP35%，当土壤储水量低于15%时随着含水量的降低，热泵的循环性能系统迅速下降。
土壤含水量在25%以上，土壤源热泵的性能将会得到有效的提高，发含水量超过50%后，随着含水量的增加热泵循环性能系数提高的趋势减缓。
土壤含水量从50%增加到100%,其COP仅增1.5%
1、岩土体热物性参数有含水率、密度、饱和度、比热容、热导率
根据测试，以上参数均以大者其换热效果好。
而纯土壤、纯砂、土砂比分别为1：
2及2：
1的混合物四种不同的测试对象中，以土砂混合比为1：
2的热导率最大，因此若在土壤中的换热器的回填土采用土砂混合比例1：
2的土砂混合物，可以提高埋地换热器周围的局部换热量。
地埋管的敷设
现在常用的地埋管形式，由于受场地的限制，大多工程采用垂直埋管方式。
序号
项目
内容
序号
项目
内容
1
地埋管类型
垂直地埋管
8
循环液平均流速
De32,>0.6m/s
水平地埋管
De25,>0.4m/s
2
换热器材料
PE100
9
PE管连接
热熔
3
换热器形式
De32单U形管
电熔
De25双U形管
10
地下换热影响因素
土壤热物性
4
垂直埋管间距
4～6m
土壤温度特性
5
埋管井深
50～180m
地下水渗流
6
回填材料种类
原浆回填
钻孔内热阻
混合料
钻孔回填材料
7
循环液
水
乙二醇水溶液
盐溶液
地源热泵的优势
壤源热泵与水源热泵在原理上是一样的，是吸收地下土壤里的热量，通过在土壤中的热交换器（地埋管）实现热交换，一般采用竖向埋管，地埋管中充满循环液，闭式循环流动，来达到向建筑物供热、供冷的目的。
土壤源热泵技术最大的优点：
是不用从地下取水，因此不会对水资源有任何破坏，不受地下水资源匮乏或今后可能缺水的潜在风险。
土壤源热泵一项非常绿色、环保的技术。
土壤源热泵技术最大的难点在于土壤热交换器的设计施工，我公司以德国EED土壤源热泵计算软件为设计基础，在多年工程实践经验上，总结了多项技术要点，包括：
热响应实验、循环钻孔法、旁通U管法、导管回填法等，保证了土壤热交换器的高效性和可靠性。
1、属可再生能源利用技术
地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于120米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。
地表浅层地热资源可以称之为地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低位热能。
地表浅层是一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，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。
2、属经济有效的节能技术地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，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传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右,即投入1kw电能可以平均获得4.0kw以上的冷量或热量。
另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。
设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30％～40％的的运行费用。
3、环境效益显著
传统的中央空调以煤、石油、天然气等燃料为主要能源，众所周知这些能源在不断的减少，总有一天，会接近枯竭；而地源热泵中央空调以地下储存的热量为主要能源，这种能源取之不尽、用之不竭。
煤、石油、天然气等燃料的价格逐年上升，而地热资源由于来源于太阳的无私奉献，完全免费。
传统的中央空调以煤、石油
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