地源熱泵地下冷熱交換及蓄能裝置專利推廣建議書1.doc

地源熱泵地下冷熱交換及蓄能裝置專利技術(shù)推 廣 建 議 書一 地源熱泵空調(diào)將是空調(diào)行業(yè)的主要發(fā)展方向隨著人類社會的進步和發(fā)展，人們的生活品質(zhì)不斷提高，中國的能源消耗量也相應(yīng)地提高，已經(jīng)對能源儲存形成了威脅，能源危機迫在眉睫。上個世紀90年代初期的中國，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，已經(jīng)成為世界上最大能源消費國之一；同時也是世界最大的煤炭生產(chǎn)和消費國。近年來，在一些城市夏季制冷和冬天使用電力供暖，造成夏季和冬季的用電量緊張，迫使部分城市的用戶和工廠限時用電，并給人們帶來了諸多不便，另外，因種種原因，煤價不斷上漲，給廣大用戶增加了不少的經(jīng)濟負擔，再加上由于燃煤取暖所帶來的冬季大氣嚴重污染已引起政府和公眾廣泛關(guān)注。 能源危機 污染嚴重在我國的一些發(fā)達城市，夏季制冷、冬季采暖與供熱所消耗的能量已占建筑物總能耗的50-70%。特別是冬季采暖用的燃煤鍋爐、燃油鍋爐的大量使用，給大氣環(huán)境造成了極大的污染，對人們的健康形成了威脅。因此，建筑物污染控制和節(jié)能已是國民經(jīng)濟發(fā)展的一個重大解決問題。傳統(tǒng)的采暖空調(diào)模式因其產(chǎn)生的環(huán)境污染正面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。 據(jù)近期調(diào)查顯示，世界十大污染最嚴重的城市中，我國占了四個。在我國北方地區(qū)許多大中城市由于燃煤供暖而產(chǎn)生嚴重的大氣污染，政府不得不對燃煤鍋爐引起重視。另外，今年的燃煤價格不斷上漲，采暖價格也相應(yīng)提高。燃煤改燃氣、燃油，不僅初投資增加，而且?guī)砹烁叩倪\營成本。例如，北京冬季使用天然氣供暖的費用已增至30元/m2，遠高于燃煤供暖22元/ m2的費用，燃油供暖則更高達50元/m2。由于燃油和燃氣所產(chǎn)生的溫室氣體仍對大氣有所污染，它們只是一定程度的減少了大氣污染，并不能從根本上解決污染問題。對于夏季制冷的建筑來說，天氣越炎熱，室外的溫度越高，空調(diào)負荷也越大，而此時空調(diào)機向室外散熱時，冷凝溫差越小，空調(diào)機的運轉(zhuǎn)效率就越低，設(shè)備也越費電。也就是說，除了燃煤供暖給環(huán)境造成污染之外，空調(diào)機同樣會造成大氣污染，也造成了電荒。傳統(tǒng)的供暖空調(diào)方式是由兩套系統(tǒng)分別解決冬季供暖（如采用鍋爐或集中熱網(wǎng)）和夏季制冷（如分體空調(diào)機或中央制冷機），系統(tǒng)投資大，運行費用高，而且占地面積大。另一方面，我國大部分地區(qū)冬冷夏熱，夏天大量地使用制冷產(chǎn)品，造成某些大城市供電緊張，形成電荒，為了確保不會造成斷電等問題出現(xiàn)，有些城市夏天限制用電量。另外，因為部分地區(qū)沒有暖氣供應(yīng)，冬天使用電爐取暖，造成電力供應(yīng)緊張，燃氣鍋爐取暖造成氣荒。因此，冬天供暖價格的上調(diào)使供暖的運行費用有所提高，再加上供暖造成的污染嚴重，讓我們不得不思考采用一些節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)品。由于地源熱泵系統(tǒng)具有經(jīng)濟實惠、節(jié)能、環(huán)保等多方面的優(yōu)勢，彌補了我國傳統(tǒng)的供暖制冷方式存在的問題，符合我國環(huán)境保護與能源節(jié)約的政策，地源熱泵系統(tǒng)在我國勢必具有良好的發(fā)展前景。 地源熱泵高效節(jié)能性 夏季高溫差的散熱和冬季低溫差的取熱，使得地源熱泵系統(tǒng)換熱效率很高。因此在產(chǎn)生同樣熱量或冷量時，只需小功率的壓縮機就可實現(xiàn)，而且冬季運行不需要任何輔助熱源和除霜，大大地減少電能消耗和除霜的損失，從而達到節(jié)能的目的，其耗能僅為普通中央空調(diào)加鍋爐系統(tǒng)的50%-60%。地源熱泵技術(shù)在很大程度上為國家節(jié)省能源，緩解電荒，同時也為用戶節(jié)省了大量的運行費用。地源熱泵環(huán)保、零污染地源熱泵系統(tǒng)高效節(jié)能的優(yōu)點，決定了它的運行費用低。維修量極少，折舊費和維修費也都大大地低于傳統(tǒng)空調(diào)。據(jù)專家預(yù)測，在未來50年，世界將釋放160億噸CO2，對人們的健康和自然環(huán)境形成直接的影響。保護環(huán)境是我們地球人刻不容緩的事情，特別是最近全球的氣候突變，給人們帶來諸多不便，更讓我們對保護環(huán)境的意識加強。關(guān)鍵的的是，地源熱泵不排放任何的氣體，完全沒有污染，對環(huán)境和人體不造成任何的傷害，是理想的綠色環(huán)保產(chǎn)品。地源熱泵的應(yīng)用范圍地源熱泵適用范圍廣泛，可應(yīng)用于寫字樓、辦公樓、車間、學(xué)校、醫(yī)院、療養(yǎng)院、機場、車站、賓館、商場、博物館和娛樂場所、商用樓宇、別墅和公寓等。地源熱泵發(fā)展前景地源熱泵的歷史可以追朔到1912年瑞士的一個技術(shù)發(fā)明，而地源熱泵真正意義的商業(yè)應(yīng)用也只有近幾十年的歷史。如美國，截止1985年全國共有14,000臺地源熱泵機組，而1997年就安裝了45，000臺，到目前為止已安裝了400，000余臺，而且每年以10的速度穩(wěn)步增長。1998年美國商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的19，其中有新建筑中占30。美國地源熱泵工業(yè)已經(jīng)成立了由美國能源部、環(huán)保署、愛迪遜電力研究所及眾多地源熱泵廠家組成的美國地源熱泵協(xié)會，該協(xié)會在近年中將投入一億美元從事開發(fā)、研究和推廣工作，達到每年安裝40萬臺地源熱泵的目標。據(jù)1999年的統(tǒng)計，為家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例，瑞士為96，奧地利為38，丹麥為27。新的數(shù)據(jù)還在不停地變好。 目前，減碳環(huán)保是全人類生存和持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，大地淺層能是太陽能的轉(zhuǎn)換，是最好的可再生能源之一，我們的腳下、我們的廣場下、我們的大片綠化帶下就有能源供你開發(fā)，還要等待嗎？以推廣運用這種“綠色技術(shù)”，緩解中國對煤炭和石油的依賴程度，從而達到能源資源多元化的目的是必須的潮流。大潮正在促進地源熱泵的市場化、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，并將會促使我國地源熱泵的研究開發(fā)盡快跟上國際潮流。二 地下冷熱交換及蓄能裝置描述21地源熱泵類型多樣化地源熱泵技術(shù)呈現(xiàn)多樣化發(fā)展的趨勢。地源熱泵系統(tǒng)主要包括三種不同的系統(tǒng)：l 以利用土壤作為冷熱源的土壤熱泵，即為地下耦合熱泵系統(tǒng)；l 以利用地下水為冷熱源的地下水熱泵系統(tǒng)；l 以利用地表水為冷熱源的熱泵系統(tǒng)。除了采用地熱外，人們還在開發(fā)其他能源作為冷熱源。比如采用城市污水、游泳水、水庫水、地熱尾水、海水等。反映了國內(nèi)對地源熱泵技術(shù)多種能源應(yīng)用的不懈探索。22地源熱泵現(xiàn)有幾種冷熱交換裝置地源熱泵現(xiàn)有冷熱交換裝置主要分兩大類1）. 開路冷熱交換裝置，即利用地球表面或淺層地下水源（如河流、地下水、海水和湖泊），或者是人工再生水源（工業(yè)和生活廢水、地熱尾水等）的低溫低位熱能資源的地源熱泵。它的交換裝置是開路的，也就是所用水源直接進入主機設(shè)備。2）. 閉路冷熱交換裝置，即土壤埋管熱交換裝置，把熱交換器（耦合埋管）埋于地下，通過水在封閉環(huán)路中（由高強度塑料管等組成）循環(huán)流動，從而實現(xiàn)與大地土壤進行冷熱交換的目的。夏季通過機組將房間內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下，對房間進行降溫。地下同時儲存熱量，以備冬用。冬季通過熱泵將土壤中的熱量轉(zhuǎn)移到房間，對房間進行供暖，同時地下儲存冷量，以備夏用，大地土壤提供了一個很好的免費能量存貯源泉，這樣就實現(xiàn)了能量的季節(jié)轉(zhuǎn)換。地下埋管換熱器通常使用的主要又有兩種形式，即水平埋管和垂直埋管。選擇哪種形式取決于現(xiàn)場可用地表面積、當?shù)貛r土類型以及鉆孔費用。盡管水平埋管通常是淺層埋管，可采用人工或機械開挖，初投資比垂直埋管小許多，但它的換熱性能比豎埋管小很多，因此，需要足夠大的場地水平埋管才能滿足能力要求，所以水平埋管受可利用土地面積的限制。開路冷熱交換裝置相對閉路冷熱交換裝置的總體投資費用要低許多，但也有許多限制，比如：自然環(huán)境就沒有可抽取的地下、河流和湖泊的水源；有可抽取的水源也必須審核對環(huán)境的影響等許多問題。三 專利技術(shù)介紹專利技術(shù)一地下冷熱交換及蓄能裝置-技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及利用大地淺層能（即大地和地下水）進行冷熱交換和蓄能的一種裝置?？捎糜谒欣錈嵝枨笱b置及工業(yè)設(shè)備冷卻。用于地源熱泵空調(diào)時屬于閉路冷熱交換裝置，屬于前面講的地下耦合熱泵方式，也即閉路的土壤埋管冷熱交換裝置類別。-背景技術(shù)現(xiàn)有多種方式與地下進行冷熱交換的技術(shù)，主要的：l 一類為通過一個或多個地下深井抽取地下水進行冷熱交換后再經(jīng)一個或多個還水深井還回地下，這種方式主要缺陷在于：1.區(qū)域限制，在沒有可抽取的地下水區(qū)域是不能實施的；2.還水困難，百分之百同層還水更不好控制，造成水資源浪費；3.抽水井和還水井因地下水質(zhì)和地質(zhì)不同壽命也有很大不同，水井壽命有限；4.水井維護麻煩；5.因抽水井和還水井一般深度在50米到300米，甚至更深，因此容易對寶貴的深層地下水造成污染；6.抽水不當，會造成地面下沉。l 另一大類為垂直埋管（或水平埋管），該方式優(yōu)點較多，但造價非常高（或需要非常大的場地），另外，因地表到地下30米左右的淺表層地下水（或潛水或滯水）因為人類的活動都有不同程度的污染，而垂直鉆孔一般深達50米到100米，會造成不同層的地下水串流，即污染了深層地下水。l 埋管方式的管內(nèi)流動的液體量非常少，基本不具備蓄能能力。土體或巖石的蓄能能力也遠遠小于水。水的比熱容4200焦/(千克*攝氏度)，砂石的比熱容僅有920焦/(千克*攝氏度)，-發(fā)明內(nèi)容為了更好的解決現(xiàn)有的地下冷熱交換技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種地下冷熱交換及蓄能裝置。本發(fā)明地下冷熱交換裝置，其中包括冷熱交換盤管、回液豎管、井體、井蓋板、井中液體（或固態(tài)混合物如土、粉煤灰、砂、石與固水化合物）、水平連通干管等。經(jīng)水泵推動系統(tǒng)管路中的介質(zhì)（液體）流動，介質(zhì)（液體）經(jīng)水平干管流入冷熱交換盤管和回液豎管，冷熱交換盤管和回液豎管中流動的介質(zhì)與井中液體（或固態(tài)混合物如土、粉煤灰、砂、石與固水化合物）進行冷熱交換，井中液體（或固態(tài)混合物如土、粉煤灰、砂、石與固水化合物）再與大地進行冷熱交換，使進入冷熱交換盤管的冷（或熱）的介質(zhì)經(jīng)過上述的冷熱交換后，而得到回液豎管出來的已升溫（或已降溫）的介質(zhì)。 該系統(tǒng)裝置利用大地淺層能進行冷熱交換，可以用于空調(diào)制冷制熱，也可以直接用于工業(yè)設(shè)備的冷卻，還可以直接用于橋梁路面和重要道路的解凍防滑。它具有節(jié)能、環(huán)保、可循環(huán)使用等優(yōu)點：l 本發(fā)明在無地下水地區(qū)就可使用（有潛水或滯水的區(qū)域冷熱交換效率更高），無需抽取地下水，也不存在還水困難的問題，擴大了使用范圍。l 本裝置因在4米到25米深度成井，所以不會造成深層地下水的污染。l 多井冷熱交換裝置有很好的蓄能作用，可比一般埋管更長時間供給恒溫介質(zhì)，更加節(jié)能。l 井內(nèi)液體因不同深度的溫度不同，而造成液體流動，更增加了導(dǎo)熱效率。l 本裝置采用了密閉循環(huán)方式，循環(huán)介質(zhì)干凈，有利于延長設(shè)備的使用壽命。密閉循環(huán)介質(zhì)加入防凍劑可使本裝置在嚴寒地區(qū)使用。l 本裝置因設(shè)置了井口蓋板，從而增加了場地的使用效率。l 本裝置幾乎不用維護，減少運行成本。專利技術(shù)二多井冷熱交換及蓄能裝置技術(shù)領(lǐng)域本實用新型涉及利用大地淺層能（即大地和地下水）進行冷熱交換和蓄能的一套系統(tǒng)裝置，可用于所有冷熱需求裝置及工業(yè)設(shè)備冷卻。背景技術(shù)現(xiàn)有多種與地下進行冷熱交換的技術(shù)，主要的有兩類，一類為通過一抽水深井抽取地下水進行冷熱交換后再經(jīng)一到二個還水深井還回地下。這種方式主要缺陷在于：1.區(qū)域限制，沒有可抽取的地下水區(qū)域是不能實施的；2.還水困難，百分之百同層還水更不好控，制造成水資源浪費；3.抽水井和還水井因地下水質(zhì)和地質(zhì)不同壽命也有很大不同；4.水井維護麻煩；5.因抽水井和還水井一般深度50米到200米，甚至更深，因此容易對寶貴的深層地下水造成污染。另一大類為垂直埋管，該方式優(yōu)點較多，但造價非常高，另外，因地表到地下25米左右范圍的地下潛水層、滯水層都有不同程度的污染，而垂直鉆孔要到80米左右，會造成不同層的地下水串流，即污染了深層地下水。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是為了更好的解決現(xiàn)有的地下冷熱交換技術(shù)的不足，提供一種多井冷熱交換及蓄能裝置。本實用新型的技術(shù)方案是：一種多井冷熱交換及蓄能裝置，其特征在于：包括冷熱交換端頭井，冷熱交換井組，端頭井、冷熱交換井組和端頭井三者之間的連通管，端頭井和端頭井通過干管連接四通換向閥，四通換向閥同時通過干管連通冷熱需求裝置進出水口，連接冷熱需求裝置的干管中串接有水泵。該系統(tǒng)裝置，用一臺水泵推動系統(tǒng)中的水流動，使井水與大地進行冷熱交換。采用該系統(tǒng)裝置，利用大地淺層能，進行冷熱交換，可以用于制冷制熱，也可以直接用于工業(yè)設(shè)備的冷卻，還可以用于橋梁路面和重要道路的解凍防滑。多井冷熱交換及蓄能裝置費用比深井抽水方式費用高，但是，多井冷熱交換及蓄能裝置可以解決深井抽水易污染、回灌難、地面下沉或無地下水可抽取等難題。四 地下冷熱交換裝置實施成本分析地下埋管（耦合）熱泵系統(tǒng)、抽地下水熱源熱泵系統(tǒng)和利用地表水（江、河、湖、海）為冷熱源的熱泵系統(tǒng)，這三大類方式以抽取地表水最為經(jīng)濟，抽取地下水方式次子，地下埋管（耦合）方式較貴。前面已經(jīng)簡單介紹三種方式的局限性及存在的問題，這里僅對幾種埋管方式的成本進行分析。埋管方式分水平、垂直和螺旋三種，水平埋管費用最低，螺旋埋管次之，垂直埋管最貴（巖石鉆井）。單位能量負荷費用，水平埋管約是螺旋埋管的二分之一，螺旋埋管約是垂直埋管的二分之一。目前，因場地問題，地源熱泵冷熱交換裝置用的最多的，也是政府推行的，是垂直埋管方式。這里將它的埋管成本簡單描述一下：鉆井費用：土壤 20元/米、中風(fēng)化巖石 75元/米、弱風(fēng)化巖石90元/米、硬巖100-110元/米；井內(nèi)下管灌漿：10元/米；在有巖石的地帶（地球絕大部分地區(qū)巖