可再生能源——地源熱泵系統(tǒng)介紹

1、可再生能源可再生能源 地源熱泵地源熱泵 地?zé)豳Y源的利用 土壤熱源熱泵系統(tǒng)（GSHP）綜述 土壤有效導(dǎo)熱系數(shù)的研究及熱響應(yīng)實驗 土壤熱源熱泵系統(tǒng)地埋管換熱器放熱量實驗 GSHP系統(tǒng)設(shè)計 上海天鄰別墅GSHP系統(tǒng)分析 大規(guī)模地源熱泵土壤溫度變化模擬 國內(nèi)GSHP系統(tǒng)工程應(yīng)用 地?zé)豳Y源的利用 目前，建筑節(jié)能開展得如火如荼，地源熱泵系統(tǒng)作為一種可再生能源系統(tǒng)，正 受到前所未有的重視。 中華人民共和國可再生能源法已由中華人民共和國第十屆全國人民代表大 會常務(wù)委員會第十四次會議于2005年2月28日通過，現(xiàn)予公布，自2006年1月1 日起施行。 GSHP 系統(tǒng)綜述 GSHP系統(tǒng)術(shù)語 GSHP系統(tǒng)類型 GS

2、HP系統(tǒng)與常規(guī)家用空調(diào)系統(tǒng)的比較 GSHP系統(tǒng)的優(yōu)點 GSHP系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 大地初始溫度場分布 埋地?fù)Q熱器傳熱數(shù)學(xué)模型 GSHP 系統(tǒng)綜述 地源熱泵系統(tǒng) (GSHP) 土壤耦合熱泵系統(tǒng) (GCHP) 地下水熱泵系統(tǒng) (GWHP) 地表水熱泵系統(tǒng) (SWHP) GSHP系統(tǒng) 供熱模式 GSHP系統(tǒng) 制冷模式 系統(tǒng)比較 常規(guī)家用空調(diào)系統(tǒng) GSHP的優(yōu)點的優(yōu)點 v低運行費用，比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能2550 v多余過熱蒸汽經(jīng)減溫裝置，夏季向用戶提供 免費熱水，冬季熱水加熱的費用減半 v低噪聲，運行安靜 v不受室外溫度波動影響，高效，運行穩(wěn)定 v對環(huán)境影響小，綠色環(huán)保 v提供優(yōu)質(zhì)的室內(nèi)熱舒適環(huán)境 v低維護(hù)

3、費用,為傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的1/3 v用于區(qū)域供熱、供冷，調(diào)節(jié)性高 v經(jīng)久耐用，壽命可達(dá)20年以上 v結(jié)構(gòu)緊湊，無外掛設(shè)備，美觀大方 GSHP系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 埋地?fù)Q熱器傳熱模型的研究 回填材料的研發(fā) 土壤熱源熱泵系統(tǒng)的合理配置 土壤熱物性的研究 大地初始溫度場分布大地初始溫度場分布 )( 2 ( 2 cos)(exp),( 2 1 0 2 1 aT z TaT zATzT ms 埋地?fù)Q熱器傳熱數(shù)學(xué)模型埋地?fù)Q熱器傳熱數(shù)學(xué)模型 0, 2, , 0 11 32 0 3 2 2 r t r r t rqdr tt t a q r t rr t l l 根據(jù)拉氏變換可得溫度解析解 dze z q

4、 tt az r l 4 0 3 0 2 1 4 半徑m 0.0125 0.5 1 2 3 3.5 溫度 -5.58 4.27 5.99 7.36 7.82 7.91 t=960h 不同土柱半徑處土壤溫度 土壤有效導(dǎo)熱系數(shù)研究土壤有效導(dǎo)熱系數(shù)研究 土壤有效導(dǎo)熱系數(shù)試驗研究（19961997） 土壤有效導(dǎo)熱系數(shù)的分形研究（20022003） 土壤有效導(dǎo)熱系數(shù)的試驗研究土壤有效導(dǎo)熱系數(shù)的試驗研究 土壤有效導(dǎo)熱的一般表述 含水率 密度 飽和度 土溫 t 空隙比 e Sr ),(Sretf e ),(f e 探針測量試驗原理探針測量試驗原理 1. 加熱器引線 2. 熱電偶 3. 陶瓷管 4. 熱電偶引

5、線 5. 不銹鋼套管 6. 環(huán)氧 樹脂 7. 不銹鋼管 8. 石蠟填料 9. 雙 股加熱器繞線 10. 焊接封頭 L w wo o q d d c r rr r rr arrr 20 0, 0,0 0, 11 2 2 式中， 是單位長度探針的熱容量。 是單位長度探針單位時間的發(fā)熱量。 根據(jù)拉氏變換可得探針的過余溫度 w pw crc 2 0 L q 2 2 1 ln 2 11 2 14 ln 4Fo OFo Foc FoqL w 1 ln4 d dq wL 土壤有效導(dǎo)熱系數(shù)的試驗研究土壤有效導(dǎo)熱系數(shù)的試驗研究 Fig.1 土Fig.2 砂 Fig.4 土砂比2：1 Fig.3 土砂比1：2 土

6、壤有效導(dǎo)熱系數(shù)的分形研究土壤有效導(dǎo)熱系數(shù)的分形研究 Section Plane of Soil Sample 1Section Plane of Soil Sample 2 剖面固體顆粒分布分維剖面固體顆粒分布分維 面積測量尺度 固體顆粒面積 無標(biāo)度空間 土壤樣品1：10-6mm24mm2 土壤樣品2：10-3mm2100mm2 j S j X 土壤剖面上固體顆粒分布自相似規(guī)律土壤剖面上固體顆粒分布自相似規(guī)律 lgS = 0.9661lgX-0.06 R 2 = 0.9512 -7 -5 -3 -1 1 3 -7-6-5-4-3-2-101 lgX lgS lgS= 0.9792lgX + 0

7、.0897 R 2 = 0.9162 -4 -2 0 2 4 -4-3-2-10123 lgX lgS 土壤樣品1自相似分布規(guī)律土壤樣品2自相似分布規(guī)律 土壤樣品粒徑分布自相似規(guī)律土壤樣品粒徑分布自相似規(guī)律 lg(mi/ms)= 0.5817lg(di/dmax) + 0.3321 R 2 = 0.8617 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 -3-2.5-2-1.5-1-0.50 lg(di/dmax) lg(mi/ms) lg(mi/ms)= 0.7605lg(di/dmax)+ 0.0297 R 2 = 0.962 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 -3-2.

8、5-2-1.5-1-0.50 lg(di/dmax) lg(mi/ms) 土壤樣品1 粒徑分布規(guī)律 土壤樣品2粒徑分布規(guī)律 土壤結(jié)構(gòu)的分形模型土壤結(jié)構(gòu)的分形模型 SX 土壤微結(jié)構(gòu)空間分布微結(jié)構(gòu)分形模型 X 1 /2 S 1 /2 1 2 土壤樣品有效導(dǎo)熱系數(shù)的分形表述土壤樣品有效導(dǎo)熱系數(shù)的分形表述 土壤樣品1 017. 0 051. 0017. 0 181. 10 . 2 236. 0446. 0756. 0 X XX e 土壤樣品2 010. 0 031. 0010. 0 431. 12 . 2 266. 0461. 0708. 0 X XX e 0. 4 0. 6 0. 8 1 1. 2

9、1. 4 0.000001 0.000050.00010.00050.0010.0050.010.0514 X ( mm 2 ) e（W/m K) 土壤樣品土壤樣品 1 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.001 0.0050.010.050.10.51410100 X (mm 2) e（W/m K） 土壤樣品土壤樣品 2 土壤樣品有效導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)比較土壤樣品有效導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)比較 KmW e /835. 0 KmWmmEX KmWmmEX e e /814. 0,35 /877. 0,31 2 2 樣品1 試驗數(shù)據(jù) 分形計算數(shù)據(jù) 樣品2 試驗數(shù)據(jù) 分形計算數(shù)據(jù) KmW e /684.

10、0 KmWmmX KmWmmX e e /679. 0,1 /692. 0,5 . 0 2 2 熱響應(yīng)實驗熱響應(yīng)實驗 熱響應(yīng)實驗的理論基礎(chǔ)是開爾文 的線源理論，以下公式描述了線 源理論，熱響應(yīng)實驗就是在此公 式基礎(chǔ)上進(jìn)行土壤熱參數(shù)計算的 熱響應(yīng)實驗原理圖如右圖所示 熱響應(yīng)實驗設(shè)備的原理就是一個 閉式的加熱設(shè)備，通過地下?lián)Q熱 器給土壤加熱，并記錄相關(guān)溫度 數(shù)據(jù)，根據(jù)所收集數(shù)據(jù)通過專業(yè) 數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析從而 得到導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù)。 o地 下 換 熱 器 o實驗設(shè)備 o電 源 o數(shù)據(jù)采集 o加 熱 熱響應(yīng)實驗熱響應(yīng)實驗 熱響應(yīng)實驗裝置外觀圖熱響應(yīng)實驗裝置外觀圖 熱響應(yīng)實驗數(shù)據(jù)處理軟件熱響應(yīng)實驗

11、數(shù)據(jù)處理軟件 地埋管換熱器放熱量實驗地埋管換熱器放熱量實驗 本實驗所處地點為同濟(jì)大學(xué)文 遠(yuǎn)樓，原理圖如右圖所示 1單U型地埋管； 2恒溫水箱； 3電加熱器1； 4電加熱器2； 5球閥； 6水泵； 7止回閥； 8鉑電阻溫度計； 9水表； 10潛水泵； 11Y型過濾器。 供 水 管 回 水 管 排 水 管 補 水 管 某地源熱泵地埋管換熱 器試驗原理圖 地埋管換熱器放熱量實驗地埋管換熱器放熱量實驗 對于特定的地埋管換熱器，在保持其他量不變的情況下， 單位井深放熱量隨著供水溫度的提高而增大，通過最小 二乘法擬合可以得到單位井深放熱量隨供水溫度的變化 關(guān)系式為：y = 217.26Ln(x)743.2

12、9 式中，y為單位井深放熱量，w/m井深；x為供水溫度， 。 GSHP系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計 GSHP系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)資料 空調(diào)系統(tǒng)的冷熱負(fù)荷 室內(nèi)空調(diào)設(shè)備的選擇 室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計 GSHP系統(tǒng)的選擇和設(shè)計步驟 GCHP系統(tǒng)地下?lián)Q熱器設(shè)計 GSHP系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)資料系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)資料 總平面的水文地質(zhì)、地表情況 地質(zhì)和水文地質(zhì)的成分調(diào)查報告 地表水應(yīng)用調(diào)查報告 地下水系統(tǒng)試驗井的調(diào)查報告 垂直地下?lián)Q熱器系統(tǒng)試驗孔調(diào)查報告 水平地下?lián)Q熱器試驗坑調(diào)查報告 監(jiān)視井 水的質(zhì)量 空調(diào)冷熱負(fù)荷空調(diào)冷熱負(fù)荷 分區(qū)負(fù)荷 高峰負(fù)荷用于地下?lián)Q熱器設(shè)計 平均負(fù)荷 總能耗計算 Degree day法 Bin法 Hour by h

13、our法 DeST 負(fù)荷頻率表 地下負(fù)荷 ) 1 1 ( c s COP Q 夏季高峰總負(fù)荷 ) 1 1 ( h w COP Q 冬季高峰總負(fù)荷 室內(nèi)空調(diào)設(shè)備的選擇室內(nèi)空調(diào)設(shè)備的選擇 水空氣水源熱泵機組 GCHP系統(tǒng)使用 GWHP和SWHP系統(tǒng)使用 美國制冷學(xué)會（ARI）的水空氣熱泵標(biāo)準(zhǔn) 分類 ARI 3 2 0水源 ARI 3 2 5地下水源 ARI 3 3 0地源閉式環(huán)路 進(jìn)入水溫（） 供熱 供冷 2 1 . 1 2 9 . 4 1 0 / 2 1 . 1 1 0 / 2 1 . 1 0 2 5 進(jìn)入空氣溫度（） 供熱（干球） 供冷（干/ 濕球） 2 1 . 1 2 6 . 7 / 1 9

14、 . 4 2 1 . 1 2 6 . 7 / 1 9 . 4 2 1 . 1 2 6 . 7 / 1 9 . 4 GCHP系統(tǒng)的選擇系統(tǒng)的選擇 考慮地下?lián)Q熱器所需的地表面積 考慮地下管道的承壓 立式熱交換器一般限制在六層以下 水平系統(tǒng)考慮占地面積 混合式GCHP系統(tǒng)（附加冷卻塔） 游樂場、草地、停車場可設(shè)置地下?lián)Q熱器 管道要保溫（管路溫度高于7.210除外） 北方地區(qū)系統(tǒng)需加抗凍劑溶液 美國美國GSHP系統(tǒng)的水溫要求系統(tǒng)的水溫要求 GCHP/ SWHP/ GWHP/ 模式 北方 南方 北方 南方 北方 南方 供熱 -1. 1 16. 7 -1. 1 12. 8 4. 4 10 供冷 32 40

15、. 6 26. 7 35 - 29. 4 GCHP系統(tǒng)設(shè)計步驟系統(tǒng)設(shè)計步驟 決定地下性質(zhì)（鉆試驗孔洞） 確定管道管徑、尺寸、孔洞分析、回填 計算所需孔洞長度及布置孔洞 設(shè)計外部集管 系統(tǒng)的阻力計算及水泵的選擇 設(shè)計清潔系統(tǒng) GCHP系統(tǒng)地下?lián)Q熱器設(shè)計系統(tǒng)地下?lián)Q熱器設(shè)計 地下?lián)Q熱器埋管形式 豎直埋管、水平埋管 管路連接方式 串連、并聯(lián)流動 同程、異程 地下熱交換器的組成 供回集管、環(huán)路、同程回流管、U型彎管 塑料管的選擇 塑料管材PE 、PB GCHP系統(tǒng)地下?lián)Q熱器設(shè)計系統(tǒng)地下?lián)Q熱器設(shè)計 塑料管尺寸 PE3408 SDR11 PE3408 SCH40 PB2110 SDR13.5 PB2110

16、SDR17 塑料管直徑的選擇 管道要大到足夠保持最小輸送功率 管道要小到管內(nèi)流動為紊流 內(nèi)徑小于50mm，管內(nèi)流速0.61.2m/s 內(nèi)徑大于50mm，管內(nèi)流速小于1.8m/s 地下?lián)Q熱器換熱量地下負(fù)荷 地下?lián)Q熱器長度 單位管長換熱量3555W/m 同濟(jì)大學(xué)試驗單位管長換熱量4060W/m GCHP系統(tǒng)地下?lián)Q熱器設(shè)計系統(tǒng)地下?lián)Q熱器設(shè)計 地下?lián)Q熱器的鉆孔數(shù) 鉆孔間距相鄰孔洞最小間距4. 5m 地下?lián)Q熱器的孔深 根據(jù)鉆孔數(shù)確定，一般為4090m 地下?lián)Q熱器阻力計算 沿程阻力 局部阻力采用當(dāng)量尺度法 地下?lián)Q熱器環(huán)路水泵選型 地下?lián)Q熱器水管承壓能力校核 水系統(tǒng)其他裝置設(shè)計 機組水流量 W dv W n

17、 i , 4000 2 75. 1 25. 1 25. 075. 0 1582. 0vdR im 空調(diào)系統(tǒng)全年運行能耗分析空調(diào)系統(tǒng)全年運行能耗分析 BIN 參數(shù) 全年動態(tài)負(fù)荷計算 GSHP系統(tǒng)全年運行能耗計算 熱泵機組的能耗 埋地?fù)Q熱器側(cè)循環(huán)水泵能耗 室內(nèi)側(cè)冷凍水循環(huán)水泵能耗 空調(diào)末端設(shè)備能耗 ASHP系統(tǒng)全年運行能耗計算 風(fēng)冷熱泵機組能耗 風(fēng)側(cè)換熱器風(fēng)機能耗 冬季除霜能耗 室內(nèi)側(cè)冷凍水循環(huán)水泵能耗 空調(diào)末端設(shè)備能耗 vGSHP ASHP系統(tǒng)負(fù)荷側(cè)能耗相同忽略不計 上海地區(qū)上海地區(qū)2間隔間隔24小時運行小時運行BIN參數(shù)參數(shù) BIN -6-4-202468101214 hours（h） 12

18、76 168 351 524 486 440 498 521 478 428 wet bulb temperatur e（） -6.3 -5.1 -3.3 -1.6 0.1 1.8 3.8 6.2 8.2 10.011.5 BIN 1618202224262830323436 hours（h）499 589 613 616 537 718 587 36 192 77 14 wet bulb temperatur e（） 13.6 15.517.6 19 21.4 23.8 25.0 25.8 26.4 27.0 27.4 天鄰別墅全年動態(tài)負(fù)荷計算天鄰別墅全年動態(tài)負(fù)荷計算 0 2000 4000

19、 6000 8000 10000 12000 14000 -6 -4 -202468 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 outdoor dry-bulb temperature /centigrade annual dynamic load /kWh GSHP系統(tǒng)全年運行能耗分析系統(tǒng)全年運行能耗分析 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 -6 -4 -20246810 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 outfoor dry-bulb temperature/ cen

20、tigrade annual energy consumption /kWh GSHP unitrecycled pump of ground heat exchanger cycle ASHP系統(tǒng)能耗分析系統(tǒng)能耗分析 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 -6 -4 -2 02468 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 outdoor dry-bulb temperature /centigrade annual energy consumption /kWh ASHP unitfan of

21、 outdoor heat exchanger cycle defroster 埋地?fù)Q熱器內(nèi)部溫度分布 埋地?fù)Q熱器內(nèi)部溫 度模擬如圖所示， 可以看出管間距對 溫度變化的影響， 上圖為間距52mm， 下圖間距72mm， 為了防止供回水管 間的熱干擾，管間 距應(yīng)選擇適宜長度。 土壤源熱泵管群的模擬結(jié)果 間距4m 溫升0.401 間距3m 溫升0.712 間距2m 溫升1.413 大規(guī)模土壤源熱泵管群，由于其埋管布置密集，在中心區(qū)域會造成 土壤的熱堆積，土壤溫度的升高如果不能得到及時的恢復(fù)，將對換 熱性能造成很大影響，所以，對熱泵管群的模擬顯得尤為重要。 模擬了不同管間距經(jīng)過一年后的土壤溫度變化。選

22、取點為中心最不利點。 樁基式管群模擬 目前，工程中出現(xiàn)了利用建筑現(xiàn)有樁基埋設(shè)換熱器的實例。在工程樁中埋設(shè)換 熱器，可以減少系統(tǒng)的初投資，使地源熱泵能夠得到更普遍的使用。 鉆孔埋設(shè)單鉆孔埋設(shè)單U U型管型管 換熱器換熱器 鉆孔埋設(shè)鉆孔埋設(shè)W W型管型管 換熱器換熱器 工程樁內(nèi)埋設(shè)工程樁內(nèi)埋設(shè) 換熱器換熱器 武昌對工程樁內(nèi)埋設(shè)大直徑螺旋盤武昌對工程樁內(nèi)埋設(shè)大直徑螺旋盤 管換熱器和管換熱器和W W型換熱器的形式進(jìn)行多次試型換熱器的形式進(jìn)行多次試 驗，埋設(shè)驗，埋設(shè)W W型換熱器一次試驗成功，兩次型換熱器一次試驗成功，兩次 埋設(shè)大直徑螺旋盤管換熱器的試驗均失埋設(shè)大直徑螺旋盤管換熱器的試驗均失 敗，分析失

23、敗原因主要是試驗樁深敗，分析失敗原因主要是試驗樁深45m45m， 存在樁位偏差，工程樁在放下導(dǎo)管和用存在樁位偏差，工程樁在放下導(dǎo)管和用 導(dǎo)管搗固混凝土?xí)r極易撞斷捆扎在鋼筋導(dǎo)管搗固混凝土?xí)r極易撞斷捆扎在鋼筋 網(wǎng)架內(nèi)側(cè)的網(wǎng)架內(nèi)側(cè)的HDPE100HDPE100塑料管，雖然設(shè)計考塑料管，雖然設(shè)計考 慮了在鋼筋網(wǎng)架內(nèi)設(shè)置井字型導(dǎo)管艙保慮了在鋼筋網(wǎng)架內(nèi)設(shè)置井字型導(dǎo)管艙保 護(hù)塑料管，但吊裝護(hù)塑料管，但吊裝20m20m鋼筋網(wǎng)架易變形，鋼筋網(wǎng)架易變形， 且旋噴鉆孔樁成孔速度快，泥漿護(hù)壁質(zhì)且旋噴鉆孔樁成孔速度快，泥漿護(hù)壁質(zhì) 量不高，易造成塌孔，強行放下的鋼筋量不高，易造成塌孔，強行放下的鋼筋 網(wǎng)架內(nèi)的導(dǎo)管艙中心存

24、在偏差，造成導(dǎo)網(wǎng)架內(nèi)的導(dǎo)管艙中心存在偏差，造成導(dǎo) 管放下失敗。故工程樁內(nèi)埋設(shè)換熱器設(shè)管放下失敗。故工程樁內(nèi)埋設(shè)換熱器設(shè) 計采用計采用W W型換熱器。型換熱器。 樁基式地源熱泵土壤溫度年變化 樁基式地源熱泵土壤溫度年變化 樁基式地源熱泵土壤溫度年變化 管群中心區(qū) 域熱堆積較 顯著，模擬 單管換熱量 為50W/m 的情況，經(jīng) 過一年的運 行，溫度升 高為1.3度 左右。 模擬土壤溫度測點布置圖 樁基式地源熱泵土壤溫度年變化 紅色為距離換 熱器最近點其溫 度波動隨水溫的 變化波動最大； 黑色為距離換熱 器最遠(yuǎn)點其溫度 變化滯后于水溫 變化 050100 150 200 250 300 350 400

25、 450 500 550 600 650 700 750 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 E D C B A 土壤溫度（） 時間（12h） 試驗選用的井埋管編號試驗選用的井埋管編號1 1號井單號井單U U埋管埋管2 2號井號井W W型埋管型埋管 垂直埋管段垂直埋管段 垂直深度垂直深度 mm105105110110 垂直管總長度垂直管總長度 mm210210440440 回填材料回填材料水泥漿膨潤土水泥漿膨潤土水泥漿膨潤土水泥漿膨潤土 安裝方法安裝方法自然下管自然下管自然下管自然下管 井口直徑井口直徑400m

26、m400mm500mm500mm PE PE 管管外徑外徑 mmmm25252525 內(nèi)徑內(nèi)徑 mmmm20202020 連接管連接管 距離距離 mm20204545 連接管總長度連接管總長度 mm40409090 保溫材料保溫材料橡樹保溫套橡樹保溫套, , 厚度厚度20mm20mm 1 1號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析2 2號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析 進(jìn)水溫度進(jìn)水溫度流量流量進(jìn)出口溫差進(jìn)出口溫差散熱量散熱量進(jìn)水溫度進(jìn)水溫度流量流量進(jìn)出口溫差進(jìn)出口溫差散熱量散熱量 m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深

27、 37.237.20.8810.8815.15.158.458.437.3637.360.8850.8856.686.6872.872.8 1 1號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析2 2號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析 進(jìn)水溫度進(jìn)水溫度流量流量進(jìn)出口溫差進(jìn)出口溫差取熱量取熱量進(jìn)水溫度進(jìn)水溫度流量流量進(jìn)出口溫差進(jìn)出口溫差取熱量取熱量 m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 4.34.30.810.814.64.641414.34.30.8120.8126.36.352.852.8 試驗選用的井埋管編號試驗選用的井埋

28、管編號1 1號井單埋管號井單埋管2 2號井號井單單埋管埋管 垂直埋管段垂直埋管段 垂直深度垂直深度 mm30306060 垂直管總長度垂直管總長度 mm6060120120 回填材料回填材料混凝土混凝土水泥漿膨潤土水泥漿膨潤土 安裝方法安裝方法300mm300mm鋼筋籠鋼筋籠自然下管自然下管 井口直徑井口直徑400mm400mm110mm110mm PE PE 管管 外徑外徑 mmmm25252525 內(nèi)徑內(nèi)徑 mmmm20202020 連接管連接管 距離距離 mm14.614.610.110.1 連接管總長度連接管總長度 mm29.229.220.220.2 保溫材料保溫材料橡樹保溫套橡樹保

29、溫套, , 厚度厚度20mm20mm 1 1號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析2 2號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析 進(jìn)水溫度進(jìn)水溫度流量流量進(jìn)出口溫差進(jìn)出口溫差散熱量散熱量進(jìn)水溫度進(jìn)水溫度流量流量進(jìn)出口溫差進(jìn)出口溫差散熱量散熱量 m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 36.936.90.860.862 264.364.337.0537.050.860.862.732.7344.744.7 1 1號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析2 2號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析 進(jìn)水

30、溫度進(jìn)水溫度流量流量進(jìn)出口溫差進(jìn)出口溫差取熱量取熱量進(jìn)水溫度進(jìn)水溫度流量流量進(jìn)出口溫差進(jìn)出口溫差取熱量取熱量 m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 5.355.350.8570.8571.511.5148.648.65.355.350.8420.8422.262.2636.436.4 試驗選用的井埋管編號試驗選用的井埋管編號1 1號井單號井單U U埋管埋管 2 2號井號井雙雙U埋管埋管 工程灌注樁工程灌注樁U U埋管埋管 垂直埋管段垂直埋管段 垂直深度垂直深度 mm606060603636 垂直管總長度垂直管總長度 mm12012012012072

31、72 回填材料回填材料泥漿泥漿泥漿泥漿混凝土混凝土 安裝方法安裝方法自然下管自然下管自然下管自然下管自然下管自然下管 井口直徑井口直徑150mm150mm150mm150mm400mm400mm PE PE 管管 外徑外徑 mmmm323232323232 內(nèi)徑內(nèi)徑 mmmm262626262626 連接管連接管 距離距離 mm202030306 6 連接管總長度連接管總長度 mm404060601212 保溫材料保溫材料橡樹保溫套橡樹保溫套, , 厚度厚度20mm20mm 1 1號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析2 2號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析工程

32、樁埋管垂直段傳熱性能分析工程樁埋管垂直段傳熱性能分析 進(jìn)水溫進(jìn)水溫 度度 流量流量 進(jìn)出口溫進(jìn)出口溫 差差 散熱量散熱量 進(jìn)水溫進(jìn)水溫 度度 流量流量 進(jìn)出口溫進(jìn)出口溫 差差 散熱量散熱量 進(jìn)水溫進(jìn)水溫 度度 流量流量 進(jìn)出口溫進(jìn)出口溫 差差 散熱量散熱量 mm3 3/h/hKKW/mW/m井深井深 mm3 3/h/hKKW/mW/m井深井深 mm3 3/h/hKKW/mW/m井深井深 37.537.51.1081.1082.52.5626237.537.51.1551.1552.152.15787836.936.90.860.862 26060 1 1號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段

33、傳熱性能分析2 2號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析工程樁埋管垂直段傳熱性能分析工程樁埋管垂直段傳熱性能分析 進(jìn)水溫進(jìn)水溫 度度 流量流量 進(jìn)出口進(jìn)出口 溫差溫差 取熱量取熱量 進(jìn)水溫進(jìn)水溫 度度 流量流量 進(jìn)出口進(jìn)出口 溫差溫差 取熱量取熱量 進(jìn)水溫進(jìn)水溫 度度 流量流量 進(jìn)出口進(jìn)出口 溫差溫差 取熱量取熱量 m3/hm3/hKK W/mW/m井井 深深 m3/hm3/hKK W/mW/m井井 深深 m3/hm3/hKK W/mW/m井井 深深 6.96.91.111.112.32.339396.96.91.1151.1152.152.1548485.355.350.842

34、0.8422.262.264141 由于武昌站的測試時間短，試驗結(jié)果與杭州相差很大，偏差由于武昌站的測試時間短，試驗結(jié)果與杭州相差很大，偏差 與試驗方法有關(guān)，試驗結(jié)果僅供設(shè)計參考。本工程土壤源換熱器與試驗方法有關(guān)，試驗結(jié)果僅供設(shè)計參考。本工程土壤源換熱器 傳熱能力采用距于武昌站傳熱能力采用距于武昌站3.5km3.5km處某工地的測試數(shù)據(jù)，并用杭州處某工地的測試數(shù)據(jù)，并用杭州 工程樁的試驗研究結(jié)果進(jìn)行修正，這樣的結(jié)果偏于安全。工程樁的試驗研究結(jié)果進(jìn)行修正，這樣的結(jié)果偏于安全。 埋管型式埋管型式總釋熱量總釋熱量(kW) (kW) 總吸熱量總吸熱量(kW) (kW) 地塊地塊A A 工程樁加工程樁加

35、65m65m單單U U型井埋管型井埋管 233233159159 地塊地塊B B工程樁加工程樁加65m65m單單U U型井埋管型井埋管3562356225422542 地塊地塊C C工程樁加工程樁加65m65m單單U U型井埋管型井埋管848848601601 工程樁加工程樁加65m65m單單U U和型井埋管和型井埋管10141014733733 地塊地塊D D工程樁加工程樁加65m65m單單U U型井埋管型井埋管11631163833833 工程樁加工程樁加75m75m單單U U型井埋管型井埋管12621262902902 地塊地塊E E工程樁加工程樁加65m65m單單U U型井埋管型井埋管

36、1675167511851185 工程樁加工程樁加75m75m單單U U型井埋管型井埋管1935193513681368 當(dāng)設(shè)計單當(dāng)設(shè)計單U U型井埋管鉆孔深度為型井埋管鉆孔深度為65m65m時，地塊時，地塊A A、B B、C C區(qū)的總釋熱區(qū)的總釋熱 量量4633kW, 4633kW, 總吸熱量總吸熱量3302kW3302kW； 當(dāng)?shù)貕K當(dāng)?shù)貕KA A、B B、D D區(qū)設(shè)計單區(qū)設(shè)計單U U型井埋管鉆孔深度為型井埋管鉆孔深度為75m , C75m , C區(qū)設(shè)計區(qū)設(shè)計W W 型井埋管鉆孔深度為型井埋管鉆孔深度為75m75m時，地塊時，地塊A A、B B、C C、D D區(qū)的總釋熱量區(qū)的總釋熱量6471k

37、W, 6471kW, 總吸熱量總吸熱量4629kW4629kW。 國內(nèi)樁基式地源熱泵工程實例 南京朗詩國際街區(qū) 占地面積16萬平米； 建筑面積30萬平米； 共18層 朗詩國際街區(qū)地源熱泵系統(tǒng) 朗詩國際街區(qū)采用土壤耦合地源熱泵系統(tǒng)，垂直埋管方式從土壤中提取和釋放 熱量 利用建筑本身的樁基，在樁基中埋入U型或W型土壤換熱器，節(jié)省了埋設(shè)土壤換 熱器所需的打井費用，同時節(jié)省了占地面積 由樁基內(nèi)換熱器提供的冷量不足，剩余部分在建筑周邊打井進(jìn)行補充 試驗選用的井埋管編號試驗選用的井埋管編號B4B4號井單號井單U U埋管埋管B6B6號井號井W W型埋管型埋管 垂直埋管段垂直埋管段 垂直深度垂直深度 mm60606060 垂直管總長度垂直管總長度 mm120120120120 回填材料回填材料黃沙膨潤土黃沙膨潤土水泥漿膨潤土水泥漿膨潤土 安裝方法安裝方法自然下管自然下管采用支承采用支承 PE PE 管管外徑外徑 mmmm25252525 內(nèi)徑內(nèi)徑 mmmm20202020 連接管連接管 距離距離 mm26.226.222.822.8 連接管總長度連接管總長度 mm52.452.445.645.6 保溫材料保溫材料橡樹保溫套橡樹保溫套, , 厚度厚度20mm20mm B4B4號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳