地源热泵技术与中深层地埋管换热器

地源热泵技术与中深层地埋管换热器
山东中瑞新能源科技有限公司首席专家
山东建筑大学教授
中国地源热泵产业联盟理事长
方肇洪
概要1．地源热泵技术
♦地埋管地源热泵的原理和适用条件♦地埋管地源热泵系统技术集成2.中深层地埋管换热器
地源热泵空调系统的突出优点
节能：性能系数较高，节省运行费
用25～50％；
环保：废除锅炉房，不向室外排热，
不用地下水；
可持续发展：热量冬取夏蓄，利用可
再生能源；
冷暖兼用：节省初投资；
美观：无室外机，不影响建筑外观
降低电网负荷
地源热泵空调系统的限制条件
初投资较高（地埋管换热器）
需要有一定的土地设置地埋管换热器 关于冷热负荷平衡的考虑
地埋管地源热泵系统的技术集成 地埋管换热器的传热理论及设计软件
岩土热物性测试技术
地埋管换热器的施工技术
地源热泵复合系统的设计和运行控制
“能量桩”技术：桩基螺旋埋管地热换热器
地埋管换热器理论研究在地埋管换热器传热模型研究方面有较大突破与重要的理论创新。

英文专著
地源热泵系统地埋管换热器的传热模型， InTech ， 2012年
地源热泵，
WILEY ，
2015 地埋管换热器传热分析的解析解方法, Elsevier, 2016
地源热泵的研究成果
获2009年国家科技进步二等奖
地热之星最新升级版本：地源热泵集成设计系统GS1.0
有地下水渗流时
地热换热器中的温度场
“能量桩”技术：
与建筑桩基础结合的地源热泵系统
带桩基螺旋管地热换热器的地源热泵系统示意图•节省地埋管换热器的钻孔费用•节省地埋管换热器的占地面积
考虑渗流时线圈模型的温度响应
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螺旋埋管桩基的力学试验
螺旋埋管桩基的力学试验
螺旋管在钢筋笼内的安装
能量桩地源热泵系统示范工程
（二）中深层地埋管换热器
中深层地埋管换热器的概念:1500-2500m
干热岩（Dry Hot Rock）？
DBHE (Deep Borehole Heat Exchanger)
♦从浅层地热的地源热泵系统说起：占地、补热
♦从中深层水热型地热说起：有没有水？回灌
♦从蓄热技术说起：蓄热需求、大容量、温度
中深层地埋管换热器示意图
中深层地埋管换热器可见的优点：节省占地；
平均地温提高，从而提高单位长度的换热能力。

可见的缺点：造价提高,不适合供冷。

研究目的：
♦预估中深层闭式地埋管换热器的换热能力；
♦讨论参数的影响及其优化；
♦需要蓄热？
♦评估经济性。

地埋管换热器的传热计算
经验估算法
半经验公式方法(GB 50366, IGSHPA)
解析解方法: 钻孔内外分区，g 函数，钻孔内热阻
叠加原理
数值解：
♦有限元法：FEM 商用软件：FLUENT、FEFLOW、COMSOL、OpenGeoSys，计算时间长，不便于设计计算！
♦有限差分法： FDN，不通用
中深层钻孔换热器周围岩土层的等温线图
内管热阻对DBHE名义取热量的影响
中深层地埋管换热器名义取热量
哈尔滨一建筑的冬季动态负荷（左）中深层地埋管10年运行模拟（下）
初步结论
1. 采用FDM模拟计算是可行和高效的 (与中科院结果比较）。

2. 钻孔底部的初始温度是决定换热能力的重要的指标，与孔深与地温梯度密切相关。

3.不建议单纯的季节性蓄热技术，采用热泵是必要的。

4.冷热负荷平衡：蓄热问题可以不考虑，取决于间距。

5. 应用前景: 经济性是重要因素，钻井成本是关键；
较适用于严寒地区.
谢谢 !。