10种热源热泵空调系统

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地下温度又称“地下热”。地下温度可分三层:第 一层叫外热层(变温层),该层温度主要来自 太阳的辐射热能,它随纬度的高低、海陆分布、 季节、昼夜、植被的变化而不同;第二层叫常 温层(恒温层),该层为外热层的下部界面 (即内、外热层的分界面),地下温度大致保 持为当地年平均温度;第三层叫内热层(增温 层),该层不受太阳辐射的影响,其热能来自 地球内部,其中主要是来自放射性元素衰变产 生的热能,
深层矿井水地因地质构造不同而温度不同一 般在25度到31度之间。 热泵机组完全可利用深层水热源来提升温度, 用于建筑供热。
4、湖水源(地表水)
湖水水温主要受大陆影响. 如果是北半球,最高 温在7月,最低温在1月;如果是南半球,最低 温在1月,最高温在7月.其水温夏季低于同纬 度的东西两侧陆地,冬季高于同纬度的东西 两侧陆地.与陆地的温度差,则要视其受陆地 影响大小程度,如湖的大小,深度,两岸气候 是大陆性还是海洋性,植被覆盖率,入湖径流 水温等等. 湖水深度不同而温度不同一般冬季8米深度的 湖水温度在7度到9度之间。气温在-10度时 水源热泵机组完全可利用湖水热源来提升温 度,用于建筑供热。
• 系统利用太阳能资源在冬季 得到10度水源热量,通过水 源热泵机组将温度提升给建 筑供热。 • 受太阳光照影响较大。
其他热源
•钢铁工业热轧工艺冷却水。 •35-40度得热水
其他热源
• 光纤生产工艺冷却水。 得到28度得热水
其他热源 焦化生产工艺冷却水和蒸汽。 得到40度的热水
其他热源 多晶硅生产工艺冷却水。 得到35-60度的热水
需谨慎分析可行性的地质结构
石灰岩地质或采空区等溶岩孔洞区 花岗岩地质等施工经济性较差地质
松散岩类浅部含有多层承压孔隙水
深部承压水水头较高超出基坑高度
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热物性参数—恒热流法的实践
实践问题一:线热源理论假设的实际满足
①假设地下土壤初始温度均匀,近似为无限大传热介质; 实际地表15米变温,实测发现冬夏季节和较浅钻孔偏差大 ②假设地下土壤的热物性是均匀的,且具有常物性; 实际多数项目土壤分层明显,物性有差异 ③不考虑地表的传热,且忽略地下水的流动; 地下水分岩性和地质带有所差异,对换热性能有明显影响 ④忽略沿U型管轴向的传热,只考虑径向的一维导热; 与实际有所简化,但稳定后影响不大 ⑤忽略钻孔几何尺度把其近似为轴心线上无限大线热源; 管内热容对测试稍有影响,稳定后影响不大 ⑥假设管内热流恒定。 白天受多方面因素影响有波动
5.4 中国建筑气候分区
5.5 方案应用的地域性分析
以5个典型气候区域代表城市的全年逐时空调负荷为例分析,5个代表城市 分别为严寒A区的齐齐哈尔,严寒B区的沈阳,寒冷地区的北京,夏热冬冷地区 的上海,夏热冬暖地区的广州。
排 取 热 不 平 衡 率 %
5个代表城市的全年排热量、取热量的不平衡率 不平衡率=(排热量-取热量)/排热量与取热量中的较大者×100%
地下热平衡设计
《地源热泵系统工程技术规范GB50366-2009》规定:
地埋管换热系统设计应进行全年动态负荷计算,最小计算周期宜 为一年。计算周期内,地源热泵系统总释(排)热量宜与其总吸(取) 热量相平衡。
各种设计方案的机理
依据岩土体的热平衡状况:即不同地区气候条件、不同功能的空
调房间和不同运行方式所形成的累积排热量与累积取热量的状况。
一、 水地源概述
热源形式
1、火力发电厂冷却水热源 2、化工厂化学反应生成热源 3、深层矿井水地热源 4、湖水源(地表水) 5、地下水热源(浅层地下水) 6、浅层地热源(地埋管) 7、地震带地热源(温泉和热蒸汽) 8、太阳能热水器阵(太阳能) 9、其他生产工艺冷却水热源 10、能源塔热源
1.火力发电厂冷却水热源 发电机在工作时线圈会产生大量 的热,一般是用冷却塔来冷却
当ral>1
地下岩土年平均温度逐年升高
当ral<1
地下岩土年平均温度逐年降低
5.2
历年累积排、取热总量曲线
Q/GJ 历 年 累 积 排 取 热 量
历年负荷总量累积曲线
1、4 -平衡型
2 -累积排热型
3-累积取热型
ral≈1的工程,冬季开始供热使用 ,然后在夏季制冷,全年冬夏季
取排热总量相等,负荷总量变化曲线为曲线①。反之,夏季开始制冷使
三、热源换热系统设计和注意事项 1、地埋管换热器的设计
夏季放热量的计算:空调冷负荷加空调主机电机功率 冬季散冷量的计算:空调热负荷减空调主机电机功率 按照地下埋管换热器热响应测试报告放热值和吸热值计算地埋管井数
注意事项
放5%余量 考虑冷热平衡 地下埋管换热器热响应测试报告放热值和吸热值是重要计算依据 如:安徽九华山机场空调地埋管计算书
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岩土热物性试验—恒热流法的实践
实践问题三:初始地温的测试
规范规定的分层设置热电阻传感器,可以获得多点温度,但要求间隔不 大于10米,这样100米井至少要9个传感器,20米以下相邻传感器温差接
近,一般不超过0.2度,似乎可以稍放宽松些
对传感器的布置方式补偿措施和后续利用方式等细则建议进一步完善 规范规定的向测试孔内注满水的PE管中,插入温度传感器获得岩土初始 的温度分布的方法,由于管径较小带水时传感器很难顺利插入底部并保 证抽出,只能插入较浅深度,温度不具备全局代表性 循环水测试法测试初始地温简便易行,数据单一可具备全局代表性,但 是规范没有此种方式的说明和规定
地下水热源(浅层地下水)
地下水水温随自然地理环境、地质条件及循 环深度不同而变化。近地表处为变温带, 变温带之下的一定深度为恒温带,地下水 温不受太阳辐射影响。不同纬度地区的恒 温带深度不同,水温范围10—22℃。恒温 带向下,地下水温随深度增加而升高,升 高多少取决于不同地域和不同岩性的地热 增温率 水源热泵机组完全可利用地下水热源来提升 温度,用于建筑供热。(当地水文站同意 使用条件)
器; 7. 集水器和分水器;8. 涡轮流量传感器; 9. 温度传感器; 10. 数显功 率表
岩土热物性试验—内容与意义
岩土热物性试验应包括下列内容: 1 岩土层的结构; 2 岩土体热物性; 3 岩土体温度; 4 地下水静水位、水温、水质及分布; 5 冻土层厚度。 岩土热物性试验是地埋管地源热泵系统项目决策、 系统设计、造价和工期测算的重要依据。
浅层地热源(地埋管)
• 地埋管系统利用地下浅层平 均地温17-19度,冬季得到10 度水源热量,通过地源热泵 机组将温度提升给建筑供热。
7、地震带地热源(温泉和热蒸汽)
• 系统利用地热资源在冬季得 到30-40度水源热量,通过水 源热泵机组将温度提升给建 筑供热。(能源阶梯利用)
8、太阳能热水器阵(太阳能)
其他热源 江水源 城市污水源
各种热源热泵系统的组成
1、各种余热和自然热源提供给热泵机组 2、热泵机组将低品位热源提升到要求温度供给建筑和工艺使用。 3、和服务对象(如机场、商场、办公楼、工厂)无关,和热泵机组运行工况有关 4、全方位利用各种能源为客户提供服务。
二、热源形式的勘测要点 1、热源在冬季的恒定温度 2、热源的水量 3、热源水的化学性质 4、利用热水的回水温度对后续生产工艺的影响 5、冷热平衡
-6
-7
46.5-50.4
50.4-100
灰岩
石英砂岩
坚硬
坚硬
灰岩,片状,页状节理,非常坚硬,打 井难度最难
青灰-褐色石英砂岩,非常坚硬,打井难度最难
九华山机场空调地埋管计算
1、机场冷热空调负荷和选型 夏天冷负荷2053kw 冬天热负荷1639kw 2、采用欧科二台地源热泵机组单台制冷量1115.8kw; 7℃/12℃;30℃/35℃制冷功率 187.6kw; 制热量1115.1kw。 5℃/10℃;40℃/45℃制热功率230.2kw。 3、九华山民用机场项目土壤源热泵热响应测试参数 根据九华山机场航站楼地源热泵工程地下埋管换热器热响应测试报告,九 华山民用机场空调地埋管放热去值65w/m,吸热53w/m。 4、埋管深度100米 5、施工实际地埋管数 机场空调地埋管数量为340孔;采用双U管形式。 6、夏季热平衡用冷却塔放热,热量1150kw 200T/h
热泵机组完全可利用发电机产生 的低品位热源(33C°热水)来 提升温度,用于建筑供热。
2.化工厂化学反应生成热源
化工厂在化学反应过程中会产生大 量的热源。如: 石油裂解工艺、环氧乙烷工艺、酒精 工艺等等。 热泵机组完全可利用化学产生的低品 位热源(35-40C°热水)来提升温 度,用于建筑供热。
3、深层矿井水地热源
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岩土热物性试验—恒热流法的实践
实践问题二:电压波动的影响 现象:测试电压波动带来加热功率不能恒定,使得依照线热源理论恒热流法测 试导热系数的方法失去理论依据 国标规定:C.2.1 在输入电压稳定的情况下,加热功率的测量误差不应大于 ±1%。(未规定电压或加热功率波动的允许范围) ASHRAE规定:加热功率的标准差应该小于其平均值的1.5%,最大偏差应小于 平均值的±10%(实际波动标准差有超标) 实际:实测发现三相动力电压一般在 350-410V 之间变化,大多数新建项目存在 电压不稳现象,部分项目白天波动较为频繁 电压不稳的原因: 1、白天用电高峰电网电压降低 2、工地大型用电设备启停频繁冲击电网 3、配电盘接出电器太多容量不足 解决办法: 1、增加电抗器稳压装置 2、为测试单独提供配电盘 预计结果:可以缓解但难以完全消除
全年累积排、取热量比ral
全年累积排、取热量比ral(ratio of accumulated loads)是全年
向地埋管换热器的总排热量与其总取热量之比。 尽 量 减目 少标 对: 机岩 组土 和温 环度 境不 的变 影 响
当ral=1
Q 排= Q 取 Q 排> Q 取 Q 排< Q 取
地下岩土年平均温度保持不变
用,则为曲线④。
热平衡设计的九种设计方案
据岩土体的累积排热量和累积取热量的平衡状况和我国不同地域、不 同气候特点,提出以下9种设计方案: 方案1 方案2 方案3 方案4 方案5 方案6 方案7 方案8 方案9 地埋管+热泵机组 地埋管+热泵机组+冷却塔 地埋管+热回收热泵机组 地埋管+热回收热泵机组+冷却塔 地埋管+双冷凝器热泵机组+闭式冷却塔 地埋管+热泵机组+扩大供热面积 地埋管+热泵机组+辅助热源 地埋管+热泵机组+太阳能 地埋管+热泵机组+通风表冷器
九华山机场空调地埋管地质条件
岩层分布
序层 -1 -2 -3 -4 -5 深度(m) 0-2.7 2.7-26.8 26.8-30 30-40 40-46.5 岩土层名 粘土 粘土 卵石沉集 强风化 中风化 状态 松散 可塑 硬 坚硬 坚硬 描述 主成分为粉质粘土杂含砾石,打井难度一般 粉质粘土含砾石,干强度较高,韧性中等,打井难度较难 乱石及圆砾,泥质胶结,打井难度难 强风化砂砾岩,泥质胶结,打井难度难,容易跑水 中风化砂砾岩,泥质胶结,打井难度很难
5.5 方案应用的地域性分析
依据:不平衡率越接近0时越容易实现全年热平衡,而越接近±100% 则越难实现热平衡。 城市 齐齐哈尔 沈阳 北京 上海 广州 所属气候区 严寒区 严寒区 寒冷区 夏热冬冷区 夏热冬暖区 热量不平衡率 % -96 -88.2 -54.2 26.5 85 可能的适用方 案 方案7~9 方案7~9 方案7~9 方案2~6 方案2~6 热泵形式 -------------
冷却塔调峰前后地源侧温度的对比
土壤换热器埋管的布置型式
垂直埋管: 一般有单U 形管,双U 形管,W型管、套管式管,小直径螺旋 盘管和大直径螺旋盘管,立式柱状管、蜘蛛状管等形式;按埋设深度不同 分为浅埋(≤30m)、中埋(31~80m)和深埋(>80m)。目前使用最多 的是单U 形管(Single-U-pipe),双U 形管(Double-U-pipe),简单套 管式管(Simple Coaxial pipe)
二、 地源热泵系统设计
设计的原始资料与依据
地 源 热 泵 系 统 设 计
建筑物冷热负荷计算设计
冬夏季地下循环水换热量计算 现场勘察探与热响应测试 地下换热器设计 空调主机及末端系统设计
关于岩土热物性试验
热响应测试原理
图 3-1 测试系统原理图
1. 加热水箱; 2. 温度控制器; 3. 补水箱; 4. 水泵; 5. 变频器; 6. 压力传感
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