地源热泵技术是一项值得大面积推广的建筑供能技术。地源热泵是一种利用浅层和深层的大地能量,包括土壤、地下水、地表水等天然能源作为冬季热源和夏季冷源,然后再由热泵机组向建筑物供冷供热的系统,是一种利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空调系统。 抽取地下水水源热泵,但由于技术限制,全部回灌不易做到,监督实施也比较困难,而且容易造成地下水污染。 在国外目前大面积推广使用的是埋管式地源热泵技术,是充分利用浅层地热的最佳技术途径。
地源热泵技术是一项值得大面积推广的建筑供能技术。地源热泵是一种利用浅层和深层的大地能量,包括土壤、地下水、地表水等天然能源作为冬季热源和夏季冷源,然后再由热泵机组向建筑物供冷供热的系统,是一种利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空调系统。
抽取地下水水源热泵,但由于技术限制,全部回灌不易做到,监督实施也比较困难,而且容易造成地下水污染。
在国外目前大面积推广使用的是埋管式地源热泵技术,是充分利用浅层地热的最佳技术途径。
目前埋管式地源热泵在欧美国家已得到普遍应用,已被充分证明是成熟可行的技术,在我国,建设部和一些省市的建筑节能政策中明确提出要推广使用地源热泵。
(欧美普遍使用的是在别墅中,在冬天取暖、夏天空调的地区)
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3.1 钻孔
垂直埋管式地源热泵的地下埋管钻孔深度在本实验系统中最深处达到75米,要求钻孔
完毕后孔壁必须保持完整,测量给定井孔位置、孔口标高后,使用汽车钻机泥浆护壁、回转钻进方法成孔,施工要求钻孔深度误差不大与5cm,垂直度小与1%孔深,根据地层的不同采用不同的钻进工艺,直到达到设计要求孔深。
3.2 制作U型管
由于本实验系统采用整根HDPE管作为地下埋管,故埋管在地下无接头,在下管前将热电阻按设计要求的位置在不同的U型管长度处预先使用支架固定在距U型中心18mm处,并将热电阻的导线沿U型管长度方向绑缚在U型管上(图4)。为保证热电阻及导线正常工作,必要时可另设双道热电阻及导线。
3.3 下U型管
在本实验系统中U型管的下放采用人力下管,下放U型管时要求保证管道不会扭曲、变形; U型管连同热电阻及其导线一起埋入井中后,热电阻及其导线要保证完好,并能正常使用,同时测点的位置在下管后不发生位移。
3.4 回灌砂浆
回灌砂浆是为了填充U型管与钻孔孔壁间的间隙,使其具有更好的传热性能。填充材料的选择决定了传热率的大小,选择一种热阻比较小的材料可以提高整个系统的效率。美国、加拿大、日本等国的观点认为,最好是把钻孔所取出的岩土体进行回填,但是这在工程上实现起来比较困难,所以一般选用特殊物质制成的专门的回灌材料。本实验分别采用三种不同的回灌材料:一种采用水泥砂浆,砂浆配合比为:砂子1450kg,水泥300kg,膨胀剂UAE替代10%水泥;一种为水;一种为砂子。以测验不同回填材料对地下埋管换热器换热性能的影响。其中采用水泥砂浆回灌时使用砂浆搅拌机进行砂浆搅拌,砂浆注浆泵回灌,回灌时使用1.5#尼龙导管从井底向上进行,并注意避免碰撞热电阻及其导线、测点位置,回灌连续进行,直至水泥砂浆密实填满管井为止。
4 垂直埋管式地源热泵系统的前景展望
垂直埋管式地源热泵系统一直是国内外理论研究和实验研究的重点,而且其地下埋管系统远比地下水源热泵系统和地表水源热泵系统复杂,当前急需解决的是:
(1) 各地不同地质的地质参数,因为土壤的性能直接影响地下换热器的换热性能;
(2) 成熟可靠的可供工程设计参考的设计计算方法;
(3) 规格齐全,品种多样的相关产品;
(4) 完善的地下换热器的安装、施工技术和安装队伍;
(5) 系统初投资过高,大大限制了垂直埋管式地源热泵的发展应用。
因此,要使地源热泵在我国进行广泛应用,除了进行系统的实验研究外还要积累施工经验。
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2.0.1 地源热泵系统 groud-source heat pump system
以岩土体、地下水或地表水为低温热源,由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同,地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。
对于制冷来说,地源热泵与常规冷水机组最大的区别是:空调系统的冷却水冷却变为地下水或土壤冷却。
地下水或土壤冷却,又有若干种方式。地埋管换热系统或地下水换热系统,地下水换热系统又分为直接和间接换热等等。
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2.0.2 水源热泵机组 water-source heat pump unit
以水或添加防冻剂的水溶液为低温热源的热泵。通常有水/水热泵、水/空气热泵等形式。
2.0.3 地热能交换系统 geothermal exchange system
将浅层地热能资源加以利用的热交换系统。
2.0.4 浅层地热能资源 shallow geothermal resources
蕴藏在浅层岩土体、地下水或地表水中的热能资源。
2.0.5 传热介质 heat-transfer fluid
地源热泵系统中,通过换热管与岩土体、地下水或地表水进行热交换的一种液体。一般为水或添加防冻剂的水溶液。
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2.0.6 地埋管换热系统 ground heat exchanger system
传热介质通过竖直或水平地埋管换热器与岩土体进行热交换的地热能交换系统,又称土壤热交换系统。
2.0.7 地埋管换热器 ground heat exchanger
供传热介质与岩土体换热用的,由埋于地下的密闭循环管组构成的换热器,又称土壤热交换器。根据管路埋置方式不同,分为水平地埋管换热器和竖直地埋管换热器。
2.0.8 水平地埋管换热器 horizontal ground heat exchanger
换热管路埋置在水平管沟内的地埋管换热器,又称水平土壤热交换器。
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2.0.9 竖直地埋管换热器 vertical ground heat exchanger
换热管路埋置在竖直钻孔内的地埋管换热器,又称竖直土壤热交换器。
2.0.10 地下水换热系统 ground water system
与地下水进行热交换的地热能交换系统,分为直接地下水换热系统和间接地下水换热系统。
2.0.11 直接地下水换热系统
由抽水井取出的地下水,经处理后直接流经水源热泵机组热交换后返回地下同一含水层的地下水换热系统。
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2.0.12 间接地下水换热系统
由抽水井取出的地下水经中间换热器热交换后返回地下同一含水层的地下水换热系统。
2.0.13 地表水换热系统
与地表水进行热交换的地热能交换系统,分为开式地表水换热系统和闭式地表水换热系统。
2.0.14 开式地表水换热系统
地表水在循环泵的驱动下,经处理直接流经水源热泵机组或通过中间换热器进行热交换的系统。
2.0.15 闭式地表水换热系统
将封闭的换热盘管按照特定的排列方法放入具有一定深度的地表水体中,传热介质通过换热管管壁与地表水进行热交换的系统。
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2.0. 16 环路集管 circuit header
连接各并联环路的集合管,通常用来保证各并联环路流量相等。
2.0.17 含水层 aquifer
导水的饱和岩土层。
2.0.18 井身结构 well structure
构成钻孔柱状剖面技术要素的总称,包括钻孔结构、井壁管、过滤管、沉淀管、管外滤料及止水封井段的位置等。
2.0.19 抽水井 production well
用于从地下含水层中取水的井。
2.0.20 回灌井 injection well
用于向含水层灌注回水的井。
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2.0.21 热源井 heat source well
用于从地下含水层中取水或向含水层灌注回水的井,是抽水井和回灌井的统称。
2.0.22 抽水试验 pumping test
一种在井中进行计时计量抽取地下水,并测量水位变化的过程,目的是了解含水层富水性,并获取水文地质参数。
2.0.23 回灌试验 injection test
一种向井中连续注水,使井内保持一定水位,或计量注水、记录水位变化来测定含水层渗透性、注水量和水文地质参数的试验。
2.0.24 岩土体 rock-soil body
岩石和松散沉积物的集合体,如砂岩、砂砾石、土壤等。
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10楼
3.1.1 地源热泵系统方案设计前,应进行工程场地状况调查,并应对浅层地热能资源进行勘察。
(此为强制性条文,本标准共2个强制性条文)
3.1.2 对已具备水文地质资料或附近有水井的地区,应通过调查获取水文地质资料。
3.1.3 工程勘察应由具有勘察资质的专业队伍承担。工程勘察完成后,应编写工程勘察报告,并对资源可利用情况提出建议。
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11楼
3.1.4 工程场地状况调查应包括下列内容:
1 场地规划面积、形状及坡度;(是否满足打井或埋管面积和位置要求)
2 场地内已有建筑物和规划建筑物的占地面积及其分布;
3 场地内树木植被、池塘、排水沟及架空输电线、电信电缆的分布;
4 场地内已有的、计划修建的地下管线和地下构筑物的分布及其埋深;
5 场地内已有水井的位置。
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