地源热泵系统适宜性研究—民用建筑供暖通风与空气调节设计规范技术指南.pdf

地源热泵系统适宜性研究中国建筑科学研究院徐伟可再生能源的开发利用是国家能源发展的基本政策，土壤、地下水、江河湖水、海水、污水等都可以作为热泵系统的冷热源，夏天蓄热，冬天吸热，地源热泵系统是实现利用可再生能源和提高能源利用率来降低能耗的有效途径之一。地源热泵系统所用设备、构件及材料，应根据国家和当地现有的生产能力和材料供应状况择优选用。采用地源热泵系统时，需向有关政府职能部门提交勘查报告，进行审批，确定换热功率和换热量，获得可再生能源的使用权。采用地源热泵系统设计时，应符合国家现行的法律法规与相关的标准规范。地源热泵系统应根据系统的复杂程度，配备必要的专业技术和操作、维修人员以及相应的维护设备和检测仪表，并应在系统中设置必要的条件和计量装置。1地埋管地源热泵系统适宜性研究采用地埋管地源热泵系统的设计应根据供热、制冷负荷，土壤岩性、物理、热物性参数以及传热特性等，同有关专业配合，通过技术经济确定。地埋管地源热泵系统按埋管方式可分为水平地埋管地源热泵系统和垂直地埋管地源热泵系统。我国一般采用垂直地埋管地源热泵系统。地埋管地源热泵系统应安装流量计，进、出口温度传感器，以及安装必要的地温测量温度传感器，进行系统地监测。在我国北方气候寒冷地区，有必要使用防冻液的循环工质。对于地埋管地源热泵的适宜性分区主要考虑岩土体特性、地下水的分布和渗流情况、地下空间利用等因素。竖直地埋管地源热泵系统适宜性分区主要指标见表1-1。表1-1竖直地埋管换热适宜性分区分区指标（地表以下200m范围内）分区第四系厚度卵石层总厚度含水层总厚度综合评判标准(m)(m)(m)适宜区10030三项指标均应满足较适宜区1010至少两项指标符合在地下水含砂量大于1/20000（体积比）、难以回灌的地区，宜采用江河湖水源热泵系统、地埋管地源热泵系统或传统空调系统。如果该地区江河湖水缺乏，则可采用地埋管地源热泵系统或传统空调系统。对于单供热或单制冷的地区或供热与制冷不均衡的地区，需要论证地埋管地源热泵系468地源热泵系统适宜性研究统对环境的影响。对于地下水对金属的腐蚀性离子较多，且大部分超标，水质污染较为严重时，水处理代价过高，且又适宜、较适宜采用地埋管地源热泵系统的地区，可采用地埋管地源热泵系统进行供热或制冷。对于基岩地区，地层可钻性差，且传热条件也差的地区，不宜采用地埋管地源热泵系统进行供热或制冷。对于含水层厚度大，易于采取地下水，地下水水质好，水量大的地区，宜采用地下水地源热泵系统而不采用地埋管地源热泵系统进行供热或制冷，以降低工程费用。针对典型办公建筑和典型居住建筑在不同气候区采用地埋管地源热泵系统的适宜情况及合理应用进行了计算与分析，得出了不同建筑类型的使用范围：(1)针对办公建筑，采用单一式地埋管地源热泵系统，不同气候区的适宜情况为：寒冷气候区为适宜区；严寒B区为较适宜区；夏热冬冷气候区为一般适宜区；严寒A气候区和夏热冬暖气候区为不适宜区。(2)针对办公建筑，采用地埋管地源热泵系统与其他冷热源形式相结合的复合式系统，不同气候区的适宜情况为：寒冷气候区为适宜区；严寒B区和夏热冬冷气候区为较适宜区；严寒A气候区为一般适宜区；夏热冬暖气候区为不适宜区。(3)针对居住建筑，一般仅在寒冷气候区和夏热冬冷气候区既需冬季供热又需夏季供冷，均存在一定的不平衡率，在这两个气候区采用地埋管地源热泵系统与其他冷热源形式相结合的复合式系统适宜情况为：寒冷气候区为适宜区；夏热冬冷气候区为较适宜区；而严寒A、B气候区居住建筑仅有集中供热需求；夏热冬暖气候区居住建筑仅有集中供冷需求，均为不适宜区。注：本条地埋管地源热泵系统的适宜性结论是针对典型建筑在不同气候区的典型城市进行分析得出。针对具体城市的具体项目应根据项目自身建筑负荷特性及地质状况进行具体研究，以确定项目是否适宜采用地埋管地源热泵系统。2地下水地源热泵系统适宜性研究采用地下水地源热泵系统的设计应根据供热、制冷负荷，含水层岩性、物理、水理性质、热物性参数以及传热特性等，同有关专业配合，通过技术经济确定。地下水地源热泵系统应安装流量计，进、出口温度传感器，水位、水温监测仪器，以及采取水样测试水质，进行系统地监测。在采用地下水地源热泵系统时，应提交勘查报告，与有关的政府职能部门进行协商，确定取水方案、取水量和换热功率，获取水权。对地下水地源热泵的回灌措施与回灌效果作全面调查研究，杜绝抽水多、回灌少的现象存在，坚决贯彻关于抽取地下水全部回灌到同一含水层的强制性条文规定。对违反者，坚决停止运行，进行技术改造，直到合格为止。对于地下水地源热泵的适宜性分区主要考虑含水层岩性、分布、埋深、厚度、富水性、渗透性，地下水温、水质、水位动态变化，水源保护、地质灾害等因素。在地下水含砂量大于1/20000（体积比）、难以回灌的地区以及水资源缺乏地区，不469地源热泵系统适宜性研究体不适应采用江河湖水源热泵系统，对于滞留水体，若水体最大深度低于3m,该水体不适宜采用江河湖水源热泵系统。当冬季水体水温低于4时，由于系统可能存在结冰现象，为保证系统的安全和经济性，则项目不适合采用开式江河湖水源热泵系统。对于滞留水体，当夏季排水温度高于40时，为保证排水对水体水环境的影响，项目不适合采用开式江河湖水源热泵系统。当对于流动水体，若采用渗滤取水方案，若排水不进行二次利用，由于取水投资过高，项目不宜采用江河湖水源热泵系统方案。对于流动水体，由于闭式换热器固定和安装困难，不宜采用闭式江河湖水源热泵系统。对于夏季水温较高或冬季水温较低的水体，应根据供冷期和供热期的水温变化进行技术经济分析，经对建筑物负荷进行全寿命周期分析，才能确定江河湖水源热泵系统方案。流动水体中设置浮船取水方案或采用湿式水泵房方案的江河湖水源热泵系统，应得到航道等政府部门的审批意见后，才能采用该取水方案。若水体水位、水温变化过大，应预留冷却塔和锅炉接口，保证项目系统的稳定性。4海水源地源热泵系统适宜性研究海水源地源热泵系统设计前，应从以下3个方面进行可行性和技术经济性分析：(1)建筑物距海水源侧距离、建筑物性质及负荷特性、末端性质、海水源地源热泵系统拟供冷、供热区域的现状及发展规划。(2)工程所在地航运情况，海水的水文地质条件，如海水温度的变化规律、水质、浪涌、潮汐及潮位等。(3)工程所在地，与系统设计相关的气象参数变化规律。海水源地源热泵系统的取水方案确定，应获得项目所在地有关政府职能部门批准，严禁破坏海底电缆及其他既有设施。在系统完成后应在换热区域做出警示标志，以防止管线遭到破坏。海水源地源热泵系统应根据技术经济分析决定是否设置冷、热源调峰。设调峰冷、热源时，其年总供热、供冷量占系统年总供热、供冷量的比例不宜大于40%。直接利用后的海水，需排人海水后处理装置，经过无害化处理、过滤处理，控制使用后海水的温度指标和含氯浓度，以免影响海洋的生态环境。在有可能出现冻结的地区，应采取可靠的防冻措施。我国的海岸线分布在寒冷地区、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区沿岸，海水源地源热泵系统适宜的地区为寒冷地区的南部，较适宜地区为夏热冬冷地区南部，一般适宜区为夏热冬冷地区北部以及大连地区周围，寒冷地区北部为可以使用区。夏热冬暖地区采暖需求极少，主要是空调制冷需求，因此此地区应用的为海水源空调机组，不列入海水源地源热泵系统适宜性划分范围。项目所在地冬夏两季海水温度与当地气候间温差较大，海水温度峰谷值与建筑负荷峰谷值之间有较大滞后，海水源地源热泵系统在满足建筑负荷需求同时，可以取得比较高的471