银川地区地埋管地源热泵开发利用前景分析

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1、银川地区地埋管地源热泵开发利用前景分析杨超钱会扈志勇郁冬梅长安大学环境科学与工程学院宁夏国土资源调查监测院摘要：为探讨银川地区地埋管地源热泵开发利用潜力，对研究区内地层特征及地埋管地源热泵开发利用现状进行了调查分析。在研究区内一处运行时间长，运行效果良好的地埋管地源热泵工程场地内进行钻探取芯、岩土体样品采集及现场热响应试验，分析工程场地内地层岩性特征、地层初始平均地温、岩土体导热系数等热物性参数。监测地埋管地源热泵机组夏季制冷及冬季供暖时的运行数据，计算热泵机组运行能效比及节能减排效率。对比分析地埋管地源热泵机组与常规方式的制冷与供暖年耗能量，地埋

2、管地源热泵制冷与供暖均起到节能的效果。地埋管地源热泵制冷期节煤率为21%,供暖期节煤率为35%。计算地埋管地源热泵工程静态投资回收期为8年，其运行年限已超过回收期年限。关键词：地埋管地源热泵;热响应试验;导热系数;节能减排效率;节煤率;静态投资冋收期；作者简介：杨超(1983-),男，宁夏贺兰人，工程师，博士，主要从事干旱与半干旱区地卜水资源方面研究。E-mail:yangchaochd@163.com收稿日期:2016-08-30基金：基金项目：银川市浅层地温能开发利用监测网建设(DK-[2013]-06)Received：2016-08-30瑞

3、士人H.Zoelly在1912年首次提出利用土壤作为热泵系统的热源，之后美国开始对地源热泵进行系统研究并建立了第一个地源热泵系统山。随着地源热泵系统的推广应用，专家学者们提出了线热源理论和圆柱热源理论对地埋管的传热进行了研究，为地源热泵系统的应用提供了理论基础。我国热泵技术始于20世界50年代，近年来，随着我国能源和环境问题的日益突出，地源热泵的研究与应用发展迅速，目前浅层地温能资源的开发利用方式为地埋管地源热泵系统与地下水地源热泵系统两种。银川地区位于银川平原中部，巨厚的第四系松散堆积物为地源热泵的开发利用提供良好的地质条件。目前，银川市仅有十余

4、家企事业单位应用地下水地源热泵工程和地埋管地源热泵工程对建筑进行供热制冷。近年来随着地源热泵技术的不断成熟，地埋管地源热泵工程更多被应用于大楼建筑供暖与制冷。因地埋管地源热泵不受回灌量、取水量及大气温度的影响，在银川地区地源热泵工程应用已由早期的地下水地源热泵逐步转向为地埋管地源热泵111。就银川市己有地源热泵工程应用来看，热泵工程建设单位在工程设计过程中，缺乏对不同地貌单元的水文地质因素、基础地质资料的研究，对工程运行参数、地埋管换热能力、机组运行效能没有直观认识，开发利用过程屮普遍存在规模化、产业化水平不高，开发利用模式单一等问题図，这对银川地

5、区地源热泵的发展与推广十分不利。1工程概况1.1工程建设情况本次研究的地埋管地源热泵工程位于银川市。工程场地内建有办公室、热泵机房和该单位专门的设备调控机房等建筑，热泵机房、办公楼及设备调控机房均独立分布，办公楼及设备调控机房的供暧与制冷均采用热泵工程。该热泵工程2003年9月开始施工，2004年11月投入运行，目前己运行近11年，运行效果一直较好，热泵工程采用集中式区域制冷、供热系统，服务的建筑面积为0148万ni,项目总投资130万元。本项目采用DN25mni双U型地埋管，地埋管换热器总数82个，孔深50m,孔间距为415m,换热管埋设在热泵机

6、房后荒地草地内。热泵机组设计冷负荷320kW,热负荷260kW,循环水泵2台，一用一备，流量93m/h,功率11kW,扬程28m。地埋循环泵2台，一用一备，流量89m/h,功率715kW,扬程20mo1.2地温场特征在地埋管场地内进行钻探施工，在钻孔内全孔取芯并每隔6m取一个岩土样，岩土样品测试结果见表1,场地内60m深度内地层岩性分布见图1RL工程场地位于冲湖积地貌单元内，地层岩性以细砂、粉细砂为主，地下水位埋深约3m,浅部单井涌水量约700m/d£41，与整个银川地区浅部地层岩性相符。整个地层土壤孔隙率及含水率与同等岩性地层相比较高，这将使得浅

7、部地层的热容量较大，土壤导热系数与相应含水率砂土导热系数接近葩1。在对工程所在区周边15个地温监测井进行测温，测温数据分析结果为该区域内地温梯度约为2e~5e/100m左右，地层恒温层在25~35m之间，温度在11e~13e之间。图1地层分布下载原图1.3热响应测试在地埋管换热场地内进行钻探施工，小径钻探深度至60.0m,扩孔直径200mni,终孔深度61mo钻探完成后下入DN25mm双U型HDPE管，冋填材料为细砂、膨润土、水回填[6-7]。成孔20d后待孔内温度与地层温度基本一致后开始地层温度测试。地层初始平均温度测试时间历时24时25分，获取

8、12h以上出水温差在0.5°C以内的数据分析，得出该测试孔的地层初始平均地温约13.78°C。通过大小功率稳定热流模拟实验