地源熱泵地下冷熱交換及蓄能裝置專利推廣建議書1.doc

地源熱泵地下冷熱交換及蓄能裝置專利技術(shù)推 廣 建 議 書一 地源熱泵空調(diào)將是空調(diào)行業(yè)的主要發(fā)展方向隨著人類社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，人們的生活品質(zhì)不斷提高，中國(guó)的能源消耗量也相應(yīng)地提高，已經(jīng)對(duì)能源儲(chǔ)存形成了威脅，能源危機(jī)迫在眉睫。上個(gè)世紀(jì)90年代初期的中國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，已經(jīng)成為世界上最大能源消費(fèi)國(guó)之一；同時(shí)也是世界最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。近年來(lái)，在一些城市夏季制冷和冬天使用電力供暖，造成夏季和冬季的用電量緊張，迫使部分城市的用戶和工廠限時(shí)用電，并給人們帶來(lái)了諸多不便，另外，因種種原因，煤價(jià)不斷上漲，給廣大用戶增加了不少的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，再加上由于燃煤取暖所帶來(lái)的冬季大氣嚴(yán)重污染已引起政府和公眾廣泛關(guān)注。 能源危機(jī) 污染嚴(yán)重在我國(guó)的一些發(fā)達(dá)城市，夏季制冷、冬季采暖與供熱所消耗的能量已占建筑物總能耗的50-70%。特別是冬季采暖用的燃煤鍋爐、燃油鍋爐的大量使用，給大氣環(huán)境造成了極大的污染，對(duì)人們的健康形成了威脅。因此，建筑物污染控制和節(jié)能已是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重大解決問(wèn)題。傳統(tǒng)的采暖空調(diào)模式因其產(chǎn)生的環(huán)境污染正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 據(jù)近期調(diào)查顯示，世界十大污染最嚴(yán)重的城市中，我國(guó)占了四個(gè)。在我國(guó)北方地區(qū)許多大中城市由于燃煤供暖而產(chǎn)生嚴(yán)重的大氣污染，政府不得不對(duì)燃煤鍋爐引起重視。另外，今年的燃煤價(jià)格不斷上漲，采暖價(jià)格也相應(yīng)提高。燃煤改燃?xì)?、燃油，不僅初投資增加，而且?guī)?lái)了更高的運(yùn)營(yíng)成本。例如，北京冬季使用天然氣供暖的費(fèi)用已增至30元/m2，遠(yuǎn)高于燃煤供暖22元/ m2的費(fèi)用，燃油供暖則更高達(dá)50元/m2。由于燃油和燃?xì)馑a(chǎn)生的溫室氣體仍對(duì)大氣有所污染，它們只是一定程度的減少了大氣污染，并不能從根本上解決污染問(wèn)題。對(duì)于夏季制冷的建筑來(lái)說(shuō)，天氣越炎熱，室外的溫度越高，空調(diào)負(fù)荷也越大，而此時(shí)空調(diào)機(jī)向室外散熱時(shí)，冷凝溫差越小，空調(diào)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率就越低，設(shè)備也越費(fèi)電。也就是說(shuō)，除了燃煤供暖給環(huán)境造成污染之外，空調(diào)機(jī)同樣會(huì)造成大氣污染，也造成了電荒。傳統(tǒng)的供暖空調(diào)方式是由兩套系統(tǒng)分別解決冬季供暖（如采用鍋爐或集中熱網(wǎng)）和夏季制冷（如分體空調(diào)機(jī)或中央制冷機(jī)），系統(tǒng)投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，而且占地面積大。另一方面，我國(guó)大部分地區(qū)冬冷夏熱，夏天大量地使用制冷產(chǎn)品，造成某些大城市供電緊張，形成電荒，為了確保不會(huì)造成斷電等問(wèn)題出現(xiàn)，有些城市夏天限制用電量。另外，因?yàn)椴糠值貐^(qū)沒(méi)有暖氣供應(yīng)，冬天使用電爐取暖，造成電力供應(yīng)緊張，燃?xì)忮仩t取暖造成氣荒。因此，冬天供暖價(jià)格的上調(diào)使供暖的運(yùn)行費(fèi)用有所提高，再加上供暖造成的污染嚴(yán)重，讓我們不得不思考采用一些節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)品。由于地源熱泵系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、節(jié)能、環(huán)保等多方面的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了我國(guó)傳統(tǒng)的供暖制冷方式存在的問(wèn)題，符合我國(guó)環(huán)境保護(hù)與能源節(jié)約的政策，地源熱泵系統(tǒng)在我國(guó)勢(shì)必具有良好的發(fā)展前景。 地源熱泵高效節(jié)能性 夏季高溫差的散熱和冬季低溫差的取熱，使得地源熱泵系統(tǒng)換熱效率很高。因此在產(chǎn)生同樣熱量或冷量時(shí)，只需小功率的壓縮機(jī)就可實(shí)現(xiàn)，而且冬季運(yùn)行不需要任何輔助熱源和除霜，大大地減少電能消耗和除霜的損失，從而達(dá)到節(jié)能的目的，其耗能僅為普通中央空調(diào)加鍋爐系統(tǒng)的50%-60%。地源熱泵技術(shù)在很大程度上為國(guó)家節(jié)省能源，緩解電荒，同時(shí)也為用戶節(jié)省了大量的運(yùn)行費(fèi)用。地源熱泵環(huán)保、零污染地源熱泵系統(tǒng)高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，決定了它的運(yùn)行費(fèi)用低。維修量極少，折舊費(fèi)和維修費(fèi)也都大大地低于傳統(tǒng)空調(diào)。據(jù)專家預(yù)測(cè)，在未來(lái)50年，世界將釋放160億噸CO2，對(duì)人們的健康和自然環(huán)境形成直接的影響。保護(hù)環(huán)境是我們地球人刻不容緩的事情，特別是最近全球的氣候突變，給人們帶來(lái)諸多不便，更讓我們對(duì)保護(hù)環(huán)境的意識(shí)加強(qiáng)。關(guān)鍵的的是，地源熱泵不排放任何的氣體，完全沒(méi)有污染，對(duì)環(huán)境和人體不造成任何的傷害，是理想的綠色環(huán)保產(chǎn)品。地源熱泵的應(yīng)用范圍地源熱泵適用范圍廣泛，可應(yīng)用于寫字樓、辦公樓、車間、學(xué)校、醫(yī)院、療養(yǎng)院、機(jī)場(chǎng)、車站、賓館、商場(chǎng)、博物館和娛樂(lè)場(chǎng)所、商用樓宇、別墅和公寓等。地源熱泵發(fā)展前景地源熱泵的歷史可以追朔到1912年瑞士的一個(gè)技術(shù)發(fā)明，而地源熱泵真正意義的商業(yè)應(yīng)用也只有近幾十年的歷史。如美國(guó)，截止1985年全國(guó)共有14,000臺(tái)地源熱泵機(jī)組，而1997年就安裝了45，000臺(tái)，到目前為止已安裝了400，000余臺(tái)，而且每年以10的速度穩(wěn)步增長(zhǎng)。1998年美國(guó)商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的19，其中有新建筑中占30。美國(guó)地源熱泵工業(yè)已經(jīng)成立了由美國(guó)能源部、環(huán)保署、愛(ài)迪遜電力研究所及眾多地源熱泵廠家組成的美國(guó)地源熱泵協(xié)會(huì)，該協(xié)會(huì)在近年中將投入一億美元從事開(kāi)發(fā)、研究和推廣工作，達(dá)到每年安裝40萬(wàn)臺(tái)地源熱泵的目標(biāo)。據(jù)1999年的統(tǒng)計(jì)，為家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例，瑞士為96，奧地利為38，丹麥為27。新的數(shù)據(jù)還在不停地變好。 目前，減碳環(huán)保是全人類生存和持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，大地淺層能是太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換，是最好的可再生能源之一，我們的腳下、我們的廣場(chǎng)下、我們的大片綠化帶下就有能源供你開(kāi)發(fā)，還要等待嗎？以推廣運(yùn)用這種“綠色技術(shù)”，緩解中國(guó)對(duì)煤炭和石油的依賴程度，從而達(dá)到能源資源多元化的目的是必須的潮流。大潮正在促進(jìn)地源熱泵的市場(chǎng)化、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，并將會(huì)促使我國(guó)地源熱泵的研究開(kāi)發(fā)盡快跟上國(guó)際潮流。二 地下冷熱交換及蓄能裝置描述21地源熱泵類型多樣化地源熱泵技術(shù)呈現(xiàn)多樣化發(fā)展的趨勢(shì)。地源熱泵系統(tǒng)主要包括三種不同的系統(tǒng)：l 以利用土壤作為冷熱源的土壤熱泵，即為地下耦合熱泵系統(tǒng)；l 以利用地下水為冷熱源的地下水熱泵系統(tǒng)；l 以利用地表水為冷熱源的熱泵系統(tǒng)。除了采用地?zé)嵬?，人們還在開(kāi)發(fā)其他能源作為冷熱源。比如采用城市污水、游泳水、水庫(kù)水、地?zé)嵛菜⒑Ｋ?。反映了?guó)內(nèi)對(duì)地源熱泵技術(shù)多種能源應(yīng)用的不懈探索。22地源熱泵現(xiàn)有幾種冷熱交換裝置地源熱泵現(xiàn)有冷熱交換裝置主要分兩大類1）. 開(kāi)路冷熱交換裝置，即利用地球表面或淺層地下水源（如河流、地下水、海水和湖泊），或者是人工再生水源（工業(yè)和生活廢水、地?zé)嵛菜龋┑牡蜏氐臀粺崮苜Y源的地源熱泵。它的交換裝置是開(kāi)路的，也就是所用水源直接進(jìn)入主機(jī)設(shè)備。2）. 閉路冷熱交換裝置，即土壤埋管熱交換裝置，把熱交換器（耦合埋管）埋于地下，通過(guò)水在封閉環(huán)路中（由高強(qiáng)度塑料管等組成）循環(huán)流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)與大地土壤進(jìn)行冷熱交換的目的。夏季通過(guò)機(jī)組將房間內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下，對(duì)房間進(jìn)行降溫。地下同時(shí)儲(chǔ)存熱量，以備冬用。冬季通過(guò)熱泵將土壤中的熱量轉(zhuǎn)移到房間，對(duì)房間進(jìn)行供暖，同時(shí)地下儲(chǔ)存冷量，以備夏用，大地土壤提供了一個(gè)很好的免費(fèi)能量存貯源泉，這樣就實(shí)現(xiàn)了能量的季節(jié)轉(zhuǎn)換。地下埋管換熱器通常使用的主要又有兩種形式，即水平埋管和垂直埋管。選擇哪種形式取決于現(xiàn)場(chǎng)可用地表面積、當(dāng)?shù)貛r土類型以及鉆孔費(fèi)用。盡管水平埋管通常是淺層埋管，可采用人工或機(jī)械開(kāi)挖，初投資比垂直埋管小許多，但它的換熱性能比豎埋管小很多，因此，需要足夠大的場(chǎng)地水平埋管才能滿足能力要求，所以水平埋管受可利用土地面積的限制。開(kāi)路冷熱交換裝置相對(duì)閉路冷熱交換裝置的總體投資費(fèi)用要低許多，但也有許多限制，比如：自然環(huán)境就沒(méi)有可抽取的地下、河流和湖泊的水源；有可抽取的水源也必須審核對(duì)環(huán)境的影響等許多問(wèn)題。三 專利技術(shù)介紹專利技術(shù)一地下冷熱交換及蓄能裝置-技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及利用大地淺層能（即大地和地下水）進(jìn)行冷熱交換和蓄能的一種裝置?？捎糜谒欣錈嵝枨笱b置及工業(yè)設(shè)備冷卻。用于地源熱泵空調(diào)時(shí)屬于閉路冷熱交換裝置，屬于前面講的地下耦合熱泵方式，也即閉路的土壤埋管冷熱交換裝置類別。-背景技術(shù)現(xiàn)有多種方式與地下進(jìn)行冷熱交換的技術(shù)，主要的：l 一類為通過(guò)一個(gè)或多個(gè)地下深井抽取地下水進(jìn)行冷熱交換后再經(jīng)一個(gè)或多個(gè)還水深井還回地下，這種方式主要缺陷在于：1.區(qū)域限制，在沒(méi)有可抽取的地下水區(qū)域是不能實(shí)施的；2.還水困難，百分之百同層還水更不好控制，造成水資源浪費(fèi)；3.抽水井和還水井因地下水質(zhì)和地質(zhì)不同壽命也有很大不同，水井壽命有限；4.水井維護(hù)麻煩；5.因抽水井和還水井一般深度在50米到300米，甚至更深，因此容易對(duì)寶貴的深層地下水造成污染；6.抽水不當(dāng)，會(huì)造成地面下沉。l 另一大類為垂直埋管（或水平埋管），該方式優(yōu)點(diǎn)較多，但造價(jià)非常高（或需要非常大的場(chǎng)地），另外，因地表到地下30米左右的淺表層地下水（或潛水或滯水）因?yàn)槿祟惖幕顒?dòng)都有不同程度的污染，而垂直鉆孔一般深達(dá)50米到100米，會(huì)造成不同層的地下水串流，即污染了深層地下水。l 埋管方式的管內(nèi)流動(dòng)的液體量非常少，基本不具備蓄能能力。土體或巖石的蓄能能力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水。水的比熱容4200焦/(千克*攝氏度)，砂石的比熱容僅有920焦/(千克*攝氏度)，-發(fā)明內(nèi)容為了更好的解決現(xiàn)有的地下冷熱交換技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種地下冷熱交換及蓄能裝置。本發(fā)明地下冷熱交換裝置，其中包括冷熱交換盤管、回液豎管、井體、井蓋板、井中液體（或固態(tài)混合物如土、粉煤灰、砂、石與固水化合物）、水平連通干管等。經(jīng)水泵推動(dòng)系統(tǒng)管路中的介質(zhì)（液體）流動(dòng)，介質(zhì)（液體）經(jīng)水平干管流入冷熱交換盤管和回液豎管，冷熱交換盤管和回液豎管中流動(dòng)的介質(zhì)與井中液體（或固態(tài)混合物如土、粉煤灰、砂、石與固水化合物）進(jìn)行冷熱交換，井中液體（或固態(tài)混合物如土、粉煤灰、砂、石與固水化合物）再與大地進(jìn)行冷熱交換，使進(jìn)入冷熱交換盤管的冷（或熱）的介質(zhì)經(jīng)過(guò)上述的冷熱交換后，而得到回液豎管出來(lái)的已升溫（或已降溫）的介質(zhì)。 該系統(tǒng)裝置利用大地淺層能進(jìn)行冷熱交換，可以用于空調(diào)制冷制熱，也可以直接用于工業(yè)設(shè)備的冷卻，還可以直接用于橋梁路面和重要道路的解凍防滑。它具有節(jié)能、環(huán)保、可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)：l 本發(fā)明在無(wú)地下水地區(qū)就可使用（有潛水或滯水的區(qū)域冷熱交換效率更高），無(wú)需抽取地下水，也不存在還水困難的問(wèn)題，擴(kuò)大了使用范圍。l 本裝置因在4米到25米深度成井，所以不會(huì)造成深層地下水的污染。l 多井冷熱交換裝置有很好的蓄能作用，可比一般埋管更長(zhǎng)時(shí)間供給恒溫介質(zhì)，更加節(jié)能。l 井內(nèi)液體因不同深度的溫度不同，而造成液體流動(dòng)，更增加了導(dǎo)熱效率。l 本裝置采用了密閉循環(huán)方式，循環(huán)介質(zhì)干凈，有利于延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。密閉循環(huán)介質(zhì)加入防凍劑可使本裝置在嚴(yán)寒地區(qū)使用。l 本裝置因設(shè)置了井口蓋板，從而增加了場(chǎng)地的使用效率。l 本裝置幾乎不用維護(hù)，減少運(yùn)行成本。專利技術(shù)二多井冷熱交換及蓄能裝置技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及利用大地淺層能（即大地和地下水）進(jìn)行冷熱交換和蓄能的一套系統(tǒng)裝置，可用于所有冷熱需求裝置及工業(yè)設(shè)備冷卻。背景技術(shù)現(xiàn)有多種與地下進(jìn)行冷熱交換的技術(shù)，主要的有兩類，一類為通過(guò)一抽水深井抽取地下水進(jìn)行冷熱交換后再經(jīng)一到二個(gè)還水深井還回地下。這種方式主要缺陷在于：1.區(qū)域限制，沒(méi)有可抽取的地下水區(qū)域是不能實(shí)施的；2.還水困難，百分之百同層還水更不好控，制造成水資源浪費(fèi)；3.抽水井和還水井因地下水質(zhì)和地質(zhì)不同壽命也有很大不同；4.水井維護(hù)麻煩；5.因抽水井和還水井一般深度50米到200米，甚至更深，因此容易對(duì)寶貴的深層地下水造成污染。另一大類為垂直埋管，該方式優(yōu)點(diǎn)較多，但造價(jià)非常高，另外，因地表到地下25米左右范圍的地下潛水層、滯水層都有不同程度的污染，而垂直鉆孔要到80米左右，會(huì)造成不同層的地下水串流，即污染了深層地下水。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了更好的解決現(xiàn)有的地下冷熱交換技術(shù)的不足，提供一種多井冷熱交換及蓄能裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種多井冷熱交換及蓄能裝置，其特征在于：包括冷熱交換端頭井，冷熱交換井組，端頭井、冷熱交換井組和端頭井三者之間的連通管，端頭井和端頭井通過(guò)干管連接四通換向閥，四通換向閥同時(shí)通過(guò)干管連通冷熱需求裝置進(jìn)出水口，連接冷熱需求裝置的干管中串接有水泵。該系統(tǒng)裝置，用一臺(tái)水泵推動(dòng)系統(tǒng)中的水流動(dòng)，使井水與大地進(jìn)行冷熱交換。采用該系統(tǒng)裝置，利用大地淺層能，進(jìn)行冷熱交換，可以用于制冷制熱，也可以直接用于工業(yè)設(shè)備的冷卻，還可以用于橋梁路面和重要道路的解凍防滑。多井冷熱交換及蓄能裝置費(fèi)用比深井抽水方式費(fèi)用高，但是，多井冷熱交換及蓄能裝置可以解決深井抽水易污染、回灌難、地面下沉或無(wú)地下水可抽取等難題。四 地下冷熱交換裝置實(shí)施成本分析地下埋管（耦合）熱泵系統(tǒng)、抽地下水熱源熱泵系統(tǒng)和利用地表水（江、河、湖、海）為冷熱源的熱泵系統(tǒng)，這三大類方式以抽取地表水最為經(jīng)濟(jì)，抽取地下水方式次子，地下埋管（耦合）方式較貴。前面已經(jīng)簡(jiǎn)單介紹三種方式的局限性及存在的問(wèn)題，這里僅對(duì)幾種埋管方式的成本進(jìn)行分析。埋管方式分水平、垂直和螺旋三種，水平埋管費(fèi)用最低，螺旋埋管次之，垂直埋管最貴（巖石鉆井）。單位能量負(fù)荷費(fèi)用，水平埋管約是螺旋埋管的二分之一，螺旋埋管約是垂直埋管的二分之一。目前，因場(chǎng)地問(wèn)題，地源熱泵冷熱交換裝置用的最多的，也是政府推行的，是垂直埋管方式。這里將它的埋管成本簡(jiǎn)單描述一下：鉆井費(fèi)用：土壤 20元/米、中風(fēng)化巖石 75元/米、弱風(fēng)化巖石90元/米、硬巖100-110元/米；井內(nèi)下管灌漿：10元/米；在有巖石的地帶（地球絕大部分地區(qū)巖