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區域地源熱泵系統在綠色校園中的應用

更新時間：2020-12-03　點擊量：1212

在能源和資源緊缺的形勢下，大力發展綠色建筑已經成為我們國家的基本國策，綠色校園是綠色建筑的成熟轉型。校園內人員密集，建筑種類繁多，能源消耗量大，以夏熱冬冷地區為例，經過13 所高校的能耗調查發現，生均能耗為人均能耗的2~4 倍，因此建設綠色校園，可有效減少能耗，提高能源利用率。根據校園建筑的使用特點，在綠色校園中推廣區域地源熱泵系統，具有非常重大的意義。

　　1 綠色校園和區域地源熱泵系統

　　1.1 綠色校園。綠色校園是指在其全壽命周期內節約資源（節能、節水、節材、節地）、保護環境和減少污染，為師生提供健康、適用、高效的教學和生活環境，對學生具有環境教育功能，與自然環境和諧共生的校園。

　　1.2 地源熱泵系統。地源熱泵技術是一種利用地球表面淺層的地熱能資源進行供熱、制冷的高效、節能、環保的系統。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源———電能，實現低溫熱能向高溫熱能的轉移。地熱能在冬季作為熱泵供熱的熱源；在夏季作為熱泵制冷的冷源。即在冬季，把地熱能中的熱量“取”出來，提高溫度后，向室內供給熱量；夏季，把室內的熱量“取”出來，“排放”到地下，可緩解城市熱島效應。通常熱泵消耗1kW 的能量，用戶可以得到4～5kW 左右的熱量或冷量地源熱泵技術起源于歐洲，是當今世界上的供暖降溫技術之一。與燃煤鍋爐和普通空調相比，地源熱泵具有可再生性、高效節能、無環境污染、節省空間、一機多用、維護費用低、運行穩定可靠、使用方便、使用壽命長等諸多優點。地源熱泵系統是一種新型環保能源利用系統，包括土壤源熱泵系統、地表水熱泵系統、地下水源熱泵系統、污水源熱泵系統等。可同時供暖、制冷并能提供生活熱水，屬于環保能源，符合可持續發展戰略。

　　2 在綠色校園中推廣區域地源熱泵系統的意義

　　國家能源局組織制定的《可再生能源發展“十二五”規劃》中提出，合理開發利用地熱能，在保護地下水資源的前提下，鼓勵夏熱冬冷地區，開展淺層地溫能供暖和制冷。目前我國高校數量達2000 余所，發展綠色校園，推廣高效節能環保能源的使用，具有重大意義，區域地源熱泵系統為節能減排、實現能源可持續發展將作出巨大貢獻。

　　2.1 利用新能源，實現節能減排。在校園中使用地源熱泵系統，可集約校園用能規模，性價比高。校園建筑有其自身特點，建筑物普遍不高，而且相對集中，如行政辦公區、教學區、宿舍區、等，而且校園面積大，綠化多，可利用校區集中綠地及操場等非建筑區域打井，通過合理布置校區管網，有效供冷、供熱及提供生活熱水。采用地源熱泵系統，可一定程度地減少電、燃氣等能源的利用，尤其是夏季可提供免費生活熱水，節約費用。以我校新校區為例，采用地源熱泵為主要冷熱源，建設區域能源站系統工程，解決校內行政綜合樓、圖文信息中心、教育技術中心、科技服務樓、學生宿舍等共13.5 萬m2 建筑用房的供暖、供冷及熱水問題。本項目的實施不僅可以改善校區的空氣質量、美化環境，而且符合國家節能減排的要求，新校區將建設成為綠色建筑示范區，在擴大城市資源利用范圍及再生能源的推廣方面具有深遠意義。

　　2.2 錯峰填谷，減小裝機總容量，利用能源合理使用。根據校園建筑的使用特點，通過運用智能化控制系統，在裝機容量不增加的情況下，增大服務面積。以我校新校區為例，根據空調負荷計算表看出，校園建筑的使用特色鮮明：建筑數量多，人員集中，辦公區域及教學區域和宿舍區的集中使用時間正好可以錯開，因此可以在不增加裝機容量的同時，地增加供能面積，從而實現能源的合理利用，提高能源使用效率，充分發揮地下蓄能的作用。

　　2.3 實驗實訓基地，利于培養學生。區域能源站的建設，在目前階段屬于比較*技術，能源站的建成，不但為教師和學生提供了健康、適用、高效的教學和生活環境，還可以為相關專業尤其是建筑設備類專業學生提供一個優質的實踐、體驗基地，在滿足學校實驗實訓要求的同時，也為當地建設事業提供了一個展示平臺，結合綠色校園，著力推動綠色教育。

　　2.4 利于運行管理。地源熱泵系統能夠實現節能環保，后期的運行管理尤其重要。建筑的運行階段占整個建筑生命時限的95%以上，因此運行管理模式和策略關系到綠色建筑建設的成敗，是真正實現綠色校園建筑內涵的關鍵。系統的智能化控制和節能管理是控制建筑實際能耗，實現終端能耗有效下降的關鍵環節。在運行管理方面，學校具有得天獨厚的優勢，首先，校內擁有大量暖通專業和智能化專業教師，能夠保障地源熱泵系統后續的專業運營，其次，運營管理也為學生提供了寶貴的實習實踐機會，數據記錄、監測、整理、分析等，讓學生養成嚴謹的工作習慣，也為系統的診斷優化提供了理論基礎。

　　2.5 系統使用的局限性。相比其它形式的空調系統，地源熱泵系統因為充分利用了地熱資源，能效比相對高，節能效果也更好，但這種系統的使用還是有一定的局限性，主要有以下三個因素：一是土壤性質是否能夠達到要求，二是需要較多的土地資源，三是是否有專業的運營力量。作為學校而言，一般情況下可以用的土地會比較充足，如果經過土壤熱物性測試，條件適合并且通過經濟技術分析，相比傳統空調系統的增量投資可以在較短時間內回收，用地源熱泵系統是非常合適的，考慮系統運營管理的延續，綜合性及工科學校更為適合，而以文科為主的學校則需要培養自己的專業運營隊伍。

　　3 結論

　　解決能源供應的短缺問題，開發利用可再生能源，是節能減排、合理控制能源消費總量的需要，也是構建資源節約、環境友好型社會的重要內容。在綠色校園推廣區域地源熱泵系統，具有*的優勢，不但能實現節能環保和校園的可持續發展，也為校園師生提供參與環境保護實踐機會，提供了環境教育的資源，具有廣泛的教育意義。在校園建筑中使用地源熱泵系統，只是跨出節能降耗的第1步，在后期的使用過程中，嚴格執行綠色運營管理，保持數據記錄的準確性和連續性，分析診斷，不斷對運行方案進行優化，才能真正降低運行費用，這才是維持低成本綠色校園的關鍵。

全自動野外地溫監測系統/凍土地溫自動監測系統

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產品關鍵詞：地源熱泵測溫，地埋管測溫，淺層地溫在線監測系統，分布式地溫監測系統

此款系統專門為地源熱泵生產企業，新能源技術安裝公司，地熱井鉆探公司以及節能環保產業等單位設計，通過連接我司單總線地熱電纜，以及單通道或多通道485接口采集器，可對接到貴司單位的軟件系統。歡迎各類單位以及經銷商詳詢！此款設備支持貼牌，具體價格按量定制。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統【產品介紹】

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建筑物進行供熱和供冷.在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱系數是很重要的參數.而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長,測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的測溫電纜設計方法，單總線測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

采集服務器通過總線將現場與溫度采集模塊相連，溫度采集模塊通過單總線將各溫度傳感器采集到的數據發到總線上。每個采集模塊可以連接內置1-60個溫度傳感器的測溫電纜相連。本方案可以對大型試驗場進行溫度實時監測，支持180口井或測溫電纜及1500點以上的觀測井溫度在線監測。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統：

1. 地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

豎直地埋管地源熱泵溫度測量系統，主要是一套*基于現場總線和數字傳感器技術的在線監測及分析系統。它能有對地源熱泵換熱井進行實時溫度監測并保存數據，為優化地源熱泵設計、探討地源熱泵的可持續運行具有參考價值。

二、RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統本系統的重要特點：

１．結構簡單，一根總線可以掛接1-60根傳感器，總線采用三線制，所有的傳感器就燈泡一樣，可以直接掛在總線上．

２．總線距離長．采用強驅動模塊，普通線，可以輕松測量500米深井.

３．的深井土壤檢測傳感器，防護等級達到ＩＰ６８，可耐壓力高達5Mpa.

４．定制的防水抗拉電纜，增強了系統的穩定性和可靠特點總結：高性價格比，根據不同的需求，比你想象的*．

針對U型管口徑小的問題，本系統是傳統鉑電阻測溫系統理想的替代品. 可應用于：

１.地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2.U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

本系統技術參數：支持傳感器：18B20高精度深井水溫數字傳感器，測井深：1000米，傳感器耐壓能力：5Mpa ,配置設備：遠距離溫度采集模塊＋測井電纜＋傳感器，

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統系統功能：

1、溫度在線監測

2、報警功能

3、數據存儲

4、定時保存設置

5、歷史數據報表打印

6、歷史曲線查詢等功能。

【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度：正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采樣點數：小于128

5、巡檢周期：小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長：小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度：小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1．使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節點，實際使用應該限制在150個節點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

【北京鴻鷗成運儀器設備有限公司提供定制各個領域用的測溫線纜產品介紹】

由北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出的地源熱泵溫度場測控系統，硬件采取*ARM技術；上位機軟件使用編程語言技術設計，富有人性、直觀明了；測溫傳感器直接封裝在電纜內部，根據客戶距離進行封裝。目前該系統廣泛應用于地源熱泵地埋管、地源熱泵溫度場檢測、地源熱泵地埋換熱井、地源熱泵豎井及地源熱泵溫度場系統進行地溫監測，本系統的可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法：
　　為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監測系統概況：

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯，對建筑物進行供熱和供冷，在埋地管換熱器設計中，土壤的導熱系數是很重要的參數，而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長，測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的地源熱泵測溫電纜設計方法，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的數字總線式測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

為方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜”及相應系統。礦井深部地溫監測，地源熱泵溫度監測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監測監測平臺，可監測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測，異常情況預

警，做到真正的無人值守。可對熱泵系統的長期運行穩定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監測數據及變化曲線；

3）室外環境溫度數據及變化曲線；

4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節能量的評價分析。

2、自動監測平臺建成以后可以對已經安裝自動監測設備的地熱井實施自動監測的數據分

析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監管，有地熱井運行的穩定性。

1）開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線；

2）開采水溫及回水水溫的溫度監測及變化曲線；

3）開采井井內水位監測及變化曲線；

區域地源熱泵系統在綠色校園中的應用

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