地源热泵设计（精选12篇）
地源热泵设计 篇1
一、设计条件及概况
嘉善县位于浙江省北部, 属亚热带季风气候, 县域内系长江三角洲冲积平原, 大地构造单元完整, 地震活动微弱, 属地段较稳定地区;根据地质勘察报告, 项目地面标高 (黄海高程) 在2.30m～1.64m, 土质以粘土层为主, 地势较平坦;场地浅部地下水属孔隙潜水类型, 勘察期间测得地下水位埋深在0.4m～1.0m, 地下水位随季节和气候变化幅度在1.2m左右。从技术、气候、地质及政策方面考虑, 嘉善第一人民医院具备采用地源
该院迁建工程项目占地面积66582m2, 建筑物占地面积12511m2, 总建筑面积82050m2, 包括门急诊医技综合楼、病房楼、后勤综合楼、传染楼4幢主体建筑。对门急诊医技综合楼、病房楼和后勤综合楼1、2层设置冷热源集中式中央空调, 冷热源采用地源热泵, 该系统同时为病房楼提供卫生热水用热。
二、负荷计算
(一) 空调负荷
经计算, 本工程空调冷 (热) 负荷情况见表1。
经统计, 中央空调夏季最大冷负荷为8010kW, 冬季最大热负荷为5609kW。冷负荷大于热负荷42%以上, 负荷具有不对称性。
(二) 生活热水负荷
根据给排水专业相关技术参数, 经计算, 热水日用量120吨, 最大日耗热量约为2.8×107k J/d。
三、地源热泵系统设计
(一) 热响应测试
地源热泵系统设计相当复杂, 主要影响因素有岩土热物性参数、岩土初始温度、回填材料性质、钻井几何尺寸、埋管管材材质与口径、换热介质的流速。其中岩土的热物性是影响最大的因素。
为了测试本项目地下岩土的热物性, 测试将按照以下步骤进行——
第一, 在项目用地中选定2个钻孔点, 共2个测试点。
第二, 钻孔结束后, 把预制好的U形管下到孔中, 并进行压力试验。单U管, 管材口径为20mm, 采用伟星HDPE100, 承压1.6MPa的管材。
第三, 用砂子等混合物对成孔进行回填。
第四, 每个孔回填48小时以后, 使用地源公司专利产品“地源空调地埋换热量测试仪—GE100W”对单孔进行测试。单孔的单工况测试时间为48小时, 合计测试时间至少为96小时。见图1。
2010年1月, 杭州地源空调研究所经过现场实测, 提供了本项目的热响应测试报告。
1. 计算传热介质与U形管内壁对流换热热阻Rf
U形管内径:di=0.026m
传热介质与U形管内壁对流换热系数:
2. 计算U形管管壁热阻Rpe
U形管外径:do=0.032m
U形管当量直径:
U形管导热系数:λp=0.43W/m·K
3. 计算钻孔回填材料热阻Rb
回填料导热系数:λb=2.08W/m·K
钻孔直径:db=0.11m
4. 计算地层热阻Rs
土壤平均导热系数:λs=1.64W/m·K
钻孔半径:rb=0.055m2/s
土壤热扩散率:α=4.00E-07m
运行时间:τ=18000s
5. 计算短期连续脉冲负荷引起的附加热阻Rsp
短期脉冲负荷连续运行的时间:
6. 制冷工况下, 地源换热器钻孔长度
一个制冷季中热泵机组运行小时数, 当运行时间为一个月时, 取最热月值
一个制冷季小时数, 当运行时间为一个月时, 取最热月值
制冷运行份额:
7. 供热工况下, 地源换热器钻孔长度
一个供热季中热泵机组运行小时数, 当运行时间为一个月时, 取最热月值
一个供热季小时数, 当运行时间为一个月时, 取最热月值
供热运行份额:
(二) 地下换热器模拟计算
根据本工程的勘察及热响应测试报告, 利用地下换热器计算软件进行计算, 得出以下结果:制冷工况下, 地埋管承担建筑的部分负荷, 其余散热由冷却塔承担;制热工况下, 地埋管承担建筑所有的热负荷。根据软件计算结果, 考虑预留4%余量, 实际地埋管设计如下:
地下换热器形式:单U垂直埋管;
地下换热器有效深度:110m;
地下换热器孔间距:4.5m;
地下换热器数量:1360个;
水环路数量:13个支路, 每个支路设一个分集水器, 其中分集水器-1为10个环路, 分集水器-2为13个环路, 每个环路为10个孔。
地下换热器管材:单元管径为DN32的PE管, 承压1.6MPa;
封井材料:10%膨润土、90%SiO2砂子的混合物, 导热系数为2.08 W/ (m·k) ～2.42W/ (m·k) ;
实际地下换热器打孔占地面积:约34000m2;
埋管位置:院区非建筑物地下。
(三) 地下换热器热平衡计算
根据负荷计算软件对建筑进行全年动态负荷计算, 结合建筑功能, 对未来一个供冷供热周期 (1年) 进行负荷预测, 做出相应的运行策略, 以保证地源热泵可以长期高效运行。本项目在一个周期内总冷热量相差较大, 需要设置辅助冷源即冷却塔进行调峰。
根据《地源热泵系统工程技术规范》, 地源热泵系统最大释热量与建筑设计冷负荷相对应。包括各空调分区内水源热泵机组释放到循环水中的热量 (空调负荷和机组压缩机耗功) 、循环水在输送过程中得到的热量、水泵释放到循环水中的热量。将上述3项热量相加就可得到供冷工况下释放到循环水中的总热量。
即:最大释热量
地源热泵系统最大吸热量与建筑设计热负荷相对应。包括各空调分区内热泵机组从循环水中的吸热量 (空调热负荷, 并扣除机组压塑机耗功) 、循环水在输送过程失去的热量并扣除水泵释放到循环水中的热量。将上述前二项热量相加扣除第三项就可得到供热工况下循环水的总吸热量。
即:最大吸热量
热量计算时, 假定整个供冷季节为180天 (含过渡季节制冷) , 供热季节135天 (含过渡季节制热) , 供热水为全年365天 (其中, 供冷季基本靠热泵机组热回收制热水, 其他季节以热泵机组制热水为主) 。
计算结果得出, 空调供冷时全年释放热量为Q=16694071kWh, 热水热回收量为Qr1=921140 kWh, 则向土壤释放热量为:Qr2=15772931 kWh, 全年空调及制热水从土壤吸热量为Qr3=5187416kWh, 为保证土壤热平衡, 则冷却塔需要承担散热量为Qt=10585515k Wh, 2台350m3/h流量的冷却塔按每天运行18h计算, 理论上需要运行时间为145天。但实际运行时, 可以根据地温检测结果, 适当延长或缩短冷却运行时间。
土壤密度约为1926kg/m3, 地埋管实际占地面积约S=34000m2, 埋管深度H=110m, 体积V=3740000m3, C=1.683kj/kg℃, 校核土壤温升 (降) :
△T=Qr3×3600/1926/1.683/3740000=1.5℃, 同理, 温升也为1.5℃, 土壤平均温度波动在2℃之内。理论上一个运行周期内, 整个区域土壤基本能达到热平衡。因该项目总体负荷很大, 地埋面积有限, 局部地埋管较密集区域, 温升有可能超过计算值, 所以需要地温系统监控, 适时调整运行策略。
(注:以上计算结果没有考虑土壤自然的散热量。详细计算过程这里暂不赘述。)
(四) 设备选型计算
该项目共配置5台地源热泵机组, 其中3台带热回收功能, 单台制冷量为1549k W, 制热量为1370kW, 热回收机组的热回收量为1370kW, 输入功率343kW;机组夏季提供的空调供回水温度7℃～12℃, 冬季空调供回水温度45℃～40℃, 卫生热水供水温度55℃。机组设于病房楼地下室的制冷机房;根据土壤热平衡计算情况, 配置2台350t/h的冷却塔用作夏季辅助散热。
(五) 机组运行模式
1. 夏季运行模式
功能:空调制冷+生活热水。
夏季空调制冷由地源热泵机组提供冷源, 热泵机组切换到夏季制冷模式。有热水要求时, 将全热回收的热泵机组上的空调用冷凝器关掉, 热回收冷凝器打开。开启热水循环泵给蓄热水箱加热, 此时地源侧水泵根据供回水温差决定变频或停止部分泵运行。根据不同的气温和空调使用特征, 可选择不同的机组运行模式, 见表2。
2. 冬季运行模式
功能:空调采暖+生活热水。
冬季空调采暖制热由地源热泵机组提供热源, 地源热泵机组切换到冬季采暖模式。冬季有热水要求时, 将全热回收热泵机组上的空调用冷凝器关掉, 热回收冷凝器打开。开启热水循环泵给蓄热水箱加热。
冬季空调制热全负荷5609kW, 生活热水全负荷778k W。根据不同的气温和空调使用特征, 可选择不同的机组运行模式, 见表3, 供运行参考。
3. 过渡季运行模式
功能:空调制冷 (空调制热) +生活热水。
根据本项目的功能要求, 过渡性季节存在空调制冷或空调制热延长使用情况, 同时过渡季节的负荷都比较小, 在部分负荷特性下运行的时间较长。根据过渡季节的空调制冷、制热和生活热水使用的情况, 现设计几种过渡季典型的负荷情况, 并配置不同的机组运行模式供运行参考, 见表4。
4. 冷却塔运行模式
制冷工况:满负荷运行时, 5台热泵机组全开制冷, 其中3台带热回收制取热水, 热水箱达到设计温度55℃后, 热回收侧转为地源侧散热;另2台热泵机组有阀门切换为冷却塔散热;对应为采用冷却塔散热的热泵机组宜在早晚运行。
5. 控制说明
(1) 地源热泵机组采用机房群控系统集中管理, 动态监控热泵主机、水泵的运行状态, 显示空调系统用户侧水、地源侧水、卫生热水的进出水温度, 统计每台机组的运行时间和启动次数, 设置各机组的运行模式、控制程序的再设定、台数控制。控制系统可自动根据压缩机运行时间和启动次数调整启动顺序, 实现系统均衡磨损。根据主机的工作模式自动切换管理系统不同工况下电动开关阀门的开关状态。
(2) 空调系统水泵与主机连锁, 水泵变频运行。
(3) 地源侧水泵与主机连锁, 水泵宜变频运行。冷却塔风机与冷却水泵、对应的地源侧水泵、主机一一对应, 连锁控制。
(六) 地埋管换热器形式
1. 系统采用土壤源热泵形式, 地埋管换热器埋设于建筑周围绿地、道路及地面停车位以下。
2. 设计地埋管换热器按冬季吸热负荷计算, 满足冬季系统制热要求及卫生热水负荷要求。夏季释热负荷大于冬季吸热负荷部分由冷却塔承担散热, 通过冷却塔散热合理调配实现地埋管换热器地下吸热量与释热量的平衡。
3. 地埋管换热器采用单U型竖直埋管形式, 竖直埋管深度112m, 井间距4.5m, 合计竖直埋管1360口井。竖埋管管材采用PE100SDR11 De32管, 标称承压能力1.6MPa。
4. 地埋管水平集管采用同程方式, 按每组10口井汇聚连接至室外地埋管集分水器, 集分水器引出主管再汇聚进入病房大楼地下室冷冻机房内, 各集分水器间采用异程设计, 在冷冻机房集中设置流量平衡阀。
5. 设计地埋管换热器夏季释热供回水温度为30℃～25℃, 冬季吸热供回水温度为5℃～10℃。
6. 地埋管换热器设置地下温度场监测系统, 采用自动温度记录仪记录全年地下温度场变化状况, 地下温度监测点设置于典型位置、典型深度, 多点监测。
四、结束语
该工程采用的地源热泵系统与常规“电制冷+燃气锅炉”相比, 具有显著的节能减排效益。按全年生产卫生热水及冬季空调用热计算, 每年耗热量约为3.2×1010kJ, 节约天燃气耗量约8.8×105m3, 减少二氧化碳排放量约1659吨。
该工程位于夏热冬冷地区, 供冷累计负荷远大于供热累计负荷, 选用了热回收机组制取全年生活热水, 根据负荷计算软件对建筑进行全年动态负荷计算, 结合建筑功能, 对未来一个供冷供热周期 (一年) 进行负荷预测, 做出相应的运行策略, 并选用冷却塔作为备用散热源, 保证了系统的排热、取热平衡, 确保系统长期有效运行。
由于工程未投入使用, 缺乏系统运行的实测数据, 此方面的内容有待在系统运行数年后补充完善。
摘要：地源热泵室外地埋管系统与常规“电制冷+燃气锅炉”相比, 具有显著的节能减排效益。文章通过工程实践, 具体地统计出一所医院全年生产卫生热水及冬季空调用热的数量, 为实现节能减排的目标提供了科学数据。
关键词：地源热泵,地下换热器,模拟计算,机组运行,模式控制
地源热泵设计 篇2
一、地源热泵的概念
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。热泵机组的能量流动是利用其所消耗的能量（如电能）将吸取的全部热能（即电能+吸收的热能）一起排输至高温热源。而其所耗能量的作用是使制冷剂氟里昂压缩至高温高压状态，从而达到吸收低温热源中热能的作用。
通常地源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到5kW以上的热量或4kW以上冷量，所以我们将其称为节能型空调系统。
与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90％以上的电能或70～90％的燃料内能为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40％左右，其运行费用为普通中央空调的50～60％。因此，近十几年来，尤其是近五年来，地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及法国、瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的地源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。
二、国外发展近况
地源热泵的历史可以追朔到1912年瑞士的一个专利，欧洲第一台热泵机组是在1938年间制造的。它以河水低温热源，向市政厅供热，输出的热水温度可达60℃。在冬季采用热泵作为采暖需要，在夏季也能用来制冷。1973年能源危机的推动，使热泵的发展形成了一个高潮。目前，欧洲的热泵理论与技术均已高度发达，这种“一举两得”并且环保的设备在法、德、日、美等发达国家业已广泛使用。如美国，截止1985年全国共有14,000台地源热泵，而1997年就安装了45,000台，到目前为止已安装了400，000台，而且每年以10％的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19％，其中有新建筑中占30％。美国地源热泵工业已经成立了由美国能源部、环保署、爱迪逊电力研究所及众多地源热泵厂家组成的美国地源热泵协会，该协会在近年中将投入一亿美元从事开发、研究和推广工作。美国计划到2001年达到每年安装40万台地源热泵的目标，届时将降低温室气体排放1百万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植树1百万英亩，年节约能源费用达4.2亿美元，此后，每年节约能源费用再增加
1.7亿美元。
与美国的地源热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等
国家主要利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管（埋深＜400米深）的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计，为家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96％，奥地利为38％，丹麦为27％。
三、国内发展近况
我国的地源热泵事业近几年已开始起步，而且发展势头看好。天津大学、清华大学分别与有关企业结成产学研联合体开发出中国品牌的地源热泵系统，已建成数个示范工程，越来越多的中国用户开始熟悉地源热泵，并对其应用产生了浓厚的兴趣，可以预计中国的地源热泵市场前景广阔。之所以对中国的地源热泵市场发展前景持乐观态度，一方面是要节约常规能源、充分利用可再生能源的国内外大趋势；另一方面，我国具有较好的热泵科研与应用的基础，早在50年代，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。重庆建筑大学、天津商学院等单位对地下埋盘管的地源热泵也进行了多年的研究。在中国科学院广州能源研究所等单位还多次召开全国性的有关热泵技术发展与应用的专题研讨会。
四、地源热泵特点
1、属可再生能源利用技术
地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能（Earth Energy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。
2、属经济有效的节能技术
地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40％，因此要节能和节省运行费用40％左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。
据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。
3、环境效益显著
地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。
4、一机多用，应用范围广
地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。
此外，机组使用寿命长，均在15年以上；机组紧凑、节省空间；维护费用低；自动控制程度高，可无人值守。
地源热泵设计 篇3
关键词：地源热泵；顶棚辐射；水环热泵；经济效益
中图分类号：TK529 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0014-03
通常，土壤在超过地面之下3m时，温度全年比较稳定，通常徘徊在10℃～25℃之间。相对于空气源热泵，地源热泵制冷、制热系数要高约40%，达到3.5～4.4的水平，而其运行费用却不到普通中央空调的一半。相对于传统的水冷螺杆机组+燃气锅炉系统，地源热泵空调系统占用的建筑空间小得多，且更易维护，仅需定期清理空气过滤网及凝结水盘即可。另外，该系统环保效果也很理想，无污染，无噪声。总之，地源热泵空调系统由于其独特的优势，受到业内人士广泛的重视和采用。
1 工程概况
南郊农场地跨大兴、丰台、房山三区，地处城乡结合部，南郊农场办公楼总建筑面积13000m2，地上建筑面积9000m2，地下建筑面积4000m2，地上部分分主楼和附楼，主楼主要功能为办公，附楼主要为休息、接待场所。地下主要功能为设备用房及汽车库。建筑高度12.3m。
2 地源热泵空调系统设计
2.1 主要技术指标
本空调覆盖区域的主要技术指标设计如表1、表2所示：
2.2 空调系统选型及工作原理
主楼办公区的供冷及供暖采用的是垂直地埋管地源热泵空调+顶棚辐射系统，而附楼采用的复合型地源热泵空调系统为水环热泵+冷却塔+地埋管。工作原理分别参见图1、图2所示：
2.3 冷热源设备
通过负荷验算，主楼选用1台MWH180CB型土壤源热泵机组，其制冷量为626kW，制热量为494kW，其采取了顶棚辐射进行供冷和供暖的措施。夏季，冷水由地源提供，分为2路，一路通过板式换热器为楼板埋管供水，供回水温度为17℃～21℃；另一路用于屋顶的新风机组，夏季新风机组供回水温度为7℃～12℃。在冬季，热水通过地源获得，冬季楼板埋管空调供回水温度为25℃～29℃，而新风空调机组供回水温度为30℃～35℃。为达到空调夏季热平衡的目的，于夜间及负荷较低时段运行供楼板埋管系统将建筑预冷，并蓄冷于楼板，而于负荷高峰时段进行机械制冷时，楼板起辅助供冷作用。附楼的水环热泵+冷却塔+地埋管系统于夏季进行地埋管散热，辅以闭式冷却塔散热。水环路热泵（WLHP）空调系统的原理为在建筑物的内区需供冷同时外区需供热的情况下，将内区热量转移到外区，调整整个建筑内部的能量供求以达到一个平衡状态，这样可停运室外的冷热源，其经济效益十分可观，能量消耗也少。该主机采用分散式水环热泵机组，夏季冷却水供回水温度为30℃～35℃。
2.4 土壤换热系统
室外土壤换热采用的是垂直埋管系统。请地质专家勘查项目场地，且需测试土壤热物性。室外换热管长度和数量的选择需考虑到项目场地地质、水文情况和测井数据，并通过专业设计软件进行计算。充分考虑需求，一共装设90组垂直U型换热管埋深80m。
2.5 室内末端风、水系统
分别设置2组空调水系统和地埋管系统，分别独立应用于主附楼两个区域。附楼采用吊装式水环热泵空调机组+新风预处理机组。主楼采用顶棚辐射+置换式新风系统，于夏季为进行室内降温，将循环冷水注入辐射管网；于冬季为进行室内升温，将循环热水注入。室内潜热负荷由新风系统承担，新风机组由转轮式全热回收，送风由地板，排风由走道天花。顶棚辐射为楼板埋管，具体如图3所示：
3 地源热泵空调系统与传统水冷螺杆冷水机组+燃气锅炉系统的比较
当前，我国大中型建筑以“冷水机组+锅炉”作为中央空调冷热源形式占绝大多数，虽然该类系统具有高效率、高效果的优点，但运行耗能大。在此笔者结合该工程，从节能和经济方面比较分析地源热泵和“冷水机组+锅炉”两种冷热源的空调系统。
3.1 初投资比较
本项目中热泵空调系统初投资约220万元，其中地源热泵130万左右（包括室外地埋管、钻孔、土方等支出），卧式整体水环热泵75万左右，循环水泵约3万，冷却塔2万，其他10万左右。而采用传统的“冷水机组+锅炉”空调系统初投资约190万元，其中冷水机组80万左右，燃气热水锅炉90万左右，循环水泵约6万，冷却塔4万，其他10万元。
通过上述分析，相对于常规的空调系统，地源热泵空调系统的初投资更高，高出220-190=30万元。
3.2 运行费比较
设空调系统年供冷时间为1200h，年供热时间为960h，并设在负荷为100%、75%、50%和25%的情况下，系统供冷和供热时间分别占总时间的10%、30%、50%和10%，按照此假设进行冷热源设备年运行费用的计算和分析，参见表3所示：
通过表3得知，二者运行费差别为42-30=12万元/年，地源热泵系统的简单回收期约为30÷12=2.5年。该地源热泵机组设计使用年限为20年，而室外地埋管设计使用年限为70年，相对于传统空调系统，该地源热泵空调系统运行20年节省的费用为：12×20=240万元。
4 自动控制
4.1 主楼水泵控制方式
根据不同时候的负荷大小，该地源热泵空调系统设置压差旁通阀来调整地源热泵的数量。
4.2 附楼水泵控制方式
当系统处于空调季节，参考水环热泵负荷最不利环路的侧压差，首先将冷却塔开启并进行变频运转控制，在冷却水泵运行停止后，对地源热泵变频运转进行控制；当系统处于过渡季节，参考水环热泵负荷最不利环路的侧压差，首先将地源侧水泵开启并进行变频运转控制，在地源侧水泵运行停止后，对冷却塔水泵变频运转进行控制。
4.3 新风机组控制方式
当系统处于空调季节，将转轮式热交换器进行开启，并将排风中全热负荷进行回收；当系统处于过渡季节，将转轮式热交换器进行关闭，而将对应的新排风旁通风阀进行开启，另外，装设空气净化器于空调箱混合段后。
5 结语
相对于常规空调系统，地源热泵空调系统在节能和经济方面占据很大优势，本工程实例的分析计算结果显示，相比较传统的水冷冷水机组+燃气锅炉空调系统，地源热泵空调系统的初投资多出15.8%，而年运行费却节省约28.6%，仅2.5年左右就可简单回收。实际上，应用地源热泵时还需要考虑土壤和岩石特性对施工效果和初投资的影响，并且做好如土壤热物性参数、最佳匹配参数及动态特性的方面的研究，这些都是设计工程人员必须思考和总结的问题，对地源热泵应用的可行性的提高具有重要的意义。
参考文献
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地源热泵设计 篇4
梁宝寺2号井原设计采用传统锅炉房提供热源, 考虑到锅炉运行不仅消耗大量煤炭, 而且煤炭燃烧时排放大量污染物造成环境污染, 回收、利用煤矿丰富的低温废热, 采用先进的环保、节能的热泵技术, 解决整个煤矿的冬季采暖、生活热水与井筒防冻热源、夏季空调冷源, 实现煤矿不燃煤、节能、减排目标。
通过热泵技术可以充分回收冻结管中、矿井排水中、矿井总回风中蕴藏的低温热能, 从而满足矿井采暖、供热的需求, 实现不燃煤, 取消燃煤锅炉, 减少大气污染。
本项目基于热泵技术回收矿井低温热源实现以下功能:
(1) 冬季向建筑物供暖;
(2) 夏季向建筑物供冷;
(3) 职工浴室供洗澡用热水;
(4) 冬季井筒防冻。
2 冷热负荷需求
梁宝寺2号矿井废热十分丰富, 可以回收的废热量完全可以满足煤矿各种热负荷要求。新建矿井, 生活、生产建筑是个逐渐建设的过程, 加之现场众多不确定因素, 建议热泵项目分步实施, 前期按8000KW负荷配置热泵机组和水泵等附属设备, 日后负荷增加, 相应增设机组。
3 矿井水、矿井排风、冻结孔综合使用技术方案
3.1 方案设计思路
根据低温热源的不同, 提出以下方案设计思路:
(1) 优先使用冻结孔和矿井排风;
(2) 春、秋季使用冻结管作为洗浴热水热源;
(3) 夏季热负荷较低时利用洗浴热水机组同时提供空调冷源和洗浴热水热源, 极端天气情况下冻结孔系统启动;
(4) 冬季以冻结管换热器系统, 回风换热器系统作为主要热源, 矿井水做为补充热源, 用于极端天气情况的热源。
3.2 方案一
设计选型:设计选用螺杆机组
选用HE2000L型螺杆水源热泵机组4台, 用于冬季采暖夏季空调和井筒防冻。选用HE1000L型螺杆水源热泵机组1台用于洗澡热水。
(1) 机组分配如下:
1台HE1000L主要提供生活热水热源, 提供热量1015k W, 满足洗浴热水负荷1000k W, 同时夏季在提供洗浴热水的同时, 提供空调冷源。
4台HE2000L主要提供井口加热和空调采暖热源, 提供热量4×2030=8120k W, 冬季总热负荷为7000 k W, 满足井口加热和空调采暖负荷。
(2) 能源分配
(1) 春、秋季节, 使用冻结管水满足1台HE1000L机组使用, 提供洗浴热水。
(2) 夏季:1台HE1000L机组在提供生活热水的同时可用提供空调冷源, 当天气变热, 投入1台HE2000L机组制冷, 冻结管系统投入使用补充冷源。
(3) 冬季:冻结管系统和回风换热器系统作为主要热源, 矿井水做为备用热源。
(3) 系统备用
系统设计5台机组, 可提供的总热量是:9135 KW, 极端情况是在冬季极端冷的时候, 最大热负荷为8000 KW, 即极端情况下, 有1135KW的热负荷余量, 系统基本保证一台HE2000L机组作为备用机组, 备用方式如下:
(1) 极端冷天气, 即使有1台HE2000L机组出现故障, 影响不大;
(2) 冬季通常负荷条件下有1台HE2000L机组备用;
(2) 夏季有3台HE2000L机组备用。
3.3 方案二
设计选型:设计选用涡旋热泵机组
系统选用HE系列涡旋式水源热泵机组的特点: (1) 采用进口全封闭的涡旋式压缩机。为全封闭型压缩机。效率高、免维护、噪音低、性能稳定。 (2) 模块化。采用多台模块式热泵机组组合的方式供暖和制冷可以灵活调节热泵系统的输出功率, 随时满足不断变化的冷暖需求。 (3) 蒸发器和冷凝器经过特殊设计, 不仅提高了换热效率, 而且使水中沙子等杂质易于通过, 机组不会出现沙堵问题。
选用HE640型涡旋水源热泵机组10台, 用于冬季采暖夏季空调和井筒防冻。选用HE640型涡旋水源热泵机组3台用于洗澡热水。
(1) 机组分配如下:
3台HE640型涡旋水源热泵机组主要提供生活热水热源, 提供热量3×618.2=1854.6k W, 满足洗浴热水负荷1000k W, 同时夏季在提供洗浴热水的同时, 提供空调冷源。
(2) 能源分配
(1) 春、秋季节, 使用冻结管水满足2台HE640型涡旋水源热泵机组使用, 提供洗浴热水。
(2) 夏季:3台HE640型涡旋水源热泵机组在提供生活热水的同时可用提供空调冷源, 当天气变热, 根据负荷情况陆续投入其他HE640涡旋热泵机组制冷, 冻结管系统投入使用补充冷源。
(3) 冬季:冻结管系统和回风换热器系统作为主要热源。
(3) 系统备用
系统设计13台涡旋热泵机组机组, 可提供的总热量是:8036.6KW, 极端情况是在冬季极端冷的时候, 最大热负荷为8000 KW, 即极端情况下, 有36.6KW的热负荷余量, 系统基本保证一台机组作为备用机组, 如下: (1) 极端冷天气, 即使有1台HE640涡旋热泵机组出现故障, 影响不大; (2) 冬季通常负荷条件下有1台HE640涡旋热泵机组备用; (3) 夏季有8台HE640涡旋热泵机组备用。
4 自动控制系统
4.1 自控系统的技术功能
实时监控、对相关参数的历史存储、集中监控、现场仿真、实时警报、节能运行、全部启停设备。
4.2 自动控制系统的控制要求
4.2.1 冻结管换热系统:检测冻结管换热系统的进出水干管的温度压力;与冻结管检测控制系统对接, 显示冻结管换热系统相关数据。
4.2.2 回风换热系统:测矿井回风的进出温度, 矿井回风换热器的进出水温度;检测进入矿井回风热交换器的压力;检测由矿井回风的换热系统进入板式换热器的进出水温度压力;根据压力差判断板式换热器的工作状态, 显示故障报警;根据板式换热器的回水温度, 控制回风换热器进水管路开启个数及水泵开启个数
4.2.3 热泵机组:与热泵机组控制系统对接, 显示热泵机组控制系统中相关数据。
4.2.4 生活热水加热:显示生活热水池的水位及水温, 并根据水温和水位控制热水加热循环泵的启停;显示浴池的水位水温, 淋浴进水压力。
4.2.5 副井井口加热:与副井井口加热系统对接, 显示副井井口加热系统的相关数据;显示副井加热的供回水管道的压力温度。
4.2.6 系统热量计算:检测供热供回水管道的温度压力流量, 并计算出供热量;根据系统的电力消耗计算出系统的电功率, 并计算系统的能效比。
5 末端设备
5.1 供暖空调末端设备采用风机盘管
5.2 井口防冻采用井口加热器, 同时在进风口加热风幕机阻挡未加热的冷风进入矿井, 保证了井口加热效果
6 效果
利用煤矿丰富的低温废热, 采用先进的环保、节能的热泵技术, 解决整个煤矿的冬季采暖、生活热水与井筒防冻热源、夏季空调冷源, 实现煤矿不燃煤、节能、减排目标, 应用前景广阔。
参考文献
地源热泵考察报告 篇5
2011年04月14、15日建设单位组织监理、审计、招投标小组及总承包单位对资格入围四家单位中的三家企业进行了实地考察。现将三家企业总体印象及各自优势简述如下。
湖北风神
（一）、企业形象：公司总部办公环境优雅，企业文化、管理方式较现代化。
（二）、能源管理：合同能源管理，绿色建筑咨询，区域能源规划，节能管理。
（三）、技术集成：地源热泵技术，污水源热泵技术，太阳能、光热利用，蓄能技术等。
（四）、技术优势：能优化设计，深化设计。
（五）、工程案例：南京朗诗项目，济南奥林匹克体育中心等。南京建工
（一）、企业形象：国有改制企业，建筑行业特级企业，现为嘉盛控股公司；公司办公环境优雅。
（二）、技术集成：地源热泵技术，污水源热泵技术，太阳能、光热蓄能技术等。
（三）、工程案例：大部分集中在南京（企业所在地）。
（四）、技术优势：施工实力雄厚，队伍强大。
劳特斯空调
（一）、企业形象：该公司是空调制造业当中唯一一家拥有一级资质机电设备工程施工的有限公司。企业管理严谨，能源管理方式灵活，拥有节能效益分享、节能保证、托管等特点。
（二）、技术集成：地源热泵技术，超低温地表水，地下水等量回灌。
（三）、工程案例：徐州金苑宾馆（徐州地区较多）。
（四）、技术优势：总体集成规划，功能与系统配置，投资与经济分析。
综合评价意见：
1、对湖北风神、江苏劳特斯、南京建工集团这入围的三家进行了实
地考察，均有能力承接商务中心地源热泵系统工程施工。
2、地源热泵系统工程投入运行中的管理：目前湖北风神、江苏劳特
斯采用托管运行及管理，南京建工集团采用物业管理，建议采用物业
管理系统运行。收费：物业管理系统运行收费在25-30元/㎡年.3、湖北风神与江苏劳特斯均具有研发深化技术能力，江苏劳特斯由
于是螺杆式空调机组空调风机盘管制造商，系统维护、保养具有优势，同时可采用先行垫资，验收合格后再付款的模式具有资金优势。南京
建工集团是一家施工为主的大型承包单位。
参加考察人员：
浅析地源热泵技术 篇6
关键词：地源热泵；地热资源（地能）；概念原理；种类安装；高效环保
中图分类号：P754 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）07-
由于全世界经济的快速发展和人口的急剧增长，生态破坏、环境污染和资源匮乏日益严重，节能减排、低碳环保已成为社会持续健康发展的新主题。人类找寻利用低耗高效的能源已成为当务之急，地源热泵就具备这方面得天独厚的优势。
地源热泵技术利用了恒温带地下浅层的含水层即地热资源也称地能（包括地下水、土壤、地表水或海水等）向建筑物冬季供热和生活热水，夏季供冷的高效节能环保空调系统。地源能是一种洁净的可再生能源，它具有热流密度大、方便收集和输送、参数稳定、使用方便、不受区域限制等优点。作为能量来源，依靠少量的高品位能源（如电能）驱动，通过与地能的交换实现低品位热能向高品位能热的转移。冬季里，把地能中的热量“取”出来提高温度后，供给室内取暖；夏季里，把室内的热量“取”出去，释放到地能中，在一个年度里实现一个冷热循环，而且还不影响地下温度的均衡。通常将以土壤的蓄热量、蓄冷量为冷热源的空调系统称为地源热泵。由于系统采用了特殊的换热方式，使高达70%的能量来源于土壤而约30%的能量来自电力，因此这项技术具有传统空调无法比拟的高效节能的特点，它实现了节能与环保的统一。
1 构造及原理
地源热泵和制冷的原理及系统设备的组成功能基本是相同的。
地源热泵系统由三个关键部位组成：室外地能换热系统、地源热泵机组和室内末端装置系统组成。热泵机组为动力部位，由制冷压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀等辅助设备构成闭合回路。压缩机起着压缩和输送制冷剂从低温低压处到高温高压处的作用，是系统的心脏，蒸发器是运送冷量的设备，它的作用是使经膨胀阀流入的制冷剂液体蒸发吸收被冷却物的热量，达到制冷的效果。冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量和压缩机做功转化的热量在冷凝器中被冷却介质（水或空气）一并带走，达到制热的效果。膨胀阀对高温高压制冷剂液体进行节流降压和调节进入蒸发器的制冷剂流量。
1.1 制冷状态下
地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液相变转化的循环。通过蒸发器内冷媒的蒸发将风机盘管循环所带的热量吸收至冷媒中在冷媒循环流动的同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，然后由水路循环转移至地下水或土壤里，在室内热量不断转移至地下的过程中，经过风机盘管，以低于13℃的冷风形式给房间供冷。
1.2 供暖状态下
地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向换向，由地下的水路循环吸收地下水或土壤中的热量，通过冷凝器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒流动循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管将冷媒所携带的热量吸收，在地下的热量不断转移至室内的过程中，以35℃以上的热风形式向室内供暖。
2 地源热泵的优点
高效节能：极大地利用了地球浅层地热资源，用1kW电可制造4kW以上的冷热量。
运行费用低：运行费用比传统中央空调节省约50%左右。
节省投资：无须设置冷却塔、锅炉等设备，没有外挂机，没有噪音，节省建筑面积，设备可分期投资。
安全环保：消除了燃烧或爆炸隐患，不向周围环境排放有害气体和排热，没有热岛效应。
运行可靠：系统不受外界气候变化影响，机组运行稳定，使用寿命20年以上，是分体或窗式机的2～4倍。
维护简单：系统结构简单，故障点少，无需专人管理，运行费用低。
独立计费：可分区、分户安装，单独控制，实现独立计费功能。
使用灵活：一机多用，集空调制冷、供暖制热、供生活热水于一体。
3 地源热泵的种类和安装
室外水环路换热系统为热泵机组提供冷热源，根据室外水环路的形式的不同，地源热泵系统可以划分为以下几种类型：开式、闭式、辅助系统。
3.1 开式系统
如果建筑附近地区有诸如湖水、河水、地下水、矿井水这样的自然水源可作为冷热源，开式系统就可利用这样的自然水源作为冷热源，通过热泵技术将水资源中的低品热能转化为用于供热的高品热能以及用作制冷时的冷却水，所耗的能量仅为占总供热（或制冷）量的四分之一的用电量，从而能够节约大量的运行费用。
采用地表水（如湖水、河水等）时，只须从上游取水，向下游回水。而从地下抽取地下水时，须在适当地抽取深度上利用水质较好地下水（地表水）作为直接能源，且抽水井必须有足够的水量以满足机组运行所需水量要求。在这样理想的状况下，地表水（地下水）源热泵系统应用是一种非常经济的系统形式，但受到地下水资源的限制。
3.2 闭式系统
如果建筑物周围有较大的绿化带或空地时可以采用闭式系统。闭式系统是一种以土壤为冷热源的热泵系统，室外水环路系统采用封闭的管线，内加水或防冻液作为中间介质与大地进行热交换。制冷工况时，系统将热量从建筑物内转移到大地，制热工况时，系统从大地吸收热量并转移到建筑物内。利用土壤这样的稳定热源，地源热泵可以全年提供可靠有效的舒适性。
闭式系统包括地下封闭的高密度聚乙烯管（PE管）热交换管路，水或防冻液作为中间介质以及循环泵。当系统处于制冷工况时，管内液体温度将会上升，热量被散发到较冷的大地中去，相对的，当系统处于供热工况时，管内液体温度下降，热量从大地吸入。循环泵运行系统中的循环水或防冻液。
高密度聚乙烯管（PE管）热交换管路可以采用垂直或水平安装，或是浸没在池塘中或湖中。设计适当时，这三种形式都以相似的效率运行，高密度聚乙烯塑料管用于闭合式环路安装，管接头用热熔形成接头，因此接头比管道本身还要结实。管环路的预计使用寿命达50年。环路管长的设计与土壤的性质，埋管方式等多方面因素有关。
3.3 辅助系统
在没有自然的冷热源可利用的情况下，可以采用闭合环路水源热泵系统。夏季采用冷却塔散出系统多余热量，冬季通过辅助热源（如外围热网、辅助锅炉等）补充系统热量，此时系统水环路的水温宜保持在15℃～35℃之间。闭合环路水源热泵系统采用一个双管封闭的水系统并联连接建筑物中各个区域的水源热泵机组，通过闭合环路中水温保持在15℃～35℃之间的水的循环保证机组的运行，为保证系统水温维持在15℃～35℃之间常常需要用辅助热源和散热设备，当系统水温比15℃低时利用加热装置加热，当循环水温高于35℃时，利用冷却塔进行冷却。
4 与其他能源的耗能效率比较
地缘热泵马这些能源的耗能效率比较，效率要高几倍电能：100%，天然气：92%，油料：85% 地源热泵空调：300%～400%。
5 应用范围
学校、宾馆、娱乐城、室内游泳馆、温室、工业建筑厂房、商场医院、大型公共场所、别墅、员工洗澡堂、桑拿馆等的。
概括而言，地源热泵空调系统的能量来源于自然能源，它不向大气环境排放任何有毒有害气体和废水，是一种低碳环保的“绿色空调”，是21世纪可使用的节约高效的供冷、供暖空调技术体系，节能高达70%，经过2～4年的运行，节省的运行费用就可收回该系统的投入成本，没有寒带、温带、热带使用地区的限制，它将为世界经济可持续健康高速发展带来新的契机。
参考文献
[1] 姬安娜，等.环保节能地源热泵技术应用研究[J].
[2] 环境保护与循环经济，2008.
[3] 吴春红.浅谈地源热泵[M].能源与节能，2011.
作者简介：代桂华（1964-），女，陕西西安人，西安市干鲜果副食公司工程师，研究方向：空调制冷工程。
混合式地源热泵系统设计实例研究 篇7
1 工程简介和设计方案的确定
某建筑大楼总面积为12 000m2,共8层,其机房设置在地下室,地下室面积为120m2,第一层为大会堂,其余为办公室和客房。经统计,整栋建筑的空调冷负荷为1 200 kW,供暖热负荷为700 kW,热水负荷为800 kW。从节能、环保的角度出发,与现场实际情况相结合;该工程采用混合式地源热泵系统,同时加装热水储能装置。计划系统的热源/汇采用土壤,这样做可以降低工程造价。由于空调冷负荷较大,在设计地埋管时,以供暖负荷为主要对象,在夏天可以配合使用冷却装置。生活热水由一个独立的热泵机组系统提供,其供水方式采用闭式,由热水循环泵提供热水循环动力。
2 混合式地源热泵系统设计
在设计混合式地源热泵系统时,主要包括以下几个重要的环节:选择热泵机组、设计地埋管换热器、生活热水系统、冷却系统和机房控制系统等。
2.1 热泵机组选择
依据空调系统设计各类负荷的大小,选择3台热泵机组,其主要参数如表1所示。其中,1号机组供冬夏两用,在供暖情况下,使用1号机组即可;2号机组和1号机组共同承担设计的冷负荷;3号机组根据热水的热负荷进行选取。
2.2 地埋管换热器设计
在地源热泵系统的设计中,地埋管换热器是最重要的环节,其设计的好坏将直接关系到整个系统性能的优劣。在该工程中,采用单U形管竖直埋管换热器,并联同程式进行管路连接,U形管换热器的管材采用高密度聚乙烯管,采用D32的PE管。依据空调设计的热负荷和热水设计热负荷来确定埋管的长度和布置方式。在设计地埋管长度时,涉及到负荷、管材、管径和土壤等众多因素,是一个较为复杂的过程,所以,在实际工作中常常采用简化计算的方法进行设计,经过计算后,设计的所需埋管总长度为LH=26 074 m。依据现场的勘查资料、考虑钻孔的难易程度和施工费用等,将孔孔洞的深度定为71m,钻孔直径为110 mm,其U型管换热器底部距离井底1 m。
2.3 热水系统的设计
在该工程中,热水系统采用的是带有闭式储水罐的系统,3号机组为生产热水的机组,其启动和停止都是通过热水温度进行控制的,这样可以实现机组间歇性运行,它对于地埋管换热器四周土壤温度场的恢复十分有利,同时也大大提高了机组的运行效率。热水供水的温度为52℃,回水的温度为40℃,热水管网的循环采用闭式立管方式,由循环泵提供动力。闭式储水罐可以存储一定的热水,能够保证在用水高峰期热水的充足供应。
2.4 辅助冷却系统
辅助冷却系统的主要设备是冷却塔,补充冷却设备为喷泉。夏天,因为地表水的温度要比室外空气温度低,所以,可以将地表水作为热泵机组的冷却水,将喷泉作为补充冷却设备。为了保证热泵机组的能效,该工程仅在5—6月将喷泉作为冷却水。在计算冷却塔容量时,要考虑到建筑的负荷、冷却塔的控制方法和开启时间等因素。
2.5 机房控制系统
该工程采用APOGEE系统作为机房自控系统,在冷热源机房中分别设置MBC40控制器、MEC控制器和相对应的点扩展模块,并对相应的设备进行监控。根据设计要求,制冷机组的参数利用网关的方式进行采集。
3 结束语
本文依托具体工程实例,根据建筑物的负荷特点等,确定采用混合式地源热泵系统,并对其进行了具体设计,相间布置了热水系统和建筑物空调系统的地埋管换热器,两套系统的切换在夏天实现了互补,提高了整个系统的能效比。采用混合式地源热泵系统可以大大节省投资,降低工程造价,减小热换器的面积。相信在未来,随着相关技术的不断发展和成熟,该系统将会有更加广阔的应用空间。
摘要：作为一种节能环保型的先进空调技术,地源热泵系统已经成为生态建筑能源研究领域的热点。依托具体实例,针对混合式地源热泵系统的设计进行研究,对地埋管换热器的设计进行了探讨,结合实际地质情况设计了混合式地源热泵系统,以期为相关工作给予一定的技术支持和帮助。
关键词：混合式地源热泵系统,地暖管换热器,热水系统,施工工艺
参考文献
[1]杨卫波,施明恒.混合地源热泵系统(HGSHPS)的研究[J].建筑热能通风空调,2006(06).
[2]曲云霞,张林华,方肇洪.地源热泵系统辅助散热设备及其经济性能[J].可再生能源,2003(4):9-11.
暖通空调设计中地源热泵的运用 篇8
关键词：暖通空调,地源热泵,运用
随着科学技术和社会经济的不断发展, 我国的暖通空调行业也迅猛发展起来, 暖通空调开始走进平常百姓家。一直以来, 人们对于空调的安全性、可靠性以及舒适性比较重视, 所以, 暖通空调设计中的地源热泵推广和普及也就成为了必然趋势。然而, 地源热泵的普及也为其使用、检修和维护带来了新的更高的挑战, 因此, 我们应该加强对其结构原理的认识, 普及检修知识, 为其运用以及人们安全舒适的进行生产生活打下良好的基础。
1 暖通空调设计中的地源热泵概述
随着世界科学技术水平的不断提高, 暖通空调技术也逐渐发展起来。最初的暖通空调属于单一取暖的形式:20世纪20年代初美国首先发明了利用冷却液加热后发出热量调节室内的温度的方法, 到20世纪20年代已经发展到兼有加热器、鼓风机等的供热系统, 形成了现代暖通空调系统的雏形, 为其发展奠定了基础。直到今天, 在我国的一部分小型低配置空调上还在使用单一的供暖系统。20世纪30年代末, 日本的某空调公司首次安装了机械制冷降温的空调系统, 成为暖通空调的崛起者。这种空调系统由于只能起到制冷作用, 我们称之为单一制冷系统。到了20世纪50年代, 日本的空调公司在朗茨那牌空调上首次安装了冷暖一体化的空调系统, 此时的暖通空调具备了同时调节室内温度、湿度以及通风、过滤、除霜的作用。这种暖通空调系统是使用量最高最佳的一种系统。20世纪60年代以后, 由于智能化的迅速发展, 自动控制暖通空调出现。冷暖一体化的暖通空调还需要人为的控制, 这很明显在一定程度上把操作复杂化了, 同时, 控制的效果也不会很理想。1961年, 日本的空调公司在朗茨那牌空调上安装了自动控制的暖通空调系统, 人们只需要提前设置好温度, 暖通空调系统便会进行自动控制和调节, 最终达到设置好的温度。20世纪70年代, 微机控制空调出现。1974年, 日本的十铃空调公司研发了通过电脑进行控制的暖通空调系统, 1978年, 此系统得到了广泛应用。由于微机控制空调不仅能控制室内温度、湿度和通风, 还能进行显示数字化以及部分故障自动化清除, 这一进展使得暖通空调技术发展到了一个新的高度。现在的高档全自动空调系统能够依照室内环境以及人的最适宜温湿度自动进行调节, 很大程度上提高了空调系统的调节效率和效果。
2 暖通空调设计中地源热泵的结构原理
地源热泵主要包括制冷系统、暖风系统、通风系统、除湿系统、加湿系统、空气过滤系统以及控制系统等。制冷系统的工作原理是先冷却热交换器, 再冷却由鼓风机吹进室内的空气, 达到制冷通风的效果。如果室内水分较大, 由蒸发器冷却之后水分会冷凝起来, 起到除湿的作用。暖风系统的主要作用是取暖和除霜, 地源热泵是利用地下的热量提高室内的温度。通风系统是把室外的新鲜空气抽进室内, 达到通风和换气的目的。所有地源热泵的工作原理基本一致, 即用人工方法在室内制造尽量使人感到舒适的环境条件。炎热的天气采用制冷方法, 降低室内温度。制冷方法多种多样, 室内采用的热泵制冷方法主要是通过做功进行制冷降温。而在寒冷的冬天则是利用大地作为热源的热泵, 为室内提供适宜的温度。
3 暖通空调设计中地源热泵的运用
暖通空调设计中地源热泵包括冷冻水、冷却水及热交换器系统、通风及空气调节系统、中央空调变流量系统三部分。对于冷冻水、冷却水及热交换系统的使用应该注意以下几个方面:在技术水平较高、冷水机组自身控制条件较好的情况下, 应该设置冷却水的出水温度大于五摄氏度, 对空调的运行参数和控制参数进行合理的设定, 增多冷水的供应, 减小出水温差, 降低冷水流量。通风及地源热泵系统应该按照之前设置好的时间进行最高最佳的开启、关闭等节能方法。依照冷却水的供应、回水的温差和流量值的规律, 随时对建筑物的实际消耗能量进行调节和控制, 调整空调的运行台数和运行顺序。当空调变流量系统采用变速地源热泵时, 供、回水总管上最好不要设置旁通电动阀。当空调水系统末端设备采用电动三通阀时, 空调水系统不应设置压差旁通控制。对于规模不大、电流量浮动较小的室内, 应该依照供、回水温差控制冷水机组的运行台数和运行顺序, 控制方法一般为自动控制和手动控制两种。对于规模比较大、电流量浮动较大、智能化水平要求比较高的建筑, 应该优先设置好采用冷却水机组的运行顺序, 且在设计时就必须确定空调运行顺序控制的边界条件。冷却水机组和相关的电器应该有对应的开启、关闭联接。空调地源热泵的运行必须和冷却水机组相适应, 因此, 空调地源热泵的运行顺序也可依照冷却水的流量变化来决定。在安全可靠, 经济允许且节能潜力较大的情况下, 对空调的适应性和控制系统方案等进行技术论证后, 可以选择和空调控制系统相结合的变频控制方法, 这种变频控制方法的频率和冷水机组的频率一致。依照供、回冷水温差控制空调地源热泵的频率。对于那些具有缓急性特征曲线的地源热泵, 应该选择温差调节方式会比较节能。在空调运行之前, 应该对空调地源热泵的最低频率进行设置, 最低频率由空调地源热泵的旋转速度和冷却水机组的最小温差决定。一台变频器只能对一台地源热泵进行调节, 当多台地源热泵同时运行时, 它们的频率应该保持一致。空调冷却水机组的末端应该选择电动三通阀进行控制。冷水机组的运行台数的确定与二次水环路的供、回水温差以及冷水流量的实际需求有关。一类空调地源热泵的运行台数选择和冷却水机组运行顺序的控制方法一致, 一般一类空调地源热泵与冷水机组额开启和关闭联结在一起。二类空调地源热泵的运行台数选择应该采用温差调节方法来确定, 但是, 空调冷水机组转换的稳定性和调节幅度会受到限制。根据用户测定的冷水机组实际流量值与二类空调地源热泵设定流量值相比较, 确定二类空调地源热泵运行顺序。二类空调地源热泵变速调节拧制采用变速调节控制比采用地源热泵台数控制的方法更节能。二类空调地源热泵变速调节拧制应该采用供、回水压差或采用系统出口总管压力信号进行控制。在保证供、回水温差的同时, 也可根据典型立管环路末端最不利处压差信号进行控制。采用变速调节控制时, 其运行地源热泵的频率宜相同, 并应设置最低频率, 以防止地源热泵堵转。二次泵空调水系统的末端应采用电动二通阀进行控制。
4 结语
现阶段, 随着社会经济的的发展, 我国的暖通空调安装率已经达到了百分之百, 空调已经成为了人们日常生活的一种最基础的配件。自发明暖通空调地源热泵以来, 其结构原理和运用一直在不断的更新和改进, 我们应该对相关资料进行综合归纳, 并从更深层次的角度对暖通空调设计中地源热泵的运用做全面的解析。与此同时, 对暖通空调的结构原理等做进一步的详细说明, 为广大空调用户提供具有较强的技术知识性、实用性的指导意见。
参考文献
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地源热泵设计 篇9
地源热泵系统是采集浅层地温能, 将其从低品位热能转变为高品位热能, 用于供暖和制冷的装置。浅层地温能是蕴藏在地表以下一定深度 (一般为200m) 范围内的地下土壤、地下水中具有开发利用价值的地温热能, 是一种新型可再生能源, 具有清洁环保、分布广、储量大、埋藏较浅、可就近开发利用等特点[1]。将地源热泵系统用于建筑采暖和制冷, 可以大大减少化石燃料的燃烧和污染物的排放[2]。
1 地源热泵设计、施工存在的问题
浅层地温能主要利用形式为地埋管地源热泵系统和地下水源热泵系统, 国内很多地源热泵工程在设计、施工过程中都存在着一些问题, 出现了地源热泵效率低、项目投资过高等情况, 造成节能工程不节能的后果[3]。地埋管地源热泵系统主要问题表现在机组选型不合适, 地下换热器冬夏负荷不平衡。地下水源热泵系统主要问题表现在抽取的地下水不能完全回灌, 长期开采地下水导致建筑物沉降, 对地下水温度场和水质造成一定影响。本文系统研究了地源热泵系统设计、施工的基本原则, 为地源热泵工程的前期准备、设计和施工提供了建议。
2 地源热泵系统设计、施工的基本原则
(1) 地埋管地源热泵系统的应用条件没有严格限定, 只要能满足地埋管系统布设要求的建设项目, 在经济、技术条件均可行的前提下, 均可使用地埋管地源热泵系统。相比之下, 使用地下水源热泵需要对地下水进行吸热或放热, 换热后的地下水需全部回灌到含水层中。由于回灌比抽水困难, 经济成本较高, 且要保证回灌水的质量, 为降低成本, 一些运营商采用多抽少灌或只抽不灌的对策, 造成了地下水资源的浪费和地质的破坏, 有些地区甚至出现了地面沉降。而地埋管地源热泵不需要回灌, 再加上国内部分地区地下水资源较为匮乏, 地下水位分布不均匀, 不适合使用地下水源热泵, 选择地埋管地源热泵的优势就很明显了。
(2) 在地源热泵系统应用的基本原则指导下, 各具体的单个建设项目还应在设计前做好地质状况、建设条件、经济效益等方面的可行性研究。地下水丰富的地区地埋管换热效果较好;地源热泵系统的关键技术是地埋管的敷设, 地埋管敷设面积要得到保证;采用地埋管热泵系统的主机系统投资比其他形式的空调系统略高 (一般高10%~15%) , 考虑其节约的运行费用, 一般多投入的部分回收年限为3~5年[4]。因此, 并不是任何项目都适合使用地源热泵, 地源热泵建设前要进行严格的可行性分析, 避免出现低效、不稳定以及质量问题。
(3) 在浅层地温能开发利用区, 严格限制选择地下水源热泵系统开发利用浅层地温能资源, 优先选择双U地埋管, 地埋管穿过咸水底界时, 应做好咸水止水, 以防地下淡水受到污染。地下水的抽取和回灌可能会引起不良的水文地质和工程地质现象, 如地面沉降、土地沉陷后的沙土盐碱地等[5]。此外, 使用地下水源热泵系统还需考虑是否会引发地质灾害, 我国部分地区的地下水位已呈下降趋势, 这种条件下, 必须分析使用地下水源热泵系统会不会带来不均匀沉降从而引发系统地下部分损毁, 导致地质恶化。国内部分地区山区较多, 使用地下水源热泵还需分析崩塌、滑坡、泥石流等自然灾害发生的可能性, 以避免应用地下水源热泵系统遭受地质灾害的影响或引发、加剧区域地质灾害。
(4) 地源热泵系统在地区建设方面的优先选择顺序为新建建筑地区—在建建筑地区—已有建筑地区。该顺序是从建设难易程度、经济性综合考虑的, 凡符合地源热泵技术推广应用要求具备应用地源热泵条件的新建、改建、扩建民用建筑项目, 鼓励将浅层地温能作为建筑供暖、制冷的能量来源。
(5) 地源热泵系统在使用建筑方面的优先选择顺序为办公建筑—商业建筑—高档小区住宅楼—一般小区住宅楼。办公、商业建筑, 如政府办公楼、写字楼、商场、医院、酒店、学校等, 对电能或化石燃料的需求量较大, 是供暖、供冷的耗能大户, 利用浅层地温能来代替电能和化石燃料可大幅降低电能和化石燃料的消耗, 可列为开发利用浅层地温能的主要对象。高档小区住宅楼中多数居住者经济条件相对较好, 对生活质量的要求相对较高, 对夏天供冷和冬天供暖需求量相对较大, 经济承受能力相对较强, 可作为浅层地温能的开发对象。一般小区住宅楼多数居住者为工薪阶层, 经济条件相对不是很好, 经济承受能力也相对较弱, 对夏天供冷和冬天供暖需求量相对较小。虽然利用浅层地温能一天的成本比利用电能或化石能源要低, 但如果按照一个夏天或一个冬天来计算, 其总成本要比利用电能或化石能源高, 因此一般小区住宅楼居住者大多不愿承担由此带来的费用, 且小区收费管理相对较复杂, 难度大, 不宜作为开发对象[6]。
(6) 地埋管埋设用地一般选择较为平整的空地, 包括绿地、停车场、广场及建筑周围的空地, 甚至地下停车场、新建建筑物基础的下方也可用于地埋管的埋设。地埋管的作用是与周围土壤进行换热, 水平埋管为了防止埋管间的热干扰, 必须保证埋管之间有一定的间距;竖直埋管出于经济性考虑, 一般埋深较浅, 这样就增加了打井的数量, 由于埋管间也要有一定的间距, 造成埋管所需空间变大, 因此地埋管的施工要预留充足的空间。
(7) 已经埋设地埋管系统的场地上方应避免通过可能有较大承重的主要道路、消防通道等, 必须穿越时, 应采用盖板、管沟等技术措施保证地下埋管不被破坏。国内已经出现地埋管地源热泵质量事故的例子, 有一些单位和个人受经济利益驱使, 常常忽视安全生产和管理, 在地埋管附近空地甚至地埋管上方修建公路、房屋、建筑物等, 造成严重碾压地埋管现象, 引起基础下沉, 造成管道弯曲变形甚至损坏。
(8) 地埋管的埋设应主动避开已存在的地下建筑、设施、管线等, 保证在施工和运行中与其他地下系统和设施互不影响。尽量避免后期出现会影响到地埋管的施工, 防止管道被破坏。经济发达地区或城镇范围内, 由于建筑施工、道路等基础设施的建设, 各种地下管线的敷设往往涉及众多管理部门, 难以协调, 因此在施工时会有损坏地埋管的现象发生。
(9) 地埋管埋设场地上方可以考虑绿化种植, 但不适宜布置高大乔木, 如必须保留高大乔木, 应保证足够距离, 避免对地埋管造成损害。以重庆地区常见高大乔木黄角树和香樟树为例, 黄角树生长速度快, 根系不断向四周扩散, 渗透力强, 对地埋管危害极大, 必须对其严格控制, 在无法移栽的情况下应采取人为措施, 引导其根的生长方向, 并对管道加强保护。香樟树根性强, 根系如果作用于管道上, 会导致管道变形, 因此要严格控制。经过调查发现, 植物根对管道的直接破坏分穿入和挤压两种方式, 间接破坏方式为根分泌物造成腐蚀性环境后加速管道腐蚀老化, 其中尤以穿入破坏影响最严重[7], 建议根据现场实际情况采取不同措施。
3 结语
本文研究了地源热泵设计、施工的基本原则, 从前期准备、设计施工和管理方面对地源热泵系统的合理建设提出了9点建议, 以减少开发风险, 促进地源热泵系统在全国的规模化应用。此项研究对地源热泵工程实践和应用具有一定的借鉴意义, 对各地推动地源热泵技术同样能起到参考作用。
摘要：为了给热泵系统的建设和管理提供依据, 减少设计、施工中的风险, 实现社会经济效益和环境效益最大化, 研究了地源热泵系统设计、施工基本原则, 以期为各地地源热泵工程的建设提供参考。
关键词：地源热泵,设计,施工,基本原则
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地源热泵设计 篇10
地源热泵空调及热水系统具有节能环保的优点，在国外已得到较为广泛的应用，技术逐渐成熟。目前，我国地源热泵技术实际工程的应用不多，影响地源热泵技术推广的主要原因是缺乏较完备的基础资料及设计规范。
地源热泵系统，按热源形式可分为地下水地源热泵系统、地表水地源热泵系统、土壤源地源热泵系统[1]。在这三种形式中效果最好的是地下水地源热泵系统，但受地下水资源使用条件的限制，不能广泛的使用；地表水地源热泵系统换热效果较好，但受地域限制很大，应用不广泛；因此目前国内外所谈及的一般均指土壤源地源热泵系统[2]。
国内地源热泵系统在工程中的应用逐渐增多。但由于其应用具有很强的地域特点，所需地下换热器数量又较多，因此，地源热泵系统在某种层面上又不具有普遍使用性，所以，应根据不同的气候、地理、工程条件设计不同的地源热泵系统。地热换热器是地源热泵空调系统设计的关键，地热换热器设计的优劣直接关系到地源热泵空调系统的经济性和运行的可靠性，因此对其进行优化设计十分必要。
1 设计时需简化的问题及换热计算公式
1.1 换热计算中几个问题的简化处理
(1)沿垂直方向，不同地质结构，分别计算换热。(2)进出口温差，沿垂直方向，根据地质结构不同分段，确定热交换温度。(3)冬夏季进出口初始设计温度，按最不利情况考虑。(4)埋管距离，按3m<H<5m考虑。
1.2 单井换热量的计算公式[3]
1.2.1 传热介质与U形管内壁的对流换热热阻计算公式：
式中：Rf为传热介质与U形管壁的对流换热热阻，m·K/W;di为U形管的内径，m;K为U形管内壁的对流换热系数，W/（m2·K）;
1.2.2 U形管管壁热阻计算公式：
式中：Rpe为U形管管壁热阻，m·K/W；λp为PE管的导热系数，W/（m2·K）;d0为U形管外径，m;di为U形管内径，m;de为U形管当量直径，m；对单U管，n=2；双U管，n=4。
1.2.3 钻孔灌浆回填材料的热阻计算公式：
式中：Rb为钻孔灌浆回填材料的热阻，m·K/W；λb为灌浆材料导热系数，W/（m2·K）;db为钻孔的直径，m。
1.2.4 地层热阻计算公式
讨论单个钻孔，计算公式为：
对于多个钻孔
其中：Rs为地层热阻，m·K/W;I为指数积分公式；λs为岩土层的平均导热系数，W/（m2·K）;a为岩土体的热扩散率，m2/s;rb为钻孔半径，m；τ为运行时间，s;xi为第i个钻孔与所计算钻孔之间的距离。
1.2.5 单个孔的传热量计算公式：
式中：Q为单孔的传量，W;Ri为各个地层的总热阻，m·K/W;Li为各个地层的长度，m；Δt为各个地层的平均温度与各地层管内平均温度的差值；i为各地层号。
2 地埋管换热器形式
目前地源热泵地下埋管换热器主要有两种，即水平埋管和垂直埋管两种形式。
2.1 水平埋管换热器[4]
水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管等形式，由于多层埋管的下层管处于一个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，一种是扁平曲线状管，另一种是螺旋状管。它们的优点是使地沟长度缩短，而可埋设的管子长度增加。管路的埋设视岩土情况，可采取挖沟或大面积开挖方法。单层管最佳深度0.8m∽1.0m，双层管1.2m∽1.9m，均应埋在当地冰冻线以下。
2.1.1 水平埋管换热器的缺点
由于水平管埋深较浅，其埋管换热器性能不如垂直埋管，而且施工时占用场地大。由于浅埋水平管受地面温度影响大，地下岩土冬夏热平衡好，因此适用于单季使用的情况，用于冬夏冷暖联供的场合很少。
2.2 垂直埋管换热器
根据埋管形式的不同，一般有单U形管，双U形管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，立式柱状管、蜘蛛状管、套管等形式；按埋设深度不同分为浅埋（≤30m）、中埋（31∽80m）和深埋（≥80m）。目前使用最多的是U形管、套管和单管式换热器。
2.2.1 U形管安装在钻孔内，一般钻孔直径为100mm∽150mm,深10m∽200m,U形管径一般在准50mm以下。由于其施工简单，换热性能较好，承压高，管路接头少，不易泄漏等优点，目前应用最多。
2.2.2 套管式换热器的外管直径一般为100mm∽200mm，内管径为准15mm∽25mm。由于增大了管外壁与岩土的换热面积，因此其单位井深的换热量高，其换热效率较U形管提高16.7%[5]。其缺点是套管直径及钻孔直径较大，下管比较困难，初投资比U形管高。套管端部与内管进、出水连接处不好处理，易泄漏，因此适用于≤30m的竖埋直管，对于中埋采用此种形式宜慎重。为防止漏水，套管端部封头部分宜由工厂加工制作，现场安装，以保证严密性。
2.2.3 单管型在国外常称为“热井”，它主要指地下水热泵系统。一般来讲该种型式投资较少。其安装方法是地下水位以上用钢套管作为护套，直径和孔径一致，典型孔径为150mm。地下水位以下为自然孔洞，不加任何设施。孔洞中有一根出水管为热泵机组供水，回水自然排放或回到管井内。这种方式受地下水资源及国家有关政策及法规限制大。
2.3 两种埋管换热器形式的优缺点比较
对于浅层埋管的优点可以概括为：投资少，成本低，钻机要求不高，由于受地面影响较大，一般地下岩土冬夏热平衡较好。它的缺点是要占用很大的场地面积，与较多的管路接头，相比于中、深埋管的情况，其换热效率不高。
深层埋管的优点有以下几方面：(1)不过多的占用场地面积；(2)有较高的换热效率；(3)有较少的管路接头。其缺点是：(1)需要很大的成本，投资高；(2)应使用高承压的管材；(3)要有较高性能的钻机。因为在深层岩土中的温度几乎不受到地面的影响，所以，要注意炎热季节排热量以及寒冷季节吸热量保持均匀。要不就会影响到地源热泵长时间的使用。在实际的工程中，我们还要依据场地的大小、当地岩土的种类和成本来确定使用水平式还是垂直式埋管（一般适用于有限的场地面积的时候）。如果场地面积很大，而且没有很硬的岩石，相对经济的是采用水平式埋管，若使用布管机进行多管布置还能够减少场地的占用面积。如果场地中有坚硬的岩石，用钻岩石的钻头可成功钻孔但是成本较高。
2.4 埋管换热器深度
关于竖直埋管的埋设深度应根据当地地质、工程的具体情况、场地的大小，投资及使用的钻机性能等情况进行综合考虑。其中有几点应考虑到：(1)使用钻60m以内的钻机的成本少，费用低，如果>60m，则钻机成本较高；(2)井深80m以内，可用国产普通型承压（承压1.0M Pa）塑料管，如深度>80m，需采用高承压塑料管，其成本增加；(3)50m深的钻孔造价比100m的要低30%∽50%[6]。
3 地下埋管系统环路方式[7]
3.1 串联方式和并联方式
首先，在串联方式中，钻空间只有一个流通通路。串联方式的优点有：(1)管内贮存的空气相对容易排出；(2)在串联系统中，通常要使用直径大的管子，其单位长度埋管换热量要比并联方式稍大。其缺点有：(1)串联方式本身的安装成本就大，在加上要使用直径大的管子，成本会更高；(2)因为管子直径较大，在寒冷地区，在其系统内需要注入大量的诸如乙二醇水溶液等的防冻液。(3)管路的系统不应该过长，要不就会损耗过多的系统阻力。其次，在并联方式中，井（管沟)的数量和流通通路的数量是相同的。并联方式相对于串联方式有以下三个优点：(1)需要较少的防冻液；(2)能够用较小直径的管子，因此可以节约成本；(3)较低的安装成本。它的缺点也有三个：(1)为了能够充分地排出空气，在安装的过程中，一定要注意保证有较高的流体流速；(2)为了确保各个并联回路中有一样的流量，应保持每一个管道长度相同；(3)为了确保每一个支管出口压力一致，需要保证各个支管的进口压力一致。采用较大直径的管子做集管，能够满足本目的。鉴于国内外的实践工程，并联方式多用在中、深埋管，串联方式大多使用浅埋管。
3.2 同程式和异程式
依据每个钻孔环路以及总管的的设置方式，有同程式系统（流体在每个埋管的流程一致，所以每个埋管都有相对均衡的流体流量、换热量以及流动阻力）和异程式系统（经过每个埋管的路程不一样，所以其阻力不一样，造成分配给各埋管的流体流量不均匀，进而导致换热量的换热效果不好）。
因为地下环路不容易布置调节阀或者平衡阀，也不容易将系统中的每环路满足水利平衡的要求，所以，在工程实践当中，大多使用的是同程式。
4 埋管换热器材料
对于地下埋管系统，我们很难对其进行维护，所以地下所使用的管材要主要具备耐腐蚀性的特征。上世纪六十年代之前，地下埋管大多采用金属管，虽其有良好的传热效果，但有较强的腐蚀性，容易被损坏，很大程度上影响了地源热泵系统的使用时间，所以，也给发展地源热泵行业带来了障碍。七十年代，涌现出一些具有良好的耐腐蚀性的管材，使得地源热泵行业在此发展。聚乙烯与聚丁烯管以其两哈的柔韧性和较高的强度，获得了普遍的应用。我们在地源热泵系统中不建议使用聚氯乙烯管，因为它的导热性能不好而且可塑性也很差。为了增强地下埋管的换热，国外提出使用不锈钢钢管（其薄壁为0.5mm），然而当前应用的还很少。
5 结论
要做到地热换热器的最优化设计，首先应精确计算换热器传热量和埋管孔数，其次根据工程现场的具体情况选择合理的埋管方式和环路方式，最后根据当地土壤的特性选择最合适的管材。
摘要：为优化地热换热器的设计,本文介绍了换热器传热量及埋管孔数的计算公式,并对地热换热器埋管方式及环路进行了分析,阐明了地热换热器设计时应考虑的主要问题。最后分析比较了各种管材的特性,指出适合地埋管的管材。
关键词：地源热泵,地热换热器,设计计算
参考文献
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地源热泵系统的具体应用 篇11
关键词:地源热泵;地耦管;运行费用
一、项目简介
整个项目由生产厂房区、生活服务区、办公区组成,总建筑面积约为150000m2,其中空调区域由综合办公楼、生产办公楼、研究所、餐厅、更衣室等附属用房组成,建筑面积为23000m2,此外还供应1000人规模的洗浴用水。采用土-气型地源热泵空调系统,不仅可以解决夏季制冷、冬季供暖的问题,而且还可以供应水温在55℃左右的生活热水。该套系统高效节能、运行成本费用低、投资合理、绿色环保。
二、地源热泵空调系统详述
此地源热泵系统,采用垂直式地耦埋管+冷却塔混合式系统。夏季由两台土壤热泵主机承担基本的冷负荷,用水冷冷水机组调节峰值负荷,散热量由地耦管+冷却塔共同实现(冷却塔仅仅在极端情况地耦管能力不足时投入使用);冬季由热泵主机承担热负荷,冷水机组不运行,负荷全部由地耦管提供;同时兼顾全年用生活洗浴热水。整个系统由室外换热系统和室内换热系统两部分组成,室外换热系统根据当地地质条件采用垂直式地埋管换热方式;室内换热系统为地源热泵机组换热系统。
根据实地所做的土壤热响应测试实验得出当地10米以下均为灰岩,土壤的平均导热系数较高,达到3.068W/(m*K),非常适合应用地源热泵技术。室外换热为两管制垂直式地耦管换热方式,施工250个深度为100米的地耦管孔,每个地耦孔内埋设双U型地耦管;地耦管总长100000米。250个地耦孔分为25组,平均每10个孔为一组。二次集管将每组内的10个地耦孔串联起来再接到位于机房内的分、集水器上。这样,在降低施工成本的同时可以最大程度上减少每个组对整个系统的影响。本方案将地耦孔就近施工在建筑物的周边空地(道路、绿地、停车场),可以有效的减少二次集管长度,降低成本。室外地耦系统注满水后形成一个封闭的水循环,利用水的循环和地下土壤换热,将能量在空调室内和地下土壤之间进行转换。其系统稳定,不需要利用地下水的水量,不受地下水使用政策和季节变化影响,不会对本地区地下水的平衡和地下水的品质造成任何影响。
三、设计施工要点分析
(一)设计要点
地源热泵系统地耦管的计算是比较复杂,需要专业的计算软件来完成。在计算上对建筑物全年动态负荷进行优化是很有必要的。在此项目中,初始设计中的地耦管长度为310000米,这使得工程初投资增加将近100万元。项目所在地的全年气候状况,制冷/制暖的周期以及每日的工作时间是在进行计算中需要注意的要点。
(二)施工要点
保证地耦管孔的深度,地耦管的长度符合设计要求是施工中的重点。打孔过程中不可避免出现孔深不达标,废孔的情况,这会导致地耦管长度不够,出水温度偏高/低(夏/冬季),机组耗电量增大。此外灌浆也是需要关注的重点。灌浆材料为膨润土和原浆的混合体,灌浆采用加压回灌方式,保证密实,孔内无空腔。
四、能量消耗对比
从两种系统名义功率分别比较年运行费用,即传统水冷冷水机组+锅炉和地源热泵模式。由表1可知地源热泵相比传统空调在运行费用方面的有着巨大优势,主要体现在两个方面:一是地源热泵的COP值高,其中制冷时COP值高可达到5.6,制热时COP值高可达到5.2;二是可以夜间制造生活热水,利用波峰波谷的电价政策降低运行费用。
五、优缺点评价
第一,地源热泵技术是直接转换成冷、热风,为房间制冷或供暖,其技术含量和节能效率高。第二,采用PE管道埋设的地耦管,具有高可靠、寿命长(70年以上)、免维修、运行成本低等特点,不受开采地下水的限制,节省了水资源使用费。第三,夏季利用主机排放的余热加热生活热水,无需耗电、耗油;冬季机组既制热又提供热水,其热水费用与太阳能热水器费用相当。第四,系统初投资大,成本回收周期长。第五,地耦管维修困难。
六、结束语
当今社会,环境污染和能源危机已成为威胁人类生存的头等大事,节能与环保应是我国优先解决的课题,而地源热泵技术运用到建筑物采暖空调中是理想的节能环保型空调技术。
参考文献:
1、徐伟等.地源热泵工程技术指南[M].中国建筑工业出版社,2001.
2、王勇.地源热泵的技术经济分析[J].建筑热能通风空调,2001(5).
3、迎春.论绿色建筑与地源热泵系统[J].建筑学报,2004(3).
地源热泵在暖通空调设计中的应用 篇12
1 暖通空调设计背景
在还没有空调的问世的时候，人们只能靠天而生，随着天气的变化决定自己日常的工作生活。这样的情况下，人们生活是很受限制的，没有自由的时间，更不能随心所欲，不能依据自己的意愿进行日常劳作。加上气候变化的原因，还要饱受天灾给人们带来的危害。这在一定程度上严重制约着人类社会的进步。自从有了空调，空调的设计技术也在不断更新。
2 暖通空调设计指标
2.1 净化功能
暖通空调设计中最重要的技术指标是对净化功能的设计。一般采用在净化空调系统中可以过滤空气的空气过滤器。空气过滤器对吸收进来的空气处理后，保证空气的清洁程度。过滤网可以将空气中大分子颗粒进行过滤，也能过滤有害物质，保证空气的清洁程度。净化空气不仅可以很好的满足人们正常的生活，而且也可以运用在对空气清洁程度要求较高的工作厂区。
2.2 温度控制
暖通空调设计中另一个重要的技术指标是温度的控制。一般在大型工作厂区对于暖通空调的温度控制要求也是十分高的。尤其是一些对于精度有要求的加工过程中，必须保证加工车间内的温度，否则将会严重影响加工工件的合格率。所以多采用自控系统控制温度。主要是以回风段的稳定情况和操作人员预先在自动控制系统中设定的固定值为主要参数对象，随即结合相关的计算法得出结论，在满足设计要求的情况下最终实现通过温度传感器对温度进行控制。
3 暖通空调设计中地热泵源的运用
地热泵源技术是近几年比较新兴的技术之一。随着对地热泵源技术了解的增多，加上科学家采用该技术进行多次重复试验，已经基本掌握了地热泵源技术的主要要领。于是，就可以将其运用到暖通空调的设计过程中，通过地热泵源技术的引入，可以充分保证暖通空调设计外形更加美观，设计的性能也在原有程度上得到了很大的提高。
3.1 地理管道和热泵机组结合
在实际运用过程中采用地理管道和热泵机组相结合的方式是比较常见，也是运用起来比较简单的组合方式。设计过程中依据地理埋管路位置的不同采用不同长度的管路，对于水平埋管单位长度的热量和冷却负荷的不同，可以确定钻孔开槽的间距。对于竖直埋管单位长度的换热量和最大取热负荷计算开槽的占地面积。完成上述实际操作后就可以依据计算结果选择热泵机房中热泵机组的规格型号，使用台数、配套水泵、分集水器、定压装置、水处理装置等，确定前期准备工作后就可以进行热泵机房实际图纸的设计工作。同时选择合适的机房面积，设计机房内电源开关的安装位置。最后，进行安装图纸和实际布线图纸的设计工作，以满足实际工作需要。
3.2 地理管道和热回收机组结合
对于工程实际工作中排热量系数大于一个单位的工程项目中，就可以采用地理管道和热回收机组结合的方式进行设计，由于我国北方气候比较分明，冬季温度十分寒冷对于热量的需求比较多，而到了夏天地表温度又十分炎热。因此，在暖通空调的设计中就可以利用气候变化的这个鲜明的优势进行设计，同时还可以满足人们冬天对于热水的需求量的要求。夏季到来的时候，可以采用热回收式热泵机组通过地埋管向岩土排出一部分热量，热水被回收机组加热后进入实际生活渠道，提供人民日常需求。到了冬天的时候，可以向岩土体取热，进而达到热量的平衡机制，岩土体可以将夏季回收的热量全部用来制冷也可以只用热量的百分之二十，这个过程完全可以由操作人员自由控制。
3.3 地理管与热泵机和冷却塔结合
夏季对室温要求较高，同时冬季对室温要求也很高的场景，可以采用不将夏季收集的热量源排出到岩土体中，而是将热量直接输送到冷却塔。通过冷却塔可以将热量进行冷却，之后可以直接使用，就可以避免在经过一个冬季才能投入使用的进而产生了热量流失的弊端。而且可以充分地保证排热量系数保持在一个单位左右不受影响。北方到了秋季后风力就相对充足，通过储存的风力也可以保证冷却塔的动力源得到保证，风力可以将风能转换为机械能，根据能量守恒的原则，就可以积极的做功，保证动能得到源源不断的供给过程。可见这一过程是十分有利的。因此，该种机制的组合在现阶段暖通空调设计中受到了更加广泛的应用，而且，已经有很多较大型的空调厂商都是采用地理管与热泵机和冷却塔结合的设计组合形式。下一步的发展方向将是不断的开拓市场，满足人们日益增加的需求量。
4 暖通空调设计的重要性
地球上的很多能源都是不可再生的，很多都是一次性使用完就没有再次利用的机会，就像人的生命一样，每个人也就只有这一次生命，一旦失去将无法挽回。因此，每个人都应该像珍惜自己的生命一样珍惜地球上的能源。对于现在已经发现并且利用的能源也要积极保护并且做到合理利用不浪费，争取在有限的范围内发挥其最大的作用。并将其实际效用发挥到极致。
4.1 节约能源促发展
人们室内环境的舒适度以及洁净度等重要生活指标都是通过暖通空调系统通过调节空气中的湿度、温度等指标系数来完成的。但是居室中的环境不可能一成不变，人们的皮肤也具有自己主动调节的极致进行相关温度转换调节，这就可以适应短期的温度变化。可是。地球上任何能源都是有限的，很有必要采取有限度的对能源进行利用的模式。人类得以发展自然离不开各类物质生活的保证，如果没有物质生活作为基础保证，人们的上层精神建筑自然得不到很好的发展。因此，为了日后的发展也要充分的节约能源，保护能源。
4.2 保护环境谋生存
近年来，随着可再生能源消耗量的不断增加，能源的单次使用效率也受到十分广泛的关注，因此，很有必要采取行之有效的解决途径降低能源的消耗。暖通空调设计作为建筑工程的重要组成部分，如果在设计中能够加入环保的因素，那将收到十分良好的效益。因此，适时地引进地源热泵技术，就是非常好的选择。因为地源热泵技术不仅能够使得能源充分发挥其作用而且还可以将污染物质降到最低，这也是十分绿色的选择。
4.3 合理利用创新高
任何建设项目工程都是比较庞大的体系，不是一己之力就可以完成，为了保证工程质量，对于能源的利用就要强调其使用的合理性。根据前一阶段的调查取证研究发现，送风空调能源消耗量是地源热泵空调使用能源量的两倍。可见从能源节约的角度来讲，减少不可再生能源的浪费与消耗。任何事情的使用都要有个度，过分的开采和使用都将导致不可逆转的后果。创新精神是我们现在强调的最宝贵的精神之一，如果只是按部就班，就不可能有任何创新，更别说是未来的发展。所以，我们鼓励现在的年轻人要积极创新，鼓励年轻人自由发展。用自己丰富的大脑创造出更加美好与幸福的未来。对于暖通空调的设计也是如此，如果不创新就不知道地源热泵技术可以达到如此好的效果，所以，积极创新才是发展的王道。
5 结束语
空调的诞生为人们的生产生活带来了很大的便利，在大型活动场所，因为有了暖通空调，可以使人们的娱乐活动更加丰富多彩，进而提高人们生活的乐趣，增加人们生活的积极性，为人们的业余生活提高情调。同时，对于在工厂以及办公室工作的人员也是极大的福音，可以保证日常作业不受严寒酷暑的影响，能够在一个相对舒适的环境中工作也可以在一定程度上提高人们的幸福感，进而提高工作效率，也可以促进时代不断向前进。
摘要：随着全球气候变暖不断加剧,空气质量指数每天波动甚大,空气中的有害物质也在不断增加,这对于人们的日常出行以及工作生活都带来了不小的影响。因此,暖通空调的需求量也在逐渐增加。文章首先介绍暖通空调设计的背景,随即分析暖通空调设计中地源热泵的应用情况,最后强调使用地源热泵的重要性,希望可以为广大设计者提供一定的帮助。
关键词：暖通空调,设计,地源热泵,运用
参考文献
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