地源热泵系统冷热源供给部分的设计与选用

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1、地源热泵系统冷热源供给部分的设计与选用　　地源热泵系统冷热源供给部分的设计与选用　　摘要：地源热泵是一种较新型的热泵技术，具有环保、节能、清洁、安全、高效等特点。此系统初投资较大，在国内应用时间较短，但随着我国经济高速增长，社会的购买力增强，尤其在节能要求日益提高的今天，高初投资对此系统的影响越来越小，此项技术正在国内大力推广。　　关键词：地源热泵；冷热源供给部分；设计与选用　　中图分类号：TB65文献标识码：A　　首钢秦皇岛板材深加工综合办公楼工程，正是在这个背景下应用了地源热泵这个新技术，并且系统现场运行情况良好，此项目运用地源热泵系统是一个成功的工程案例。本文详细讨论了地

2、源热泵冷热源供给部分的设计计算及设备选型方法，通过参考文献中查得的数据及公式逐步推导选型结论，分析了在选型中的各种问题与方案的比较。给相关工作人员提供一个地源热泵技术在实际工程上的应用实例，为今后的相关工作提供了清晰的设计思路与选型指导。　　通过此篇论文，希望能提高大家对地源热泵系统的认识，并努力学习运用此类利用再生能源、保护环境、节能减排的新型技术，在科技高速发展的今天，实现可持续发展，共同建造一个舒适和谐的美好家园。　　地源热泵系统是利用地球表面作为冷热源，将低品位热能转化为用于供热的高品位热能以及用作制冷时的冷却水的空调系统。在冬季，地源热泵系统通过埋在地下的封闭管道从大

3、地收集自然界的热量，而后由环路中的循环水把热量带到室内。再由装在室内的地源热泵系统驱动的压缩机和热交换器把大地的能量集中，并以较高的温度释放到室内；在夏季，此运行程序则相反，地源热泵系统将从室内抽出的多余热量排入环路而为大地所吸收，使房屋得到供冷。　　方案设计阶段，建筑物的冷热负荷可采用面积负荷指标估算的方法计算。　　热负荷：Qr=F·q1/1000，式中：F—建筑面积，q1—热负荷指标。　　冷负荷：Qc=n·F·q2/1000，式中：F—建筑面积，q2—冷负荷指标。　　由于办公楼内会议室较多，且采暖房间多集中在北侧，因此冷热负荷指标取上限值。采暖面积=7200m2；热指标=9

4、5W/m2；热负荷=684kW；空调面积=4300m2；冷指标=130W/m2；冷负荷=559kW。　　1地源热泵机组选型　　根据以上计算，总的冷负荷为559KW，总的热负荷为684KW。　　根据奇威特地源热泵机组的性能参数，选用1台VVVSN700机组，以满足目前建筑物冬季供暖、夏季制冷的需求。　　2地下热交换器设计与选型　　地能井系统负荷计算　　根据建设单位对暖通专业的要求，本方案采用地埋管方案。　　其中Q'1夏季向土壤排放的热，kW；Q1：夏季设计总冷负荷，kW；Q'2：冬季从土壤吸收的热量，kW；Q2：冬季设计总热负荷，kW；COP1：设计工况下机组的制冷系数；COP2

5、：设计工况下机组的供热系数。　　根据以上参数表计算：Q'1=559×=665kW；Q'2=684×=532kW　　选择热交换器形式　　热交换器有水平或垂直两种形式。考虑到现场可用地表面积、当地土壤类型以及钻孔费用，确定热交换器采用垂直竖井布置或水平布置方式。尽管水平布置通常是浅层埋管，可采用人工挖掘，初投资一般会便宜些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，所以在实际工程中，一般采用垂直埋管布置方式。　　根据埋管方式不同，垂直埋管大致有3种形式：U型管套管型单管型。套管型的内、外管中流体热交换时存在热损失。单管型的使用范围受水温地质条件的限制。U型管应用

6、最多，管径一般在50mm以下，埋管越深，换热性能越好，最深的U型管埋深已达180m。U型管的典型环路有3种，其中使用最普遍的是每个竖井中布置双U型管。　　串联或并联　　地下热交换器中流体流动的回路形式有串联和并联两种，串联系统管径较大，管道费用较高，并且长度压降特性限制了系统能力。并联系统管径较小，管道费用较低，且常常布置成同程式，当每个并联环路之间流量平衡时，其换热量相同，其压降特性有利于提高系统能力。因此，实际工程一般都采用并联同程式。即本方案采用双U型管并联同程的热交换器形式。　　选择管材　　一般来讲，一旦将换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，这就要求保证埋入地下

7、管材的化学性质稳定并且耐腐蚀。常规空调系统中使用的金属管材在这方面存在严重不足，且需要埋入地下的管道的数量较多。所以，土壤源热泵系统中一般采用塑料管材。目前最常用的是聚乙烯和聚丁烯管材，它们可以弯曲或热熔形成更牢固的形状，可以保证使用50年以上；而PVC管材由于不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此，不推荐用于地下埋管系统。本方案采用聚乙烯水管。　　确定竖井埋管管长　　地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热系数等。在实际工程中