地源热泵空调系统的设计及应用

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1、地源热泵空调系统的设计及应用王前景I,董安宁2(1、江苏工业民用建筑设计院，江苏南京2100082南化集团设计院，江苏南京210048)摘要3也源热泵空调作为环保'节能的新型产品，符合我国捉倡的可持续、节能、环保空调的大方针。介绍了地源热泵的工作原理、特点，根据它在某工程中的实际应用，详细介绍了采用地源热泵空调的可行性、地源热供回水干管设计，以及热交换器的选型与安装。关键词撚泵地下热咬调系统3殳计衣用中图分类号rrK523文献标识码：B文章编号二1()09-1904(2005)02-0035-03I概述随着现代社会的不断发展，空调已成为许多建筑不可缺少的

2、部分0根据我国现行提倡的环保、节能、可持续发展的战略思想，选用环保、节能的新型产品是发展的必然趋势。地源热泵空调冷热源具有环保、节能等特点•符合我国提倡的可持续、节能、环保空调的大方针。2地源热泵空调的设计21地源热泵空调的工作原理地源热泵空调通过埋设在土壤中甚至混凝土中的传热管及管内流动的循环液与大地进行热交换，从而对建筑物内的温度进行调节。冬季，地源热泵提取大地中低位热能•用于提高循环水温度,来对建筑物供暖，同时将冷量蓄存于地下，以备夏用复季.地源热泵将建筑物内的热量转移至地下•对建筑物进行降溫•同时蓄存热量•以备冬用。其工作原理见图1022地源热泵

3、空调的特点地源热泵空调与普通水冷冷水机、风冷热泵机组相比，具有以下优点。1、地源热泵空调采用水系统换热器，制造成本远低于空气换热器•且地下换热介质不会受周围环境污染。2、地下换热部分采用防冻液，封闭循环，运行过程中不产生物质内外交换,换热器不易结垢,传热系数很高，且不污染地下水。3、不用锅炉•节省了锅炉的初投资及燃料消耗，图1地源热泵空调的工作原理示意无冷却塔•无风机运行噪声，无飘水等热湿污染°4、夏季，土壤温度低于大气温度•排气压力低.制冷压缩比下降,制冷效能比大幅提高，能耗大幅降低.运行费用降低冬季，土壤温度远高于大气温度,无需融霜.可连续供热,制

4、热系统能耗大幅降低。对10000m2的楼房供热100cL供冷10()d•几种冷暖设备的初投资及运行费用如下二初投资运行费用地源热泵机组——・350兀hf18元An2空气热泵机组250元h?50元亦冷水机组吨员炉200元40元kn3工程应用实例由于北京地区夏季炎热、冬季寒冷，一般空调系统多选用冷水机组加锅炉作为空调冷热源的组合a而在北京某高校建造的工程中，建筑物建在垃圾回填土上，可能会对空调系统造成污染•且业主要求空调系统尽可能不使用锅炉，基本实现无人管理。根2005年第2期硫磷设计与粉体工程SP&BMHRELATEDENGNEERNG（C）多通连接器平面

5、示^图2地源热供回水干管集管示意71994-2017ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.据我国现行提倡的环保.节能、可持续发展的战略思想,经方案比较，决定采用地源热泵空调系统。31采用地源热泵空调的可行性1、作为新型空调系统，在使用前应在当地登记并取得认可°该空调系统为环保、节能产品，取得认可一般不会困难。2、使用地源热泵及采用土壤热交换系统还应考虑当地的地质状况，包括松散土层在自然状态和负载后的密度、含水层在负载后的状况、岩石层岩床的结构，以及地下水质量和有无天

6、然气及硫氢化合物等。当地的地质资料显示，该地区第四地层厚度约为165m,平均温度为145°C,纵向看地层岩性主要为砂、砂石与黏性土互层，以河流沉积为主地下165m以下为硬度极高的岩石■地下静水位为-6该地块无天然气及碳氢化合物等。笔者认为此地块适宜采用地源热泵空调系统3针对地质情况•换热孔采用XY-1B型钻孔机G占头采用三翼刮刀钻具）正循环方式钻成，换热孔径为140'152mm.单孔深度为150m。钻孔采用泥浆护壁。32地源热供回水干管集管地源热供、回水干管集管如图2所示。33地环热交换器的选型与安装地环热交换器分为水平土壤热交换器与垂直土壤换热器。选

7、用水平土壤热交换器，占地面积大、节省初投资•施工方便。而选用垂直土壤换热器，占地面积小，施工难度大•初投资费用高，该校区共建五栋建筑物，其中一栋为高层，总建筑面积为50000m2,且有地下建筑物0由于该校区地処市区，建筑物周围可供水平土壤热交换器敷设管道的面积有限，故选定为垂直土壤换热器形式。又因该区地面以下约165m深处有硬度极高的岩石，最终决定垂直土壤热交换器钻井深度为150me1、垂直土壤热交换器的构造垂直土壤热交换器的构造如图3所示。本设计采用双U形管热交换器，各换热孔间的距离为4叭，该型式与串联管路垂直式热交换器相比，U形管直径更小、更容易制作

8、，且换热孔直径相应变小・既降低了管路费用、防冻液费用、钻孔费用.又减少了人工费，