地源热泵系统的研究及应用

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1、地源热泵系统的研究及应用摘要：介绍了地源热泵的工作原理、特点。对某服务屮心地源热泵系统进行了分析。总结出地源热泵系统一些设计耍点。关键词：地埋管雷诺数f中图分类号:TH3文献标识码：A文章编号：1•地源热泵的工作原理地源热泵是以大地为热源对建筑进行空气调节的节能新技术。在夏热冬冷地区，应用地源热泵系统可达到夏季制冷、冬季供暖的目的。地源热泵系统适用范围广泛，既可应用于宾馆、写字楼、医院和学校等社会机构,又可应用于居民住宅。夏季制冷时，大地作为排热场所，把室内热量以及压缩机耗能通过埋地盘管排入大地屮，再通过土壤的导热和土壤屮水分的迁移把热量扩散出去。冬季供热时，大

2、地作为热泵机组的低温热源，通过埋地盘管获取土壤中热量为室内供热。两个换热器都既可作冷凝器又可作蒸发器，只是因季节不同而功能不同。它们之间功能的转换由图中的四通阀门（换向阀）控制。2.工程应用实例木工程为某服务中心。建筑面积12000m2o经计算木工程夏季冷负荷为1200KW,冬季热负荷为900KWo根据夏季冷负荷及冬季热负荷，选用两台地源热泵机组，单台机组制冷量为650kw,制热量为730kwo夏季冷冻水供、回水温度为7/12°C,冬季热水供、回水温度为45/40°Co室内空调系统形式为风机盘管。土壤源热泵地下埋管系统是由160个埋深为120m的双U井型埋换热器

3、组成,采用垂直埋管，井间距为4米钻孔直径300mmo埋管材料为高密度聚乙烯管，管径De32x3.0,并联连接，循环液为水。3•地埋管长度计算1）确定地下换热器换热量夏季与冬季地下换热器的换热量可分别根据以下计算式确定：式中Q为热泵机组制冷量,kW;Q为热泵机组制热量,kW;COP,COP分别为热泵机组制冷、制热时的性能系数COP1=5.0；C0P2=4.0；夏季，1560KW冬季，1095KW其屮：——所选设备的制冷量，单位KW；所选设备的制热量，单位KW；从计算结果可以看出，夏季地下换热器的换热量远大于冬季，因此设计时以满足夏季换热量为准，计算钻孔总长度。2）

4、地埋管长度、面积计算：计算公式：I尸Q/pN=L/1S二N•slL——井的总长度（米）Q——机组向大地排放热量（kw）U——每延米供给的冷热负荷量（取60w/m）N——打孔口数（口）1——每口井深度（取120米/口）S——地埋管面积（平方米）si——每口井要求占用的面积为4*4平方米因此：L=Q/u二1095X1000/60二18250米（井的总长度）井的总长度为18250米，竖管采用PE高效双U型管材。N二L/1二18250/120二152口单口井深度根据天津地区地质勘测报告，可以设计为120米，能够减少预留埋管面积，保证冷却水系统的水力平衡；由于

5、需要重新计算打井钻杆的力矩参数以及偏心距等问题，因此增加了打井难度；考虑到实际埋管布置规划以及数值圆整，取打井口数为160口。S=N•s=160X4X4=2560平方米现场具备打井的空间，所以打160口井，井间距4米是可行的。4.地埋管雷诺数计算流质在流动状态下的流速、管径、流体的动力粘滞系数和密度，这四个参数组合的一个无因次数，叫做雷诺数。Re=v•d•p/u=v•d/u流速(m/s)其中：Re——雷诺数Vu——流体的动力粘滞系数(N/m2•s)P——密度(kg/m3)u——运动粘滞系数(m2/s,即

6、斯托克斯St)对于任何管径和任何牛顿流体，判别流态的临界雷诺数是相同的，其值为2000o当雷诺数小于2000时，流动处于层流状态；当雷诺数大于4000时，流动处于紊流状态；当雷诺数在2000-4000时，流动处于层流向紊流转变的过渡区。为保证与大地充分换热，因此必须使管道内流体保持紊流状态，以保证流体与管道内壁之间的传热。⑴竖管内雷诺数的计算：Re1二v•d/u=0.5X0.025/(1.308X10-6)二9956>4000Re2=v•d/u=0.5X0.025/(1.140X10-6)=10965>4000Re3二v•d/

7、u二0.5X0.025/(0.897X10-6)=13935>4000其中：Re——竖管雷诺数v——流速(竖管内平均流速为0.5m/s左右)d——管径(竖管管径为0.025m)u——运动粘滞系数(ni2/s)在标准工况下，夏季水源侧进水温度为25°C,出水温度为30°C；冬季水源侧进水温度为15°C,出水温度为10°Co由此可见，在标准工况下，无论是在夏季还是在冬季，竖管内的流体均能保持在紊流状态，均能达到充分换热。⑵対于横管内的雷诺数，由于雷诺数与管径和流速成正比，与某温度下的运动粘滞系数成反比，所以在同等温度下的运动粘滞系数不变的情况下，横管管径OO.025

8、mm）,横管平均流速在1