陈振乾-土壤源热泵空调系统优化技术探讨ppt课件.ppt

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1、土壤源热泵空调系统优化技术探讨陈振乾东南大学能源与环境学院2010中国建筑区域能源规划暨热泵技术发展研讨会南京7/27/20211一、地源热泵系统简介二、地埋管地源热泵系统设计与优化三、地埋管地源热泵土壤热响应测试四、地埋管换热器设计五、地下热平衡设计六、地埋管地源热泵空调系统优化控制简介7/27/20212一、地源热泵系统简介随着国际上环保和充分利用可再生能量资源的可持续发展大趋势,人类越来越重视开发新的能源形式和充分利用可再生能量资源,特别是更加注重蓄能技术和再利用技术的应用前景。地源热泵空调系统由于它有节能、环保的特点,在近十几年,尤其是近5年,

2、在北美、北欧一些发达国家得到了较快发展。7/27/20213地源热泵系统分类地源热泵是一种利用浅层地热，包括土壤、地下水、地表水等天然能源作为冬季热源和夏季冷源，然后再由热泵机组向建筑物供冷供热的系统，是一种利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空调系统。（GSHP）地源热泵地下水源热泵系统（GWHP）地表水源热泵（SWHP）地埋管地源热泵（GCWP）7/27/20214埋管式土壤源热泵系统2）垂直埋管地源热泵系统：换热器井管路直接接入机房、换热器井管路汇集到集水器。7/27/20215埋管式土壤源热泵系统2）垂直埋管－桩基换热器：7/27/202

3、16埋管式土壤源热泵系统2）垂直埋管－地热智能桥：7/27/20217埋管式土壤源热泵系统3）螺旋埋管地源热泵系统：长轴水平布置的螺旋埋管、长轴竖直布置的螺旋埋管、沟渠集水器式螺旋埋管。7/27/20218二、地源热泵系统设计与优化地源热泵系统设计设计的原始资料与依据建筑物冷热负荷计算设计冬夏季地下循环水换热量计算现场勘察探与热响应测试地下换热器设计空调主机及末端系统设计7/27/20219热泵机组的选择热泵容量的选择热泵性能的确定:土壤热泵的性能取决于热泵的进水温度，必须确定室外空气和进水温度之间的关系。进水温度与多个因素有关，如一年的运行时间，土壤

4、类型，土壤换热器的类型、大小等。7/27/2021102.3地源热泵循环水的换热量计算冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。可以由下述公式计算：其中，Q11—夏季向浅层地表排放的热量，kW，Q1—夏季设计总冷负荷，kWQ12—冬季从浅层地表吸收的热量，kW，Q2—冬季设计总热负荷，kWCOP1—设计工况下水-水热泵机组的制冷系数COP2—设计工况下水-水热泵机组的供热系数7/27/2021112.4选择室内末端系统风机盘管系统，地板采暖方式，全空气系统等。通常采用风机盘管系统时，空气分布系统的设计主要考虑以下三个方面：（1

5、）选择安装风管的最佳位置；（2）根据室内的得热量/热损失计算来选择并确定空气分布器和回风格栅的位置；（3）根据热泵的风量和静压力，布置风管的走向，确定风管的尺寸。7/27/2021122.5优化设计方法模拟地源热泵耦合法设计软件主界面7/27/2021132.5优化设计方法模拟冷却塔选型设计界面7/27/202114三、地源热泵土壤热响应测试设计地源热泵系统的地热换热器需要知道地下岩土的热物性参数。如果热物性参数不准确，则设计的系统可能达不到负荷需要;也可能规模过大，从而加大初期投资。另外，不同的封井材料、埋管方式对换热都有影响，因此只有在现场直接测量

6、才能正确得到地下岩土的热物性参数。7/27/202115埋管式地源热泵热响应测试要求实验主要在三个方面展开：1）首先是热响应测试，以恒定的加热功率求出地埋管换热器进出口温度随时间的变化情况，通过曲线拟合求出土壤的导热系数；2）模拟夏季空调的制冷试验，测量井埋管换热器的放热能力；3）模拟冬季的制热试验，测量井埋管换热器取热能力。7/27/202116热响应测试软件热响应测试软件Demo7/27/202117热响应测试数据分析热响应测试软件Demo7/27/202118热响应测试模拟软件热物性模拟软件Demo7/27/202119热响应测试模拟软件热响应模

7、拟软件Demo7/27/202120四、地埋管土壤换热器设计水平埋管垂直埋管水平螺旋型埋管在现场勘测的基础上确定换热器埋管采用垂直布置还是水平布置方式。尽管水平布置时通常为浅层埋管,初投资一般会少些,但换热性能比垂直布置时差很多,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。7/27/202121土壤换热器埋管的布置型式1水平埋管: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。7/27/202122土壤换热器埋管的布置型式2垂直埋管:一般有单U形管，双U形管，W型管、套管式管，小直径螺旋

8、盘管和大直径螺旋盘管，立式柱状管、蜘蛛状管等形式；按埋设深度不同分为浅埋（≤30m）、中埋（3