地源热泵的设计.doc

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1、地源热泵的设计1.地源热泵简介　地源热泵是一种利用浅层地热资源（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设备。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现由低温位热能向高温位热能转移。地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源，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。通常地源热泵消耗1kWh的能量，用户可以得到4kWh以上的热量或冷量。　在自然界中，水总是由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。人们可以用水泵把水从低处抽到高处，实现水由

2、低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温传递到高温。2.地源热泵系统原理热泵实质上是一种热量提升装置，工作时它本身消耗很少一部分电能，却能从环境介质（水、空气、土壤等）中提取4-7倍于电能的装置，提升温度进行利用，这也是热泵节能的原因。地源热泵是热泵的一种，是以大地或水为冷热源对建筑物进行冬暖夏凉的空调技术，地源热泵只是在大地和室内之间“转移”能量。利用极小的电力来维持室内所需要的温度。在冬天，1千瓦的电力，将土壤或水源中4-5千瓦的热量送入室内。在夏天，过程相反，室内的热量被热泵转移到土壤或水中，使室内得到凉爽的空气。而地下获得的能量

3、将在冬季得到利用。如此周而复始，将建筑空间和大自然联成一体。以最小的低价获取了最舒适的生活环境。3.热泵机组装置主要由压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀四部分组成，通过让液态工质(制冷剂或冷媒)不断完成：蒸发（吸取环境中的热量）→压缩→冷凝（放出热量）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。压缩机(Compressor)：起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用，是热泵（制冷）系统的心脏；蒸发器(Evaporator)：是输出冷量的设备，它的作用是使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制

4、冷的目的；冷凝器(Condenser)：是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的；膨胀阀(ExpansionValve)或节流阀(Throttle)：对循环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量。4.项目参数本项目地处上海，上海地区的气候特征：夏季平均30.2℃，RH：75%，35℃以上的酷热天气长达一个月，夏季平均4.2℃，RH：83%，低于5℃大约有两个月。地源热泵的地下换热器在地壳的浅土层中，上海浅土层是以粘土、亚粘土、及粉沙为主的软土，且土壤潮湿、地

5、下水为高，是埋管系统较适合的土壤类型。建筑面积70m2。4.1.1室外设计参数夏季室外干球温度tw＝34℃,湿球温度ts＝28.2℃冬季室外干球温度tw＝1.2℃,相对湿度φ＝75％，大气压力：1026（pha）；室外平均风速：3.3（m/s）4.1.2室内设计参数夏季室内温度tn＝27℃,相对湿度φn＝55％冬季室内温度tn＝20℃,相对湿度φn＝45％5.地源热泵的设计5.1.1计算建筑物的冷、热负荷冷.热指标参考《全国民用建筑工程设计技术措施（暖通空调动力）》，取热指标为60-100W/㎡,冷指标为：80-120W/㎡.采暖热负荷

6、计算：F:建筑面积70㎡qr：热指标80w/㎡Qr1=5.6kw冷负荷计算：F:建筑面积70㎡qr：冷指标90w/㎡Qr2=6.3kw5.1.2冬夏季地下换热量计算由上得到建筑物夏季设计总冷负荷为6.3kW，冬季设计总热符负荷为5.6kW，本设计举例工况下的COP1＝3.3，COP2＝3.7。地下换热器的负荷与建筑物的供热、制冷及供生活热水的设计负荷有关，其换热量应满足系统正常运行工况时的最大吸热量或最大放热量的要求，计算公式如下：kW（1）kW（2）其中Q1＇——夏季向土壤排放的热量，kWQ1——夏季设计总冷负荷，kWQ2＇——冬季从

7、土壤吸收的热量，kWQ2——冬季设计总热负荷，kWCOP1——设计工况下水源热泵机组的制冷系数COP2——设计工况下水源热泵机组的供热系数=6.3kw（1+1/3.3）=8.2kw5.6(1-1/3.7)=4.09KW一般地，水源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量以及制冷系数、供热系数，计算时应从样本中选用设计工况下的COP1、COP2。5.1.3水量的确定　根据供暖制冷工况下，水环路的最大放热量和最大吸热量计算。初步估算流量时的可参照如下公式进行：　a、夏季制冷工况下：　　　　　　q1=3600Q1/ρcp(t

8、2-t1)(3)　式中：q1为夏季制冷时所需地下水量(m3/h)；Q1为夏季设计工况时换热器最大换热量(kw)；ρ为水的密度(kg/m3)，可取1000kg/m3；cp为水的定压比热容，可取4.18kJ/(