地源热泵的节能机理

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1、第25卷第1期太阳能学报Vof2.52004年2月ACrAENERGIAESOLARISSINIC八2,N00o4文章编号:0254-0096(2004)01-0024-04地源热泵的节能机理孙恒虎‘,2，崔建强‘，毛信理3(1.中国矿业大学(北京校区)，北京100083;2_清华大学，1r京100083:3.北京科技大学，北京100083)摘要:探讨了地藕管地源热泵的系统设计，通过对地祸管热泵样机的示范工程研究。阐述了地源热泵节能机理，得出了相应条件下的性能系数，并给出了相关计算式关键词:地源热泵;地溯管;性能试验;性能系数中图分类号:TK511+.2文献标识码:AG

2、eothermal公司生产的R-65型空气一水地源热泵，0引言额定功率为5Ton(LTon=3.516kW"h)，安装在中国矿业大学(徐州本部)，对一个建筑面积为随着人们生活水平的提高以及居住面积的扩201m2轻钢结构建筑进行供暖和制冷大，冬季锅炉供暖所造成的大气污染、夏季空调制地藕管换热器的设计是地荆管热泵系统设食}中冷的高能耗问题越来越突出。寻求新的低能耗无污的关键问题。国内外学者对地藕管换热器设计的理染的供暖制冷空调技术意义重大。地源热泵高效节论研究较多，提出了许多传热和管长计算模型。但能、无污染，既可供暖又可制冷，提高浅层地热品地藕管换热器的换热特性与土壤特性密

3、切相关。而位再利用，是二{一世纪的节能环保新技术确定土壤热特性是一项一十分困难的事，因影响其热目前，我国开发应用的地源热泵多为地下水源特性的因素众多，其中某些参数(如湿度)又存在热泵，由水泵抽取地下水通过热泵换热器与制冷剂不确定性。进行热交换一吸热和排热过程，完成供暖和制冷功地源热泵技术在北美已非常成熟，针对地源热能，经过热交换的地下水再排人或加压泵人地一「水泵机组、地祸管换热器以及系统设计和安装有一整层中。这种系统结构简单，初投资也较节省，为在套标准、规范、计算方法和施工工艺。故本次样机建筑物周围没有空地的情况下提供了一种解决方系统地祸管换热器的设计参考了上述标准和规

4、范案。但它受当地水文环境地质政策的限制;机组性1.1垂直钻孔深度能受地下水文地质条件的变化影响较大;尚有地下本样机地藕管选用垂直布置。垂直钻孔深度参水对管路系统和换热器的腐蚀问题，使用寿命较考北美家用地源热泵安装指南[1〕中的推荐值，如短。地藕管热泵能克服地下水源热泵的上述缺点，表to无任何污染，它以导热好、抗腐蚀、强度高、民可表1垂直钻孔深度绕曲的地埋聚乙烯管自成封闭系统，制冷剂与土壤Table.IThedeothofverticalborehole.单位:m/T-之间热交换通过聚乙烯管内中介流体进行。它不受地质条件密实岩层一般岩层粘土地下水源的限制。地祸管热泵在国内

5、尚不多见，本垂直钻孔深度文通过对地荆管热泵样机的系统设计、安装和性能徐州地区的地质条件为:地表有一层约10m测试，探索r地祸管地源热泵的节能机理。厚粘土，其下为密实的砂岩。按密实岩层计算垂直1地祸管地源热泵系统设计钻孔深度为205(=41x5)。，实际总钻孔深度取地藕管地源热泵样机为加拿大Maritine为220(=44x5)m收稿日期:2002-1226基金项目:中国矿业大学211下程项目〔1.300105)万方数据I期孙恒虎等:地源热泵的节能机理1.2地藕管回路试验装置如图2所示地耙管按每Ton一根垂直U形管并联布置被试热泵从理论上来说，垂直钻孔间的间隔越大，孔间传

6、热相互影响越小。但由于受场地限制，不可能取得过大，参考北美的指南，取为sm。垂直埋管采用3/40聚乙烯管，水平连管采用11/4"聚乙烯管。地祸管回路如图to图2室外水侧量热计法Fig.2Testingmethodofheattranstferofthewateroutsidebuildings用室外水侧量热计法按下式计算制冷量f21Q+o=WwC1,w(tw:一t,,)/3600-E,(2)图1地藕管回路用下式计算制冷性能系数Fig.IThecircuitofground-coupled-pipeCOP..._擎(3)七.1.3循环水泵用室外水侧量热计法按下式计算供暖量

7、〔“〕:地藕管回路中注人浓度为巧%的甲醇水溶液Q,ho=W,C1,,(t,，一:,2)/3600+Nt(4)作为防冻液。甲醇水溶液通过循环水泵循环流动，用下式计算供暖性能系数使制冷剂与岩层之间换热。为了提高甲醇水溶液与Qth。地藕管间的对流换热能力，应使液流呈紊流流动COP,1,.=(5)E_,本样机循环水泵的流量为3.3时/h，通过3/4"聚乙式中Q。—制冷量，W;W--水流量，kg/s;烯管的流速为0u.65md/s，其雷诺数为C=一水的比热容，C-=4.1868x10'J/(kgR一-一0.6-5x0.019一。12276(1)·℃