地源热泵系统及工程实践

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1、地源热泵系统及工程实践大连葆光节能空调设备厂张立均☆摘要本文阐述了地下热交换器参数的确定和地源热泵系统工程施工关键词地源热泵热交换器工程实践Ground-coupledHeatPumpSystemandengineeringtopracticeByzhanglijun^AbstracSecretheatexchangerparameterisfixdandthewarmheartedpumpsystemengineeringoftheearthsourceisbuildedelaborateedthatbytheoriginalKeywordsGround-

2、coupledheatpumpHeatexchangerengineeringtopractice0引言地源热泵供热空调系统是一种理想的可再生能源利用系统，热泵技术是高效节能、环保型的充分利用可再生能源的新技术。它利用冬季地温高于环境温度，夏季低于环境温度，通过吸收大地的能量，包括土壤、井水、湖泊等天然能源，向建筑物供热；夏季向大地释放热量,给建筑物供冷。地表水热泵系统与土壤源热泵系统相似，用潜在水下并联的塑料管组成的热交换器替代土壤热交换器，这种形式不适应北方严寒地区。虽然采用地下水、地表水的热泵系统的换热性能好，能耗低，性能系数高于土壤源热泵，但山于地下

3、水、地表水并非到处可得，且水质也不一定能满足要求，特别是北方地区，冬季气温基本保持在零卜更无法使川地表水。国外（如美国、欧洲）主要研究和丿W用侧重于地源热泵系统，而我国理论研究和实验研究则侧重于水源热泵系统。1地藕管换热器的换热负荷计算地源热泵换热器是山埋到地下的管材与大地进行耦合换热，这种管叫地藕管，山地藕管组成的换热系统称作地藕管换热器。建筑物冷、负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算方法相同，在这里不再赘述。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。可以山卜-述公式⑵计算：kW（1）kW（2）-K+——夏季向土壤排放的热量，kw

4、——夏季设让总冷负荷，kw——冬季从土壤吸收的热量，kW——冬季设计总热负荷，kW——设计工况下热泵机组的制冷系数——设计工况下热泵机组的供热系数热泵机组的产品样本屮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、。若样本中无所需的设计工况，可以采用插值法计算。（照片）张立均1948年4刀生，高级工程师2地藕管热交换器设计讣算地藕管热交换器设计是土壤源热泵系统设计的核心内容,主耍包括地下热交换器形式及管材选择，管径、管长及竖井数目、间距确定，管道阻力计算及水泵选型等。热交换器选择形式一般常见有水平（卧式）或垂胃

5、（立式）式，在实际工程屮采用水平式还是垂直式埋管、垂直式埋管深度多人，取决于工程场地大小、当地岩土类型及挖掘成木。若场地足够大11无坚硕岩石，则水平式较经济,若釆用布管机进行多管布置还可减少占地面积。若场地血积有限则应采用垂直式埋管，很多情况下这是唯一选择。若场地中有坚硬的岩石,用钻岩石的钻头钻孔成本高。首先应在现场勘测结果的基础上，考虑现场可用地表而积、当地土壤类型以及钻孔费用，确定热交换器采用垂直竖井布置或水平布置方式。尽管水平布置通常是浅层埋管，可采用人T挖掘，初投资会减少，但它的换热性能比竖埋管羌很多，会受当地气温影响较大，并且往往受可利用土地面积的

6、限制，所以在实际工程中，-•般采用垂直埋管布置方式。2.1埋管方式垂直埋管大致有3种形式：(1)U型管(2)套管空(3)单管型。套管型的内、外管中流体执八八交换时存在热损失。单管型的使用范围受水文地质条件的限制。U型管应用最多，管径一般在50mm以下，埋管越深，换热性能越好.资料表明：最深的U型管埋深已达180iikU型管的典型环路有3种，其中使用最普遍的是每个竖井中布置单U型管和双U型管。2.2联管方式地下热交换器中流体流动的冋路形式有串联和并联2种。串联系统管径较大，管道费用较高,并且长度压降特性限制了系统能力。并联系统管径较小，管道费川较低，且常常布直

7、成同程式。当每个并联环路之间流量平衡时，其换热量相同，其压降特性有利于提高系统能力。因此，实际工程一般都采用并联同程式。实际工程中确定管径必须满足2个要求：1.管道要大到足够保持最小输送功率；2.管道要小到足够使管道内流体保持紊流以保证流体与管道内壁之间的传热。显然，上述两个要求相互矛盾，需要综合考虑。一般并联环路用小管径，集管用大管径。地下热交换器埋管常用管径有①2()mm、①25mm,力求使管内流动处于紊流状态，管内流速控制在0.6m〜1.2m/s之间,对更人管径的管道，管内流速控制在2.44m/s以下,或一般把各管段压力损失控制在4mH20/100m当

8、量长度以下。2.3地藕管材料的选择地藕管换热器一旦埋