地埋管地源热泵系统设计三

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1、©2009LotusCO.,LTD地埋管地源热泵空调系统东南大学能源与环境学院制冷与人工环境系一、地源热泵系统简介二、地埋管地源热泵系统设计三、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运行控制简介一、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,在北美、北欧一些发达国家得到了较快发展。

2、地源热泵系统原理图（供暖）地源热泵系统原理图（制冷）1.1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）1.2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。1.2埋管式土壤源热泵系统2）垂直埋管－桩基换热器：1.2埋管式土壤源热泵系统2

3、）垂直埋管－地热智能桥：1.2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。1.3埋管式地源热泵应用方式1.家用系统1.3埋管式地源热泵应用方式1.商用系统：集中系统、分散系统和混合系统1.4埋管式地源热泵的优点：地源热泵的优点高效节能、运行费用低利用可再生能源,可持续发展运行无污染，环境效益显著设备占地空间小,节省建筑空间二、地源热泵系统设计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

4、主机及末端系统设计2.2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，土壤类型，土壤换热器的类型、大小等。2.3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

5、工况下水-水热泵机组的供热系数2.4选择室内末端系统风机盘管系统，屋顶地板辐射采暖方式，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）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。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

6、都有影响，因此只有在现场直接测量才能正确得到地下岩土的热物性参数。3.1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等热物性；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。3.2热响应测试原理图3－1测试系统原理图1.加热水箱;2.温度控制器;3.补水箱;4.水泵;5.变频器;6.压力传感器;7.集水器和分水器；8.涡轮流量传感器;9.温度传感器;10.数显

7、功率表3.3热响应测试步骤1.合理制定试验方案，根据现场及设计条件，合理选择试验钻孔位置，避免传热干扰，试验包括放热和取热试验2.测量并提供地下土壤的初始温度分布3.通过测量分析计算地下土层的综合热物性参数，包括土壤导热系数和热容，回填料的热物性参数和配比以及管材的热物性参数4.按照设计工况测试，测量提供埋管取热、放热特性，并进行分析对比5.根据埋管群布置情况，利用试验及模拟所得的数据，根据实际地源热泵系统的运行情况，对整个地源热泵埋管区域地下热响应进行计算机模拟计算分析，得出：地下土壤温度随时间变化；分别以加辅助散热设备和不加辅助散

8、热设备两种情况下，得到实际运行的土壤热积聚情况分析；并根据土壤热积聚情况分析计算出供冷季和供热季地源热泵系统供冷供热能力6.根据模拟分析，为保证全年土壤取放热量平衡给出辅助散热设备的设计容量以及与地埋管换热器联合运行的控