对地源热泵系统技术与设计要点探讨

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1、对地源热泵系统技术与设计要点探讨浙江陆特能源科技股份有限公司浙江杭州310051摘要：文章介绍了该系统的技术原理与特点、系统分类及应用条件，具体阐述了地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统、地表水地源热泵系统的设计要点。关键词：地源热泵系统；地源热泵技术；设计要点1技术原理及特点地源热泵技术是通过输入少量的高位能源，实现浅层低位地能向高位能源转移的可再牛能源利用技术，它可以将地下土壤（地下水或地表水）中的热量或者冷量转移到所需要的地方，实现空调制冷、采暖或者生活热水使用。地源热泵系统还可以利用地下土壤（地下水）巨大的蓄热蓄冷能力，冬季把热量从地下土壤（地下水）中转

2、移到建筑物内，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内，仅需要消耗极少的输送能耗。以岩土体、地下水或地表水为低位热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统，统称为地源热泵系统。地源热泵技术具有高效节能、一机多用的特点，对环境友好无污染，维护简单，选择范围广。2系统分类及应用条件地源热泵系统广泛应用于办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店商场等领域，但是受低位热源条件的限制，并不是所有地区均适合使用该系统。根据地热能交换系统形式的不同，可以分为三类：1）地埋管地源热泵系统（简称地埋管系统），除了要有足够埋管区域，还要有比较合适的岩土体特性。2）地下水

3、地源热泵系统（简称地下水系统），首先要有持续水源的保证，还要具备可靠的回灌能力。3）地表水地源热泵系统（简称地表水系统），地表水是一个广义概念，包括河流、湖泊、海水、中水或达到国家排放标准的污水、废水等。需要考虑足够的水域体积、水量、水温等条件以及对水环境的影响。因此，在地源热泵系统方案设计前，应进行工程场地状况和浅层地热能资源条件的调查和勘察，并根据实际情况进行选择采用哪种系统。一个成功的地源热泵系统的完成需要业主、勘察方、设计方、施工调试方、运行管理方配合实施，才能最终完成。3地源热泵系统设计要点3.1土壤源热泵系统土壤源热泵系统是否能够可靠运行取决于埋管区域

4、土壤温度是否能长期稳定在合适的范围内，该温度的提高或降低都会使得水源热泵机组的性能降低,影响供冷、供热效果和整体节能性。土壤源热泵系统的设计要点主要包括负荷计算、系统热平衡、地埋管换热器设计、埋管及联接方式、主要设计参数等方面。3.1.1负荷计算地埋管换热系统设计应进行全年动态负荷计算，最小计算周期为1年。在供冷季节，输入系统的所有热量都必须释放到地下，这些热量包括系统热负荷、热泵主机耗功量、水泵耗功量。在供热季节，从地下吸收的热量等于热泵主机的制热量减去输入的电功耗。输入的电功耗包括主机耗功量和地埋换热器循环泵的耗功量。一般须借助专业空调负荷计算软件完成。3.1

5、.2系统热平衡在计算周期内，地源热泵系统释放的总释热量宜与其总吸热量平衡。当系统的总释热量与其总吸热量不平衡时，比如夏季排热量大于冬季取热量吋，应设置部分冷却塔作为复合冷源或配置生活热水热泵机组加以平衡；反之，当夏季排热量小于冬季取热量吋，可采用热泵结合其他类型锅炉取热方式加以平衡。如果地下水存在渗流或流动现象，将有利于地热换热器的传热和减弱或消除由于地热换热器吸收热不平衡而引起的热量累积效应。3.1.3地埋管换热器设计1）采用专用岩土体热物性进行测量确定。一般以扰动•响应方式获得,通过分析岩土体的导热系数、热扩散及其他相关参数获得。2）地埋管换热器设计应满足一年

6、中最冷月和最热月从地下吸取和释放热量的需求，并且保证整个供冷、供热周期内换热器出水温度在合适的范围内，一般须借助专业埋地换热模拟计算软件完成。3）地埋管材料与规格：一般采用聚乙烯管PE80或PEIOO、聚丁烯管PB,公称压力>l・0MPao链接方式为：热熔焊和电容焊。4）竖直埋管地下传热计算可采用柱源传热方法、经验估算法、专业软件模拟计算法。3.1.4埋管及联接方式1）采用竖直埋管换热器吋，每个钻孔可设置一组或两组U形管，由于双U管比U管埋管仅提高15%到20%的换热能力，一般情况多采用单U形管。2）—般采用并联同程连接。3.1.5主要设计参数1）竖直孔深宜

7、>20mm,通常为50mm-100mm,孔径一般为110mm〜130mm。2）水平连接管位于其他市政管道以下1.5rn〜2.0m：竖直管间距通常为3m〜6m。3）水平埋管位于冻土层以下4.0m,且不应小于0.8mo4）钻孔回填材料一般为膨润土.石英沙添加剂混合物，导热系数在IW〜2W（m·k）o5）设计工况地埋管换热器内流体应保持紊流状态。3.2地下水系统地下水源热泵系统设计要点是：1）热源井的勘察设计单位应具有水文地质勘察资质。2）热源井设计必须保证持续出水量需求和可靠冋灌，般冋灌井和抽水井数比例大于2：lo3）地下水系统设计，除应考虑水流量

8、、水温等参