土壤源熱泵系統(tǒng)及其設(shè)計方法簡介

1、潔凈空調(diào)設(shè)計土壤源熱泵系統(tǒng)及其設(shè)計方法簡介郭玉君（廣東寰球廣業(yè)工程有限公司，廣州）口四簡單介紹了土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的特點、原理、設(shè)計方法、存在的缺點等。土壤源熱泵系統(tǒng)；節(jié)能；地熱換熱器文獻標識碼：文章編號：（）中圖分類號：，）（，：，：；隨著我國建筑業(yè)持續(xù)發(fā)展，對建筑節(jié)能的要求越來越高，而供熱系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)是建筑能耗的主間（溫度差異主要受地理位置的影響）。土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)就是利用大地的這一特性，將管路插進土壤中（插入土壤中管路的深度需根據(jù)建筑物冷暖負要組成部分，因此，設(shè)法減小這兩部分能耗意義非常顯著。地源熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)是一種使用可再生能源的高效節(jié)能、環(huán)保型的系統(tǒng)。冬季通過吸收大地的能量，包

2、括土壤、井水、湖泊等天然能源，向荷、當?shù)赝临|(zhì)結(jié)構(gòu)狀況以及整個空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性等多方面綜合考慮進行計算），利用管路中流動的水作為介質(zhì)，與土壤進行熱交換夏季土壤的溫度比室外氣溫低，將室內(nèi)多余的熱量排人土壤；冬季土壤的溫度比室外氣溫高，從土壤中吸取熱量用來取暖。因而可以說，此種系統(tǒng)是采集地表土壤的能源維持運轉(zhuǎn)的，而地表土壤中的能源主要源自太陽建筑物供熱。而夏季向大地釋放熱量，給建筑物供冷。最近幾年，該項技術(shù)成了國內(nèi)建筑節(jié)能及暖通界熱門的研究課題，也開始應(yīng)用于工程實踐，而與此相關(guān)的土壤源熱泵產(chǎn)品也應(yīng)運而生，掀起了一股“土壤源熱泵空調(diào)”的熱潮。目前在山東、河南、北京、遼寧、河北、江蘇、上海等地都有土壤源

3、熱泵空調(diào)能。太陽能毫無疑問是可再生的。由于冬、夏季分別從土壤吸熱和向土壤放熱，因而不會對土壤產(chǎn)生不利的影響。由于地表以下土壤的溫度恒定，使得土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的運行非常的穩(wěn)定。高效節(jié)能、運行費用低土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)利用的是地熱資源，需用系統(tǒng)的工程應(yīng)用實例。在此，筆者僅簡單介紹一下土壤源熱泵系統(tǒng)及設(shè)計方法。土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的特點土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是一種十分優(yōu)秀的空調(diào)系統(tǒng)。有如下的特點：利用可再生能源技術(shù)，運行穩(wěn)定可靠地表以下至數(shù)百米之間基本上是恒溫的，的電能很少就能使系統(tǒng)不停的運轉(zhuǎn)下去。一般來說，此種空調(diào)系統(tǒng)的值均在以上。據(jù)美國環(huán)保署統(tǒng)計，設(shè)計安裝良好的土壤源熱泵系統(tǒng)，平均來說，可以節(jié)約用戶一

4、的供熱制冷空調(diào)的運行費用。在我國區(qū)域內(nèi)，這個溫度大概保持在之收稿日期：作者簡介：郭翻（），女，工程師。主要從事暖通空調(diào)設(shè)計工作。：環(huán)保無污染土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)由于節(jié)約了電能而大大減：萬方數(shù)據(jù)少了發(fā)電時污染物和二氧化碳溫室氣體的排放。開以上）、維護費用低、自動控制程度高、可無人值守發(fā)推廣此種系統(tǒng)可徹底廢除中小型燃煤鍋爐房，極等其他類型空調(diào)系統(tǒng)所無法比擬的優(yōu)點。大的減少了污染。而該系統(tǒng)的運行不會引起任何的土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的工作原理及流程污染，甚至可以建造在居民區(qū)地下。沒有燃燒，沒土壤源熱泵是利用水與土壤進行冷熱交換的，有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場冬季吸收土壤中的熱量，供給室內(nèi)采暖

5、，此時土壤地，且不用遠距離輸送熱量。采用水（需加人防凍劑）為“熱源”；夏季將室內(nèi)的熱量向土壤釋放，此時土作為介質(zhì)，冬季從土壤中吸取熱量，夏季將多余的壤為“冷源”。熱量排向土壤。夏季致冷時，土壤源一側(cè)作為冷凝土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)由三部分組成：地源側(cè)換器；而冬季供暖時，土壤源一側(cè)又作為蒸發(fā)器。隨熱系統(tǒng)、熱泵機組、室內(nèi)空調(diào)末端系統(tǒng)，如圖所示。著季節(jié)的更替，只需將空調(diào)機組內(nèi)的四通閥進行轉(zhuǎn)換便可輕松實現(xiàn)制冷與供熱況的轉(zhuǎn)換。另外，由于地表以下土壤的溫度恒定，使得土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的運行非常的穩(wěn)定。圖土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)組成一機多用，節(jié)約設(shè)備用房，減少一次生投資可見，熱泵機組是將地源側(cè)換熱系統(tǒng)與室內(nèi)空土壤源熱泵

6、空調(diào)系統(tǒng)可以一機多用夏季用調(diào)末端系統(tǒng)聯(lián)系起來的核心部件。而熱泵機組內(nèi)部來制冷，冬季用來供暖，還可以提供生活熱水。一即為空調(diào)冷暖循環(huán)系統(tǒng)。套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置。機土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的簡要流程如圖所示。組緊湊、節(jié)省建筑空間，減少一次性投資。此外，夏季，土壤的溫度比室外氣溫低，土壤源側(cè)換土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)還具有使用壽命長（均在年熱管中的水通過土壤源側(cè)水泵的作用不斷地流動。圖土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)簡要流程圖在此過程中，將冷凝器中的制冷劑進行冷卻，從而通閥進行了切換，使土壤源側(cè)的換熱器變成“蒸發(fā)完成制冷劑在冷凝器中的循環(huán)過程。用戶末端系統(tǒng)器”，而用戶側(cè)的換熱器成為“冷凝器”（對于內(nèi)部的傳

7、熱介質(zhì)通過蒸發(fā)器后被冷卻，再輸送至末端設(shè)沒有四通閥部件的制冷機組，要實現(xiàn)“蒸發(fā)器”與備，達到制冷的效果?！袄淠鳌敝g的此種轉(zhuǎn)換，需通過機組外部連接管冬季，土壤內(nèi)的溫度比室外氣溫高，蒸發(fā)器里道上的閥門切換來實現(xiàn)）。在熱泵機組內(nèi)部進行的是的制冷劑被地源側(cè)埋管內(nèi)較高溫度的流動水加熱，相同的制冷循環(huán)，但方向相反。完成制冷劑在蒸發(fā)器里的循環(huán)過程。用戶末端系統(tǒng)土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計方法的傳熱介質(zhì)通過冷凝器被加熱，再輸送至末端設(shè)備，土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計的主要步驟從而達到了供暖的效果。熱泵機組通過其內(nèi)部的四確定建筑物的冷熱設(shè)計負荷萬方數(shù)據(jù)因與其他類型的空調(diào)系統(tǒng)冷熱設(shè)計負荷相同，詳細方法這里不再論述。土壤源熱

8、泵系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)中建筑物負荷確定熱泵機組的容量，習慣是依據(jù)冷負荷選定熱泵機組的容量。但由于北方地區(qū)的冬季熱負荷相對較高，而夏季的潛熱相對較低，所以，設(shè)備容量的選擇可以適當偏大，但一般不要超過冷負荷的。機組選定后，進行地熱換熱器的計算。其通常分為兩個步驟：地熱換熱器的負荷計算及地熱換熱器的選型計算。地熱換熱器的夏季負荷包括系統(tǒng)熱負荷、系統(tǒng)耗功量和地熱換熱器循環(huán)泵的耗功量。循環(huán)泵耗功量可近似為泵的耗功量與熱泵運行小時數(shù)的乘積。冬季的負荷等于設(shè)備的制熱量減去輸入的電功，輸入的功包括壓縮機耗功量和地熱換熱器循環(huán)泵的耗功量。地熱換熱器的選型計算相對較復(fù)雜，它包括型式和結(jié)構(gòu)的選取。（）地熱換熱器的布置型式

9、，包括埋管方式和聯(lián)接方式，簡單表示方法如圖。水甲埋管方式圖地熱換熱器的布置型式埋管方式分為水平式和垂直式，選擇主要取決于場地大小、當?shù)赝寥李愋鸵约巴诰虺杀?。場地足夠大且無堅硬巖石，則水平式較經(jīng)濟。場地面積較小時則采用垂直式布置，很多場合下這是唯一的選擇（若場地土中有堅硬的巖石，用鉆巖石的鉆頭可以成功鉆孔）。聯(lián)接方式分為串聯(lián)和并聯(lián)，串聯(lián)系統(tǒng)只有一個流體通道，并聯(lián)系統(tǒng)中流體在管路中可以有兩個以上的流體通道。采用何種方式取決于成本的多少，串聯(lián)系統(tǒng)較并聯(lián)系統(tǒng)采用的管子管徑要大，成本要高。且系統(tǒng)所需的防凍液也較多，管子重量也相應(yīng)增大，因此安裝的勞動力成本也增大。萬方數(shù)據(jù)（）塑料管的選擇聚乙烯是地熱換熱器

10、中最常用的管道材料。管徑的選擇遵循以下兩條原則：管徑足夠大，使得循環(huán)泵的能耗較小。管徑足夠小，以使管內(nèi)的流體處于紊流區(qū)，使流體和管內(nèi)壁之間的換熱效果好。同時在設(shè)計時還要考慮到安裝成本的問題。管子長度的選取取決于流體流量和允許的壓頭損失。一般情況下，流體流過熱泵的水換熱器的壓頭損失與流體流過地熱換熱器以及相關(guān)管道的壓頭損失大小基本一致。（）循環(huán)泵的選擇循環(huán)泵的揚程應(yīng)等于流體持續(xù)地流過熱泵機組和地熱換熱器的阻力（應(yīng)考慮選機系數(shù)）。一般在設(shè)計中循環(huán)泵應(yīng)能夠達到每噸循環(huán)液所需的功率為的耗能水平。室內(nèi)空氣分布系統(tǒng)的確定地源熱泵系統(tǒng)的室內(nèi)分配系統(tǒng)可以采用的方式與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相同。如：風機盤管系統(tǒng)，地板采暖

11、方式，全窄氣系統(tǒng)等。土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的局限性土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的局限性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（）目前我國關(guān)于土壤源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)還不是很成熟和完善，再由于地理位置、經(jīng)濟條件、生活習慣等的差異，限制了土壤源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用。（）我國人口眾多，建筑密度大，敷設(shè)埋地管沒有足夠的空間。特別是對于面積較大的建筑物，如果采用土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，可能需要打井幾百甚至上千孔，而井與井之間、井與建筑之間都需滿足一定的距離要求，很難實現(xiàn)。因此目前我國土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)還主要應(yīng)用于郊區(qū)或遠離城區(qū)的地方。（）土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)本身也存在著很多缺陷。比如：埋地管受土壤性能影響較大。連續(xù)運行時熱泵的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度隨土壤溫度的變化產(chǎn)生波動。土壤導(dǎo)熱系數(shù)小導(dǎo)致?lián)Q熱盤管占地面積大，施工量較大等。（）如果