地源热泵空调系统设计地.doc

　　地源热泵空调系统设计 [摘要] 分析了地源热泵系统的特点,对地源热泵空调系统设计过程中经常遇到的冷热负荷确定、地热换热器的选型、室内空气的气流组织形式、热泵的容量等问题进行探讨。[关键词] 节能；容量；选型；性能；空气分配[中图分类号]TQ051.5；TU831　　　　　　　　　　[文献标识码]B 　　一、前言 　　地源热泵（Ground-source heat pump）是一种利用地下浅层地热资源既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温热源向高温热源的转移。地源热泵的闭合回路部分由埋于地下的长塑料管组成，该管道埋在地下与土壤耦合，管内的流体与土壤之间进行换热。热泵在闭合回路和室内负荷之间传递热量。该系统由闭式埋管系统，水源热泵和室内分配系统组成。其中分配系统用来对加热和冷却的空气和水在房间内进行分配。由于较深的地层在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度，远高于冬季的室外温度，又低于夏季的室外温度，因此地源热泵可以克服空气源热泵的技术障碍，且能效比大大提高。 　　二、地源热泵的优点 　　地源热泵由于其技术上的优势，推广这种技术有明显的节能和环保效益。地源热泵系统具有以下优点： 　　（1）节能、运行费用低。深层土地资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源。这种温度特性使得地源热泵系统比传统空调系统运行效率要高约40%。另外，地源温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，整个系统的维护费用也较锅炉-制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。 　　（2）一机多用，节约设备用房。地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置。机组紧凑、节省建筑空间，减少一次性投资。 　　（3）保护环境。开发推广地源热泵空调技术可彻底废除中小型燃煤锅炉房，该装置没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，没有任何污染，不会影响城镇的环境质量。 　　（4）利用再生能源，可持续发展。地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源作为冷热源，进行能量交换的采暖空调系统。地表浅层地热资源量大面广，无处不在，它是一种清洁的可再生能源。因此，利用地热的地源热泵，是一种可持续发展的“绿色装置”。 　　三、地源热泵系统的设计 　　地源热泵早在20世纪50年代就已经在一些北欧国家的供热中得到实际应用。随着人们生活水平的提高，以及人们对矿物燃料在迅速枯竭以及大量消耗矿物燃料带来了严重的环境污染这一严峻性的全球问题的重视，具有显著节能、环保特点的地源热泵得到了迅速发展。20世纪70年代石油危机以后，美国和加拿大开始在建筑物的供热和空调中大量采用地源热泵技术 ，但此时主要采用水平埋管的方式。自20世纪80年代以来，在北美也形成了利用地源热泵对建筑物进行冷热联供的研究和工程实践的新一轮高潮，技术逐渐趋于成熟。这一阶段的地源热泵主要采用垂直埋管的换热器，埋管的深度通常达100-200米，因此占地面积大大减小， 应用范围也从单独民居的空调向较大型的公共建筑扩展。如今国外在地源热泵的应用方面已趋于产业化，热泵技术已经比较成熟。而地源热泵系统的研究和开发在国内还属于刚起步阶段。根据国外部分工程实例，并针对我国的国情和实际可操作性，下面分析一下该系统设计时所需要注意的问题： 　　（1）确定建筑物的冷热设计负荷 　　设计负荷是用来确定系统设备的大小和型号的，根据设计负荷设计空气分布系统（送风口，回风口和风管系统），设计负荷的计算必须以当地设计日的标准设计工况为依据。在确定建筑物的最大负荷时，必须逐时计算出每个房间、每个区域所必需的负荷信息，并求出其中的最大值。 为了进一步分析地源热泵系统的能耗情况，必须对建筑物进行必要的能耗计算。通常所采用的方法有：度日法，温频法和逐时法。 　　度日法是最简单的计算方法，但通常结果不理想。当系统运行效率取决于室外空气条件时，不能采用度日法计算该系统的能耗，例如地源热泵系统。 　　温频法是将全年温度划分为若干组，分别计算系统在每个温度组内的能耗量。温频法考虑到了外空气的影响和部分负荷工况的影响，而且该方法可以通过精确划分满足特殊系统的要求。温频法计算能耗对于手算　和计算机计算都很方便。 逐时法主要是用于需要确定大量细节的大型建筑的能耗计算，由于其计算量非常大，通常采用计算机计算。 　　（2）热泵系统的选择 　　对住宅和商业系统来说，设备通常是一个机组模块，一旦选定一个机组，则许多参数都是固定的，调节的余地不大。例如，水源热泵的设计水流量的调节范围也是有限的。因此，系统的其他部分如风机盘管系统或地热换热器以及防冻循环泵等都必须与热泵的制热（冷）量要求相匹配。在大型建筑热泵系统内，一般要采用二次输送系