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地源热泵工程设计方法与实例讲解

??摘要：本文详细介绍了地源热泵工程的设计方法，并通过实际工程实例进行讲解。阐述了地源热泵系统的原理、组成部分，以及设计过程中涉及的负荷计算、地埋管换热器设计、热泵机组选型等关键环节。通过实例分析，展示了如何根据具体工程需求进行合理设计，以确保地源热泵系统高效、稳定运行，为相关工程设计人员提供参考和借鉴。

一、引言

地源热泵系统作为一种高效、节能、环保的供热制冷技术，近年来在建筑领域得到了广泛应用。它利用地下浅层地热资源进行能量转换，实现建筑物的供热和制冷需求，具有显著的经济效益和环境效益。本文旨在系统地介绍地源热泵工程的设计方法，并结合实际工程案例进行深入讲解，帮助读者更好地理解和掌握地源热泵工程设计要点。

二、地源热泵系统原理与组成

（一）原理

地源热泵系统通过地下埋管换热器与土壤进行热量交换。在冬季，热泵机组从地下土壤中提取热量，通过热泵循环将热量提升后供给建筑物采暖；在夏季，热泵机组将建筑物内的热量释放到地下土壤中，实现建筑物的制冷。地源热泵系统利用了地下土壤温度相对稳定的特点，与传统的空调系统相比，具有更高的能效比。

（二）组成部分

1.地下埋管换热器：包括垂直埋管和水平埋管两种形式，是地源热泵系统与土壤进行热量交换的关键部件。

2.热泵机组：由压缩机、蒸发器、冷凝器、节流装置等组成，实现热量的提升和转移。

3.室内末端系统：如风机盘管、地暖盘管等，将处理后的冷热空气或热水输送到室内，满足室内的供热制冷需求。

4.控制系统：用于监测和调节地源热泵系统的运行参数，确保系统稳定、高效运行。

三、地源热泵工程设计流程

（一）项目前期调研

1.了解建筑物的功能、规模、使用要求等基本情况。

2.收集当地的气象资料，包括室外设计温度、湿度、太阳辐射等参数。

3.勘察场地地质条件，确定地下土壤的导热系数、比热容等热物性参数。

（二）负荷计算

1.计算建筑物的围护结构传热负荷，包括外墙、屋面、外窗等的传热量。

2.计算建筑物的室内人员、设备等散热散湿负荷。

3.根据建筑物的使用功能和使用时间，确定建筑物的逐时负荷变化情况。

（三）地埋管换热器设计

1.根据负荷计算结果，确定地埋管换热器的换热量需求。

2.选择地埋管换热器的形式（垂直埋管或水平埋管），并进行管径、管间距等参数设计。

3.计算地埋管换热器的长度，考虑土壤热阻、传热系数等因素。

（四）热泵机组选型

1.根据地埋管换热器的换热量和建筑物的负荷需求，选择合适的热泵机组型号和数量。

2.考虑热泵机组的能效比、制冷量、制热量等性能参数，确保机组能够满足工程要求。

（五）室内末端系统设计

1.根据建筑物的使用功能和空间布局，选择合适的室内末端形式，如风机盘管、地暖等。

2.进行室内末端系统的水力计算，确定管径、流速等参数，确保系统水力平衡。

（六）控制系统设计

1.设计地源热泵系统的监控方案，包括温度、压力、流量等参数的监测。

2.配置控制系统，实现热泵机组、地埋管换热器、室内末端系统等设备的自动控制和调节。

四、地源热泵工程设计实例

（一）工程概况

某写字楼建筑面积为10000平方米，地上10层，地下1层。该写字楼主要用于办公，要求冬季室内温度保持在20℃22℃，夏季室内温度保持在24℃26℃。

（二）负荷计算

1.围护结构传热负荷计算

外墙采用200mm厚加气混凝土砌块，传热系数K=0.55W/(m2·K)。

屋面采用100mm厚聚苯板保温，传热系数K=0.3W/(m2·K)。

外窗采用断桥铝合金中空玻璃，传热系数K=2.5W/(m2·K)。

通过计算，围护结构传热负荷约为250kW。

2.室内人员散热散湿负荷计算

该写字楼办公人员约为500人，人均散热散湿量按相关规范取值。经计算，室内人员散热散湿负荷约为100kW。

3.设备散热负荷计算

考虑办公设备等散热，设备散热负荷约为50kW。

4.逐时负荷计算

根据当地气象资料和建筑物的使用特点，计算出该写字楼的逐时负荷变化情况，最大负荷出现在下午2点左右，约为400kW。

（三）地埋管换热器设计

1.形式选择

由于场地条件限制，采用垂直埋管换热器形式。

2.管径与管间距设计

选用管径为De32的PERT管，管间距为4m。

3.长度计算

根据负荷计算结果和土壤热阻等参数，通过公式计算得出地埋管换热器的总长度约为10000m。

（四）热泵机组选型

根据地埋管换热器的换热量和建筑物的最大负荷需求，选择两台型号为[具体型号]的热泵机组，单台机组制冷量为200kW，制热量为220kW，