談地源熱泵空調(diào)設(shè)計(jì)

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1、談地源熱泵空調(diào)設(shè)計(jì)1概述地源熱泵是一項(xiàng)高效節(jié)能型、環(huán)保型并能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的新技術(shù)，它既不會(huì)污染地下水，又不會(huì)影響地面沉降。因此，目前在國(guó)內(nèi)空調(diào)行業(yè)引起了人們廣泛的關(guān)注，希望盡快應(yīng)用這項(xiàng)新技術(shù)。現(xiàn)在尚未見(jiàn)到有關(guān)地源熱泵技術(shù)設(shè)計(jì)手冊(cè)供設(shè)計(jì)人員使用，但又不能等待設(shè)計(jì)手冊(cè)出版后才使用地源熱泵技術(shù)。筆者從實(shí)踐角度對(duì)中小型地源熱泵空調(diào)工程設(shè)計(jì)程序進(jìn)行深討，供同行討論。地源熱泵技術(shù)的關(guān)鍵是地下?lián)Q熱器的設(shè)計(jì)。本文將著重探討有關(guān)地下?lián)Q熱器的問(wèn)題。2地源熱泵地下?lián)Q熱器的形式眾所周知，熱泵機(jī)組的熱源有空氣源、水源、土壤源等。土壤源熱泵空調(diào)也叫地源熱泵空調(diào)，就是在地下埋設(shè)管道作為換熱器，

2、管道與熱泵機(jī)組連接形成閉式環(huán)路，管道中有液體流動(dòng)通過(guò)循環(huán)將熱泵機(jī)組的凝結(jié)熱通過(guò)管道散入地下（供冷工況），或從大地吸取熱量供給熱泵機(jī)組向建筑物供熱（供熱工況）。土壤源熱泵換熱器有多種形式，如水平埋管、豎直埋管等。這兩種埋管型式各有自身的特點(diǎn)和應(yīng)用環(huán)境。在中國(guó)采用豎直埋管更顯示出其優(yōu)越性：節(jié)約用地面積，換熱性能好，可安裝在建筑物基礎(chǔ)、道路、綠地、廣場(chǎng)、操場(chǎng)等下面而不影響上部的使用功能，甚至可在建筑物樁基中設(shè)置埋管，見(jiàn)縫插針充分利用可利用的土地面積。3豎直埋管換熱器型式最常用的豎直埋管換熱器就是由垂直埋入地下的U型管連接組成。3.1豎直埋管深度豎直埋管可深可淺，須根據(jù)當(dāng)?shù)?/p>

3、地質(zhì)條件而定，如20m、30m……直到200m以下。確定深度應(yīng)綜合考慮占地面積、鉆孔設(shè)備、鉆孔成本和工程規(guī)模。例如天津地區(qū)地表土壤層很厚，鉆孔費(fèi)用相對(duì)便宜，宜采用較深的豎直埋管，因深埋管的成本低、換熱性能好、并可節(jié)約用地。3.2豎直埋管材料埋管材料最好采用塑料管，因與金屬管相比，塑料管具有耐腐蝕、易加工、傳熱性能可滿足換熱要求、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。可供選用的管材有高密度聚乙烯管（PE管），鋁塑管等。豎直埋管的管徑也可有不同選擇，如DN20、DN25、DN32等。3.3豎直埋管換熱器鉆孔孔徑及回填材料豎直埋管換熱器的形成是從地面向下鉆孔達(dá)到預(yù)計(jì)深度，將制作好的U型管下入孔

4、中，然后在孔中回填不同材料。在接近地表層處用水平集水管、分水管將所有U型管并聯(lián)構(gòu)成地下?lián)Q熱器。根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，鉆孔孔徑可以是Ф100、Ф150、Ф200或Ф300，天津地區(qū)地表土壤層很厚，為了鉆孔、下管方便多采用Ф300孔徑?；靥畈牧峡梢赃x用澆鑄混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料選擇要兼顧工程造價(jià)、傳熱性能、施工方便等因素。從實(shí)際測(cè)試比較澆鑄混凝土換熱性能最好，但造價(jià)高、施工難度大，但可結(jié)合建筑物樁基一起施工?；靥钌呈蛩槭瘬Q熱效果比較好，而且施工容易、造價(jià)低，可廣泛采用。4豎直埋管換熱器中循環(huán)水溫度的設(shè)定豎直埋管換熱器中流動(dòng)的循環(huán)水的溫度是不斷變化的。夏季供

5、冷工況進(jìn)行時(shí)，由于蓄熱地溫提高，機(jī)組運(yùn)行時(shí)水溫不斷上升，停機(jī)時(shí)水溫又有所下降，當(dāng)建筑物得熱達(dá)到最大時(shí)水溫升至最高點(diǎn)。冬季供熱工況運(yùn)行時(shí)則相反，由于取熱地溫下降，當(dāng)建筑物失熱最多時(shí)，換熱器中水溫達(dá)到最低點(diǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)設(shè)定換熱器埋管中循環(huán)水最高溫度和最低溫度，因?yàn)檫@個(gè)設(shè)定和整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)有關(guān)。如夏季溫度設(shè)定較低，對(duì)熱泵壓縮機(jī)制冷工況有利，機(jī)組耗能少，但埋管換熱器換熱面積要加大，即鉆孔數(shù)要增加，埋管長(zhǎng)度要加長(zhǎng)。反之溫度設(shè)定較高，鉆孔數(shù)和埋管長(zhǎng)度均可減少，可節(jié)省投資，但熱泵機(jī)組的制冷系數(shù)cop值下降，能耗增加。設(shè)定值應(yīng)通過(guò)經(jīng)濟(jì)比較選擇最佳狀態(tài)點(diǎn)。筆者認(rèn)為埋管水溫應(yīng)如下設(shè)定

6、：4.1熱泵機(jī)組夏季向末端系統(tǒng)供冷水，設(shè)計(jì)供回水溫度為7—12℃，與普通冷水機(jī)組相同。地埋管中循環(huán)水進(jìn)入U(xiǎn)管的最高溫度應(yīng)<37℃，與冷卻塔進(jìn)水溫度相同。4.2熱泵機(jī)組冬季向末端系統(tǒng)供水溫度與常規(guī)空調(diào)不同，在滿足供熱條件下，應(yīng)盡量減低供熱水溫度，這樣可改善熱泵機(jī)組運(yùn)行工況、減小壓縮比、提高cop值，并降低能耗。我們知道風(fēng)機(jī)盤(pán)管供熱能力大于供冷能力，而一般建筑物的夏季冷負(fù)荷大于冬季熱負(fù)荷，所以風(fēng)機(jī)盤(pán)管的選型是以夏季冷負(fù)荷選型、冬季熱負(fù)荷校核。采用地源熱泵空調(diào)冬季供熱時(shí)，可根據(jù)冬季熱負(fù)荷實(shí)際情況，讓風(fēng)機(jī)盤(pán)管冬季也滿負(fù)荷運(yùn)行而反算出供熱水溫度，此溫度要小于常規(guī)空調(diào)60℃的供

7、水溫度（大約供水為40℃左右）。將此溫度定為熱泵機(jī)組冬季供水溫度。供回水溫差取7～10℃。地埋管中循環(huán)水冬季進(jìn)水溫度，以水不凍結(jié)并留安全余地為好，可取3—4℃。當(dāng)然為了使地埋管換熱器獲得更多熱量，可加大循環(huán)水與大地間溫差傳熱，然而大地的溫度是不變的，因此只有將循環(huán)水溫降至0℃以下，為此循環(huán)水必須使用防凍液，如乙二醇溶液或食鹽水。但這樣會(huì)提高工程造價(jià)、增加對(duì)設(shè)備的腐蝕。在嚴(yán)寒地區(qū)不得不這樣做，而在華北地區(qū)的工程中用水就可滿足要求，不一定要加防凍液。5換熱面積與綜合傳熱系數(shù)5.1換熱面積一般換熱器換熱面積計(jì)算公式為：……………………⑴式中：Q—換熱器換熱量w；K—傳