地埋管地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)三

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1、?2009LotusCO.,LTD地埋管地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院制冷與人工環(huán)境系一、地源熱泵系統(tǒng)簡(jiǎn)介二、地埋管地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、地埋管地源熱泵土壤熱響應(yīng)測(cè)試四、地埋管換熱器設(shè)計(jì)五、地下熱平衡設(shè)計(jì)六、地埋管地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行控制簡(jiǎn)介一、地源熱泵系統(tǒng)簡(jiǎn)介隨著國(guó)際上環(huán)保和充分利用可再生能量資源的可持續(xù)發(fā)展大趨勢(shì),人類越來越重視開發(fā)新的能源形式和充分利用可再生能量資源,特別是更加注重蓄能技術(shù)和再利用技術(shù)的應(yīng)用前景。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)由于它有節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn),在近十幾年,尤其是近5年,在北美、北歐一些發(fā)達(dá)國(guó)家得到了較快發(fā)展。

2、地源熱泵系統(tǒng)原理圖（供暖）地源熱泵系統(tǒng)原理圖（制冷）1.1地源熱泵系統(tǒng)分類地源熱泵是一種利用淺層地?zé)?，包括土壤、地下水、地表水等天然能源作為冬季熱源和夏季冷源，然后再由熱泵機(jī)組向建筑物供冷供熱的系統(tǒng)，是一種利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空調(diào)系統(tǒng)。（GSHP）地源熱泵地下水源熱泵系統(tǒng)（GWHP）地表水源熱泵（SWHP）地埋管地源熱泵（GCWP）1.2埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)2）垂直埋管地源熱泵系統(tǒng)：換熱器井管路直接接入機(jī)房、換熱器井管路匯集到集水器。1.2埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)2）垂直埋管－樁基換熱器：1.2埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)2

3、）垂直埋管－地?zé)嶂悄軜颍?.2埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)3）螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)：長(zhǎng)軸水平布置的螺旋埋管、長(zhǎng)軸豎直布置的螺旋埋管、溝渠集水器式螺旋埋管。1.3埋管式地源熱泵應(yīng)用方式1.家用系統(tǒng)1.3埋管式地源熱泵應(yīng)用方式1.商用系統(tǒng)：集中系統(tǒng)、分散系統(tǒng)和混合系統(tǒng)1.4埋管式地源熱泵的優(yōu)點(diǎn)：地源熱泵的優(yōu)點(diǎn)高效節(jié)能、運(yùn)行費(fèi)用低利用可再生能源,可持續(xù)發(fā)展運(yùn)行無(wú)污染，環(huán)境效益顯著設(shè)備占地空間小,節(jié)省建筑空間二、地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的原始資料與依據(jù)建筑物冷熱負(fù)荷計(jì)算設(shè)計(jì)冬夏季地下循環(huán)水換熱量計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)勘察探與熱響應(yīng)測(cè)試地下?lián)Q熱器設(shè)計(jì)空調(diào)

4、主機(jī)及末端系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2熱泵機(jī)組的選擇熱泵容量的選擇熱泵性能的確定:土壤熱泵的性能取決于熱泵的進(jìn)水溫度，必須確定室外空氣和進(jìn)水溫度之間的關(guān)系。進(jìn)水溫度與多個(gè)因素有關(guān)，如一年的運(yùn)行時(shí)間，土壤類型，土壤換熱器的類型、大小等。2.3地源熱泵循環(huán)水的換熱量計(jì)算冬夏季地下?lián)Q熱量分別是指夏季向土壤排放的熱量和冬季從土壤吸收的熱量。可以由下述公式計(jì)算：其中，Q11—夏季向淺層地表排放的熱量，kW，Q1—夏季設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷，kWQ12—冬季從淺層地表吸收的熱量，kW，Q2—冬季設(shè)計(jì)總熱負(fù)荷，kWCOP1—設(shè)計(jì)工況下水-水熱泵機(jī)組的制冷系數(shù)COP2—設(shè)計(jì)

5、工況下水-水熱泵機(jī)組的供熱系數(shù)2.4選擇室內(nèi)末端系統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，屋頂?shù)匕遢椛洳膳绞剑諝庀到y(tǒng)等。通常采用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)時(shí)，空氣分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要考慮以下三個(gè)方面：（1）選擇安裝風(fēng)管的最佳位置；（2）根據(jù)室內(nèi)的得熱量/熱損失計(jì)算來選擇并確定空氣分布器和回風(fēng)格柵的位置；（3）根據(jù)熱泵的風(fēng)量和靜壓力，布置風(fēng)管的走向，確定風(fēng)管的尺寸。三、地源熱泵土壤熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)計(jì)地源熱泵系統(tǒng)的地?zé)釗Q熱器需要知道地下巖土的熱物性參數(shù)。如果熱物性參數(shù)不準(zhǔn)確，則設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可能達(dá)不到負(fù)荷需要;也可能規(guī)模過大，從而加大初期投資。另外，不同的封井材料、埋管方式對(duì)換熱

6、都有影響，因此只有在現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)量才能正確得到地下巖土的熱物性參數(shù)。3.1埋管式地源熱泵熱響應(yīng)測(cè)試要求實(shí)驗(yàn)主要在三個(gè)方面展開：1）首先是熱響應(yīng)測(cè)試，以恒定的加熱功率求出地埋管換熱器進(jìn)出口溫度隨時(shí)間的變化情況，通過曲線擬合求出土壤的導(dǎo)熱系數(shù)等熱物性；2）模擬夏季空調(diào)的制冷試驗(yàn)，測(cè)量井埋管換熱器的放熱能力；3）模擬冬季的制熱試驗(yàn)，測(cè)量井埋管換熱器取熱能力。3.2熱響應(yīng)測(cè)試原理圖3－1測(cè)試系統(tǒng)原理圖1.加熱水箱;2.溫度控制器;3.補(bǔ)水箱;4.水泵;5.變頻器;6.壓力傳感器;7.集水器和分水器；8.渦輪流量傳感器;9.溫度傳感器;10.數(shù)顯

7、功率表3.3熱響應(yīng)測(cè)試步驟1.合理制定試驗(yàn)方案，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)及設(shè)計(jì)條件，合理選擇試驗(yàn)鉆孔位置，避免傳熱干擾，試驗(yàn)包括放熱和取熱試驗(yàn)2.測(cè)量并提供地下土壤的初始溫度分布3.通過測(cè)量分析計(jì)算地下土層的綜合熱物性參數(shù)，包括土壤導(dǎo)熱系數(shù)和熱容，回填料的熱物性參數(shù)和配比以及管材的熱物性參數(shù)4.按照設(shè)計(jì)工況測(cè)試，測(cè)量提供埋管取熱、放熱特性，并進(jìn)行分析對(duì)比5.根據(jù)埋管群布置情況，利用試驗(yàn)及模擬所得的數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行情況，對(duì)整個(gè)地源熱泵埋管區(qū)域地下熱響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算分析，得出：地下土壤溫度隨時(shí)間變化；分別以加輔助散熱設(shè)備和不加輔助散

8、熱設(shè)備兩種情況下，得到實(shí)際運(yùn)行的土壤熱積聚情況分析；并根據(jù)土壤熱積聚情況分析計(jì)算出供冷季和供熱季地源熱泵系統(tǒng)供冷供熱能力6.根據(jù)模擬分析，為保證全年土壤取放熱量平衡給出輔助散熱設(shè)備的設(shè)計(jì)容量以及與地埋管換熱器聯(lián)合運(yùn)行的控