1、河北省某高速公路管理处综合楼地源热泵系统设计摘要 随着人类生存环境的日趋恶化和不可再生能源的日趋枯竭，地源热泵技术在许多国家被越来越广泛的应用。近几年我国政府为解决能源短缺及环境污染问题，鼓励发展地源热泵技术。地源热泵技术也逐步被大众所接受。 关键词 地源热泵系统 节能 环保 1.地源热泵系统工作原理 地源热泵的工作原理是：冬季，热泵机组从地源（浅层水体或岩土体）中吸收热量，向建筑物供暖；夏季，热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地源中，实现建筑物空调制冷。根据地热交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统和地埋管地源热泵系统。由于地源热泵系统具有不受地下水及室外
2、气候条件的影响、高效、节能、环保等优点，近几年来在国内得到了迅速发展。 2.工程简介 该高速公路管理处位于河北省，地上共 3 层，建筑高度 11.4 米，总建筑面积 4800 平方米。由于地处城市边缘，无市政热网，所以选择用地源热泵系统为该综合楼的中央空调系统提供冷热源。 3.设计简介 3.1 热泵机房设计 该综合楼的总建筑面积为 4800 平方米，由于整个建筑均采取了节能措施，经过计算，日最大冷负荷 483KW，热负荷为 324KW。主机房设在附属用房区域，地源热泵机房设置 1 台型号为 DRSW-140-1，制冷量：490.6KW，制热量：524.3KW，功率：88.5/103.5KW 的
3、地源热泵机组。能量调节采用微电脑自动控制，实现 10-100%无级调节。 3.2 室内部分 室内的各个房间均采用独立的风机盘管加新风系统，通过调速开关来控制室温，新风通过开启外窗来解决。空调水系统采用双管同程式，并通过手动调节阀调节各环路间的水力平衡。 3.3 地下换热器 地下换热器是本工程的核心。本工程的土壤换热器采用垂直埋管型。在设计之前应对埋管区域进行地层热物性测试。常用的测试方法为热反应实验法，其原理为：电加热器加热保温水箱中的水，水泵驱动水流至地下埋管中，通过埋地管与土壤换热后又回到水箱中。测得循环水流经地下埋管前后的温度、压差、流量，通过公式拟合计算获得岩土体热物性参数。 根据拟建
4、场地地下岩土体分析，结合现场热物性测试的实验结果。本工程的地埋管换热器形式采用双 U，管材选用高密度聚乙烯管材HDPE100，管径为 DN32，地埋孔孔深 120m，孔径 150mm180mm，该型号下地埋管单位延长米排热量约为 60W/m；取热量为 38W/m。 在考虑地源热泵系统对地下环境吸热、放热平衡的原则下，进行本项目室外地埋管换热器布置的设计。根据综合楼空调总冷负荷 483KW，总热负荷 324KW。地源热泵机组的制冷、制热系数分别为：COP 冷=490.6/88.5=5.54，EER 热=524.3/103.5=5.06。 按冬季从大地取热量 Q 取进行计算，具体计算公式如下： L
5、= Q 取/q （3.1） 其中，Q 取-冬季向大地取热量，W； L-埋地管长度，m q-单位孔深换热量，W/m. 根据式（3.1）计算可得： L=324*（1-1/5.06）*1000/386841（m） 按夏季从大地排热量 Q 排进行计算，具体计算公式如下： L= Q 排/q （3.2） 其中，Q 排-夏季向大地取热量，W； L-埋地管长度，m q-单位孔深换热量，W/m. 根据式（3.2）计算可得： L=483*（1+1/5.54）*1000/609503（m） 为保证夏季排热和冬季换热都能良好地进行，比较上述计算，设计换热孔总深度至少为 9503m。 地埋管换热器孔深（H）为 120m
6、，计算地埋管换热孔数量（N）： N=L/H=80（个） 回填材料采用 10%的膨润土、90%的 SiO2 沙子混合物。 4.地源热泵系统在工程中的应用价值 比较其它常规型制冷或供热系统，地源热泵系统主要有以下几方面的优点： 4.1 节能性 地源热泵属经济有效的节能技术，地能或地表浅层地热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比传统空调系统运行效率要高 40%，因此要节能和节省运行费用 40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。 4.2 环保性 地源热泵
7、的污染物排放与空气源热泵相比，相当于减少 40%以上，与电供暖相比，相当于减少 70%以上。电能的节约减少了温室气体的排放，没有燃烧过程，避免了排放烟尘，没有室外机，减少噪音污染。 4.3 地源热泵一机多用，应用范围广 地源热泵系统可供暖、空调，还可以供生活热水等。 4.4 运行费用低 在同等条件下，采用地源热泵系统的建筑物能减少维护费用。地源热泵非常耐用，它的机械运动部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安装在室内，从而避免了室外的恶劣气候，其地下部分可保证 50 年，地上部分可保证 30 年。 5.结论 本工程于 2012 年春季实施，2012 年冬季开始供暖，其供暖效果达到了设计要求，室内温度可达到 20以上。经过 2012 年和 2013 年两个冬季的试验运行，证明该系统是成功的。本技术在无市政热网的城市边缘地区具有很大的推广价值。 参考文献 1陆耀庆.实用供热空调设计手册（第二版） 。北京：中国建筑工业出版社，2008 2全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调?动力。北京：中国计划出版社，2009 作者简介： 王 强，工程师，邮编：050000，中钢集团工程设计研究院有限公司石家庄设计院。 赵 妍，助理工程师，邮编：050000，中钢集团工程设计研究院有限公司石家庄设计院。 陈晓岑，助理工程师，邮编：050000，中钢集团工程设计研究院有限公司石家庄设计院。
