常成

摘 要：作為一種節(jié)能環(huán)保型的先進空調(diào)技術(shù)，地源熱泵系統(tǒng)已經(jīng)成為生態(tài)建筑能源研究領(lǐng)域的熱點。依托具體實例，針對混合式地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計進行研究，對地埋管換熱器的設(shè)計進行了探討，結(jié)合實際地質(zhì)情況設(shè)計了混合式地源熱泵系統(tǒng)，以期為相關(guān)工作給予一定的技術(shù)支持和幫助。

關(guān)鍵詞：混合式地源熱泵系統(tǒng)；地暖管換熱器；熱水系統(tǒng)；施工工藝

中圖分類號：TU833 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）03-0033-02

在熱泵應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，地源熱泵是其中一個重要的分支，因其節(jié)能、環(huán)保的特點受到各國的青睞和推崇，近年來也呈現(xiàn)出良好的發(fā)展趨勢。當前，該技術(shù)已經(jīng)被世界很多國家所采用，但是，其使用的地域范圍會受到其自身的限制。為了擴大地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，混合式地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)運而生，該系統(tǒng)不僅能夠大大節(jié)省經(jīng)濟投資，還在很大程度上降低了運行費用。筆者對混合式地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計進行研究。

1 工程簡介和設(shè)計方案的確定

某建筑大樓總面積為12 000 m2，共8層，其機房設(shè)置在地下室，地下室面積為120 m2，第一層為大會堂，其余為辦公室和客房。經(jīng)統(tǒng)計，整棟建筑的空調(diào)冷負荷為1 200 kW，供暖熱負荷為700 kW，熱水負荷為800 kW。從節(jié)能、環(huán)保的角度出發(fā)，與現(xiàn)場實際情況相結(jié)合，該工程采用混合式地源熱泵系統(tǒng)，同時加裝熱水儲能裝置。計劃系統(tǒng)的熱源/匯采用土壤，這樣做可以降低工程造價。由于空調(diào)冷負荷較大，在設(shè)計地埋管時，以供暖負荷為主要對象，在夏天可以配合使用冷卻裝置。生活熱水由一個獨立的熱泵機組系統(tǒng)提供，其供水方式采用閉式，由熱水循環(huán)泵提供熱水循環(huán)動力。

2 混合式地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計

在設(shè)計混合式地源熱泵系統(tǒng)時，主要包括以下幾個重要的環(huán)節(jié)：選擇熱泵機組、設(shè)計地埋管換熱器、生活熱水系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和機房控制系統(tǒng)等。

2.1 熱泵機組選擇

依據(jù)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計各類負荷的大小，選擇3臺熱泵機組，其主要參數(shù)如表1所示。其中，1號機組供冬夏兩用，在供暖情況下，使用1號機組即可；2號機組和1號機組共同承擔設(shè)計的冷負荷；3號機組根據(jù)熱水的熱負荷進行選取。

在地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計中，地埋管換熱器是最重要的環(huán)節(jié)，其設(shè)計的好壞將直接關(guān)系到整個系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。在該工程中，采用單U形管豎直埋管換熱器，并聯(lián)同程式進行管路連接，U形管換熱器的管材采用高密度聚乙烯管，采用D32的PE管。依據(jù)空調(diào)設(shè)計的熱負荷和熱水設(shè)計熱負荷來確定埋管的長度和布置方式。在設(shè)計地埋管長度時，涉及到負荷、管材、管徑和土壤等眾多因素，是一個較為復雜的過程，所以，在實際工作中常常采用簡化計算的方法進行設(shè)計，經(jīng)過計算后，設(shè)計的所需埋管總長度為LH=26 074 m。依據(jù)現(xiàn)場的勘查資料、考慮鉆孔的難易程度和施工費用等，將孔洞的深度定為71 m，鉆孔直徑為110 mm，其U型管換熱器底部距離井底1 m。

2.3 熱水系統(tǒng)的設(shè)計

在該工程中，熱水系統(tǒng)采用的是帶有閉式儲水罐的系統(tǒng)，3號機組為生產(chǎn)熱水的機組，其啟動和停止都是通過熱水溫度進行控制的，這樣可以實現(xiàn)機組間歇性運行，它對于地埋管換熱器四周土壤溫度場的恢復十分有利，同時也大大提高了機組的運行效率。熱水供水的溫度為52 ℃，回水的溫度為40 ℃，熱水管網(wǎng)的循環(huán)采用閉式立管方式，由循環(huán)泵提供動力。閉式儲水罐可以存儲一定的熱水，能夠保證在用水高峰期熱水的充足供應(yīng)。

2.4 輔助冷卻系統(tǒng)

輔助冷卻系統(tǒng)的主要設(shè)備是冷卻塔，補充冷卻設(shè)備為噴泉。夏天，因為地表水的溫度要比室外空氣溫度低，所以，可以將地表水作為熱泵機組的冷卻水，將噴泉作為補充冷卻設(shè)備。為了保證熱泵機組的能效，該工程僅在5—6月將噴泉作為冷卻水。在計算冷卻塔容量時，要考慮到建筑的負荷、冷卻塔的控制方法和開啟時間等因素。

2.5 機房控制系統(tǒng)

該工程采用AP0GEE系統(tǒng)作為機房自控系統(tǒng)，在冷熱源機房中分別設(shè)置MBC40控制器、MEC控制器和相對應(yīng)的點擴展模塊，并對相應(yīng)的設(shè)備進行監(jiān)控。根據(jù)設(shè)計要求，制冷機組的參數(shù)利用網(wǎng)關(guān)的方式進行采集。

3 結(jié)束語

本文依托具體工程實例，根據(jù)建筑物的負荷特點等，確定采用混合式地源熱泵系統(tǒng)，并對其進行了具體設(shè)計，相間布置了熱水系統(tǒng)和建筑物空調(diào)系統(tǒng)的地埋管換熱器，兩套系統(tǒng)的切換在夏天實現(xiàn)了互補，提高了整個系統(tǒng)的能效比。采用混合式地源熱泵系統(tǒng)可以大大節(jié)省投資，降低工程造價，減小熱換器的面積。相信在未來，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，該系統(tǒng)將會有更加廣闊的應(yīng)用空間。

參考文獻

[1]楊衛(wèi)波，施明恒.混合地源熱泵系統(tǒng)（HGSHPS）的研究[J].建筑熱能通風空調(diào)，2006（06）.

[2]曲云霞，張林華，方肇洪. 地源熱泵系統(tǒng)輔助散熱設(shè)備及其經(jīng)濟性能[J].可再生能源，2003（4）：9-11.

[3]王景剛，孫培杰，王惠想，等.輔助冷卻復合地源熱泵系統(tǒng)可行性分析[J].河北建筑科技學院學報，2005（03）.

〔編輯：白潔〕

摘 要：作為一種節(jié)能環(huán)保型的先進空調(diào)技術(shù)，地源熱泵系統(tǒng)已經(jīng)成為生態(tài)建筑能源研究領(lǐng)域的熱點。依托具體實例，針對混合式地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計進行研究，對地埋管換熱器的設(shè)計進行了探討，結(jié)合實際地質(zhì)情況設(shè)計了混合式地源熱泵系統(tǒng)，以期為相關(guān)工作給予一定的技術(shù)支持和幫助。

關(guān)鍵詞：混合式地源熱泵系統(tǒng)；地暖管換熱器；熱水系統(tǒng)；施工工藝

中圖分類號：TU833 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）03-0033-02

在熱泵應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，地源熱泵是其中一個重要的分支，因其節(jié)能、環(huán)保的特點受到各國的青睞和推崇，近年來也呈現(xiàn)出良好的發(fā)展趨勢。當前，該技術(shù)已經(jīng)被世界很多國家所采用，但是，其使用的地域范圍會受到其自身的限制。為了擴大地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，混合式地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)運而生，該系統(tǒng)不僅能夠大大節(jié)省經(jīng)濟投資，還在很大程度上降低了運行費用。筆者對混合式地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計進行研究。

1 工程簡介和設(shè)計方案的確定

某建筑大樓總面積為12 000 m2，共8層，其機房設(shè)置在地下室，地下室面積為120 m2，第一層為大會堂，其余為辦公室和客房。經(jīng)統(tǒng)計，整棟建筑的空調(diào)冷負荷為1 200 kW，供暖熱負荷為700 kW，熱水負荷為800 kW。從節(jié)能、環(huán)保的角度出發(fā)，與現(xiàn)場實際情況相結(jié)合，該工程采用混合式地源熱泵系統(tǒng)，同時加裝熱水儲能裝置。計劃系統(tǒng)的熱源/匯采用土壤，這樣做可以降低工程造價。由于空調(diào)冷負荷較大，在設(shè)計地埋管時，以供暖負荷為主要對象，在夏天可以配合使用冷卻裝置。生活熱水由一個獨立的熱泵機組系統(tǒng)提供，其供水方式采用閉式，由熱水循環(huán)泵提供熱水循環(huán)動力。

2 混合式地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計

在設(shè)計混合式地源熱泵系統(tǒng)時，主要包括以下幾個重要的環(huán)節(jié)：選擇熱泵機組、設(shè)計地埋管換熱器、生活熱水系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和機房控制系統(tǒng)等。

2.1 熱泵機組選擇

依據(jù)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計各類負荷的大小，選擇3臺熱泵機組，其主要參數(shù)如表1所示。其中，1號機組供冬夏兩用，在供暖情況下，使用1號機組即可；2號機組和1號機組共同承擔設(shè)計的冷負荷；3號機組根據(jù)熱水的熱負荷進行選取。

在地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計中，地埋管換熱器是最重要的環(huán)節(jié)，其設(shè)計的好壞將直接關(guān)系到整個系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。在該工程中，采用單U形管豎直埋管換熱器，并聯(lián)同程式進行管路連接，U形管換熱器的管材采用高密度聚乙烯管，采用D32的PE管。依據(jù)空調(diào)設(shè)計的熱負荷和熱水設(shè)計熱負荷來確定埋管的長度和布置方式。在設(shè)計地埋管長度時，涉及到負荷、管材、管徑和土壤等眾多因素，是一個較為復雜的過程，所以，在實際工作中常常采用簡化計算的方法進行設(shè)計，經(jīng)過計算后，設(shè)計的所需埋管總長度為LH=26 074 m。依據(jù)現(xiàn)場的勘查資料、考慮鉆孔的難易程度和施工費用等，將孔洞的深度定為71 m，鉆孔直徑為110 mm，其U型管換熱器底部距離井底1 m。

2.3 熱水系統(tǒng)的設(shè)計

在該工程中，熱水系統(tǒng)采用的是帶有閉式儲水罐的系統(tǒng)，3號機組為生產(chǎn)熱水的機組，其啟動和停止都是通過熱水溫度進行控制的，這樣可以實現(xiàn)機組間歇性運行，它對于地埋管換熱器四周土壤溫度場的恢復十分有利，同時也大大提高了機組的運行效率。熱水供水的溫度為52 ℃，回水的溫度為40 ℃，熱水管網(wǎng)的循環(huán)采用閉式立管方式，由循環(huán)泵提供動力。閉式儲水罐可以存儲一定的熱水，能夠保證在用水高峰期熱水的充足供應(yīng)。

2.4 輔助冷卻系統(tǒng)

輔助冷卻系統(tǒng)的主要設(shè)備是冷卻塔，補充冷卻設(shè)備為噴泉。夏天，因為地表水的溫度要比室外空氣溫度低，所以，可以將地表水作為熱泵機組的冷卻水，將噴泉作為補充冷卻設(shè)備。為了保證熱泵機組的能效，該工程僅在5—6月將噴泉作為冷卻水。在計算冷卻塔容量時，要考慮到建筑的負荷、冷卻塔的控制方法和開啟時間等因素。

2.5 機房控制系統(tǒng)

該工程采用AP0GEE系統(tǒng)作為機房自控系統(tǒng)，在冷熱源機房中分別設(shè)置MBC40控制器、MEC控制器和相對應(yīng)的點擴展模塊，并對相應(yīng)的設(shè)備進行監(jiān)控。根據(jù)設(shè)計要求，制冷機組的參數(shù)利用網(wǎng)關(guān)的方式進行采集。

3 結(jié)束語

本文依托具體工程實例，根據(jù)建筑物的負荷特點等，確定采用混合式地源熱泵系統(tǒng)，并對其進行了具體設(shè)計，相間布置了熱水系統(tǒng)和建筑物空調(diào)系統(tǒng)的地埋管換熱器，兩套系統(tǒng)的切換在夏天實現(xiàn)了互補，提高了整個系統(tǒng)的能效比。采用混合式地源熱泵系統(tǒng)可以大大節(jié)省投資，降低工程造價，減小熱換器的面積。相信在未來，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，該系統(tǒng)將會有更加廣闊的應(yīng)用空間。

參考文獻

[1]楊衛(wèi)波，施明恒.混合地源熱泵系統(tǒng)（HGSHPS）的研究[J].建筑熱能通風空調(diào)，2006（06）.

[2]曲云霞，張林華，方肇洪. 地源熱泵系統(tǒng)輔助散熱設(shè)備及其經(jīng)濟性能[J].可再生能源，2003（4）：9-11.

[3]王景剛，孫培杰，王惠想，等.輔助冷卻復合地源熱泵系統(tǒng)可行性分析[J].河北建筑科技學院學報，2005（03）.

〔編輯：白潔〕

摘 要：作為一種節(jié)能環(huán)保型的先進空調(diào)技術(shù)，地源熱泵系統(tǒng)已經(jīng)成為生態(tài)建筑能源研究領(lǐng)域的熱點。依托具體實例，針對混合式地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計進行研究，對地埋管換熱器的設(shè)計進行了探討，結(jié)合實際地質(zhì)情況設(shè)計了混合式地源熱泵系統(tǒng)，以期為相關(guān)工作給予一定的技術(shù)支持和幫助。

關(guān)鍵詞：混合式地源熱泵系統(tǒng)；地暖管換熱器；熱水系統(tǒng)；施工工藝

中圖分類號：TU833 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）03-0033-02

在熱泵應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，地源熱泵是其中一個重要的分支，因其節(jié)能、環(huán)保的特點受到各國的青睞和推崇，近年來也呈現(xiàn)出良好的發(fā)展趨勢。當前，該技術(shù)已經(jīng)被世界很多國家所采用，但是，其使用的地域范圍會受到其自身的限制。為了擴大地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，混合式地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)運而生，該系統(tǒng)不僅能夠大大節(jié)省經(jīng)濟投資，還在很大程度上降低了運行費用。筆者對混合式地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計進行研究。

1 工程簡介和設(shè)計方案的確定

某建筑大樓總面積為12 000 m2，共8層，其機房設(shè)置在地下室，地下室面積為120 m2，第一層為大會堂，其余為辦公室和客房。經(jīng)統(tǒng)計，整棟建筑的空調(diào)冷負荷為1 200 kW，供暖熱負荷為700 kW，熱水負荷為800 kW。從節(jié)能、環(huán)保的角度出發(fā)，與現(xiàn)場實際情況相結(jié)合，該工程采用混合式地源熱泵系統(tǒng)，同時加裝熱水儲能裝置。計劃系統(tǒng)的熱源/匯采用土壤，這樣做可以降低工程造價。由于空調(diào)冷負荷較大，在設(shè)計地埋管時，以供暖負荷為主要對象，在夏天可以配合使用冷卻裝置。生活熱水由一個獨立的熱泵機組系統(tǒng)提供，其供水方式采用閉式，由熱水循環(huán)泵提供熱水循環(huán)動力。

2 混合式地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計

在設(shè)計混合式地源熱泵系統(tǒng)時，主要包括以下幾個重要的環(huán)節(jié)：選擇熱泵機組、設(shè)計地埋管換熱器、生活熱水系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和機房控制系統(tǒng)等。

2.1 熱泵機組選擇

依據(jù)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計各類負荷的大小，選擇3臺熱泵機組，其主要參數(shù)如表1所示。其中，1號機組供冬夏兩用，在供暖情況下，使用1號機組即可；2號機組和1號機組共同承擔設(shè)計的冷負荷；3號機組根據(jù)熱水的熱負荷進行選取。

在地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計中，地埋管換熱器是最重要的環(huán)節(jié)，其設(shè)計的好壞將直接關(guān)系到整個系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。在該工程中，采用單U形管豎直埋管換熱器，并聯(lián)同程式進行管路連接，U形管換熱器的管材采用高密度聚乙烯管，采用D32的PE管。依據(jù)空調(diào)設(shè)計的熱負荷和熱水設(shè)計熱負荷來確定埋管的長度和布置方式。在設(shè)計地埋管長度時，涉及到負荷、管材、管徑和土壤等眾多因素，是一個較為復雜的過程，所以，在實際工作中常常采用簡化計算的方法進行設(shè)計，經(jīng)過計算后，設(shè)計的所需埋管總長度為LH=26 074 m。依據(jù)現(xiàn)場的勘查資料、考慮鉆孔的難易程度和施工費用等，將孔洞的深度定為71 m，鉆孔直徑為110 mm，其U型管換熱器底部距離井底1 m。

2.3 熱水系統(tǒng)的設(shè)計

在該工程中，熱水系統(tǒng)采用的是帶有閉式儲水罐的系統(tǒng)，3號機組為生產(chǎn)熱水的機組，其啟動和停止都是通過熱水溫度進行控制的，這樣可以實現(xiàn)機組間歇性運行，它對于地埋管換熱器四周土壤溫度場的恢復十分有利，同時也大大提高了機組的運行效率。熱水供水的溫度為52 ℃，回水的溫度為40 ℃，熱水管網(wǎng)的循環(huán)采用閉式立管方式，由循環(huán)泵提供動力。閉式儲水罐可以存儲一定的熱水，能夠保證在用水高峰期熱水的充足供應(yīng)。

2.4 輔助冷卻系統(tǒng)

輔助冷卻系統(tǒng)的主要設(shè)備是冷卻塔，補充冷卻設(shè)備為噴泉。夏天，因為地表水的溫度要比室外空氣溫度低，所以，可以將地表水作為熱泵機組的冷卻水，將噴泉作為補充冷卻設(shè)備。為了保證熱泵機組的能效，該工程僅在5—6月將噴泉作為冷卻水。在計算冷卻塔容量時，要考慮到建筑的負荷、冷卻塔的控制方法和開啟時間等因素。

2.5 機房控制系統(tǒng)

該工程采用AP0GEE系統(tǒng)作為機房自控系統(tǒng)，在冷熱源機房中分別設(shè)置MBC40控制器、MEC控制器和相對應(yīng)的點擴展模塊，并對相應(yīng)的設(shè)備進行監(jiān)控。根據(jù)設(shè)計要求，制冷機組的參數(shù)利用網(wǎng)關(guān)的方式進行采集。

3 結(jié)束語

本文依托具體工程實例，根據(jù)建筑物的負荷特點等，確定采用混合式地源熱泵系統(tǒng)，并對其進行了具體設(shè)計，相間布置了熱水系統(tǒng)和建筑物空調(diào)系統(tǒng)的地埋管換熱器，兩套系統(tǒng)的切換在夏天實現(xiàn)了互補，提高了整個系統(tǒng)的能效比。采用混合式地源熱泵系統(tǒng)可以大大節(jié)省投資，降低工程造價，減小熱換器的面積。相信在未來，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，該系統(tǒng)將會有更加廣闊的應(yīng)用空間。

參考文獻

[1]楊衛(wèi)波，施明恒.混合地源熱泵系統(tǒng)（HGSHPS）的研究[J].建筑熱能通風空調(diào)，2006（06）.

[2]曲云霞，張林華，方肇洪. 地源熱泵系統(tǒng)輔助散熱設(shè)備及其經(jīng)濟性能[J].可再生能源，2003（4）：9-11.

[3]王景剛，孫培杰，王惠想，等.輔助冷卻復合地源熱泵系統(tǒng)可行性分析[J].河北建筑科技學院學報，2005（03）.

〔編輯：白潔〕