李美瓊

摘要 通過將地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用于咸陽地區(qū)某宿舍樓這一工程實(shí)例，詳細(xì)介紹了地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的冬夏季運(yùn)行情況，并結(jié)合實(shí)際工程對地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)做出詳細(xì)的方案設(shè)計(jì)，使這一新型節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)得到良好的應(yīng)用和推廣。

關(guān)鍵詞 宿舍樓 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng) 節(jié)能

0 引言

在我國由于能源價格的特殊性以及人們節(jié)能、環(huán)保的認(rèn)識程度以及其它一些因素的影響，地源熱泵空調(diào)技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展比較緩慢，人們對之尚不十分了解，推廣較困難。然而隨著人們生活水平的提高，人均能耗的增長，一次性礦物能源的日益衰竭以及環(huán)境的日趨惡化，地源熱泵技術(shù)已越來越引起人們的重視，這就對地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了新的課題。

1 工程概況

宿舍樓位于西咸灃渭新區(qū)，總建筑面積17588㎡，每幢樓總建筑面積為5862.89㎡，建筑層數(shù)6層，總建筑高度為18.45m。

2 室內(nèi)外設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

1.1 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2 室外設(shè)計(jì)參數(shù)

3 地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)概述

3.1空調(diào)冷熱源系統(tǒng)

根據(jù)空調(diào)冷、熱負(fù)荷進(jìn)行熱泵機(jī)組的選型，選用2臺YEWS170HA50E-HP型地源熱泵機(jī)組作為空調(diào)冷熱源。2臺YEWS170HA50E-HP型地源熱泵機(jī)組同時制冷或制熱提供宿舍的空調(diào)使用，并且可根據(jù)室外溫度變化和室內(nèi)溫度的設(shè)定，機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷匹配和調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)高峰和低谷的切換使用。

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)冬夏季工作原理圖如下：

1）在夏季，地下18℃左右的溫度與室外溫度相比可稱為低溫。地源熱泵主機(jī)收集室內(nèi)多余的熱量，通過循環(huán)水將熱量排入環(huán)路而為大地所吸收，同時吸收大地的較低溫度再排到室內(nèi)，使房屋得到供冷。

2）在冬季，地下18℃左右的溫度與室外溫度相比可稱為高溫。埋在地下的封閉管道從大地收集自然界的熱量，管道中的循環(huán)水把熱量帶給地源熱泵主機(jī)，主機(jī)將大地的能量提取出來并集中，再以較高的溫度釋放到室內(nèi)，提供空調(diào)制熱。

3.2空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

宿舍樓采用單獨(dú)設(shè)置風(fēng)機(jī)盤管的空調(diào)方式，每個房間設(shè)臥式暗裝風(fēng)機(jī)盤管，宿舍內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管采用側(cè)送上回氣流組織方式，洗衣房風(fēng)機(jī)盤管采用上送上回氣流組織方式，本次設(shè)計(jì)中新風(fēng)由門窗開啟換氣，宿舍衛(wèi)生間采用換氣扇排風(fēng)（用戶自理），公共衛(wèi)生間由外窗排風(fēng)。

4 機(jī)房及室內(nèi)管網(wǎng)設(shè)計(jì)

4.1空調(diào)冷、熱負(fù)荷的確定

空調(diào)房間冷（熱）負(fù)荷的計(jì)算是確定空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量和空調(diào)設(shè)備容量的基本依據(jù)。本系統(tǒng)冷熱源來自熱泵機(jī)房冷熱水管，空調(diào)冷凍水供回水設(shè)計(jì)溫度為7℃/12℃。

本項(xiàng)目總建筑面積約1.8萬平方米，空調(diào)系統(tǒng)總冷負(fù)荷為1100KW，總熱負(fù)荷為720KW。

4.2 熱泵機(jī)組選型

本項(xiàng)目宿舍樓共有3棟，每棟6層，每層共21個宿舍，采用地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)夏季制冷、冬季采暖。本工程的空調(diào)使用的冷、熱源的熱源確定為采用PE100單U型垂直地埋管土壤源換熱器，冬季從地下提取熱量，夏季向地下排放熱量。

本項(xiàng)目集中考慮空調(diào)冷熱源，全部由設(shè)于動力機(jī)房中的地源熱泵機(jī)組提供。根據(jù)空調(diào)冷熱負(fù)荷進(jìn)行熱泵機(jī)組的選型，選用2臺YEWS170HA50E-HP型地源熱泵機(jī)組作為空調(diào)冷熱源。

5 室外管網(wǎng)設(shè)計(jì)

5.1室外地埋管系統(tǒng)換熱量以及井?dāng)?shù)計(jì)算

室外地埋管換熱器數(shù)量以夏季冷負(fù)荷所需的換熱量考慮10%的安全系數(shù)為基準(zhǔn)選取，可同時滿足夏季制冷、冬季采暖的需求；

根據(jù)咸陽地區(qū)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，以及本項(xiàng)目做出來的巖土熱物性測試結(jié)果，測試工況下每米井深換熱量為：測試條件下40.45W/m，根據(jù)測試情況下的數(shù)值推導(dǎo)綜合熱阻值計(jì)算冬季工況下平均每延米深換熱量約為：39w/m，夏季為56w/m。

根據(jù)《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》2009版GB50336-2005，計(jì)算地埋管換熱器鉆孔的長度；

1）制冷工況下，室外豎直地埋管換熱器鉆孔的長度可按下式計(jì)算：

Lc=1000Qc[Rf+Rpe+Rb+Rs×Fc+Rsp×（1-Fc）]/（tmax- t∞）×（EER+1/EER）

Fc=Tc1/Tc2

2）供熱工況下，豎直地埋管換熱器鉆孔的長度可按下試計(jì)算：

Lh=1000Qh[Rf+Rpe+Rb+Rs×Fh+Rsp×（1-Fh）]/（t∞-tmin）×（COP-1/COP）

Fh=Th1/Th2

式中各符號表示意義可參見《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》2009版GB50336-2005相關(guān)內(nèi)容。

由于夏季空調(diào)冷負(fù)荷所需換熱量大于冬季熱負(fù)荷所需換熱量，故室外地埋管換熱器數(shù)量以夏季冷負(fù)荷所需換熱量并考慮10%的安全系數(shù)為基準(zhǔn)選??；因此可以計(jì)算出夏季工況下需要的總打井深度。

經(jīng)上式計(jì)算夏季工況及延米換熱量數(shù)值計(jì)算總打井長度需9167米；

地埋管換熱器井深度按120米計(jì)算，考慮10%的安全系數(shù)則以夏季井?dāng)?shù)為準(zhǔn)，則總數(shù)量為180口，布置180口地埋管換熱器可同時滿足夏季制冷和冬季供熱的要求。

根據(jù)布置情況，場地可以提供滿足以上換熱器數(shù)量的布置要求。

5.2 管材的選擇

室外地埋管管材及管件全部采用HDPE高密度聚乙烯地埋管專用管材管件（ 32， 50， 63性能見下表），系統(tǒng)使用壽命為50年。

公稱外徑（mm） 公稱壁厚/材料等級（mm） 公稱壓力（Mpa）

32

50

63 3.0（PE100）

4.6（PE100）

5.8（PE100） 1.6

1.6

1.6

5.3布管方式確定

地埋管水平連接方式：每4眼井一組，兩組串聯(lián)采用5通聯(lián)箱，通過 63PE管通往集分水器，通過大量的工程實(shí)踐，我們得出的經(jīng)驗(yàn)是：地埋管系統(tǒng)設(shè)計(jì)越簡單，用的管材、件規(guī)格越少，焊點(diǎn)越少，系統(tǒng)越可靠。在本次設(shè)計(jì)中，管材只有三種： 32、 50與 63；管件只有4種：地下單U彎頭、五通聯(lián)箱、電熔變徑、電熔套筒。管材與管件連接全部采用電熔焊接，從而最大程度上保證了系統(tǒng)的可靠性。并聯(lián)保證了地埋管每一個環(huán)路都處于最佳換熱狀態(tài)。為減小水平管道中的循環(huán)液的溫度不受外界環(huán)境氣溫影響，水平埋深至少為地面以下1.5m（咸陽凍土層厚度為0.24m）。

6 結(jié)語

地源熱泵是利用清潔可再生能源的一種技術(shù)，是一種利用地球所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖制冷空調(diào)系統(tǒng)。本文通過對咸陽地區(qū)某宿舍樓地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的探討，利用當(dāng)?shù)亓己玫牡刭|(zhì)條件及適宜的土壤溫度，將這一新型節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際工程實(shí)踐中，推動了地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 美國制冷空調(diào)工程師協(xié)會.地源熱泵工程技術(shù)指南[M].徐偉，等，譯，郎四維，校.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001

[2] 中國建筑科學(xué)研究院.GB50366-2005地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].2009年版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009