基于地源热泵空调设计问题的思考
【摘要】本文主要就地源热泵空调设计的方式和方法进行了详细的阐述。地源热泵空调是当前空调领域中一种较为先进的空调系统，该系统具有很强的节能和环保性能，从而能够有效地提高空调的节能水平，随着地源热泵空调系统在现代建筑中的应用，使得现代的空调设计水平得到了大幅度提升。本文就此提出了自己的观点和看法，可供同行参考。
【关键词】 地源热泵； 空调； 设计
前言
近年来，地源热泵供热系统在建筑中得到越来越多的应用。它有着更长的使用周期、较低的噪声、更高的能效比和很少的污染物排放量等优点逐步的走向我们的生活。随着地源热泵空调系统在现代建筑中的应用，使得现代的空调设计水平得到了大幅度提升。然而就目前地源热泵空调设计的实际情况而言，由于地源热泵空调设计是一种新型空调技术，因此在实际的设计过程中，还没有一套完善的设计理论和设计方法。通过本文对地源热泵空调设计的深入分析，相信读者对其也有了更深刻的认识。总而言之，为了进一步提高地源热泵空调的设计水平，就必须要加大地源热泵空调设计进行分析研究力度，从而才能够满足人们对现代建筑的新要求。地源热泵是一项高效节能型、环保型并能实现可持续发展的新技术，它既不会污染地下水，又不会影响地面沉降。因此，目前在国内空调行业引起了人们广泛的关注，希望尽快应用这项新技术。现在尚未见到有关地源热泵技术设计手册供设计人员使用，但又不能等待设计手册出版后才使用地源热泵技术。
一、地源热泵地下换热器的形式分析研究
众所周知，热泵机组的热源有空气源、水源、土壤源等。土壤源热泵空调也叫地源热泵空调，就是在地下埋设管道作为换热器，管道与热泵机组连接形成闭式环路，管道中有液体流动通过循环将热泵机组的凝结热通过管道散入地下（供冷工况），或从大地吸取热量供给热泵机组向建筑物供热（供热工况）。土壤源热泵换热器有多种形式，如水平埋管、竖直埋管等。这两种埋管型式各有自身的特点和应用环境。在中国采用竖直埋管更显示出其优越性：节约用地面积，换热性能好，可安装在建筑物基础、道路、绿地、广场、操场等下面而不影响上部的使用功能，甚至可在建筑物桩基中设置埋管，见缝插针充分利用可利用的土地面积。
二、竖直埋管换热器型式分析研究
最常用的竖直埋管换热器就是由垂直埋入地下的U型管连接组成。
1、竖直埋管深度。竖直埋管可深可浅，须根据当地地质条件而定，如20m、30m 以下。确定深度应综合考虑占地面积、钻孔设备、钻孔成本和工程规模。
2、竖直埋管材料。埋管材料最好采用塑料管，因与金属管相比，塑料管具有耐腐蚀、易加工、传热性能可满足换热要求、价格便宜等优点。可供选用的管材有高密度聚乙烯管（PE管），等。
3、竖直埋管换热器钻孔孔径及回填材料。竖直埋管换热器的形成是从地面向下钻孔达到预计深度，将制作好的U型管下入孔中，然后在孔中回填不同材料。在接近地表层处用水平集水管、分水管将所有U型管并联构成地下换热器。根据地质结构不同，钻孔孔径可以是Ф100、Ф150、Ф200或Ф300。
4、竖直埋管换热器中循环水温度的设定。设计时，首先应设定换热器埋管中循环水最高温度和最低温度，因为这个设定和整个空调系统有关。如夏季温度设定较低，对热泵压缩机制冷工况有利，机组耗能少，但埋管换热器换热面积要加大，即钻孔数要增加，埋管长度要加长。反之温度设定较高，钻孔数和埋管长度均可减少，可节省投资，但热泵机组的制冷系数值下降，能耗增加。设定值应通过经济比较选择最佳状态点。笔者认为埋管水温应如下设定：（1）热泵机组夏季向末端系统供冷水，设计供回水温度为7—12℃，与普通冷水机组相同。地埋管中循环水进入U管的最高温度应 <37℃，与冷却塔进水温度相同。（2）热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同，在满足供热条件下，应尽量减低供热水温度，这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、并降低能耗。我们知道风机盘管供热能力大于供冷能力，而一般建筑物的夏季冷负荷大于冬季热负荷，所以风机盘管的选型是以夏季冷负荷选型、冬季热负荷校核。采用地源热泵空调冬季供热时，可根据冬季热负荷实际情况，让风机盘管冬季也满负荷运行而反算出供热水温度，此温度要小于常规空调60℃的供水温度（大约供水为40℃左右）。将此温度定为热泵机组冬季供水温度。供回水温差取7～10℃。
三、竖直埋管地源热泵空调的设计问题分析研究
1、确定设计参数与热泵机组。一是计算建筑物空调夏季冷负荷及冬季热负荷。二是确定夏季冷水的供回水温度及地埋管进出水温度，进而确定机组中工质的夏季蒸发温度及冷凝温 度。三是计算冬季风机盘管的供水温度，取回水温度比供水温度低7～12℃。设定地埋管进水温度，根据测井测出的进出水温差推算出地埋管出水温度，进而确定热泵机组中工质冬季的蒸发温度和冷凝温度。四是由建筑物空调夏季冷负荷、机组蒸发温度和冷凝温度，以及冬季热负荷和冬季机组蒸发温度和冷凝温度，就可以进行热泵机组的选型设计，或将参数提供给生产厂家，由厂家制造热泵机组。五是确定热泵机组型式（活塞机、螺杆机、蜗旋压缩机等），查出或计算出该机组在夏季埋管水温最高时和冬季埋管水温最低时工况下的COP值。
2、确定竖直埋管水流速度与水泵选型。一是确定水流速。竖直埋管中如提高水流速度则换热量可适当增加，但增加量不与流速提高量成比例。竖直埋管中水流应为紊流状态，流速太快会增加循环水泵能量消耗，流速取1m/s左右为宜。二是确定水泵型号。流速确定后计算循环水流量及压力损失即可选择循环水泵的型号。
四、结语
随着科学技术的日新月异，社会经济的发展速度也随之加快，人们的生活生产水平得到了大幅度提高，而人们对建筑也提出了更高的要求。在这一时代背景的要求下，建筑行业也得到了长足的发展，在现代的建筑行业中各种施工材料和施工技术以及施工设备都得到了长足的发展，并且还涌现出了大批更为先进的施工材料和施工技术以及施工设备，而随着这些材料和技术以及设备在建筑工程中的应用，使得现代建筑的质量和性能都得到了大幅度提升，从而为满足人们对建筑的新要求奠定了坚实的基础，同时也为促进城市化建设起到了不可估量的作用。在当前的建筑中，通常会应用到各种各样的空调系统，在这些空调系统中，地源热泵空调是当前空调领域中一种较为先进的空调系统，该系统具有很强的节能和环保性能，从而能够有效地提高空调的节能水平，随着地源热泵空调系统在现代建筑中的应用，使得现代的空调设计水平得到了大幅度提升。然而就目前地源热泵空调设计的实际情况而言，由于地源热泵空调设计是一种新型空调技术，因此在实际的设计过程中，还没有一套完善的设计理论和设计方法，而为了进一步提高地源热泵空调的设计水平，就必须要加大地源热泵空调设计进行分析研究力度。本文从地源热泵空调的概述出发，对地源热泵空调进行了深入的研究，并且对具体的地源热泵空调设计的方式和方法进行了详细阐述。希望能够起到抛砖引玉的效果，使同行相互探讨共同提高，进而为我国地源热泵空调设计起到一定的参考作用。
参考文献
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