暖通空調(diào)熱泵技術(shù)素材第6章

1、第6章土壤耦合熱泵空調(diào)系統(tǒng)基本概念土壤耦合熱泵空調(diào)系統(tǒng)是地源熱泵系統(tǒng)的一種型式，又稱地埋管地源熱泵系統(tǒng)、土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)等。根據(jù)是否存在中間傳熱介質(zhì)（通常是水或添加防凍劑的水溶液），土壤耦合熱泵還可以分為直接膨脹式（Directexpansionground-coupledheatpump，簡稱DX-GCHP）和間接膨脹式（又稱第二環(huán)路土壤耦合熱泵系統(tǒng)，Secondaryloopground-coupledheatpump，簡稱SL-GCHP）兩種類型。土壤耦合熱泵空調(diào)系統(tǒng)通過中間傳熱介質(zhì)（水或以水為主要成分的防凍液）在封閉的地下埋管中流動，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與大地之間的傳熱。土壤耦合熱泵空調(diào)系統(tǒng)一般

2、由三個(gè)環(huán)路組成：室外環(huán)路、制冷劑環(huán)路、室內(nèi)環(huán)路。土壤耦合熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算前的準(zhǔn)備工作是通過現(xiàn)場勘察、水文地質(zhì)調(diào)查、設(shè)置測試孔和監(jiān)測孔以及熱響應(yīng)試驗(yàn)等，為方案選擇與決策提供依據(jù)，同時(shí)也為設(shè)計(jì)計(jì)算提供設(shè)計(jì)材料和基礎(chǔ)依據(jù)。之后進(jìn)行的是地埋管換熱器的傳熱分析，最后就是具體的設(shè)計(jì)計(jì)算過程。地埋管及管件應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）地埋管應(yīng)采用化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)大流動阻力小的塑料管材及管件，宜采用聚乙烯管（PE80或PE100）或聚丁烯管（PB）,不宜采用聚氯乙烯管（PVC）。管件與管材應(yīng)用相同的材料。（2）地埋管質(zhì)量應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的各項(xiàng)規(guī)定。管材的公稱壓力及使用溫度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，且管材的

3、公稱壓力不應(yīng)小于1.0MPa。根據(jù)布置形式的不同，地下埋管換熱器可分為水平埋管與豎直埋管換熱器兩大類。水平埋管方式的優(yōu)點(diǎn)是在軟土地區(qū)造價(jià)較低，但它的缺點(diǎn)是傳熱條件受外界氣候條件的影響、占地面積大，通常不太適合中國地少人多的國情。當(dāng)可利用地表面積較大、地表層不是堅(jiān)硬的巖石、建筑物規(guī)模小時(shí)宜采用水平地埋管換熱器。否則，宜采用豎直地埋管換熱器。豎直地埋管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是占地少、工作性能穩(wěn)定等。采用豎直埋管換熱器時(shí)，每個(gè)鉆孔中可設(shè)置一組（單U）或兩組U形管（雙U）。盡管單U形埋管的鉆孔內(nèi)熱阻比雙U形埋管大30%以上，但實(shí)測與計(jì)算結(jié)果均表明：雙U形埋管比單U形埋管僅可提高15%20%的換熱能力。雙U形埋管

4、管材用量大，安裝較復(fù)雜，運(yùn)行中水泵的功耗也相應(yīng)增加。因此一般地質(zhì)條件下，多采用單U形埋管。但對于較堅(jiān)硬的巖石層，選用雙U形埋管比較合適?，F(xiàn)有的地埋管換熱器傳熱模型可分為兩大類：第一類是以熱阻概念為基礎(chǔ)的半經(jīng)驗(yàn)性設(shè)計(jì)計(jì)算公式，主要用來根據(jù)冷、熱負(fù)荷估算地埋管換熱器所需埋管的長度。第二類方法是以離散化數(shù)值計(jì)算為基礎(chǔ)的傳熱模型，可以考慮比較接近現(xiàn)實(shí)的情況，用有限元或有限差分法求解地下的溫度響應(yīng)并進(jìn)行傳熱分析。對于實(shí)際工程計(jì)算，豎直地埋管換熱器的長度常采用半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，可采用：（1）地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范（GB50366-2005）推薦的設(shè)計(jì)計(jì)算方法；（2）按現(xiàn)場測試獲得的單位鉆孔深度（或

5、管長）的換熱量確定其長度；（3）按線算圖確定豎直地埋管換熱管的孔深與管長。重要圖表室外環(huán)路制冷劑環(huán)路室內(nèi)環(huán)路圖6-1土壤耦合熱泵流程示意圖1-地下埋管；2-循環(huán)水泵；3-板式換熱器；4-蒸發(fā)器；5-節(jié)流機(jī)構(gòu)6-冷凝器；7-制冷壓縮機(jī)；8-熱用戶；VIV8-閥門水平式埋管換熱器盤管螺旋管U形管閉式系統(tǒng)垂直式埋管換熱器套管土壤耦合熱泵螺旋管冷卻塔補(bǔ)償式圖6-2土壤耦合熱泵空調(diào)系統(tǒng)分類圖6-3直接膨脹式熱泵系統(tǒng)1-壓縮機(jī)；2-四通換向閥；3-室內(nèi)空氣/制冷劑換熱器；4-風(fēng)機(jī)5-節(jié)流機(jī)構(gòu)；6-單向閥；7-貯液器；8-地埋管換熱系統(tǒng)室外環(huán)路5圖6-4間接膨脹式熱泵系統(tǒng)1-壓縮機(jī)；2-四通換向閥；3-室內(nèi)

6、空氣/制冷劑換熱器；4-風(fēng)機(jī)；5-節(jié)流機(jī)構(gòu)；6-中間傳熱介質(zhì)/制冷劑換熱器；7-中間傳熱介質(zhì)循環(huán)泵；8-地埋管換熱系統(tǒng))(c)圖6-7幾種新近開發(fā)的水平地埋管換熱器形式3（a）垂直排圈式；（b）水平排圈式；（c）水平螺旋式(/)圖6-8豎直地埋管換熱器形式3（a）單U形管；（b）雙U形管；（c）小直徑螺旋盤管；（d）大直徑螺旋盤管;（e）立柱狀；（f）蜘蛛狀；（g）套管式表6-4串聯(lián)和并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)對比連接方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)串聯(lián)單一的流程和管徑；由于系統(tǒng)需要較大直徑的管道，管道長度較長，使出水溫度較高；系統(tǒng)的空氣和廢渣易排除。需要較大的管徑、較大的流體體積和較多的防凍劑；管道費(fèi)用較高；安裝勞動力費(fèi)用較高；由于長度壓力降特性，限制了系統(tǒng)的能力。并聯(lián)管徑較小，管道費(fèi)用較低；需要防凍劑較少；安裝勞動力費(fèi)用較低。一定要保證系統(tǒng)空氣和廢渣的排除；在保證等長度環(huán)路下，每個(gè)并聯(lián)路線之間流量保證平衡。4圖6-10地埋管換熱系統(tǒng)的分集水器9d.SA7