暖通空调热泵技术素材第6章.doc

第6章 土壤耦合热泵空调系统基本概念s 土壤耦合热泵空调系统是地源热泵系统的一种型式，又称地埋管地源热泵系统、土壤源热泵空调系统等。根据是否存在中间传热介质（通常是水或添加防冻剂的水溶液），土壤耦合热泵还可以分为直接膨胀式（Direct expansion ground-coupled heat pump，简称DX-GCHP）和间接膨胀式（又称第二环路土壤耦合热泵系统，Secondary loop ground-coupled heat pump，简称SL-GCHP）两种类型。s 土壤耦合热泵空调系统通过中间传热介质（水或以水为主要成分的防冻液）在封闭的地下埋管中流动，实现系统与大地之间的传热。土壤耦合热泵空调系统一般由三个环路组成：室外环路、制冷剂环路、室内环路。s 土壤耦合热泵空调系统设计计算前的准备工作是通过现场勘察、水文地质调查、设置测试孔和监测孔以及热响应试验等，为方案选择与决策提供依据，同时也为设计计算提供设计材料和基础依据。之后进行的是地埋管换热器的传热分析，最后就是具体的设计计算过程。s 地埋管及管件应符合下列规定：（1）地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动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）。管件与管材应用相同的材料。（2）地埋管质量应符合国家现行标准中的各项规定。管材的公称压力及使用温度应满足设计要求，且管材的公称压力不应小于1.0MPa。s 根据布置形式的不同，地下埋管换热器可分为水平埋管与竖直埋管换热器两大类。水平埋管方式的优点是在软土地区造价较低，但它的缺点是传热条件受外界气候条件的影响、占地面积大，通常不太适合中国地少人多的国情。当可利用地表面积较大、地表层不是坚硬的岩石、建筑物规模小时宜采用水平地埋管换热器。否则，宜采用竖直地埋管换热器。竖直地埋管换热器的优点是占地少、工作性能稳定等。s 采用竖直埋管换热器时，每个钻孔中可设置一组（单U）或两组U形管（双U）。尽管单U形埋管的钻孔内热阻比双U形埋管大30%以上，但实测与计算结果均表明：双U形埋管比单U形埋管仅可提高15%20%的换热能力。双U形埋管管材用量大，安装较复杂，运行中水泵的功耗也相应增加。因此一般地质条件下，多采用单U形埋管。但对于较坚硬的岩石层，选用双U形埋管比较合适。s 现有的地埋管换热器传热模型可分为两大类：第一类是以热阻概念为基础的半经验性设计计算公式，主要用来根据冷、热负荷估算地埋管换热器所需埋管的长度。第二类方法是以离散化数值计算为基础的传热模型，可以考虑比较接近现实的情况，用有限元或有限差分法求解地下的温度响应并进行传热分析。s 对于实际工程计算，竖直地埋管换热器的长度常采用半经验公式进行设计计算，可采用：（1）地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2005）推荐的设计计算方法；（2）按现场测试获得的单位钻孔深度（或管长）的换热量确定其长度；（3）按线算图确定竖直地埋管换热管的孔深与管长。重要图表图6-1 土壤耦合热泵流程示意图1-地下埋管；2-循环水泵；3-板式换热器；4-蒸发器；5-节流机构；6-冷凝器；7-制冷压缩机；8-热用户；V1V8-阀门图6-2 土壤耦合热泵空调系统分类图6-3 直接膨胀式热泵系统1-压缩机；2-四通换向阀；3-室内空气/制冷剂换热器；4-风机；5-节流机构；6-单向阀；7-贮液器；8-地埋管换热系统图6-4 间接膨胀式热泵系统1-压缩机；2-四通换向阀；3-室内空气/制冷剂换热器；4-风机；5-节流机构；6-中间传热介质/制冷剂换热器；7-中间传热介质循环泵；8-地埋管换热系统图6-6 几种常见的水平地埋管换热器形式3（a）单或双环路；（b）双或四环路；（c）三或六环路图6-7 几种新近开发的水平地埋管换热器形式3（a）垂直排圈式；（b）水平排圈式；（c）水平螺旋式图6-8 竖直地埋管换热器形式3（a）单U形管；（b）双U形管；（c）小直径螺旋盘管；（d）大直径螺旋盘管；（e）立柱状；（f）蜘蛛状；（g）套管式表6-4 串联和并联系统的优缺点对比连接方式优点缺点串联单一的流程和管径；由于系统需要较大直径的管道，管道长度较长，使出水温度较高；系统的空气和废渣易排除。需要较大的管径、较大的流体体积和较多的防冻剂；管道费用较高；安装劳动力费用较高；由于长度压力降特性，限制了系统的能力。并联 管径较小，管道费用较