土壤源热泵系统的设计教学ppt课件

1、第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计6.1 土壤源热泵系统的特点、方式和构土壤源热泵系统的特点、方式和构造造6.1.1 土壤源热泵系统的特点土壤源热泵系统的特点6.1.2 土壤源热泵系统的方式与构造土壤源热泵系统的方式与构造前往首页前往首页第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计6.1.1 土壤源热泵系统的特点土壤源热泵系统的特点 土壤源热泵系统以大地土壤作为热源或热汇，土壤源热泵系统以大地土壤作为热源或热汇，被称之为被称之为2121世纪最具开展出路的供暖空调系统之世纪最具开展出路的供暖空调系统之一。一。 系统主要由土壤热交换器系统、水源热泵机系统主要由土壤热交换器

2、系统、水源热泵机组、建筑物空调系统三部分组成，分别对应三个组、建筑物空调系统三部分组成，分别对应三个不同的环路。不同的环路。 第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计土壤源热泵的主要技术优势一土壤源热泵的主要技术优势一n地下土壤温度一年四季相对稳定约为地下土壤温度一年四季相对稳定约为1220，冬，冬季比环境空气温度高，夏季比环境温度低，土壤这种温季比环境空气温度高，夏季比环境温度低，土壤这种温度特性使得该热泵比传统中央空调系统运转效率高出度特性使得该热泵比传统中央空调系统运转效率高出2050%，节能效果明显；，节能效果明显；n土壤具有良好的蓄热性能，冬、夏季从土壤中取的能量土壤具有

3、良好的蓄热性能，冬、夏季从土壤中取的能量可分别在夏、冬季得到自然补偿，从而实现了冬、夏能可分别在夏、冬季得到自然补偿，从而实现了冬、夏能量互补性量互补性n冬季把土壤能作为热泵供暖的热源，即把高于环境温度冬季把土壤能作为热泵供暖的热源，即把高于环境温度的地能中热能取出来供应室内采暖；的地能中热能取出来供应室内采暖；n夏季把土壤能作为空调的冷源，即把室内的热能取出来夏季把土壤能作为空调的冷源，即把室内的热能取出来释放究竟于环境温度的土壤中。释放究竟于环境温度的土壤中。第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计土壤源热泵的主要技术优势二土壤源热泵的主要技术优势二n当室外气温处于极端形状，用

4、户对冷量或热量的当室外气温处于极端形状，用户对冷量或热量的需求普通也处于顶峰期，由于土壤温度相对地面需求普通也处于顶峰期，由于土壤温度相对地面空气温度延迟和衰减效应，从而在耗电量一样的空气温度延迟和衰减效应，从而在耗电量一样的条件下，可以坚持夏季供冷量或冬季供热量；条件下，可以坚持夏季供冷量或冬季供热量；n土壤热交换器无需除霜，没有融霜除霜的能耗损土壤热交换器无需除霜，没有融霜除霜的能耗损失。失。第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计土壤源热泵的主要技术优势三土壤源热泵的主要技术优势三地下热交换器在地下静态的吸、放热，减小了土地下热交换器在地下静态的吸、放热，减小了土壤源热泵系统

5、对地面空气的热、噪音污染；壤源热泵系统对地面空气的热、噪音污染；运转费用低。据美国国家环保署运转费用低。据美国国家环保署EPA估计，设计估计，设计安装良好的土壤源热泵系统，可以节约用户安装良好的土壤源热泵系统，可以节约用户3040%的供热制冷空调的运转费用。的供热制冷空调的运转费用。第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计土壤源热泵的缺陷土壤源热泵的缺陷n土壤导热系数小而使土壤热交换器单位管长放热土壤导热系数小而使土壤热交换器单位管长放热量仅为量仅为2040W/m，普通为，普通为25 W/m左右。当左右。当换热量较大时，土壤热交换器占地面积较大；换热量较大时，土壤热交换器占地面积较

6、大；n土壤热交换器换热性能受土壤热物性参数的影响土壤热交换器换热性能受土壤热物性参数的影响较大；较大；n初投资较高，仅土壤热交换器投资约占系统投资初投资较高，仅土壤热交换器投资约占系统投资的的2030%。第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计6.1.2 土壤源热泵系统的方式与构造土壤源热泵系统的方式与构造根据制冷剂管路与土壤换热方式的不同：根据制冷剂管路与土壤换热方式的不同：间接式土壤源热泵系统间接式土壤源热泵系统直接膨胀式土壤源热泵系统直接膨胀式土壤源热泵系统 间接式土壤源热泵系统，根据热交换器布置方式间接式土壤源热泵系统，根据热交换器布置方式: :程度埋管土壤源热泵系统程度埋

7、管土壤源热泵系统垂直埋管土壤源热泵系统垂直埋管土壤源热泵系统 第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计 程度埋管方式的优点是在浅层软土地域程度埋管方式的优点是在浅层软土地域造价较低，但传热性能遭到外界空调季节气造价较低，但传热性能遭到外界空调季节气候一定程度的影响，而且占地面积较大。候一定程度的影响，而且占地面积较大。 第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计垂直土壤热交换器具有占地少、任务性能稳垂直土壤热交换器具有占地少、任务性能稳定等优点，已成为工程运用中的主导方式。定等优点，已成为工程运用中的主导方式。第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计第第6 6

8、章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计6.2.1 土壤换热器传热分析模型土壤换热器传热分析模型土壤热交换器的传热分析目的土壤热交换器的传热分析目的: :保证在土壤源热泵整个生命周期中循环介质的温保证在土壤源热泵整个生命周期中循环介质的温度都在设定的范围之内，根据这一目的选择土壤度都在设定的范围之内，根据这一目的选择土壤热交换器布置方式并确定埋管的总长度。热交换器布置方式并确定埋管的总长度。在给定土壤热交换器布置方式和长度以及负荷的在给定土壤热交换器布置方式和长度以及负荷的情况下，计算循环介质温度随时间的变化，并进情况下，计算循环介质温度随

9、时间的变化，并进而确定系统的性能系数和能耗，以便对系统进展而确定系统的性能系数和能耗，以便对系统进展能耗分析。能耗分析。第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计关于土壤热交换器的传热问题分析求解，迄今关于土壤热交换器的传热问题分析求解，迄今为止国际上还没有普遍公认的独一方法。现有为止国际上还没有普遍公认的独一方法。现有的传热模型大体上可分为两大类的传热模型大体上可分为两大类: :以热阻概念为根底的半阅历性的解析解模型以热阻概念为根底的半阅历性的解析解模型以计算传热学为根底的数值解模型以计算传热学为根底的数值解模型第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计6.2.2 土壤换

10、热器传热过程分析土壤换热器传热过程分析土壤热交换器与周围土壤中的传热过程实践上是土壤热交换器与周围土壤中的传热过程实践上是一个经过多层介质的传热过程，详细由一个经过多层介质的传热过程，详细由6 6个换热个换热过程组成，从管内流体到周围土壤依次为：地埋过程组成，从管内流体到周围土壤依次为：地埋管内对流换热过程、地埋管管壁的导热过程、地管内对流换热过程、地埋管管壁的导热过程、地埋管外壁面与回填物之间的传热过程、回填物内埋管外壁面与回填物之间的传热过程、回填物内部的导热过程、回填物与孔壁的传热过程、土壤部的导热过程、回填物与孔壁的传热过程、土壤的导热过程。这些传热过程是一个遭到地下水渗的导热过程。这

11、些传热过程是一个遭到地下水渗流特性、土壤热物性、埋管几何构造及地埋管换流特性、土壤热物性、埋管几何构造及地埋管换热负荷变化等诸多要素影响的复杂过程。热负荷变化等诸多要素影响的复杂过程。第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计6.2.4 土壤换热器传热的主要影响要素土壤换热器传热的主要影响要素主要要素：主要要素：土壤热交换器构造土壤热交换器构造土壤的传热性能土壤的传热性能土壤热交换器换热负荷土壤热交换器换热负荷第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计6.3 土壤换热器设计计算土壤换热器设计计算6.3.1 土壤换热器的计算特点土壤换热器的计算特点6.3.2 土壤换热器的设计

12、步骤土壤换热器的设计步骤6.3.3 土壤换热器的换热负荷计算土壤换热器的换热负荷计算6.3.4 土壤换热器的容量计算土壤换热器的容量计算6.3.5 土壤换热器系统的水力计算土壤换热器系统的水力计算前往首页前往首页第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计6.3.1 土壤换热器的计算特点土壤换热器的计算特点土壤热交换器是埋管中的流体与周围土壤间的换土壤热交换器是埋管中的流体与周围土壤间的换热。是典型非稳态的过程。热。是典型非稳态的过程。换热涉及的要素很多，既有时间上的长短不同，换热涉及的要素很多，既有时间上的长短不同，空间上区域变化很大，又有热交换器方式多种多空间上区域变化很大，又有热

13、交换器方式多种多样、地层构造及其热物性千差万别，还有热交换样、地层构造及其热物性千差万别，还有热交换器的负荷随时间变化、多组管道之间的相互影响、器的负荷随时间变化、多组管道之间的相互影响、土壤冻融的影响、地下水渗流的影响等。土壤冻融的影响、地下水渗流的影响等。第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计6.3.1 土壤换热器的计算特点土壤换热器的计算特点土壤热交换器的传热计算与普通换热器相比也有土壤热交换器的传热计算与普通换热器相比也有着显著的不同：着显著的不同：土壤热交换器的传热系数和传热温差循环介质土壤热交换器的传热系数和传热温差循环介质的平均温度与其周围土壤温度的差是随时间和的平

14、均温度与其周围土壤温度的差是随时间和空间而变化的；空间而变化的；热交换器的构造布置和换热负荷对热交换才干有热交换器的构造布置和换热负荷对热交换才干有明显影响；明显影响；第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计6.3.2 土壤换热器的设计步骤土壤换热器的设计步骤土壤源热泵系统的土壤热交换器设计步骤如下：土壤源热泵系统的土壤热交换器设计步骤如下：确定建筑物的供热、制冷和热水供应假设选用确定建筑物的供热、制冷和热水供应假设选用的话的负荷，并根据所选择的建筑空调系统的的话的负荷，并根据所选择的建筑空调系统的特点确定热泵的型式和容量。特点确定热泵的型式和容量。确定土壤热交换器的布置方式。主要

15、包括程度埋确定土壤热交换器的布置方式。主要包括程度埋管、竖直埋管闭式循环以及串联、并联的管路衔管、竖直埋管闭式循环以及串联、并联的管路衔接方式。接方式。第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计6.3.2 土壤换热器的设计步骤土壤换热器的设计步骤u选择热交换器管材。选择热交换器管材。u假设设计工况中热泵主机蒸发器出口的流体温假设设计工况中热泵主机蒸发器出口的流体温度低于度低于00，应选用适当的防冻液作为循环介质。，应选用适当的防冻液作为循环介质。u合理设计分、集水器。合理设计分、集水器。u根据所选择的土壤热交换器的类型及布置方式，根据所选择的土壤热交换器的类型及布置方式，设计计算土壤热交换器的管长。设计计算土壤热交换器的管长。第第6 6章章 土壤源热泵系统设计土壤源热泵系统设计6.3.3 土壤换热器的换热负荷计算土壤换热器的换热负荷计算n设计负荷设计负荷n用以确