《地源热泵系统工程技术规范》设计要点解析

《地源热泵系统工程技术规范》设计要点解析admin2023年05月12日来源：网络字体：（大中小）点击：3130国家标准《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005设计要点解析中国建筑科学研究院空气调节研究所邹瑜徐伟冯小梅摘要：本文针对不同地源热泵系统的特点，结合《规范》条文，对地源热泵系统设计特点、方法及要点进行了深入分析，为地源热泵系统的设计提供指导。关键词：地源热泵系统、设计要点、系统优化1前言实施可持续发展能源战略已成为新时期我国能源发展的基本方针，可再生能源在建筑中的应用是建筑节能工作的重要组成部分。2006年1月1日《可再生能源法》正式实施，地源热泵系统作为可再生能源应用的主要途径之一，同时也是最利于与太阳能供热系统相结合的系统形式，近年来在国内得到了日益广泛的应用。地源热泵系统利用浅层地热能资源进行供热与空调，具有良好的节能与环境效益，但由于缺乏相应规范的约束，地源热泵系统的推广呈现出很大盲目性，许多项目在没有对当地资源状况进行充分评估的条件下就匆匆上马，造成了地源热泵系统工作不正常，为规范地源热泵系统的设计、施工及验收，确保地源热泵系统安全可靠的运行，更好的发挥其节能效益，由中国建筑科学研究院主编，会同13个单位共同编制了《地源热泵系统工程技术规范》（以下简称规范）。该规范现已颁布，并于2006年1月1日起实施。由于地源热泵系统的特殊性，其设计方法是其关键与难点，也是业内人士普遍关注的问题，同时也是国外热点课题，在新颁布的《规范》中首次对其设计方法提出了具体要求。为了加深对规范条文的理解，本文对其部分要点内容进行解析。2《规范》的适用范围及地源热泵系统的定义2.1《规范》的适用范围该《规范》适用于以岩土体、地下水、地表水为低温热源，以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质，采用蒸气压缩热泵技术进行供热、空调或加热生活热水的系统工程的设计、施工及验收。它包括以下两方面的含义：（1）“以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质”，意旨不适用于直接膨胀热泵系统，即直接将蒸发器或冷凝器埋入地下的一种热泵系统。该系统目前在北美地区别墅或小型商用建筑中应用，它优点是成孔直径小，效率高，也可避免使用防冻剂；但制冷剂泄漏危险性较大，仅适于小规模应用。（2）“采用蒸气压缩热泵技术进行……”意旨不包括吸收式热泵。2.2地源热泵系统的定义地源热泵系统根据地热能交换系统形式的不同，分为地埋管地源热泵系统（简称地埋管系统）、地下水地源热泵系统（简称地下水系统）和地表水地源热泵系统（简称地表水系统）。其中地埋管地源热泵系统，也称地耦合系统（closed-loopground-coupledheatpumpsystem）或土壤源地源热泵系统，考虑实际应用中人们的称呼习惯，同时便于理解，本规范定义为地埋管地源热泵系统。地表水系统中的地表水是一个广义概念，包括河流、湖泊、海水、中水或达到国家排放标准的污水、废水等。只要是以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统，统称为地源热泵系统。悲3虚毁地源众热泵糊系统阔的设另计特而点喷（1屯）地男源热从泵系堪统受巨低位践热源穿条件晴的制报约体四妄a遮、对薪地埋粥管系惊统，守除了羽要有触足够讽埋管饺区域版，还幼要有常比较桂适合视的岩畅土体曲特性召。坚缩硬的铸岩土骄体将糖增加嫩施工仅难度胳及初认投资渴，而孔松软在岩土装体的镰地质誓变形无对地骨埋管被换热报器也剖会产蕉生不这利影丑响。谢为此愚，工慌程勘间察完爷成后难，应施对地戒埋管闲换热炮系统专实施塌的可稠行性辛及经捐济性登进行伍评估称。阻灾渣b袄、对暗地下敌水系拉统，鼓首先聚要有贞持续香水源愉的保引证，苗同时忆还要住具备延可靠够的回制灌能传力。绞《规采范》驶中强旺制规阿定外“共地下接水换币热系桥统应灭根据仿水文莫地质析勘察负资料吨进行丙设计励，并戒必须迅采取靠可靠鞋回灌岗措施颠，确祖保置显换冷跑量或亿热量可后的椒地下妙水全瓶部回摊灌到步同一饿含水虹层，恼不得谨对地椒下水只资源锁造成弟浪费赌及污舟染。皮系统升投入驴运行塘后，事应对共抽水凶量、耍回灌侦量及扭其水剂质进阵行监蒸测。薪”甚剥音c封、对伍地表陵水系便统，彻设计帅前应邪对地姿表水蛋系统壳运行饼对水咏环境忙的影谊响进腐行评谈估；断地表况水换窗热系军统设短计方旧案应虽根据痛水面帽用途肢，地雹表水举深度论、面爷积，雪地表键水水念质、粒水位停、水起温情营况综家合确词定。皆（2店）地椒源热施泵系背统受反低位晌热源局的影调响很畅大承附流低疏位热外源的古不定晋因素竟非常阔多，石不同翁的地坝区、转不同帐的气妇象条胳件，秃甚至嗓同一叮地区益，不潜同区肥域，亲低位烧热源恐也会吨有很笑大差午异，便这些快因素就都会馆对地愉源热偷泵系航统设英计带乖来影厉响。裳如地饰埋管姿系统沃，岩疼土体顶热物竹性对忍地埋寺管换辈热器郑的换恳热效泽果有虹很大垂影响元，单险位管丹长换座热能专力差酸别可叉达3砖倍或闪更多云。托（3递）设高计相米对复渣杂计隐跃a衫、低壶位热犹源换老热系罚统是显地源业热泵游系统药特有存的内芳容，垫也是砖地源夸热泵躺系统攻设计警的关猫键和因难点祖。地标下换婚热过威程是谋一个半复杂息的非供稳态例过程厌，影望响因傅素众币多，纷计算愚过程担复杂呜，通蜓常需剑要借猎助专盟用软色件才岭能实多现；梁按鼻b仁、地显源热英泵系境统设溪计应陷考虑摧低位斤热源占长期盛运行他的稳厨定性梁。方事案设辞计时哗应对糖若干成年后煌岩土初体的社温度间变化排；地策下水酬水量沸、温闯度的泛变化桥，地狠表水霸体温彩度的胸变化缝进行宝预测家，根数据预洞测结给果确威定应凤采用危的系榜统方车案；投侦覆c趣、地森源热增泵系唱统与潮常规闯系统俯相比充，增搜加了治低位缝热源胜换热鱼部分轨的投颈资，赛且投逼资比领例较蔽高，同为了名提高池地源边热泵罢系统越的综膝合效梯益，歌或由鸣于受虹客观尼条件乔限制全，低括位热肾源不缘能满痰足供带热或它供冷烈要求掌时，季通常涝采用回混合絮式地物源热助泵系远统，哗即采醋用辅勉助冷胖热源佩与地宣源热奏泵系灵统相皱结合裕的方任式。平确定散辅助怪冷热孩源的届过程统，也逮就是跪方案饿优化顷的过呈程，酱无形诉中提更高了快方案掘设计特的难贴度。晌4况狠地源耗热泵破系统比设计废要点料4.导1面地埋内管系吴统表烧盾由周于地永埋管靠系统膛通过被埋管虽换热刷方式你将浅傲层地博热能笨资源打加以稳利用洒，避暖免了辫对地缩下水孝资源算的依征赖，鱼近年篇来得籍到了早越来景越广狗泛的灰应用津。但疯地埋包管系颠统的由设计剧方法归一直罗没有尊明确颂规定貌，通熄常设驾计院颂将地假埋管引换热县设计胞交给疼专业家工程丸公司泪完成个。除拥少数访有一放定技拍术实真力的寇公司赛，引哥进了新国外啊软件静，可乌作一戴些分暖析外亡，通扭常专眯业公样司只客是根辛据设魔计负希荷，泽按经拦验估袭算确颠定埋移管数滴量及减埋深萄，对爆动态父负荷配的影待响缺餐乏分霜析，忍对长的期运扇行效障果没奶有预途测，异造成软地埋谎管区拨域岩梦土体裁温度问持续坚升高苹或降浸低，尺从而耀影响饶地埋诉管换交热器啦的换票热性邮能，悔降低六地埋扯管换仙热系醉统的朗运行彼效率球。偏籍特因猜此，舅保证捆地埋傻管系米统长港期稳鸽定运浸行是皮地埋私管换闷热系欢统设牧计的贿首要网问题曾，在踏保证疼需求戴的条做件下追，地员埋管苗换热甩系统围设计岭应尽窜可能含降低跨初投雹资及看运行壳费用抗。声4.烫1.润1大负荷促计算均逮杏地演埋管女系统撤是否仍能够齿可靠柔运行年取决拖于埋糕管区鞋域岩篮土体名温度疑是否停能长差期稳齿定。湿碧逃以射一栋青总建乒筑面提积为举21傅00障m依2杰的小敲型办宵公建搬筑为爸例，好选取产了四袋个具劳有代兄表性浴的地贱区：奸北京后、上危海、贡沈阳加和齐帮齐哈吵尔，役利用植TR辩NS窄YS接模拟济地源弓热泵康系统楼连续魂运行期五年球后，漏地埋幸管换绝热器球出口子即水命源热竿泵机色组进醋口的迈传热住介质偶温度触波动疫情况指，见帝表1易－1齐，表乞1－冠2。有表1祖－1轿灿地富埋管帜换热怨器出谣口传后热介斧质夏着季最睁高温盟度（品℃着）变苏化误地区慢吸、角释热翠量比母例千1偷2钟3吃4砍5究北京谈1：保2.哥36冈33假.1肺0葱34盛.2螺5示35小.2闷1锣35覆.8挡6默36纲.4级0涌上海仙1：愉5.渠0丸36蜓.1缝7页38怜.3店1响39剪.8晃9丑41半.1贩8四42丽.1扮5偶沈阳劣1：庭1.饥28陵27浴.9歼9俘28火.1宣1赌28巴.1序9拜28狱.1泻9顺28荣.1偷8零齐齐辱哈尔俯1：幸0.侄67牛27鸟.8填8黎26凉.5喝7阅25搅.6念6暗25唇.0纠1眠24晌.5轨2塌注：循表中挽数据菊引自窃中国摊建筑巴科学奔研究数院研驶究报固告《泄地埋剖管地猎源热木泵系捧统优留化设活计分堆析》狸表1云－2壳撕地洪埋管巧换热广器出猴口传失热介复质冬显季最部低温便度（妨℃励）变矩化春地区韵吸、蝶释热伸量比更例百1东2喊3苗4燕5暗北京售1：唉2.采36抢5.粉51搅6.态77忧7.煌63债8.迈24源8.睛72斥上海怕1：食5.对0奥5.接69齿7.准81鼓9.式33铅10果.4劝7钟11细.2宝8惹沈阳粪1：悬1.张28挨6.搭05方6.落10漠6.籍17主6.园19纷6.坚24储齐齐柿哈尔酬1：呼0.帜67途3.敬87尼2.宾31林1.狠46皂0.差86悔0.惧38忆注：粗表中砌数据皂引自剥中国额建筑瞧科学让研究手院研裤究报犹告《饼地埋龙管地册源热俘泵系锋统优劳化设愚计分禾析》舟篇虫由恢表1猫－1胳、表坦1－抹2可匠见，别由于械吸、豆释热谅量不废平衡叙，造集成岩债土体辞温度怎的持卧续升或高或现降低庭，导缝致进摄入水捕源热哈泵机加组的竿传热鹿介质拘温度旗变化炉很大劈，该群温度震的提液高或渣降低选，都匀会带稿来水宣源热尘泵机揪组性宅能系筒数的校降低馅，不宾仅影胀响地带源热歌泵系魂统的饼供冷续供热左效果榴，也腿降低侍了地抖源热描泵系这统的勤整体状节能元性。矮为此风《规我范》机明确会规定级，扒“喂地埋雨管换搬热系市统设肥计应奏进行蛛全年扭动态辈负荷伪计算饲，最尚小计亡算周妻期宜奥为1南年。报计算中周期扣内，槽地源滔热泵灾系统饱总释傅热量剖宜与剃其总寿吸热糟量相手平衡的。韵”垦4.腹1.移2顾地埋蔑管换尼热器暂设计鞠兔涝地绢埋管梯换热疮器设烦计是庄地埋店管系祸统设铜计特皮有的闻内容陪和核谱心。缸由于悔地埋饼管换折热器顶换热老效果古不仅戚受岩对土体纯导热露性能治及地条下水消流动帆情况踩等地箩质条滚件的忧影响逝，同克时建既筑物吗全年怒动态维负荷奉、岩愉土体填温度掌的变刘化、晃地埋可管管盯材、合地埋局管形胆式及挥传热魄介质攻特性钻等因绕素都俯会影她响地装埋管别换热辛器的箭换热子效果困。屡乏窝地局埋管扎换热坝器有山两种黑主要兄形式鸡，即面竖直脑地埋陆管换酱热器舱（以星下简谋称竖戏直埋扯管）硬和水越平地滔埋管沟换热办器（拜以下什简称扁水平鞭埋管符）。椅由于甩水平书埋管究占地丙面积善较大韵，目烘前应易用以矩竖直士埋管环居多拔。涨咸敌岩宽土体烟热物舒性的草确定菠杠旧岩铜土体密热物蚊性的矮确定盲是竖番直埋盆管设忠计的清关键众。《遥规范抄》中宋规定坡“翠地埋给管换痰热器畏设计勉计算医宜根繁据现买场实裳测岩飞土体薯及回码填料俘热物指性参巾数进迎行初”耍。岩芦土体冤热物狱性可销以通皱过现虫场测厘试，昼以扰怎动－这响应滚方式追获得悔，即票在拟恶埋管鸽区域折安装扣同规已格同局深度伏的竖要直埋深管，块通过绕水环更路，尤将一禁定热例量（魔扰动效）加阅给竖弱直埋垦管，摘记录鄙热响勾应数件据。排通过璃对这葬些数谁据的副分析鹿，获姑得测骂试区财域岩三土体纪的导鄙热系拴数、益扩散酸系数遵及温之度。尖分析宫方法耕主要摩有3现种，订即线坚源理孝论、宇柱源已理论其及数缴值算截法。戚实际厨应用监中，宴如有提可能旗，应岔尽量旬采用恩两种沈以上厦的方类法同陡时分央析，兰以提础高分汤析的浪可靠嘴性。怪声岩疲土体证热物祖性测温试装残置如远图1罩所示母：岩折土体袭热物总性测腹试要炮求测狸试时泼间为葵36财～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