摘要 隨著人類生存環(huán)境的日趨惡化和不可再生能源的日趨枯竭，地源熱泵技術在許多國家被越來越廣泛的應用。近幾年我國政府為解決能源短缺及環(huán)境污染問題，鼓勵發(fā)展地源熱泵技術。地源熱泵技術也逐步被大眾所接受。

關鍵詞 地源熱泵系統(tǒng) 節(jié)能 環(huán)保

1.地源熱泵系統(tǒng)工作原理

地源熱泵的工作原理是：冬季，熱泵機組從地源（淺層水體或巖土體）中吸收熱量，向建筑物供暖；夏季，熱泵機組從室內吸收熱量并轉移釋放到地源中，實現(xiàn)建筑物空調制冷。根據地熱交換系統(tǒng)形式的不同，地源熱泵系統(tǒng)分為地下水地源熱泵系統(tǒng)和地表水地源熱泵系統(tǒng)和地埋管地源熱泵系統(tǒng)。由于地源熱泵系統(tǒng)具有不受地下水及室外氣候條件的影響、高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點，近幾年來在國內得到了迅速發(fā)展。

2.工程簡介

該高速公路管理處位于河北省，地上共3層，建筑高度11.4米，總建筑面積4800平方米。由于地處城市邊緣，無市政熱網，所以選擇用地源熱泵系統(tǒng)為該綜合樓的中央空調系統(tǒng)提供冷熱源。

3.設計簡介

3.1熱泵機房設計

該綜合樓的總建筑面積為4800平方米，由于整個建筑均采取了節(jié)能措施，經過計算，日最大冷負荷483KW，熱負荷為324KW。主機房設在附屬用房區(qū)域，地源熱泵機房設置1臺型號為DRSW-140-1，制冷量：490.6KW，制熱量：524.3KW，功率：88.5/103.5KW的地源熱泵機組。能量調節(jié)采用微電腦自動控制，實現(xiàn)10-100%無級調節(jié)。

3.2室內部分

室內的各個房間均采用獨立的風機盤管加新風系統(tǒng)，通過調速開關來控制室溫，新風通過開啟外窗來解決。空調水系統(tǒng)采用雙管同程式，并通過手動調節(jié)閥調節(jié)各環(huán)路間的水力平衡。

3.3地下?lián)Q熱器

地下?lián)Q熱器是本工程的核心。本工程的土壤換熱器采用垂直埋管型。

在設計之前應對埋管區(qū)域進行地層熱物性測試。常用的測試方法為熱反應實驗法，其原理為：電加熱器加熱保溫水箱中的水，水泵驅動水流至地下埋管中，通過埋地管與土壤換熱后又回到水箱中。測得循環(huán)水流經地下埋管前后的溫度、壓差、流量，通過公式擬合計算獲得巖土體熱物性參數。

根據擬建場地地下巖土體分析，結合現(xiàn)場熱物性測試的實驗結果。本工程的地埋管換熱器形式采用雙U，管材選用高密度聚乙烯管材HDPE100，管徑為DN32，地埋孔孔深120m，孔徑150mm～180mm，該型號下地埋管單位延長米排熱量約為60W/m；取熱量為38W/m。

在考慮地源熱泵系統(tǒng)對地下環(huán)境吸熱、放熱平衡的原則下，進行本項目室外地埋管換熱器布置的設計。根據綜合樓空調總冷負荷483KW，總熱負荷324KW。地源熱泵機組的制冷、制熱系數分別為：COP冷=490.6/88.5=5.54，EER熱=524.3/103.5=5.06。

按冬季從大地取熱量Q取進行計算，具體計算公式如下：

L= Q取/q （3.1）

其中，Q取-冬季向大地取熱量，W；

L-埋地管長度，m

q-單位孔深換熱量，W/m.

根據式（3.1）計算可得：

L=324*（1-1/5.06）*1000/38≈6841（m）

按夏季從大地排熱量Q排進行計算，具體計算公式如下：

L= Q排/q （3.2）

其中，Q排-夏季向大地取熱量，W；

L-埋地管長度，m

q-單位孔深換熱量，W/m.

根據式（3.2）計算可得：

L=483*（1+1/5.54）*1000/60≈9503（m）

為保證夏季排熱和冬季換熱都能良好地進行，比較上述計算，設計換熱孔總深度至少為9503m。

地埋管換熱器孔深（H）為120m，計算地埋管換熱孔數量（N）：

N=L/H=80（個）

回填材料采用10%的膨潤土、90%的SiO2沙子混合物。

4.地源熱泵系統(tǒng)在工程中的應用價值

比較其它常規(guī)型制冷或供熱系統(tǒng)，地源熱泵系統(tǒng)主要有以下幾方面的優(yōu)點：

4.1節(jié)能性

地源熱泵屬經濟有效的節(jié)能技術，地能或地表淺層地熱資源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調系統(tǒng)運行效率要高40%，因此要節(jié)能和節(jié)省運行費用40%左右。另外，地能溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經濟性。

4.2環(huán)保性

地源熱泵的污染物排放與空氣源熱泵相比，相當于減少40%以上，與電供暖相比，相當于減少70%以上。電能的節(jié)約減少了溫室氣體的排放，沒有燃燒過程，避免了排放煙塵，沒有室外機，減少噪音污染。

4.3地源熱泵一機多用，應用范圍廣

地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調，還可以供生活熱水等。

4.4運行費用低

在同等條件下，采用地源熱泵系統(tǒng)的建筑物能減少維護費用。地源熱泵非常耐用，它的機械運動部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安裝在室內，從而避免了室外的惡劣氣候，其地下部分可保證50年，地上部分可保證30年。

5.結論

本工程于2012年春季實施，2012年冬季開始供暖，其供暖效果達到了設計要求，室內溫度可達到20℃以上。經過2012年和2013年兩個冬季的試驗運行，證明該系統(tǒng)是成功的。本技術在無市政熱網的城市邊緣地區(qū)具有很大的推廣價值。

參考文獻

[1]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊（第二版）。北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008

[2]全國民用建筑工程設計技術措施暖通空調·動力。北京：中國計劃出版社，2009

作者簡介：

王 強，工程師，郵編：050000，中鋼集團工程設計研究院有限公司石家莊設計院。

趙 妍，助理工程師，郵編：050000，中鋼集團工程設計研究院有限公司石家莊設計院。

陳曉岑，助理工程師，郵編：050000，中鋼集團工程設計研究院有限公司石家莊設計院。