土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)

土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)探討

5/18/20231一、地源熱泵系統(tǒng)簡介二、地埋管地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化三、地埋管地源熱泵土壤熱響應(yīng)測試四、地埋管換熱器設(shè)計(jì)五、地下熱平衡設(shè)計(jì)六、地埋管地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制簡介5/18/20232一、地源熱泵系統(tǒng)簡介隨著國際上環(huán)保和充分利用可再生能量資源的可持續(xù)發(fā)展大趨勢,人類越來越重視開發(fā)新的能源形式和充分利用可再生能量資源,特別是更加注重蓄能技術(shù)和再利用技術(shù)的應(yīng)用前景。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)由于它有節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn),在近十幾年,尤其是近5年,在北美、北歐一些發(fā)達(dá)國家得到了較快發(fā)展。5/18/20233地源熱泵系統(tǒng)分類地源熱泵是一種利用淺層地?zé)?，包括土壤、地下水、地表水等天然能源作為冬季熱源和夏季冷源，然后再由熱泵機(jī)組向建筑物供冷供熱的系統(tǒng)，是一種利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空調(diào)系統(tǒng)。（GSHP）地源熱泵地下水源熱泵系統(tǒng)（GWHP）地表水源熱泵（SWHP）地埋管地源熱泵（GCWP）5/18/20234埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)

2）垂直埋管地源熱泵系統(tǒng)：換熱器井管路直接接入機(jī)房、換熱器井管路匯集到集水器。5/18/20235埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)

2）垂直埋管－樁基換熱器：5/18/20236埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)

2）垂直埋管－地?zé)嶂悄軜颍?/18/20237埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)

3）螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)：長軸水平布置的螺旋埋管、長軸豎直布置的螺旋埋管、溝渠集水器式螺旋埋管。5/18/20238二、地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的原始資料與依據(jù)建筑物冷熱負(fù)荷計(jì)算設(shè)計(jì)冬夏季地下循環(huán)水換熱量計(jì)算現(xiàn)場勘察探與熱響應(yīng)測試地下?lián)Q熱器設(shè)計(jì)空調(diào)主機(jī)及末端系統(tǒng)設(shè)計(jì)5/18/20239熱泵機(jī)組的選擇

熱泵容量的選擇熱泵性能的確定:土壤熱泵的性能取決于熱泵的進(jìn)水溫度，必須確定室外空氣和進(jìn)水溫度之間的關(guān)系。進(jìn)水溫度與多個因素有關(guān)，如一年的運(yùn)行時間，土壤類型，土壤換熱器的類型、大小等。5/18/2023102.3地源熱泵循環(huán)水的換熱量計(jì)算

冬夏季地下?lián)Q熱量分別是指夏季向土壤排放的熱量和冬季從土壤吸收的熱量?？梢杂上率龉接?jì)算：其中，Q11—夏季向淺層地表排放的熱量，kW，Q1—夏季設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷，kWQ12—冬季從淺層地表吸收的熱量，kW，Q2—冬季設(shè)計(jì)總熱負(fù)荷，kWCOP1—設(shè)計(jì)工況下水-水熱泵機(jī)組的制冷系數(shù)COP2—設(shè)計(jì)工況下水-水熱泵機(jī)組的供熱系數(shù)5/18/2023112.4選擇室內(nèi)末端系統(tǒng)

風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，地板采暖方式，全空氣系統(tǒng)等。通常采用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)時，空氣分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要考慮以下三個方面：（1）選擇安裝風(fēng)管的最佳位置；（2）根據(jù)室內(nèi)的得熱量/熱損失計(jì)算來選擇并確定空氣分布器和回風(fēng)格柵的位置；（3）根據(jù)熱泵的風(fēng)量和靜壓力，布置風(fēng)管的走向，確定風(fēng)管的尺寸。5/18/2023122.5優(yōu)化設(shè)計(jì)方法模擬地源熱泵耦合法設(shè)計(jì)軟件主界面5/18/2023132.5優(yōu)化設(shè)計(jì)方法模擬冷卻塔選型設(shè)計(jì)界面5/18/202314三、地源熱泵土壤熱響應(yīng)測試設(shè)計(jì)地源熱泵系統(tǒng)的地?zé)釗Q熱器需要知道地下巖土的熱物性參數(shù)。如果熱物性參數(shù)不準(zhǔn)確，則設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可能達(dá)不到負(fù)荷需要;也可能規(guī)模過大，從而加大初期投資。另外，不同的封井材料、埋管方式對換熱都有影響，因此只有在現(xiàn)場直接測量才能正確得到地下巖土的熱物性參數(shù)。

5/18/202315埋管式地源熱泵熱響應(yīng)測試要求實(shí)驗(yàn)主要在三個方面展開：1）首先是熱響應(yīng)測試，以恒定的加熱功率求出地埋管換熱器進(jìn)出口溫度隨時間的變化情況，通過曲線擬合求出土壤的導(dǎo)熱系數(shù)；2）模擬夏季空調(diào)的制冷試驗(yàn)，測量井埋管換熱器的放熱能力；3）模擬冬季的制熱試驗(yàn)，測量井埋管換熱器取熱能力

。5/18/202316熱響應(yīng)測試軟件熱響應(yīng)測試軟件Demo5/18/202317熱響應(yīng)測試數(shù)據(jù)分析熱響應(yīng)測試軟件Demo5/18/202318熱響應(yīng)測試模擬軟件熱物性模擬軟件Demo5/18/202319熱響敗應(yīng)測紅試模暖擬軟逼件熱響柴應(yīng)模圈擬軟罰件D炭em塘o5/易12糖/2授02矛320四、黃地埋貪管土壤換熱灘器設(shè)計(jì)水平自埋管垂直劣埋管水平濤螺旋塔型埋莖管在現(xiàn)皺場勘獲測的浪基礎(chǔ)咽上確晨定換搶熱器處埋管手采用鏈垂直錫布置拔還是鎮(zhèn)水平府布置守方式赴。盡釘管水童平布靜置時圓通常遭為淺裙層埋怎管,伶初袋投資簽一般幟會少儀些,滔但換慮熱性蘇能比宣垂直短布置鄰時差繡很多扭,并穴且往逃往受僑可利蜘用土刺地面娃積的猜限制前,所按以在房誠實(shí)際帳工程遙中,一般縫采用繪垂直各埋管剝布置影方式。5/簽12除/2衣02陶321土壤宣換熱提器埋約管的姿布置雄型式1蒼水平境埋管筋:水平獨(dú)埋管堅(jiān)主要俯有單秋溝單榜管、仍單溝虜雙管崗、單籍溝二困層雙突管、絡(luò)單溝侄二層鍋四管騎、單眨溝二痕層六咽管等勒形式瘦。5/諸12嶄/2婦02糾322土壤汗換熱毀器埋名管的夜布置錦型式2匯垂直你埋管虎:一般島有單丹U鴨形管素，雙刊U系形管賓，W江型管灑、套批管式巧管，捆小直葉徑螺呢旋盤廳管和地大直閃徑螺定旋盤典管，光立式挖柱狀課管、任蜘蛛丙狀管而等形澆式；舌按埋前設(shè)深竹度不傾同分單為淺仆埋（紫≤3我0m候）、棟中埋云（3液1～太80摘m）洞和深罩埋（霜>8彎0m毛）。職目前猶使用角最多肺的是支單U回形雄管（評Si準(zhǔn)ng貿(mào)le賊-U微-p爛ip駐e）洪，雙老U灰形管切（D截ou鵝bl藝e-蔥U-魯pi粘pe趕），市簡單昆套管昏式管拾（S犧im班pl掩e羞Co止ax墊ia伶l錫pi尖pe過）5/揭12辨/2玻02判323土壤東換熱爺器埋權(quán)管的略布置仆型式3襪土壤仙換熱愉器的煌埋管經(jīng)深度右：①鉆較井深青60穴m垮以內(nèi)歲井深招的鉆弱機(jī)成繩本少拍，費(fèi)根用低紹，如巾果大花于6冤0m透，其虜鉆機(jī)純成本厚會提俱高；媽②井賽深8課0m鮮以旗內(nèi)，壩可用趣國產(chǎn)役普通剪型承胸壓（糊承壓維1.準(zhǔn)0M融Pa線）塑儀料管獻(xiàn)，如傾深度屆大于亭80綿m，殺需采列用高邊承壓賤塑料儀管，圣其成梢本大作大增謝加；木③據(jù)去比較賺，井柔深5絹0m榜的算造價乳比1企00卻m歡的要予低3膊0%而～5賢0%禽。上晶述是日針對量地面恭中央慣機(jī)房麻而言籌，如撕果采攜用分日室型鑄的水姨源熱拼泵系屢統(tǒng)還饑要考別慮建上筑高塑度的峰影響源。從統(tǒng)猛計(jì)的傳國內(nèi)筆外工含程實(shí)敘例看逐，中抬埋的峽地源記熱泵邀占多娘數(shù)。5/我12糕/2句02反324連接詳方式地下壟換熱盞器中濟(jì)流體灘流動串的回旋路形尚式有巧串聯(lián)裹和并偶聯(lián)兩顛種串聯(lián)跳系統(tǒng)犁管徑裙較大愛,管云道費(fèi)揮用較右高,異并且傳壓降鬧特性臺限制鼓了系招統(tǒng)能墻力。陣并聯(lián)系統(tǒng)耗管徑辜較小為管道并費(fèi)用文較低勿,且茂常常泄布置循成同缸程式季,當(dāng)夸每個崖并聯(lián)翅環(huán)路既之間流量魂平衡衫時,檔其換衫熱量續(xù)相同盈,其稱壓降邊特性首有利姓于提聯(lián)高系汪統(tǒng)能念力。因此廟,實(shí)伯際工程織一般榆都采秧用并宅聯(lián)同車程式律。5/爸12支/2視02雞325管材正選擇兇及長硬度計(jì)熔算管材柱選擇地埋色管應(yīng)因采用進(jìn)化學(xué)穩(wěn)定巷性好下、耐票腐蝕移、導(dǎo)懂熱系排數(shù)大崇、流檔動阻深力小的塑權(quán)料管濱材及狼管件使，宜槐采用俗聚乙科烯管瘋（PE）或咬聚丁區(qū)烯管泥（PB）。（PE材料棍按照棍國際靜上統(tǒng)也一的殃標(biāo)準(zhǔn)永劃分恥為五挨個等友級：PE出32級、PE類40級、PE蝕63級、PE邀80級和PE消10變0級。爪用于宿地源粒熱泵房誠管道PE管的超生產(chǎn)拜為高裹密度住聚乙毒烯HD似PE，其非等級堤是PE俊80、PE淋10臥0兩種槍）。地埋雄管長蛙度計(jì)牙算地源練熱泵某換熱景器的脊換熱己量應(yīng)宏該滿眼足空奴調(diào)主舟機(jī)實(shí)云際所匪需最桌大吸柔熱量客和施籌熱量磁。根據(jù)掘現(xiàn)場榆實(shí)測帽的巖宴土體向及回易填材聚料的希熱物編性，檢以及襪熱泵濁機(jī)參陽數(shù)、賓建筑考物逐易月負(fù)棉荷、華設(shè)定炕循環(huán)遞液體糕進(jìn)出標(biāo)溫度紛、給臭定換兩熱器惡結(jié)構(gòu)專尺寸鵝，采持用專用逆軟件進(jìn)行本計(jì)算貫。也可轉(zhuǎn)以用狡半經(jīng)至驗(yàn)公帝式計(jì)海算。5/鴉12端/2夫02往326地埋芽換熱陸器系觸統(tǒng)水和力計(jì)鏈算管道辣壓力嫁損失商計(jì)算在同流程系興統(tǒng)中,選擇粉壓力展損失播最大診的熱朱泵機(jī)捆組所扯在環(huán)路作抖為最腹不利椅環(huán)路斤進(jìn)行掃阻力勵計(jì)算東。循環(huán)棵泵的拆選擇單機(jī)刮揚(yáng)程剃一般仙不超32皆m，變硬流量奴水泵織，功霸率不偏超過30暮kw。塑料屯管的肉摩擦詞阻力肉遠(yuǎn)比透鐵管醒小。5/巷12滔/2忘02慮327確定薪埋管語管長丟與埋宮管間侄距地下刊熱交碰換器林長度動的確珠定除濃了已谷確定其的系悄統(tǒng)布旱置和莖管材滿外，伏還需烏要有抵當(dāng)?shù)剡b的土寒壤技旗術(shù)資曠料，灑如地踐下溫辭度、益?zhèn)鳠峤菹禂?shù)雪等（煤通過抽熱響纏應(yīng)實(shí)垂驗(yàn)測米得）旱。5/寶12輪/2步02降328近管艷壁土攻壤熱殘物性拴與換芒熱能旗力關(guān)敬系回填怒土的變熱物馳性對傭埋管威的換返熱能沾力影妹響非榮常大桑，因蟻為埋冶管近抓壁處遵土壤嫌的熱蔽阻是蛾主要載熱阻決，顯青然隨云回填蟲土材歪料熱弟導(dǎo)率蹄的增洪加而堤增大賽，埋訴管的膚換熱著能力圖增加壓，為夏買季埋吧管平思均最鐮高溫已度隨餅回填叨土導(dǎo)音熱系蜘數(shù)關(guān)蹤蝶系。但回滿填土匹的導(dǎo)論熱系局?jǐn)?shù)大笨于某者一臨守界值乒時，芝強(qiáng)化盾換熱意不明粥顯，育還會巖導(dǎo)致薪換熱贈管短掩路。5/濤12啊/2腸02晃329五、僅地下瓶熱平好衡設(shè)陶計(jì)《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范GB50366-2009》規(guī)定：地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行全年動態(tài)負(fù)荷計(jì)算，最小計(jì)算周期宜為一年。計(jì)算周期內(nèi)，地源熱泵系統(tǒng)總釋（排）熱量宜與其總吸（?。崃肯嗥胶?。各種柴設(shè)計(jì)謝方案恩的機(jī)徹理依據(jù)佩巖土桃體的蹄熱平寬衡狀黃況：庫即不樹同地逃區(qū)氣源候條驗(yàn)件、付不同撥功能鴿的空錦調(diào)房割間和歷不同駱運(yùn)行斬方式國所形鍛成的左累積寇排熱增量與畝累積姜取熱逢量的旋狀況母。5/控12與/2漿02筑330全年完累積川排、隔取熱太量比蜓ral全年累積排、取熱量比ral（ratioofaccumulatedloads）是全年向地埋管換熱器的總排熱量與其總?cè)崃恐取?/p>

當(dāng)ral=1

地下巖土年平均溫度保持不變Q排=Q取當(dāng)ral>1Q排>Q取地下巖土年平均溫度逐年升高當(dāng)ral<1Q排<Q取地下巖土年平均溫度逐年降低目標(biāo)：巖繪土溫慚度不泳變盡量承減少遼對機(jī)婚組和稅環(huán)境任的影守響5/意12況/2似02貪331歷年導(dǎo)累積功排、歲取熱數(shù)總量蟲曲線ral≈1概的工旁程，冬款季開柳始供拳熱使格用藥，然童后在減夏季疲制冷喉，全掙年冬術(shù)夏季鏈取排握熱總身量相樸等，曠負(fù)荷嗽總量旁變化罰曲線姑為曲蒼線①。金反之扯，夏素季開欲始制啟冷使拾用，靠則為各曲線張④。

歷年負(fù)荷總量累積曲線

1、4－平衡型2－累積排熱型3－累積取熱型

歷年累積排取熱量Q/GJ5/夢12敘/2馳02域332熱平挨衡設(shè)錦計(jì)的悶九種盞設(shè)計(jì)獲方案據(jù)巖祝土體皺的累部積排稅熱量李和累索積取律熱量線的平抽衡狀妄況和幸我國休不同牧地域預(yù)、不污同氣券候特銅點(diǎn)，僅提出唇以下動9種砍設(shè)計(jì)讓方案拉：方案城1綱地埋鏈管+失熱泵牽機(jī)組方案煎2壩地埋氣管+釘熱泵濃機(jī)組廉