混合式地源熱泵系統(tǒng)設計實例研究

常成

摘 要：作為一種節(jié)能環(huán)保型的先進空調技術，地源熱泵系統(tǒng)已經成為生態(tài)建筑能源研究領域的熱點。依托具體實例，針對混合式地源熱泵系統(tǒng)的設計進行研究，對地埋管換熱器的設計進行了探討，結合實際地質情況設計了混合式地源熱泵系統(tǒng)，以期為相關工作給予一定的技術支持和幫助。

關鍵詞：混合式地源熱泵系統(tǒng)；地暖管換熱器；熱水系統(tǒng)；施工工藝

中圖分類號：TU833 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）03-0033-02

在熱泵應用技術領域，地源熱泵是其中一個重要的分支，因其節(jié)能、環(huán)保的特點受到各國的青睞和推崇，近年來也呈現出良好的發(fā)展趨勢。當前，該技術已經被世界很多國家所采用，但是，其使用的地域范圍會受到其自身的限制。為了擴大地源熱泵系統(tǒng)的應用范圍，混合式地源熱泵系統(tǒng)應運而生，該系統(tǒng)不僅能夠大大節(jié)省經濟投資，還在很大程度上降低了運行費用。筆者對混合式地源熱泵系統(tǒng)的設計進行研究。

1 工程簡介和設計方案的確定

某建筑大樓總面積為12 000 m2，共8層，其機房設置在地下室，地下室面積為120 m2，第一層為大會堂，其余為辦公室和客房。經統(tǒng)計，整棟建筑的空調冷負荷為1 200 kW，供暖熱負荷為700 kW，熱水負荷為800 kW。從節(jié)能、環(huán)保的角度出發(fā)，與現場實際情況相結合，該工程采用混合式地源熱泵系統(tǒng)，同時加裝熱水儲能裝置。計劃系統(tǒng)的熱源/匯采用土壤，這樣做可以降低工程造價。由于空調冷負荷較大，在設計地埋管時，以供暖負荷為主要對象，在夏天可以配合使用冷卻裝置。生活熱水由一個獨立的熱泵機組系統(tǒng)提供，其供水方式采用閉式，由熱水循環(huán)泵提供熱水循環(huán)動力。

2 混合式地源熱泵系統(tǒng)設計

在設計混合式地源熱泵系統(tǒng)時，主要包括以下幾個重要的環(huán)節(jié)：選擇熱泵機組、設計地埋管換熱器、生活熱水系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和機房控制系統(tǒng)等。

2.1 熱泵機組選擇

依據空調系統(tǒng)設計各類負荷的大小，選擇3臺熱泵機組，其主要參數如表1所示。其中，1號機組供冬夏兩用，在供暖情況下，使用1號機組即可；2號機組和1號機組共同承擔設計的冷負荷；3號機組根據熱水的熱負荷進行選取。

在地源熱泵系統(tǒng)的設計中，地埋管換熱器是最重要的環(huán)節(jié)，其設計的好壞將直接關系到整個系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。在該工程中，采用單U形管豎直埋管換熱器，并聯(lián)同程式進行管路連接，U形管換熱器的管材采用高密度聚乙烯管，采用D32的PE管。依據空調設計的熱負荷和熱水設計熱負荷來確定埋管的長度和布置方式。在設計地埋管長度時，涉及到負荷、管材、管徑和土壤等眾多因素，是一個較為復雜的過程，所以，在實際工作中常常采用簡化計算的方法進行設計，經過計算后，設計的所需埋管總長度為LH=26 074 m。依據現場的勘查資料、考慮鉆孔的難易程度和施工費用等，將孔洞的深度定為71 m，鉆孔直徑為110 mm，其U型管換熱器底部距離井底1 m。

2.3 熱水系統(tǒng)的設計

在該工程中，熱水系統(tǒng)采用的是帶有閉式儲水罐的系統(tǒng)，3號機組為生產熱水的機組，其啟動和停止都是通過熱水溫度進行控制的，這樣可以實現機組間歇性運行，它對于地埋管換熱器四周土壤溫度場的恢復十分有利，同時也大大提高了機組的運行效率。熱水供水的溫度為52 ℃，回水的溫度為40 ℃，熱水管網的循環(huán)采用閉式立管方式，由循環(huán)泵提供動力。閉式儲水罐可以存儲一定的熱水，能夠保證在用水高峰期熱水的充足供應。

2.4 輔助冷卻系統(tǒng)

輔助冷卻系統(tǒng)的主要設備是冷卻塔，補充冷卻設備為噴泉。夏天，因為地表水的溫度要比室外空氣溫度低，所以，可以將地表水作為熱泵機組的冷卻水，將噴泉作為補充冷卻設備。為了保證熱泵機組的能效，該工程僅在5—6月將噴泉作為冷卻水。在計算冷卻塔容量時，要考慮到建筑的負荷、冷卻塔的控制方法和開啟時間等因素。

2.5 機房控制系統(tǒng)

該工程采用AP0GEE系統(tǒng)作為機房自控系統(tǒng)，在冷熱源機房中分別設置MBC40控制器、MEC控制器和相對應的點擴展模塊，并對相應的設備進行監(jiān)控。根據設計要求，制冷機組的參數利用網關的方式進行采集。

3 結束語

本文依托具體工程實例，根據建筑物的負荷特點等，確定采用混合式地源熱泵系統(tǒng)，并對其進行了具體設計，相間布置了熱水系統(tǒng)和建筑物空調系統(tǒng)的地埋管換熱器，兩套系統(tǒng)的切換在夏天實現了互補，提高了整個系統(tǒng)的能效比。采用混合式地源熱泵系統(tǒng)可以大大節(jié)省投資，降低工程造價，減小熱換器的面積。相信在未來，隨著相關技術的不斷發(fā)展和成熟，該系統(tǒng)將會有更加廣闊的應用空間。

參考文獻

[1]楊衛(wèi)波，施明恒.混合地源熱泵系統(tǒng)（HGSHPS）的研究[J].建筑熱能通風空調，2006（06）.

[2]曲云霞，張林華，方肇洪. 地源熱泵系統(tǒng)輔助散熱設備及其經濟性能[J].可再生能源，2003（4）：9-11.

[3]王景剛，孫培杰，王惠想，等.輔助冷卻復合地源熱泵系統(tǒng)可行性分析[J].河北建筑科技學院學報，2005（03）.

〔編輯：白潔〕

摘 要：作為一種節(jié)能環(huán)保型的先進空調技術，地源熱泵系統(tǒng)已經成為生態(tài)建筑能源研究領域的熱點。依托具體實例，針對混合式地源熱泵系統(tǒng)的設計進行研究，對地埋管換熱器的設計進行了探討，結合實際地質情況設計了混合式地源熱泵系統(tǒng)，以期為相關工作給予一定的技術支持和幫助。

關鍵詞：混合式地源熱泵系統(tǒng)；地暖管換熱器；熱水系統(tǒng)；施工工藝

中圖分類號：TU833 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）03-0033-02

在熱泵應用技術領域，地源熱泵是其中一個重要的分支，因其節(jié)能、環(huán)保的特點受到各國的青睞和推崇，近年來也呈現出良好的發(fā)展趨勢。當前，該技術已經被世界很多國家所采用，但是，其使用的地域范圍會受到其自身的限制。為了擴大地源熱泵系統(tǒng)的應用范圍，混合式地源熱泵系統(tǒng)應運而生，該系統(tǒng)不僅能夠大大節(jié)省經濟投資，還在很大程度上降低了運行費用。筆者對混合式地源熱泵系統(tǒng)的設計進行研究。

1 工程簡介和設計方案的確定

某建筑大樓總面積為12 000 m2，共8層，其機房設置在地下室，地下室面積為120 m2，第一層為大會堂，其余為辦公室和客房。經統(tǒng)計，整棟建筑的空調冷負荷為1 200 kW，供暖熱負荷為700 kW，熱水負荷為800 kW。從節(jié)能、環(huán)保的角度出發(fā)，與現場實際情況相結合，該工程采用混合式地源熱泵系統(tǒng)，同時加裝熱水儲能裝置。計劃系統(tǒng)的熱源/匯采用土壤，這樣做可以降低工程造價。由于空調冷負荷較大，在設計地埋管時，以供暖負荷為主要對象，在夏天可以配合使用冷卻裝置。生活熱水由一個獨立的熱泵機組系統(tǒng)提供，其供水方式采用閉式，由熱水循環(huán)泵提供熱水循環(huán)動力。

2 混合式地源熱泵系統(tǒng)設計

在設計混合式地源熱泵系統(tǒng)時，主要包括以下幾個重要的環(huán)節(jié)：選擇熱泵機組、設計地埋管換熱器、生活熱水系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和機房控制系統(tǒng)等。

2.1 熱泵機組選擇

依據空調系統(tǒng)設計各類負荷的大小，選擇3臺熱泵機組，其主要參數如表1所示。其中，1號機組供冬夏兩用，在供暖情況下，使用1號機組即可；2號機組和1號機組共同承擔設計的冷負荷；3號機組根據熱水的熱負荷進行選取。

在地源熱泵系統(tǒng)的設計中，地埋管換熱器是最重要的環(huán)節(jié)，其設計的好壞將直接關系到整個系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。在該工程中，采用單U形管豎直埋管換熱器，并聯(lián)同程式進行管路連接，U形管換熱器的管材采用高密度聚乙烯管，采用D32的PE管。依據空調設計的熱負荷和熱水設計熱負荷來確定埋管的長度和布置方式。在設計地埋管長度時，涉及到負荷、管材、管徑和土壤等眾多因素，是一個較為復雜的過程，所以，在實際工作中常常采用簡化計算的方法進行設計，經過計算后，設計的所需埋管總長度為LH=26 074 m。依據現場的勘查資料、考慮鉆孔的難易程度和施工費用等，將孔洞的深度定為71 m，鉆孔直徑為110 mm，其U型管換熱器底部距離井底1 m。

2.3 熱水系統(tǒng)的設計

在該工程中，熱水系統(tǒng)采用的是帶有閉式儲水罐的系統(tǒng)，3號機組為生產熱水的機組，其啟動和停止都是通過熱水溫度進行控制的，這樣可以實現機組間歇性運行，它對于地埋管換熱器四周土壤溫度場的恢復十分有利，同時也大大提高了機組的運行效率。熱水供水的溫度為52 ℃，回水的溫度為40 ℃，熱水管網的循環(huán)采用閉式立管方式，由循環(huán)泵提供動力。閉式儲水罐可以存儲一定的熱水，能夠保證在用水高峰期熱水的充足供應。

2.4 輔助冷卻系統(tǒng)

輔助冷卻系統(tǒng)的主要設備是冷卻塔，補充冷卻設備為噴泉。夏天，因為地表水的溫度要比室外空氣溫度低，所以，可以將地表水作為熱泵機組的冷卻水，將噴泉作為補充冷卻設備。為了保證熱泵機組的能效，該工程僅在5—6月將噴泉作為冷卻水。在計算冷卻塔容量時，要考慮到建筑的負荷、冷卻塔的控制方法和開啟時間等因素。

2.5 機房控制系統(tǒng)

該工程采用AP0GEE系統(tǒng)作為機房自控系統(tǒng)，在冷熱源機房中分別設置MBC40控制器、MEC控制器和相對應的點擴展模塊，并對相應的設備進行監(jiān)控。根據設計要求，制冷機組的參數利用網關的方式進行采集。

3 結束語

本文依托具體工程實例，根據建筑物的負荷特點等，確定采用混合式地源熱泵系統(tǒng)，并對其進行了具體設計，相間布置了熱水系統(tǒng)和建筑物空調系統(tǒng)的地埋管換熱器，兩套系統(tǒng)的切換在夏天實現了互補，提高了整個系統(tǒng)的能效比。采用混合式地源熱泵系統(tǒng)可以大大節(jié)省投資，降低工程造價，減小熱換器的面積。相信在未來，隨著相關技術的不斷發(fā)展和成熟，該系統(tǒng)將會有更加廣闊的應用空間。

參考文獻

[1]楊衛(wèi)波，施明恒.混合地源熱泵系統(tǒng)（HGSHPS）的研究[J].建筑熱能通風空調，2006（06）.

[2]曲云霞，張林華，方肇洪. 地源熱泵系統(tǒng)輔助散熱設備及其經濟性能[J].可再生能源，2003（4）：9-11.

[3]王景剛，孫培杰，王惠想，等.輔助冷卻復合地源熱泵系統(tǒng)可行性分析[J].河北建筑科技學院學報，2005（03）.

〔編輯：白潔〕

摘 要：作為一種節(jié)能環(huán)保型的先進空調技術，地源熱泵系統(tǒng)已經成為生態(tài)建筑能源研究領域的熱點。依托具體實例，針對混合式地源熱泵系統(tǒng)的設計進行研究，對地埋管換熱器的設計進行了探討，結合實際地質情況設計了混合式地源熱泵系統(tǒng)，以期為相關工作給予一定的技術支持和幫助。

關鍵詞：混合式地源熱泵系統(tǒng)；地暖管換熱器；熱水系統(tǒng)；施工工藝

中圖分類號：TU833 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）03-0033-02

在熱泵應用技術領域，地源熱泵是其中一個重要的分支，因其節(jié)能、環(huán)保的特點受到各國的青睞和推崇，近年來也呈現出良好的發(fā)展趨勢。當前，該技術已經被世界很多國家所采用，但是，其使用的地域范圍會受到其自身的限制。為了擴大地源熱泵系統(tǒng)的應用范圍，混合式地源熱泵系統(tǒng)應運而生，該系統(tǒng)不僅能夠大大節(jié)省經濟投資，還在很大程度上降低了運行費用。筆者對混合式地源熱泵系統(tǒng)的設計進行研究。

1 工程簡介和設計方案的確定

某建筑大樓總面積為12 000 m2，共8層，其機房設置在地下室，地下室面積為120 m2，第一層為大會堂，其余為辦公室和客房。經統(tǒng)計，整棟建筑的空調冷負荷為1 200 kW，供暖熱負荷為700 kW，熱水負荷為800 kW。從節(jié)能、環(huán)保的角度出發(fā)，與現場實際情況相結合，該工程采用混合式地源熱泵系統(tǒng)，同時加裝熱水儲能裝置。計劃系統(tǒng)的熱源/匯采用土壤，這樣做可以降低工程造價。由于空調冷負荷較大，在設計地埋管時，以供暖負荷為主要對象，在夏天可以配合使用冷卻裝置。生活熱水由一個獨立的熱泵機組系統(tǒng)提供，其供水方式采用閉式，由熱水循環(huán)泵提供熱水循環(huán)動力。

2 混合式地源熱泵系統(tǒng)設計

在設計混合式地源熱泵系統(tǒng)時，主要包括以下幾個重要的環(huán)節(jié)：選擇熱泵機組、設計地埋管換熱器、生活熱水系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和機房控制系統(tǒng)等。

2.1 熱泵機組選擇

依據空調系統(tǒng)設計各類負荷的大小，選擇3臺熱泵機組，其主要參數如表1所示。其中，1號機組供冬夏兩用，在供暖情況下，使用1號機組即可；2號機組和1號機組共同承擔設計的冷負荷；3號機組根據熱水的熱負荷進行選取。

在地源熱泵系統(tǒng)的設計中，地埋管換熱器是最重要的環(huán)節(jié)，其設計的好壞將直接關系到整個系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。在該工程中，采用單U形管豎直埋管換熱器，并聯(lián)同程式進行管路連接，U形管換熱器的管材采用高密度聚乙烯管，采用D32的PE管。依據空調設計的熱負荷和熱水設計熱負荷來確定埋管的長度和布置方式。在設計地埋管長度時，涉及到負荷、管材、管徑和土壤等眾多因素，是一個較為復雜的過程，所以，在實際工作中常常采用簡化計算的方法進行設計，經過計算后，設計的所需埋管總長度為LH=26 074 m。依據現場的勘查資料、考慮鉆孔的難易程度和施工費用等，將孔洞的深度定為71 m，鉆孔直徑為110 mm，其U型管換熱器底部距離井底1 m。

2.3 熱水系統(tǒng)的設計

在該工程中，熱水系統(tǒng)采用的是帶有閉式儲水罐的系統(tǒng)，3號機組為生產熱水的機組，其啟動和停止都是通過熱水溫度進行控制的，這樣可以實現機組間歇性運行，它對于地埋管換熱器四周土壤溫度場的恢復十分有利，同時也大大提高了機組的運行效率。熱水供水的溫度為52 ℃，回水的溫度為40 ℃，熱水管網的循環(huán)采用閉式立管方式，由循環(huán)泵提供動力。閉式儲水罐可以存儲一定的熱水，能夠保證在用水高峰期熱水的充足供應。

2.4 輔助冷卻系統(tǒng)

輔助冷卻系統(tǒng)的主要設備是冷卻塔，補充冷卻設備為噴泉。夏天，因為地表水的溫度要比室外空氣溫度低，所以，可以將地表水作為熱泵機組的冷卻水，將噴泉作為補充冷卻設備。為了保證熱泵機組的能效，該工程僅在5—6月將噴泉作為冷卻水。在計算冷卻塔容量時，要考慮到建筑的負荷、冷卻塔的控制方法和開啟時間等因素。

2.5 機房控制系統(tǒng)

該工程采用AP0GEE系統(tǒng)作為機房自控系統(tǒng)，在冷熱源機房中分別設置MBC40控制器、MEC控制器和相對應的點擴展模塊，并對相應的設備進行監(jiān)控。根據設計要求，制冷機組的參數利用網關的方式進行采集。

3 結束語

本文依托具體工程實例，根據建筑物的負荷特點等，確定采用混合式地源熱泵系統(tǒng)，并對其進行了具體設計，相間布置了熱水系統(tǒng)和建筑物空調系統(tǒng)的地埋管換熱器，兩套系統(tǒng)的切換在夏天實現了互補，提高了整個系統(tǒng)的能效比。采用混合式地源熱泵系統(tǒng)可以大大節(jié)省投資，降低工程造價，減小熱換器的面積。相信在未來，隨著相關技術的不斷發(fā)展和成熟，該系統(tǒng)將會有更加廣闊的應用空間。

參考文獻

[1]楊衛(wèi)波，施明恒.混合地源熱泵系統(tǒng)（HGSHPS）的研究[J].建筑熱能通風空調，2006（06）.

[2]曲云霞，張林華，方肇洪. 地源熱泵系統(tǒng)輔助散熱設備及其經濟性能[J].可再生能源，2003（4）：9-11.

[3]王景剛，孫培杰，王惠想，等.輔助冷卻復合地源熱泵系統(tǒng)可行性分析[J].河北建筑科技學院學報，2005（03）.

〔編輯：白潔〕