地源热泵系统设计及工程实例介绍目录第一节概述本文所指的地源热泵系统包含浅层地下水源热泵系统和地埋管式地源热泵系统；本类系统主要由三部分组成：1、水井、地埋管等地下换热系统安全可靠性、初期投资2、热泵机房系统满足负荷需求节能性3、室内末端系统室内使用效果末端设备第二节地下换热系统设计一、浅层地下水源热泵系统1、概述形式：同井抽灌、异井抽灌适用范围：地下水文地质条件比较好区域的项目设计时应遵循的原则：地下水换热系统应根据水文地质勘察资料进行设计。必须采取可靠的回灌措施，使抽取的地下水能够全部回灌，且不将受污染的水与未受污染的水混采和混灌。地下水的持续出水量应满足水源热泵系统最大吸热量或放热量的要求。(1)收集地质、水文地质资料地下换热器的负荷与建筑物的供热、制冷及供生活热水的设计负荷有关，其换热量应满足系统正常运行工况时的最大吸热量或最大放热量的要求，计算公式如下：最大放热量Q1=[建筑冷负荷×(1+1/EER)](1)最大吸热量Q2=[建筑热负荷×(1-1/COP)](2)（注：COP为机组制热性能系数，EER为热泵机组制冷性能系数，机组COP值与工况有关，在计算时应考虑地下水温度和末端形式。）得出最大吸热量与最大放热量相当时，应分别计算供热、制冷工况下所需地下水量，并取其大者；当两者相差较大时，根据项目规模，可采用辅助设备调峰解决，使系统更经济合理。(3)水量的确定例题b、冬季供暖工况下：q2=3600Q2/ρcp(t1-t2)(4)式中：q2为采暖时所需地下水量(m3/h)；Q2为冬季设计工况时需要提取的热量(kw)，据公式(2)求得；ρ为水的密度(kg/m3)，可取1000kg/m3；cp为水的定压比热容，可取4.19kJ/(kg·℃)；t1为进入机组换热器的地下水温度(℃)；t2为出换热器的地下水温度(℃)。代入值公式简化为：q2=Q2/[1.163(t1-t2)]例题：由公式(3)、(4)计算地下水流量，取较大值46.9m3/h作为所需要的地下水流量。(4)井深的选择(5)井径和井管(6)滤水管的位置(7)井数的考虑(8)其它第二节地下换热系统设计二、地埋管热泵系统1、概述形式：水平埋管、垂直埋管优点：（1）不依赖地下水，适应区比较广。（2）该系统不抽取地下水，不干扰地下水管理。（3）换热层位多，适用范围大，热储量较大。（4）系统运行维护工作少。缺点：（1）通过管壁传导换热，而管内外的温差一般不大，因此，需要较大的换热面积，从而造成系统初投资较大。（2）随着机组负荷的变化，管中水的温度不稳定，造成工况不稳定和热量损失，在极端天气条件下机组的性能系数较低。（3）与地下水换热系统比运行费用稍高。设计时应遵循的原则：地埋管换热系统应根据地质、水文地质勘察资料以及土壤的热物性参数进行设计。地埋管换热器的换热量应满足地源热泵系统最大吸热量或放热量的要求。(1)工程勘查，地层热物性测试热响应测试原理：将地埋管换热器与加热/制冷设备（测试仪器）连接，通过向地下输入热量，模拟夏季制冷工况；通过向地下输入冷量，模拟冬季采暖工况。在向地下输入冷、热量的同时，不断记录进出管的温度和流量，来计算地层的换热能力（地层导热系数K、单位延米换热孔换热量w/m)热响应测试的方法：恒热流测试法可控工况测试法(2)计算地下换热器的负荷(3)地埋管换热器埋管形式的选择(4)埋管长度的确定埋管长度可按如下公式计算：L=1000Qmax/ql(5)式中：L为埋管换热器总长(m)；ql为最大利用温差的每米换热功率(W/m)，一般由接近实际工况的现场换热试验取得；Qmax为夏季向埋管换热器排放的最大功率与冬季从埋管换热器吸收的最大功率中的较大值(KW)上述计算地埋管换热器管长的方法，适用于最大吸热量与最大放热量相差不大的工程，设计长度选两者中较大的。如两者相差较大，宜用较小值确定管道的长度，两者相差的负荷采用辅助设备的方式解决，如增加冷却塔或辅助热源。这样一方面减少工程量，降低初投资；另一方面也可减少因吸热与放热不平衡引起岩土体温度的持续变化的可能性。(5)孔深、孔径、孔数、孔间距的确定换热孔数量的确定：N=L/H式中：N为钻井数(个)；L需要的换热孔的总长(m)；H为换热孔单孔深度(m)；换热孔间距的确定：场地条件：场地有限可适当减小间距。热干扰半径：地层导热性好，热传递快，单个换热孔的换热能力高，热扩散半径大，孔间距大；相反则小。施工成孔率：目前换热孔施工的钻机的控斜能力不强，换热孔很容易倾斜，当孔间距较小时，容易造成穿孔。换热孔深度大，间距可适当加大，相反则小。应综合考虑以上三方面因素，确定换热孔的间距，一般在3~7米之间。换热