摘要：文章介绍了该系统的技术原理与特点、系统分类及应用条件，具体阐述了地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统、地表水地源热泵系统的设计要点。
关键词：地源热泵系统；地源热泵技术；设计要点
1技术原理及特点
地源热泵技术是通过输入少量的高位能源，实现浅层低位地能向高位能源转移的可再生能源利用技术，它可以将地下土壤(地下水或地表水)中的热量或者冷量转移到所需要的地方，实现空调制冷、采暖或者生活热水使用。地源热泵系统还可以利用地下土壤(地下水)巨大的蓄热蓄冷能力，冬季把热量从地下土壤(地下水)中转移到建筑物内，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内，仅需要消耗极少的输送能耗。
以岩土体、地下水或地表水为低位热源，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。
地源热泵技术具有高效节能、一机多用的特点，对环境友好无污染，维护简单，选择范围广。
2系统分类及应用条件
地源热泵系统广泛应用于办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店商场等领域，但是受低位热源条件的限制，并不是所有地区均适合使用该系统。根据地热能交换系统形式的不同，可以分为三类：
1)地埋管地源热泵系统(简称地埋管系统)，除了要有足够埋管区域，还要有比较合适的岩土体特性。
2)地下水地源热泵系统(简称地下水系统)，首先要有持续水源的保证，还要具备可靠的回灌能力。
3)地表水地源热泵系统(简称地表水系统)，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。需要考虑足够的水域体积、水量、水温等条件以及对水环境的影响。
因此，在地源热泵系统方案设计前，应进行工程场地状况和浅层地热能资源条件的调查和勘察，并根据实际情况进行选择采用哪种系统。一个成功的地源热泵系统的完成需要业主、勘察方、设计方、施工调试方、运行管理方配合实施，才能最终完成。
3地源热泵系统设计要点
3.1土壤源热泵系统
土壤源热泵系统是否能够可靠运行取决于埋管区域土壤温度是否能长期稳定在合适的范围内，该温度的提高或降低都会使得水源热泵机组的性能降低，影响供冷、供热效果和整体节能性。土壤源热泵系统的设计要点主要包括负荷计算、系统热平衡、地埋管换热器设计、埋管及联接方式、主要设计参数等方面。
3.1.1负荷计算
地埋管换热系统设计应进行全年动态负荷计算，最小计算周期为1年。在供冷季节，输入系统的所有热量都必须释放到地下，这些热量包括系统热负荷、热泵主机耗功量、水泵耗功量。在供热季节，从地下吸收的热量等于热泵主机的制热量减去输入的电功耗。输入的电功耗包括主机耗功量和地埋换热器循环泵的耗功量。一般须借助专业空调负荷计算软件完成。
3.1.2系统热平衡
在计算周期内，地源热泵系统释放的总释热量宜与其总吸热量平衡。当系统的总释热量与其总吸热量不平衡时，比如夏季排热量大于冬季取热量时，应设置部分冷却塔作为复合冷源或配置生活热水热泵机组加以平衡；反之，当夏季排热量小于冬季取热量时，可采用热泵结合其他类型锅炉取热方式加以平衡。如果地下水存在渗流或流动现象，将有利于地热换热器的传热和减弱或消除由于地热换热器吸收热不平衡而引起的热量累积效应。
3.1.3地埋管换热器设计
1)采用专用岩土体热物性进行测量确定。一般以扰动．响应方式获得，通过分析岩土体的导热系数、热扩散及其他相关参数获得。
2)地埋管换热器设计应满足一年中最冷月和最热月从地下吸取和释放热量的需求，并且保证整个供冷、供热周期内换热器出水温度在合适的范围内，一般须借助专业埋地换热模拟计算软件完成。
3)地埋管材料与规格：一般采用聚乙烯管PE80或PElOO、聚丁烯管PB，公称压力>1．0MPa。链接方式为：热熔焊和电容焊。
4)竖直埋管地下传热计算可采用柱源传热方法、经验估算法、专业软件模拟计算法。
3.1.4埋管及联接方式
1)采用竖直埋管换热器时，每个钻孔可设置一组或两组U形管，由于双U管比U管埋管仅提高15％到20％的换热能力，一般情况多采用单U形管。
2)一般采用并联同程连接。
3.1.5主要设计参数
1)竖直孔深宜>20mm，通常为50mm-100mm，孔径一般为110mm～130mm。
2)水平连接管位于其他市政管道以下1.5rn～2.0m：竖直管间距通常为3m～6m。
3)水平埋管位于冻土层以下4.0m，且不应小于0.8m。
4)钻孔回填材料一般为膨润土．石英沙添加剂混合物，导热系数在lW～2W(m·k)。
5)设计工况地埋管换热器内流体应保持紊流状态。
3.2地下水系统
地下水源热泵系统设计要点是：
1)热源井的勘察设计单位应具有水文地质勘察资质。
2)热源井设计必须保证持续出水量需求和可靠回灌，一般回灌井和抽水井数比例大于2：1。
3)地下水系统设计，除应考虑水流量、水温等参数外，还应关注水的化学成分、浑浊度、硬度、矿化度和腐蚀性等因素。通常根据水质不同，采用相应处理措施，主要包括除砂、除铁、防腐、防垢等。一般铁、锰含量不应高于0.3mg/L。
4)根据地下水质条件，地下水换热系统可采用间接或直接系统，直接进入机组的地下水水质应满足以下要求：含沙量<l/200000，pH值6.5-8.5，CaO<200mg/L，矿化度<3g/L，CI<100mg/L，SO2-4<200mg/L，Fe2+<lmg/L，H2S<0.5mg/L。
5)地下水流量控制：抽水泵功耗过高是目前地下水系统运行存在的普遍问题，占总能耗的25％。因此，水系统宜采用变流量设计。
6)为防止回灌井堵塞，抽水井和回灌井应能相互切换。
3.3地表水系统
地表水源热泵系统设计要点是：
1)在方案可行性研究阶段，必须进行水文、地理条件现场勘查及相关资料收集研究。
2)地表水利用可采用直接抽取式或抛管换热式两种方式，直接抽取式需要设计专门的取水构筑物，抛管换热器只需将换热器直接投放到地表水中即可，但需要保证换热器位于最低水位1．5m以下。
3)地表水取水构筑物受水源流量、流速、水位影响较大，旋工较复杂，要针对具体情况选择施工方案；同时考虑供水口和排水口的布置，防止短路。
4)地表水水体温度随空气温度变化较大，需考虑最不利工况进行机组选型，但地表水与外界换热量大，可以消除冬夏吸释热量不平衡对水体温度的影响。
5)地表水相对地下水矿化度低，但含泥沙等固体颗粒物、胶质悬浮物及藻类等有机物较多，较浑浊，需要进行必要的过滤、除藻等水质处理后采用，就地间接换热是较佳方案。
6)海水作为低位热源，换热设备和管道应具有防腐、防微生物附着能力。
7)地表水系统宜采用变流量设计。
3.4地源热泵机组
地表水源热泵选择要点是：
1)选择适宜地源热泵系统的水源热泵机组(见表1)。表一.png)
2)水源热泵机组及末端设备应按照实际运行参数选型，而非标准工况参数。
水源热泵机组及末端设备应按照实际运行参数选型，而非标准工况参数。
4结语
尽管地源热泵在设计和运行中还存在一些问题，但是由于地源热泵利用的是清洁的可再生能源技术，正符合能源的可持续发展理论，因此被认为是本世纪最具有发展前途的绿色建筑设备，具有显著的环保优势，应用前景良好。
参考文献
[1]赵金秀，周红星．土壤源热泵系统设计与节能技术分析阴安徽农业科学．2009(19).
论文作者:王艳
论文发表刊物:《基层建设》2016年20期
论文发表时间:2016/12/5
标签：系统论文; 源热泵论文; 地表水论文; 地下水论文; 换热器论文; 热量论文; 机组论文; 《基层建设》2016年20期论文;