地埋管地源热泵系统的设计及优化.

1 总则1.1.1为规范江苏省地源热泵桩基埋管技术应用工程的工程勘察、测试、设计、施工、验收及运行维护等技术工作，使地源热泵桩基埋管工程符合安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、节能环保与减排的要求，制定本规程。

1.1.2本规程适用于江苏省内采用桩基埋管地源热泵换热系统的建筑工程。

1.1.3采用本规程进行地源热泵桩基埋管工程勘察、测试、设计、施工、验收及运行维护除执行本规程外，尚应符合国家和江苏省现行其它标准的要求。

12 2 术语和符号2.1 术 语2.1.1 桩基埋管换热器 Pile foundation buried heat exchange pipe埋设于桩内的密闭循环管组构成的换热器，根据管路安装型式不同，常见的有垂直U 型桩基埋管换热器、W 型桩基埋管换热器和螺旋型桩基埋管换热器等。

2.1.2 埋管桩基（能源桩） Energy pile通过在建筑桩基础中埋设换热器装置(即桩基埋管)，进行浅层低温地热能交换，起到基础承载和换热的双重功能的桩基础，也称为能源桩。

2.1.3 桩基埋管换热系统 Heat transfer system of buried pipe pile foundation传热介质通过桩基埋管换热器与岩土体进行热交换的地热能交换系统。

2.1.4 热响应测试 Geo-thermal response test通过测试仪器，对地埋管换热器或能源桩进行一定时间内的连续加热或取热，以获得岩土体或桩基埋管（能源桩）综合热物性参数的试验。

2.1.5 荷载-温度联合测试 Mechanical-thermo test for energy pile在埋管桩基静载试验同时进行一定时间内的连续加热或取热，以确定埋管桩基单桩热-力耦合作用承载力的试验方法。

2.1.6岩土综合导热系数 Geothermal comprehensive thermal conductivity parameter of the earth通过热响应测试得到的钻孔埋管或埋管桩基（能源桩）穿越岩土层的综合导热系数。

地源热泵应用现状调研及优化建议摘要：热泵是在电能驱动下，通过热力学逆循环连续地将热量从低位热源转移到高温物体或者介质，并用于制取热量的装置。

可以利用一份电能提取3~4份可再生能源中的低位热能，共同向用户供热，因此，热泵供热是一种节能、环保、高效的供热方式，在建筑供暖和生活热水供应上获得了广泛应用。

正是由于其这一特性，热泵技术的发展始终同能源与环境问题息息相关，紧密联系在一起。

进入21世纪，气候变化及能源问题更加严峻，热泵技术作为可再生能源利用的有效途径，成为国际能源署认定的节能减碳关键技术之一，在我国获得了广泛的应用。

关键词：地源热泵；应用现状；优化建议引言能源革命、低碳能源、清洁供暖目前已经成为我国能源战略的重要组成部分。

面对严峻的能源危机，国家大力支持低碳清洁能源的开发和利用，建筑行业领域也迎来能源革命。

在建筑领域，地源热泵系统作为一种使用清洁能源的采暖（制冷）系统，可以利用少量的高位能（一般为电能），将浅层的地热能转化为高位热能。

地源热泵主要是将土壤所储藏的庞大太阳能作为热源，通过热泵系统进行能量的相互转换，是一种实用的节能技术。

从长期来看，地源热泵系统具有良好的发展前景，国家大力支持，随着科学技术的进步，未来，其势必获得更广泛的利用。

1热泵发展现状根据热泵利用的低位热源不同分为：空气源热泵、地源热泵、太阳能热泵，其中地源热泵包括地埋管地源热泵、地下水地源热泵和江、河、湖、海、污水及再生水等地表水源热泵。

按照低位热源的可得性、稳定性及技术经济性，空气源热泵和地源热泵是我国热泵应用主要类型。

空气源热泵早期以冷暖空调形式应用推广，以供冷为主、供热为辅，主要应用于分散式短期供暖的长江流域及以南地区。

近年来随着我国清洁取暖国家战略的实施，空气源热泵供暖成为分散电代煤的主要技术形式，应用范围不断北扩。

长江流域供暖需求的日益增加，空气源热泵在这一区域的应用也进一步推广。

建筑节能工作的不断深入推进，迈入近零能耗时代，建筑负荷需求大幅度降低，供能灵活性要求提升，空气源热泵集成新风、净化、除湿的多功能产品不断涌现。

地源热泵地下埋管的优化分析摘要地源热泵是一种新型的技术，具有节能环保等优点。

本文结合舟山地区的实际情况，对地源热泵的地下埋管进行综合分析，内容包括地下埋管的形式、工质和回填材料等，希望能通过本文的分析对舟山市地源热泵的发展起到一定的推动作用。

关键词地源热泵；地下埋管；回填材料中图分类号tu831.3 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）34-0080-02abstract ground source heat pump is a new technology with the advantages of energy saving and environmental protection. combining the practical condition of ，zhoushan ，comprehensive analysis is made on buried pipe systems for ground source heat pump in this paper， including form，working medium and backfill material， etc， playing a significant role in the promotion of the development prospects of ground source heat pump in zhoushan.当今世界，常规能源日见短缺，环境污染日趋严重，为了避免对常规能源资源的过度索取和保护人类赖以生存的自然环境，大力开发利用可再生能源、节约能源已成为科技发展的潮流。

地热属于洁净的可再生能源工业自动化网，它一般具有稳定的能流参数、可全天候开采、使用方便、安全可靠、利用范围广、成本低廉等特点。

地源热泵技术是伴随着全球能源危机和环境问题的出现而逐渐兴起来的，它以大地为热源，可以充分发挥地下土壤蓄能系统的作用，来维持室内的热环境。

第三章地源热泵系统的设计及计算一说到设计，人们往往想到的是工程技术人员的计算和绘图，当然这些都属于设计领域里的工作，而寻找解决问题的途径，也是设计任务之一。

设计本身包括寻找解决问题的途径，所以它不限于事先构思，更不排斥实践，而应是思维活动与实践活动的统一。

空调设计的任务及目的，就是把现有能效高的设备组织好、使用好、充分发挥它们的作用。

现代空调系统的不断发展使建筑物内的设施日益增多和复杂，这对改善人们的生活和工作环境有着积极作用，但同时也带来了由于系统设计、工程施工和运行管理不当而造成对自然环境和人体健康有害的因素。

所以反过来力求解决这些问题就成为一种主要的推动力，促使空调技术更进一步向前发展。

目前，建筑节能的重要性越来越引起人们的关注。

从建筑设计方面来看，提高隔热保温性能，采用合理的朝向，增设必要的遮阳等可以减少空调负荷，降低能耗。

对于确定的空调负荷，提高设备的效率和优化运行过程提供相应的硬件软件，都成为降低能耗的关健。

空调系统的设计一般采用工况设计法，是以夏季和冬季室外空气设计参数为依据的典型工况进行计算，并且是按最不利情况考虑，按照设备的额定工况选择指标。

所以，设备选型较大。

空调设备经常处于部分负荷状态下运行，必须要求设备在部分负荷运行时也能高效率运行。

避免负荷变化了，而设备不能作相应调节，出现大马拉小车的现象；或设备也能调节负荷，但调节性能差，耗能指标落后。

因此，设计的任务就是要用先进的自控技术将空调全工况下的性能调整到最佳程度，这就是所谓的过程设计方法。

一、中央空调设计主要参考以下的规范及标准1、通用设计规范1)．《采暧通风及空气调节设计规范》（GB50019-2003（2003年版））；2)．《采暖通风及至气调节制图标准》（GBJ114－88）3)．《建筑设计防火规范》（GBJ116－87）4)．《高层民用建筑设计防火规范》（ GBJ0045－95）5)．《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26-95）2．专用设计规范：1)．《宿舍建筑设计规范》（JGJ36-87）2)．《住宅设计规范》（GB50096-99）3)．《办公建筑设计规范》（JG67－89）4)．〈旅馆建筑设计规范〉（JGJ67-89）5)．《旅游旅馆建筑热土与空气调节节能设计标准》（GB50189-93）6)．《地源热泵系统工程技术规范》（JGJ142－2004）7)．《地面辐射供暖技术规范》（GB50366－2005）8)．其它专用设计规范3．专用设计标准图集：1)．《暖通空调标准图集》2)．《暖通空调设计选用手册》（上、下册）3)、其它有关标准二、空调冷、热负荷计算空调负荷是指为保持室内空气设计条件，单位时间内室内空气输入或排出的热量，前者称为热负荷，后者称为冷负荷。

地源热泵方案设计一、地源热泵系统概述地源热泵是一种利用地下土壤、地下水或地表水等作为冷热源，通过热泵机组进行能量交换，为建筑物提供制冷、供暖和生活热水的系统。

与传统的空调和供暖系统相比，地源热泵系统具有以下显著优势：1、高效节能：地源热泵系统的能效比（COP）通常较高，可大大降低能源消耗和运行成本。

2、环保无污染：不使用化石燃料，减少了温室气体排放和对环境的污染。

3、稳定可靠：地下温度相对稳定，使得系统运行更加稳定可靠，不受外界气候条件的影响。

4、使用寿命长：热泵机组和地下换热器的使用寿命较长，维护成本相对较低。

二、工程场地条件评估在进行地源热泵方案设计之前，首先需要对工程场地的条件进行详细评估。

这包括地质结构、土壤类型、地下水位、水文地质条件等。

不同的场地条件会影响地下换热器的设计和安装方式。

1、地质结构：了解地层的分布、厚度和岩石类型，以确定钻孔的可行性和难度。

2、土壤类型：土壤的热导率和比热容会影响热量传递效率，常见的土壤类型如砂土、黏土和壤土等，其热性能有所差异。

3、地下水位：地下水位的高低会影响换热器的安装深度和防水措施。

4、水文地质条件：包括地下水的流动速度、水质等，这对于选择合适的换热器类型和防止地下水污染至关重要。

三、建筑物负荷计算准确计算建筑物的冷热负荷是地源热泵方案设计的基础。

负荷计算需要考虑建筑物的用途、面积、朝向、围护结构的保温性能、室内人员和设备的发热量等因素。

通过专业的负荷计算软件，可以得到建筑物在不同季节和不同时段的制冷和供暖负荷需求。

1、制冷负荷：主要由室内外温差、太阳辐射、人员散热和设备散热等因素引起。

2、供暖负荷：与室外温度、建筑物的保温性能、通风换气次数等有关。

根据负荷计算结果，可以确定热泵机组的容量和地下换热器的规模，以保证系统能够满足建筑物的冷热需求。

四、地源热泵系统类型选择地源热泵系统主要有三种类型：地下水地源热泵系统、地埋管地源热泵系统和地表水地源热泵系统。

收稿日期：2010-1-8作者简介：崔萍（1976～），女，博士，讲师；山东建筑大学热能学院（250101）；0531-863637626；E-mail:sdcuiping@ 基金项目：国家自然科学基金项目（No.50946039）竖直地埋管换热器优化设计与模拟软件崔萍1刁乃仁1杨洪兴2方肇洪11山东建筑大学地源热泵研究所2香港理工大学屋宇设备系摘要：本文首先讨论了地源热泵系统竖直埋管地热换热器的理论传热模型及其解析解，然后详细介绍了根据这一模型开发并完善的地热换热器设计和模拟计算软件“地热之星GeoStar V3.0”。

该软件除了根据负荷设计计算地埋管的总长度以外，还可计算系统的热泵能耗、地埋管换热器的换热量、孔壁的温度变化以及其他性能参数。

GeoStar V3.0还增加了设计太阳能辅助地源热泵系统的功能，可对热负荷占优的建筑进行太阳能集热器与地埋管换热器联合运行的优化设计。

本文最后针对某一地源热泵示范工程进行了设计计算。

使用结果表明，软件中采用的理论传热模型和设计计算方法可以较精确地用于指导工程实践与相关的科研项目。

关键词：地源热泵地热换热器设计计算传热Simulation Modeling and Design Optimization of Vertical Ground HeatExchangerCUI Ping 1,DIAO Nai-ren 1,YANG Hong-xing 2,FANG Zhao-hong 11Ground Source Heat Pump Research Center,Shandong Jianzhu University 2Department of Building Services Engineering,The Hong Kong Polytechnic UniversityAbst r act :The paper primarily discusses the analytical heat transfer models for the vertical GHEs and introduces the attendant program named “GeoStar ”developed for use in design and simulation of vertical GHEs.The GeoStar can calculate the required borehole length and predict time-varying heat pump energy consumption,heat transfer rates of GHEs,and other variables of interest during a long-time period of over 20years.Meanwhile,the simulation model for the solar-ground source heat pump systems is developed and incorporated into the program,which can design the solar collector area required for heating-dominated buildings.Finally,the program is used to design an existing GSHP project and to simulate the system performance.The results demonstrate the usefulness of the simulation model and attendant program as a tool for designing the GSHP systems.Keywor ds:ground source heat pump,ground heat exchanger,design,heat transfer0引言竖直埋管地源热泵技术利用可再生的浅层地热能通过热泵机组对建筑物实现供暖，空调及提供生活用热水。

热泵供热系统的设计与优化热泵供热系统是一种新型的供热方式，其环保节能的特点受到了越来越多人的青睐。

正确的设计与优化可以使得热泵供热系统的运行更加高效稳定，从而达到更好的环保效果和经济效益。

一、热泵供热系统的设计要点1.负荷计算在设计热泵供热系统时，首先要进行负荷计算，确定所需供热和制冷的热量，以及面积和热源的类型等。

这能够帮助我们选取合适的热泵型号，从而保证系统的运行质量和效益。

2.热泵选型根据负荷计算的结果来选择合适的热泵设备，包括压缩机状态、换热器面积、蒸发器、冷凝器等方面。

考虑到国内市场上的热泵设备品种丰富，价格差异较大，选择合适品牌和型号能够保证系统的稳定性，减少故障发生率，并降低运行成本。

3.系统分区经过对负荷的计算，我们应该根据实际情况进行系统的分区，按照不同区域的需求量配置合适的供热能力。

并且要注意，不同区域的管道长度和管径要进行相应的规划，并考虑到制冷状态下的对流阻力。

4.管道敷设管道敷设不仅要考虑到安装的方便快捷，更重要的是要对材料的选择有所了解，如PVC、PP等材质。

同时也要注意管道接头的牢固性和防渗漏性。

5.辅助设施的设计辅助设施的设计包括水泵、阀门、水箱、加热器等设备的选型和配置。

要注意其运行功率和工作稳定性，以确保系统的正常运转。

二、热泵供热系统的优化1.能量回收能量回收是提高热泵供热系统能效的关键。

在热水上升、压降、空调过程中产生的废热与废冷可以通过专门的设备进行回收，再经过处理再次利用。

能量回收技术不仅能降低系统运行成本，还能够减少对环境的影响。

2.定期维护热泵供热系统定期维护对于保证整个系统稳定运行至关重要。

需要维护的内容包括热泵设备的清洗、定期更换滤网、管道检查、泄漏检查和水质检测等。

定期维护能够有效地减少热泵设备的故障率，保证系统的高效运行。

3.智能控制在热泵供热系统的设计和优化中，智能控制技术是目前较为流行的一种技术手段。

通过设计智能控制方案，对系统进行动态监控和优化处理，提高系统的能效和运行稳定性。

《地源热泵系统工程技术规范》设计要点解析摘要：本文针对不同地源热泵系统的特点，结合《规范》条文，对地源热泵系统设计特点、方法及要点进行了深入分析，为地源热泵系统的设计提供指导。

关键词：地源热泵系统、设计要点、系统优化1 前言实施可持续发展能源战略已成为新时期我国能源发展的基本方针，可再生能源在建筑中的应用是建筑节能工作的重要组成部分。

2006年1月1日《可再生能源法》正式实施，地源热泵系统作为可再生能源应用的主要途径之一，同时也是最利于与太阳能供热系统相结合的系统形式，近年来在国内得到了日益广泛的应用。

地源热泵系统利用浅层地热能资源进行供热与空调，具有良好的节能与环境效益，但由于缺乏相应规范的约束，地源热泵系统的推广呈现出很大盲目性，许多项目在没有对当地资源状况进行充分评估的条件下就匆匆上马，造成了地源热泵系统工作不正常，为规范地源热泵系统的设计、施工及验收，确保地源热泵系统安全可靠的运行，更好的发挥其节能效益，由中国建筑科学研究院主编，会同13个单位共同编制了《地源热泵系统工程技术规范》（以下简称规范）。

该规范现已颁布，并于2006年1月1日起实施。

由于地源热泵系统的特殊性，其设计方法是其关键与难点，也是业内人士普遍关注的问题，同时也是国外热点课题，在新颁布的《规范》中首次对其设计方法提出了具体要求。

为了加深对规范条文的理解，本文对其部分要点内容进行解析。

2 《规范》的适用范围及地源热泵系统的定义2.1 《规范》的适用范围该《规范》适用于以岩土体、地下水、地表水为低温热源，以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质，采用蒸气压缩热泵技术进行供热、空调或加热生活热水的系统工程的设计、施工及验收。

它包括以下两方面的含义：（1）“以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质”，意旨不适用于直接膨胀热泵系统，即直接将蒸发器或冷凝器埋入地下的一种热泵系统。

该系统目前在北美地区别墅或小型商用建筑中应用，它优点是成孔直径小，效率高，也可避免使用防冻剂；但制冷剂泄漏危险性较大，仅适于小规模应用。