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地源热泵空调系统在湖北大学新图书馆中的应用

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© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net地源热泵空调系统在湖北大学新图书馆中的应用

湖北大学　张胜利☆　姚　辉摘要　介绍了设计参数的选取,空调机组的选择,取、回水井数量的确定。实际应用表明,

通过优化取、回水井的使用模式,可以减少系统的用水量和能耗。关键词　地源热泵　空调机组　取水井　回水井

ApplicationofgroundsourceheatpumptoanewlibraryofHubeiUniversity

ByZhangShengli★andYaoHuiAbstract　Presentstheselectionofdesignparametersandairconditioningunitsandthequantitydeterminationofpumpingwellsandrechargingwells.Theapplicationshowsthatitreducesthewaterandenergyconsumptionoptimizingtheemployingmodesofpumpingwellsandrechargingwells.Keywords　groundsourceheatpump,airconditioningunit,pumpingwell,rechargingwell

★HubeiUniversity,Wuhan,China

3

1　建筑概况湖北大学新图书馆地上12层,地下1层,建筑面积42050m2。建筑功能主要包括书库、阅览室、报告厅、展览厅和办公用房。新图书馆的空调冷热源为闭式地下水源热泵空调机组。2　地源热泵系统设计2.1　设计基础资料新图书馆工程的空调室外计算参数:冬季空调室外计算干球温度为-5℃;夏季空调室外计算干球温度为35.2℃;夏季空调室外计算湿球温度为28.2℃;冬季空调室外计算相对湿度为76%。空调室内计算参数见表1。建筑面积冷负荷指标91表1　空调室内计算参数温度/℃　相对湿度/%平均风速/(m/s)新风量/(m3/(人A声级噪　声/dB夏季冬季夏季冬季夏季冬季　・h))阅览室26206540<0.3<0.21540书　库27186540<0.3<0.21550大厅及电　梯厅27　18　70　30　<0.3　<0.2　55　报告厅24206550<0.3<0.21545小会议室26206540<0.3<0.23045办公室26206540<0.3<0.23050W/m2,热负荷指标73W/m2。

2.2　空调设备选型计算冷热负荷是空调系统设备选型的基础。计算水源热泵空调系统的负荷时,应按内、外分区计算,这对于选择辅助加热设备的容量至关重要。表2为湖北大学新图书馆空调负荷计算结果。表2　空调负荷结算结果空调面积

/m

2

照明发热　量/kW设备发热　量/kW人员发热　量/kW冷负荷　/kW热负荷

/kW

1层周边区134453.761080.64321.2202.81层内区153653.441092.16384.8231.82～5层周边区984098.480174.6492.4739.62～5层内区614461.442092.16310.0461.76～12层周边区12714169.5240203.451271.61271.46～12层内区750020040119.861070.0192.7合　计39078636.56200762.8738503100

建筑物内各部分的冷热负荷计算完毕后,就可

・58・ 暖通空调HV&AC　2005年第35卷第5期 设计参考3☆张胜利,男,1967年6月生,硕士研究生,硕士,讲师430062湖北大学行政楼五楼规划建设处(027)88662941

收稿日期:20040625

一次修回:20040722

二次修回:20050405© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

根据产品的性能表或性能曲线来选择相应型号的空调机组。选择时应根据工程的具体条件,对空调机的工作性能进行修正,否则容易出现要么机器选得过大,噪声处理困难,造成浪费;要么机器选得过小,供冷、供热量不足,达不到效果的情况。本文以意大利某公司的水源热泵空调为例,说明如何进行参数修正。图1～4为该公司某型号水源热泵空调

机组性能曲线。制冷量修正相关公式:

Qc=Qc0C1C2(1)

Qs=QcRC2(2)

Nc=Nc0C1C2

(3)

Hr=Qc+Nc

(4)

tco=tci+0.24HrGw(5

)

式(1)～(5)中　Qc为实际制冷量,W;Qc0为理论制冷量(由图1查得),W;C1为温度修正因数;C

2

为风量修正因数;Qs为显冷量,W;R为显热比;N

c

为制冷工况实际输入功率,W;Nc0为制冷工况理论

输入功率(由图3查得),W;Hr为排热量,W;tco为制冷工况下出水温度,℃;tci为制冷工况下进水温度,℃;Gw为供水量,L/s。供热量修正相关公式:

Qh=Qh0C1C2

(6)

Nh=Nh0C1C2

(7)

Ha=Qh-Nh

(8)

tho=thi-0.24HaGw(9)

式(6)～(9)中　Qh为实际制热量,W;Qh0为理论制热量(由图2查得),W;Nh为制热工况下实际输入功率,W;Nh0为制热工况下理论输入功率(由图4查得),W;Ha为吸热量,W;t

ho

为制热工况下出

水温度,℃;thi为制热工况下进水温度,℃。水源热泵空调机组的进水温度与水井的地下水温相同(本工程的地下水年平均温度为18℃)。在同一温度条件下,夏季制冷时,如果水流量增加,

将会使制冷量增加,消耗功率下降,制冷性能系数COP增大;但是,冬季供热时,水流量增加,制热能力提高并不多,消耗功率增加。因此,冬季要增加空调机供热能力时,以提高水温为好。表3为湖北大学新图书馆所使用空调机组的供冷/供热能力、供水量和输入功率计算结果。表3　水源热泵选型计算结果设备型号　安装位置 数量/台　单台供冷　量/kW单台供热　量/kW单台供水量　/(L/s)单台输入功率/kW总供冷量　/kW总供热量　/kW总供水量　/(L/s)总功率/kW

8140721～5层外区9116.8220.400.195.781531185617.35268140136～12层内区3503.24.200.041.19112014416.58140166～12层外区3003.825.400.061.2511461620153758140306～12层新风处理区307.709.800.082.672312.480.1合　计7714028347648.71397.6

2.3　取、回水井数量计算本工程的地下含水层位于两个不透水层之间,下不透水层的地质状况为碎屑类基岩和半胶结卵石砾石层,井穿过的上不透水层的地质状况为黏土和粉质黏土,多数为可塑状态,通过室内渗透实验计算得到的渗透系数范围为2.6×10-6～3.6×10-8cm/s,表明其隔水性较强。含水层由粉砂(2m厚)、粗砂含小砾石(5m厚)、粗砂砾石(12.5m厚)组成。含水层总厚度为19.5m,是储水条件良好的承压含水层。根据含水层特性和通过抽水实验得到的Q=

f(s)曲线的线性特性,按自流完全井(单井不带观

・68・设计参考 暖通空调HV&AC　2005年第35卷第5期 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

测孔)计算渗透系数:K=0.366Q(lgr′-lgr)MS(10)T=KM(11)式(10)～(11)中　K为渗透系数,m/d;Q为出水量,m3/d;r′为影响半径,m;r为井半径,m;M为含水层厚度,m;S为降深,m;T为含水层导水系数,m2/d。代入相关数据,可计算出K=26.8m/d,r′=242.9m。抽水实验中的水流具有定流量非稳定流特征,满足Theis公式应用条件,可以用直线图解法求出导压系数:a=r22.25τ0(12)μ=Ta(13)式(12)～(13)中　a为导压系数,m2/d;τ0为Sτ曲线在时间τ轴上的截距,h;μ为储水因数。计算得:T=522.6m2/d=21.775m2/ha=2.107m2/d=0.0878m2/hμ=247.8设计降深出水量可用下式计算:Q=4πSTln2.25Tτr2μ(14) 将r=300mm,τ=10h,S=3m代入式(14)可得Q=121.96m3/h,与现场抽水实验得到的单口抽水井的平均出水量120.0m3/h接近。由表3计算可知机组需水量为48.7L/s(175.32m3/h),因此需打两口抽水井。考虑到空调用水由回水井返回到含水层,这就要求井水中不能含有砂粒,因此必须对水井的过滤作严格的处理。实验表明滤水井的透水率降低30%,将导致抽水井的出水量降低30%左右。回水水流与取水水流的状态有所不同,回水水流为发散的径向流。当往井里回水时,水流在径向的速度逐渐减小,所携带的细颗粒沉淀在不同距离的岩层中。由于采用自由回灌,因而回灌水会携带大量气泡,气泡随回水进入含水层,释放后引起气相堵塞。土壤源热泵空调系统制冷时的回水温度很高,较地下水温高5～10℃,致使井壁及滤网上产生沉淀,降低了回水能力。在计算回水井的回水量时,渗透系数修正值取正常的0.4,即回水井的渗透系数Kz=26.8m/d×0.4=10.72m/d。对于完整承压水回水井有

Qz=2πKzMH

lnr′r

(15)

式中　Q

z为回水井实际回水量,m3/h;H为井内

水位高度,m。根据水文资料,取H=3m,由式(15)计算得Qz=24.51m3/h,该值与经回灌实验得到的单口

回灌井的平均回灌能力22.18m

3

/h接近。

根据本工程实际特点,共打了9口水井,其中2口用作抽水井,另外7口用作回灌井。由于整个大楼同时位于空调负荷峰值的几率在70%左右,

所以正常使用时,1口抽水井配4口回灌井,另外的1口抽水井作备用井。3口回灌井与备用抽水井配合使用。这种水井使用模式具有节约用水和减少能耗的优点,本工程的实际应用证明它是行之有效的。在使用地源热泵系统时应保持地下水的平衡,本工程毗邻长江流域和沙湖,抽水回灌实验表明地下水的自平衡作用比较显著,所以无论冬夏季节无需作抽水井和回灌井的轮换操作,但为了避免造成诸如地面下沉等事故的发生,还是在机组进/出水口处作了轮换操作的设计考虑(增加旁路支管)。3　结语水源热泵空调系统在我国应用刚刚起步,在北方大城市的应用中取得了良好的经济效益,证明它是一种有效的节能空调方式。应该在南方水资源丰富的城市推广。水源热泵空调系统中核心的子系统就是空调机组子系统和地下水系统。在水源热泵空调系统中,如何更有效地充分利用回水的余热将成为今后研究的课题。参考文献1　CLIMAVENETA水源热泵空调设计手册2　牛权森.水源热泵取注水井设计方法初探.地下水,2002,3(1):25273　王凡.水源热泵空调系统设计探讨.通风除尘,1996(4):40444　马最良.闭式环路水源热泵空调系统及其评价.通风除尘,1996(1):611

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某办公楼地源热泵空调系统

某办公楼地源热泵空调系统

摘要本设计为南京地区某办公楼的地源热泵空调设计，共六层。

一层层高3.6米，二至六层层高3.2米。

建筑面积约为14702m。

全楼冷负m，空调面积约为14142荷为152kw。

采用地源热泵系统进行集中供给空调方式，从而为整个建筑提供一个舒适的办公环境。

根据不同房间的功能，现决定采用风机盘管加独立新风系统对空气进行处理，新风处理到室内空气的等焓值，不承担室内负荷，而由风机盘管承担室内所有冷负荷。

风机盘管加独立新风系统采用侧送风方式。

水系统采用闭式双管同程式，冷冻水泵两台，一用一备；冷却水泵选两台，一用一备。

在冷负荷计算的基础上完成制冷机组机组和风机盘管的选型，并通过水系统、风系统的计算确定风管和水管的规格，校核最不利环路的阻力和压头用以确定新风机组和水泵。

地源热泵系统已经逐渐成熟，所以在热源设计中选择了环保、节能、运行稳定的地源热泵系统，虽然初投资成本会稍高，但由于日后系统的稳定性高，不需要专业人员维护，会逐渐收回成本。

关键词：地源热泵风机盘管加独立新风系统负荷空调AbstractThis design is about the Ground Source Heat Pump center air-condition engineering of an office building that locates in NanJing. There are 6 floors.The first floor is 3.6 meters high.The second to the sixth floor is 3.2 meters high. The gross floor area is about 1470 m2, and the air condition area is about1414m2. The cold duty is 152 kW . We choose Ground Source Heat Pump for air-condition of this building.，in order to provid a comfortable office enviornment.Depends on the varies functions of rooms, the system uses the PAU+FCU system. FCU system copes with the fresh air. PAU system carries on the whole cold duty of the entire room. PAU+FCU systems can send air from the side.The air outlet set in the corner of the room. Air conditioning water system adopts a closed-two different water control system. There are two chilled water pumps. One for work and the other one is being spare.Completing the selection of refrigeration units and fan coil unit according to the cooling load calculation,and select appropriate specifications of wind pipes and water pipes through the calculation of wind system and water system.Check the Resistance and the pressure of the most disadvantaged loop so that we can choose the appropriate Fresh air unit and water pump.Ground source heat pump system has been gradually mature, So in the design of the heat source we choose ground source heat pump system ofenvironmental protection, energy saving, stable operation.Keywords:Ground Source Heat Pump ；PAU+FCU systems;; Load; Air-conditioning目录一、绪论1.1本研究课题的学术背景及其理论与实际意义 (1)1.2地源热泵的发展史 (1)1.3我国土壤源热泵的现状及其发展 (1)1.4本课题主要的研究内容 (1)二、设计依据2.1设计规范及标准 (3)2.2设计范围 (14)2.3设计参数 (20)三、设计计算3.1空调冷负荷的计算方法·3.2 空调系统的选择 (22)3.3 空调系统方案的确定 (24)四、新风负荷的计算4.1新风量的确定 (25)4.2夏季空调新风冷负荷的计算 (26)4.3冬季空调新风冷负荷的计算 (26)五、空气处理设备的选择5.1风机盘管的选择 (28)5.2新风机组的选择 (31)六、气流组织6.1气流组织分布 (33)6.2风口布置 (34)6.3风口选择计算 (34)七、风系统水力计算7.1风管水力计算方法 (35)7.2风管水力计算过程 (36)7.3风管的布置及附件 (40)八、空调水系统设计及水利计算8.1空调水系统的设计 (42)8.2冷水系统的水力计算 (42)8.3冷凝水管道设计 (51)8.2水系统安装要求 (52)九、制冷机房设备的选择计算9.1水源热泵机组选型计算 (53)9.2地埋管设计计算 (54)9.3循环水泵的选择 (55)9.4集分水器的设计计算 (56)9.5水处理设备的选择计算 (57)9.6阀门安装 (57)十、管道保温与防腐10.1管道保温 (58)10.2管道防腐 (59)十一、消声减振设计11.1消声设计 (60)11.2减振设计 (60)谢辞 (62)参考文献 (63)一、绪论1.1本研究课题的学术背景及其理论与实际意义地源热泵是一种利用浅层地热能源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等的能量）的既可供热又可制冷的高效节能系统。

高校地源热泵空调及生活热水系统设计浅析——以柳州医学高等专科学校新校区为例

高校地源热泵空调及生活热水系统设计浅析——以柳州医学高等专科学校新校区为例

Ｋ ｙ ｅ ｄ ： ｃ ｌ ｇｅ ｎｄ ｕ ｖｅ ｓ ｔｅｓ ｅ ｈｅ ｍ ａ ｈ ａ ｕｍ ｐ ａ ｃ ｎｄ ｔｏ ｅ ｗ ｒｓ ｏｌ ｅ ｓ ａ ｎｉ ｉｉ ；ｇ ｏｔ ｒ ｒ ｌ ｅ ｔｐ ｉ ｏ ｉｉ ｎｅ ｒ ｒ ｄ ｏｍｅ ｔｃ ｈ ｔｗａ ｅ ｙ ｔ ｍ ； ｅ ｉ ｎ ｓ ｉ ｏ ｔ ｒ ｓ ｅ ｓ ｄ ｓｇ
岩 ，适合地埋换热管的换热 。
季温 度越低 、湿 度越大 ，其热泵 效率亦越 低 。风 冷
热泵机 组其 能效 比 比水冷 机组低 约３ ％。故在有 其 ０
他热源 的情 况下 ，风冷热 泵机组 不是项 目的最优 选
择 。锅炉 ＋ 冷水机组 的冷热源形式 的系统 热源 一般采
用燃 油锅炉 ， 目前燃料价格 高涨 ，经济性 较低 ，且 有废气排 出。地源热泵机组是利用土壤作 为热源和热 汇 ，通过埋地管道里流动 的水进行热交换 ，能效比较 高 ，且几乎不 受室外 环境温度 的影 响 ，出力稳定 。 结 合校 区具体 情况分析 ，项 目适合采 用地源 热
ｄ ｓ ｇ ｆｇ ｏ ｈ ｒ ｌ ｅ ｔ ｐ ｍ ｐ ａ ｒｃ ｄｔ ｅ ｎ ｏ ｅ ｔ ｏ ａ ｅｒｓ ｓ ｅ ｅ ｉ ｎ ｏ ｅ ｔ ｅ ｍａ ａ ｕ ｈ ｉ ｏｎ ｉｏｎ ｒａ ｄ ｄ ｍ ｓ ｉ ｈｔｗ ｔ ｙ ｔ ｍ ｉ ｃ
ｆ ｅ ｅ ｅ ｃ ｏｒ ｆ ｒ ｎ ｅ． ｒ
多 ，则孔 深小 ，占地面积 增大 ；打孔 数量少 ，则孔 深 大 ， 占地 面积 小 ，但系 统 阻力 增大 ，也对换 热管
球场 ２ 个及室 外篮球 场９ ，有 足够 的面积作为 室外 个
埋管 区域 。
的承压要求有相应提高 。 地 埋管 换 热 系 统容 量 按 夏 季 空 调 冷 负荷 及 冬 季空 调 热 负荷 加 生 活 热水 系 统 热 负荷 确 定 。 由于 工程 未做 单孔 换热 量测 试 ，本 次设 计 暂按 ５ Ｗ／ ０ ｍ
地源热泵系统结合峰谷电蓄能集成技术的节能应用

地源热泵系统结合峰谷电蓄能集成技术的节能应用


１地 源热 泵技术 概念
地源热泵系统是遵循热力学定律 ， 利用逆卡诺循环 ， 将地下水 、
湖水 、 河水、 土壤等资源中的低品位能量， 借助冷（ 热） 媒系统 ， 高效集 中“ 提取” 出来 ， 实现冬季取暖、 夏季制冷 、 四季供卫生热水的用途 。
《 资源节约与环保》 ２ ０ １ ３年 第 １ ２期
地源热泵 系统结合峰谷 电蓄能集成技术 的节 能应 用
朱 天 利
（ 天津大学环境科学与工程学 院 天津
３ ０ ０ ０ ７ ２ ）
２应 运而 生 的蓄能技 术
电网存在峰谷差是现代电 网的一大特点 ， 各地 区电力部 门广 泛采用 电力 负荷“ 削峰填谷” 的电费计量方式 ； 而储 能技术正是将 实际用 电从 电网高峰 向低谷时段转移 ， 从 而提 高电网效率和节约 能源 ， 是 电力部门“ 削峰填谷 ” 的最佳 途径 。从 而最有效地获取分 时电价差效益 、 节省制冷或制热 的运行费用。 蓄能技术在地源热泵 中的用电策略是 ： 在低 电价时段制取冷
１ —４层选 用 Ｌ Ｒ Ｙ Ｗ５ ８ ０型 涡旋式地 源热泵 机组 １台可 满足
地源热泵应用技术作为清洁能源技术 ， 具有高效 、 节能 、 环保 等优点 ， 可广泛应用 于办公楼 、 住宅 、 宾馆 、 商场 、 体育馆 、 洗浴 中 心等需要制冷和采暖的场合 。国外如北美 （ 美国 、 加拿大等 ） 及中 北欧 （ 瑞士 、 瑞典等 ） 都取 得了较快 的发展 ， 在 我 国伴随节 能降耗 工作 的大力 开展 ， 热泵技 术的普及应用 ， 采用 地源热泵技术 的项
目市场也 １ ５ １ 趋 活跃 。
（ 热） 量储存起来 ， 在相对高 电价 时段少用或 者不用 电 ， 把储存 的
地源热泵供热制冷节能环保系统应用研究

地源热泵供热制冷节能环保系统应用研究

地源热泵供热制冷节能环保系统应用研究摘要：近年来，随着时代的发展，人们对居住环境的要求越来越高，对能源的需求量也在不断增多。

“节能减排”成为全球共同的使命和责任。

地源热泵系统的节能控制不是单纯地减少能源的利用，而是提高能源的利用率，减少能源的浪费，根据需求合理使用能源。

因此，对地源热泵系统进行节能运行控制研究具有十分重要的意义。

关键词：地源热泵；供热制冷节能环保系统；应用地源热泵系统作为一种广泛应用的能源转化系统，越来越受到人们的重视,，如今伴随着人们对于环保意识的加强，对于节能发展是将清洁可再生能源作为当前形势下研究的热点问题。

地源热泵的应用既可满足节能的需求，又可利用新型的可再生能源，提供稳定可靠的供能，并且不会受到传统燃料短缺或者价格浮动的影响。

具备节能减排明显效果的优势下，经过多年的工程实践。

地源热泵的应用技术已经相对的成熟可靠，经济性与环保型已在每次的工程项目中得到充分的肯定，具有较强的发展潜力。

1地源热泵技术概述在应用地源热泵技术的供热制冷节能环保系统中，将空调系统的热交换器放置于地下，介质在强度高、密封性好的环路中持续流动，从而实现系统与土壤间的热量交换。

夏季，地源热泵机组将从建筑中吸收的热能转移到地下，实现建筑降温；冬季，地源热泵将土壤中的热量转移到建筑当中，提高建筑环境温度的同时将其内部冷量转移到土壤当中。

2地源热泵的特点及分类2.1地源热泵技术的特点（1）地源热泵在环保效益方面特别显著。

在它的运行维护过程中没有任何固体、液体的废弃物排放。

从这个角度说是没有任何污染，属于零排放零污染。

（2）地源热泵技术属于可再生能源技术。

它是利用了地球表面浅层地热资源作为冷热源进行能量转换的供暖供冷空调系统的。

地表浅层收集了约47%的太阳能量。

可以说是一个取之不尽用之不竭的能源。

（3）地源热泵技术是经济有效的节能技术。

源于地表浅层地热资源温度非常稳定，这就使得地源热泵比传统空调系统运行效率能提高40%左右，于是也能节能与节约运行费用40%左右。