【正文】 廣泛的應用前景，在不久的將來，地熱能將在世界能源利用結構中占有更大的份額。為了鼓勵用戶采用地源熱泵系統(tǒng)，我國可以提供鼓勵性補貼和資助給購買地源熱泵系統(tǒng)的用戶，或者采用調整能源價格的方法，使能源價格合理化，給予這些用戶一些實惠，鼓勵人們采用地源熱泵系統(tǒng)。自從我國實施《民用建筑節(jié) 能設計標準》后，提高了建筑隔熱保溫性能，降低了建筑采暖能耗，結果是大幅度降低了地源熱泵采暖方式的年運行費用，增加了地源熱泵與集中供熱采暖方式的競爭能力。 4) 受到國家相關政策的支持。我國建筑耗能約占總耗能的25％，其中供熱采暖能耗約占一半。 3) 能夠緩解能源緊張問題。與此同時由于廠家密封制劑。為了徹底整治環(huán)境，減少溫室氣體排放，我國政府正在規(guī)劃改變以煤為主的能源結構，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。目前居民對空氣污染的關注程度越來越高，城市 (包括室內 )對人們生活以及身體的影響日益受到重視，在碰到身體不適 的時候，很多居民開始考慮空氣因素的影響?；ㄙM用是地源熱泵最主要的成本增加部分。同時我們也要注意到，我國城市的建設步伐正在加快，每年城鎮(zhèn)新建住宅 億平方米。 在歐洲，由于環(huán)保和節(jié)能的要求，目前，在歐洲，地能熱泵系統(tǒng)在供熱方面積累了豐富的經驗，從系統(tǒng)設計的角度看，歐洲多采用水系統(tǒng)，歐洲的水水熱泵機組更多偏重于制熱，但沒有專門的地能熱泵機組標準和專門的地能熱泵設備制造商。在美國，政府 投入很多的力量來支持地能熱泵系統(tǒng)的推廣，政府和學校經過多年的努力，建立了全國各地地質參數(shù)資料庫，并在各州確立了經過認可的地能熱泵推薦的工程商， ASHERE 也針對系統(tǒng)特殊要求在機組設計上建立了標準，同時政府支持在大地換熱器設計以及工程施工方面的研究，而在不同的州，又有各自的政策來鼓勵地能熱泵系統(tǒng)的推廣，如專門的補貼、政府推廣網站等。因此，充分利用建筑物的空間和周邊的自然環(huán)境和自 然能源，因地制宜地設計、制造和配套安裝相應的地源熱泵系統(tǒng)也將是一個發(fā)展方向。 (2) 一體化趨勢。 地源熱泵發(fā)展趨勢 地源熱泵與中央空調相連接的供熱／制冷系統(tǒng)是目前的發(fā)展趨勢。該領域的一個里程碑，從這一年開始，國內數(shù)家大學紛紛建立了地源熱泵的實驗臺。 20世紀 90年代以后，由于受國際大環(huán)境的影響以及地源熱泵自身所具備的節(jié)能和環(huán)保優(yōu)勢，這項技術日益受到人們的重視，越來越多的技術人員開始投身于此項研究。 20 世紀 70 年代，出現(xiàn)能源危機，地源熱泵系統(tǒng)的工程應用形成高潮，技術日趨成熟。 地源熱泵中央空調系統(tǒng)的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當于減少 40％以上，與常規(guī)電供暖相比，相當于減少 70％以上，如果結合其他節(jié)能措施減排會更明顯。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地源也成為清潔的可再生能源一種形式。地源熱泵中央空調系統(tǒng)是利用了地球表面淺層地熱資源 (通常小于 400 米深 )作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統(tǒng)。熱泵技術的使用既有效利用了自然能源，節(jié)省了能量，同時又保護了環(huán)境。電廠的發(fā)展又不能盲目的增加發(fā)電量，或者增建新的電廠，必須依靠宏觀的發(fā)展才能不至于發(fā)生電力過剩的尷尬局面，而且電廠發(fā)電對環(huán)境的污染也會隨著電廠的增加而增加，在這種情況下，空調作為用電大戶，充分利用現(xiàn)有的自然能，如太陽能、地熱能、生活垃圾等可利用的能量資源既減輕了當前電力的負擔，又增加 了空調的環(huán)保能力，因此，利用自然資源，保護環(huán)境也成了當前各國空調制冷行業(yè)的研究方向。前 言 中國的建筑行業(yè)正處于飛速發(fā)展的階段，人們對生活環(huán)境的要求也越來越高，而生活環(huán)境最主要的就是居住環(huán)境，這種需求帶動了中國的空調制冷業(yè)的發(fā)展，特別是在“非典”之后，人們對室內空氣品質（ IAQ）有了更深刻的認識，室內空氣的好壞直接影響到人們的健康，原來使用的空調技術已經不能滿足人們的要求，對環(huán)境的需求意識已經不是簡單的冷熱意識，而是趨向于健康化、衛(wèi)生化的需求。 還有一個問題也是我們比較關心的問題，那就是“可持續(xù)發(fā)展”的觀點，根據 1987 年 9 月 16 日在加拿大的蒙特利爾會議上通過的聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署組織制定的《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》，對 CFC 及哈龍兩類中 8 種破壞臭氧層的物質進行限控，規(guī)定發(fā)達國家 2021 年完全停止使用這些物質，發(fā)展中國家 2021 年完全停止使用這些物質。 設計不足之處在所難免，望各位老師批評指正。地表淺層地熱資源可以稱之為地源，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地熱能而蘊藏的低溫位熱能。 地源熱泵中央空調系統(tǒng)是利用水與地源 (地下水、土壤或地表水 )進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地源中的熱量“取”出來，供給室內采暖，此時地源為“熱泵”；夏季把室內熱量“取”出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地源為“冷源”。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調裝置減少 25％ 的充灌量。由于中國空調技術應用較晚，地源熱泵作為傳統(tǒng)空調的一個分枝，對大多數(shù)人說，確實較為陌生。 1995年，中國國家科技部與美國能源部共同簽署了《中華人民共和國國家科學技術委員會和美利堅合眾國能源部效率和可再生能源技術的發(fā)展與利用領域合作協(xié)議書》，并于 1997年又簽署了該合作協(xié)議書的附件六 《中華人民 共和國國家科學技術委員會與美利堅合眾國能源部地熱開發(fā)利用的合作協(xié)議書》。其中， 1998年重慶建工學院建設了包括淺埋豎管換熱器和水平埋管換熱器在內的實驗裝置； 1998年青島建工學院建設了聚乙烯垂直地源熱泵裝置； 1998年湖南大學建設了水平埋管地源熱泵實驗裝置； 1999年同濟大學建設了垂直地源熱泵 裝置等。綜合利用低品位熱能、高效率利用熱能、簡單化和一體化的地源熱泵系統(tǒng)等都是目前地源熱泵系統(tǒng)技術的前沿課題。隨著新材料和新工藝的開發(fā)，將來的地源熱泵系統(tǒng)可能將熱泵的轉換系統(tǒng)與地上散熱系統(tǒng)一體化，使采熱和傳熱的效率更高。 國外地源熱泵的發(fā)展 地能熱泵系統(tǒng)在北美和歐洲都應用的比較普及 ， 根據國際地熱聯(lián)合會 （ The geothermal heat pump consortium ） 的統(tǒng)計 ， 到 2021 年底 ， 采用地能熱泵技術制冷供熱的建筑面積美國為 3720 萬平方米 ， 瑞典為 2021 萬平米 ， 德國為 560萬平米 ， 加拿大為 435 萬平米。從系統(tǒng)設計的角度看，雖然北美也有小型的水水熱泵機組，但北美地能熱泵系統(tǒng)更多地采用的是水環(huán)熱泵系統(tǒng)，尤其對于一些大型的工商建筑，采用水環(huán)熱泵正成為設計的主流趨勢。而對于大地換熱器，歐洲采用的多是雙 U 型的垂直埋管方式。而在建設新建筑之前并入集中地源熱泵系統(tǒng)，其成本要遠遠低于舊建筑的改造 (甚至可以低于一般空調系統(tǒng) !)，這對我們這個“嚴寒”與“寒冷”采暖區(qū)幾乎占了國土面積的 70％和全國總建筑面積的 50％的國家而言，節(jié)省的費用是巨大的。由此可見，我國與國外發(fā)達國家相比，初期投資相對要少一些。根據《 1997 年中國環(huán)境狀況公報》，我國城市空氣質量仍處于較重的污染水平。北京等城市正在考慮以電代煤的方法來解決城市污染的問題。使用過程中不泄露，不補充，減少了對臭氧層的破壞。進入新世紀，在生產力高速發(fā)展的條件下，人們越來越認識到地球上的資源和能源日益匣乏。能源短缺導致中國的能源價格越來越接近發(fā)達國家的水平。為了減少我國由于冬季采暖所造成的大氣污染，減低國內現(xiàn)有制冷空調的能源消耗，尋求新的低能耗、無污染的供暖制冷空調技術，國家科技部與美國能源部分別代表兩國政府簽署了中美兩國政府地源熱泵合作協(xié)議，引進和推廣美國先進的地源熱泵技術。 地源熱泵技術在中國推廣過程中可能遇到的問題 任何一項新事物的出現(xiàn)總是要受到人們的質疑，對于地源熱泵這項新技術同樣可能會遇到一些阻力。還要說明的一點是，世界上熱泵技術比較發(fā)達的北美、北歐和中歐國家由于氣候條件基本上只用于供熱，對地源熱泵夏季制冷工況研究較少。隨著人們環(huán)保意識的加強和對“綠色能源”的日益重視，地源熱泵系統(tǒng)技術也將得到前所未有的發(fā)展。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現(xiàn)低溫熱源向高溫熱源的轉移。這樣可保持地溫恒定，冷暖負荷平衡，從而達到節(jié)能、環(huán)保的要求 因此地源熱泵空調系統(tǒng)可解決空氣源熱泵系統(tǒng)必需室外機及室外機對周圍環(huán)境產生熱污染等問題 ,并且冬季運行不存在結霜問題 ,節(jié)省了空氣源熱泵系統(tǒng)除霜所耗的電能 ,空調效果不受室外氣溫的影響 ,運行穩(wěn)定可 靠 ,是一種國家鼓勵使用的適用于夏熱冬冷地區(qū)居住建筑的節(jié)能環(huán)?？照{系統(tǒng) 。 1990年 6 月在倫敦召開了該議定書締約國的第二次會議，增加了對全部 CFC、四 氯化碳（ CCL4）和甲基氯仿（ C2H3CL3）生產的限 制，要求締約國中的發(fā)達國家在 2021 年完全停止生產以上物質，發(fā)展中國家可推遲到 2021 年。這是一個很重要的性能指標。并且，冷凝壓力過高也有導致制冷劑向外滲漏的可能和引起消耗功的增大。 5 凝固溫度是制冷劑使用范圍的下限，冷凝溫度越低制冷劑的適用范圍愈大。 如果制冷劑與潤滑油能任意互溶，其優(yōu)點是潤滑油能與制冷劑一起滲到壓縮機的各 個部件，為機體潤滑創(chuàng)造良好條件；且在蒸發(fā)器和冷凝器的熱換熱面上不易形成油膜阻礙傳熱。 類別溶解性 制冷劑 產生的影響 1 難溶 NH CO R1 R1 R1 SO2 無 2 微溶（在壓縮機 曲軸箱 和冷凝器內相互溶解，在蒸發(fā)器內分解） R2 R11 R15 R502 溶解時降低潤滑油的沾度 3 完全溶解 R1 R1 R2 R11烴類、 CH3CI、 R500 降低潤滑油的沾度和凝固點，并使油中石蠟下沉，蒸發(fā)溫度升高 4 應具有一定的吸水性，這樣就不致在制冷系統(tǒng)中形成 “冰塞 ”，影響正常運行。 制冷劑的分類 1 在壓縮式制冷劑中廣泛使用的制冷劑是氨、氟里昂和烴類。對于無機化合物制冷劑，國際上規(guī)定的代號為 R 及后面的三位數(shù)字，其中第一位為 “7”后兩位數(shù)字為分子量。 4 飽和碳氫化合物：這類制冷劑中主要有 甲烷 、乙烷、 丙烷 、 丁烷 和環(huán)狀有機化合物等。 6 共沸混合物制冷劑：這類制冷劑是由兩種以上不同制冷劑以一定比例混合而成的共沸混合物，這類制冷劑在一定壓力下能保持一定的蒸發(fā)溫度，其氣相或液相始終保持組成比例不變，但它們的熱力性質卻不同于混合前的物質，利用共沸混合物可以改善制冷劑的特性。 第三章 熱力計算 3． 1 設計 要求 論文旨在研究土壤源熱泵系統(tǒng)在供熱空調系統(tǒng)中的應用，并設計出一套可行的土壤源熱泵系統(tǒng)。而地下部分主要是地下熱交換器 。供熱—— 熱水出水溫度： 45 C0 ；環(huán)境溫度： 7 C0 。在蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)中，把制冷劑從低壓提升為高壓，并使制冷劑不斷循環(huán)流動，從而使系統(tǒng)不斷將內部熱量排放到高于系統(tǒng)溫度的環(huán)境中。 制冷壓縮機分類具體情況： 一 . 容積式制冷壓縮機分類：靠改變工作腔的容積，將周期性吸入的定量氣體壓縮。但功率較小，不易維修。 ③ 開啟式 制冷壓縮機分類： 壓縮機和電機分別為兩個設備于外部連接，結構復雜笨重，工作不穩(wěn)定，已近于淘汰。但功率較小，不易維修。 為半封閉式，結構緊湊，工作性能高，制冷能力大并可進行無級調節(jié)，但潤滑油系統(tǒng)較復雜，噪聲較高。 工作穩(wěn)定，性能高壽命長，制冷能力大，可進行無級調節(jié)。 3） 安裝維護費用低：運轉平穩(wěn)安全，震動小，不需要復雜基礎，安裝簡單，運轉壽命長，維修方便。 ad? —— 壓縮機的絕熱效率，一般為 0。由原動機傳到壓縮機上的功率稱為軸功率 lp ，單位為 kW，它的一部分，即指示功率直接用于完成壓縮機的工作循環(huán)，另一部分，即摩擦功率 mp ，單位為 kW，用于克服壓縮機中各運動部件的摩擦阻 力和驅動附屬的設備，如潤滑用液壓泵等。參看文獻 [1]中表 44，可選名義工況制冷量為 ,陽轉子轉速為 4400r/min,陽轉子名義直徑為 100mm,長徑比為 的 高 溫型水冷半封閉式 R22 螺桿式壓縮機。 故本系統(tǒng)選取型號為 LG10F30Z。例如在氟利昂臥式冷凝器中，冷卻水在管內流動，氟量昂蒸氣在管外凝結。 傳熱公式： Q=KF?t W 式中 Q—— 單位時間通過傳熱面積的傳熱量， W； F—— 傳熱面積， 2m ； ?t—— 冷、熱流體間的溫差， C0 ； K—— 傳熱系數(shù)， W/（ 2m ?C0 ） 傳熱計算 進行傳熱計算之前，熱交換器的型式和熱負荷已在選型和循環(huán)計算中確定。對于熱交換器，由于冷熱流體沿傳熱面進行交換，其溫度沿流動的方向不斷變化，所以冷、熱流體間的溫差也在不斷地變化。在順流和逆流情況下，冷熱流體的溫度變化如圖。 2）制冷劑沸騰時的換熱系數(shù) 制冷劑沸騰時，其換熱系數(shù)隨熱流密度的增加而增加。比較這三種蒸發(fā)器的優(yōu)缺點如下： 1） 干式蒸發(fā)器優(yōu)點： 制冷劑用量少，為相同制冷量滿液式蒸發(fā)器的三分之一； 當載冷 劑為水時，即使蒸發(fā)溫度低到 0 度附近，也不會出現(xiàn)結冰現(xiàn)象； 便于把蒸發(fā)器中的潤滑油排回壓縮機； 其主要缺點有： 當采用多流程時，氣、液兩相制冷劑在端蓋內轉向會出現(xiàn)分離，從而造成了下一流程中各管子中制冷劑流量分配不均勻的不利現(xiàn)象，使這些管子失去蒸發(fā)冷卻的作用； 載冷劑可能會通過折流板與殼之間的間隙泄漏（即載冷劑短路），降低水側的換熱效果。 3） 再循環(huán)式蒸發(fā)器是指制冷劑液體在蒸發(fā)器內循環(huán)流動過程中蒸發(fā)的 蒸發(fā)器 。主要缺點是體積大，需要的制冷劑多