【正文】 廣泛的應(yīng)用前景，在不久的將來(lái)，地?zé)崮軐⒃谑澜缒茉蠢媒Y(jié)構(gòu)中占有更大的份額。為了鼓勵(lì)用戶采用地源熱泵系統(tǒng)，我國(guó)可以提供鼓勵(lì)性補(bǔ)貼和資助給購(gòu)買(mǎi)地源熱泵系統(tǒng)的用戶，或者采用調(diào)整能源價(jià)格的方法，使能源價(jià)格合理化，給予這些用戶一些實(shí)惠，鼓勵(lì)人們采用地源熱泵系統(tǒng)。自從我國(guó)實(shí)施《民用建筑節(jié) 能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》后，提高了建筑隔熱保溫性能，降低了建筑采暖能耗，結(jié)果是大幅度降低了地源熱泵采暖方式的年運(yùn)行費(fèi)用，增加了地源熱泵與集中供熱采暖方式的競(jìng)爭(zhēng)能力。 4) 受到國(guó)家相關(guān)政策的支持。我國(guó)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(wèn)題。與此同時(shí)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(guó)政府正在規(guī)劃改變以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。目前居民對(duì)空氣污染的關(guān)注程度越來(lái)越高，城市 (包括室內(nèi) )對(duì)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(shí)候，很多居民開(kāi)始考慮空氣因素的影響。基建費(fèi)用是地源熱泵最主要的成本增加部分。同時(shí)我們也要注意到，我國(guó)城市的建設(shè)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(jīng)驗(yàn)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度看，歐洲多采用水系統(tǒng)，歐洲的水水熱泵機(jī)組更多偏重于制熱，但沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的地能熱泵機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)和專(zhuān)門(mén)的地能熱泵設(shè)備制造商。在美國(guó)，政府 投入很多的力量來(lái)支持地能熱泵系統(tǒng)的推廣，政府和學(xué)校經(jīng)過(guò)多年的努力，建立了全國(guó)各地地質(zhì)參數(shù)資料庫(kù)，并在各州確立了經(jīng)過(guò)認(rèn)可的地能熱泵推薦的工程商， ASHERE 也針對(duì)系統(tǒng)特殊要求在機(jī)組設(shè)計(jì)上建立了標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)政府支持在大地?fù)Q熱器設(shè)計(jì)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(lái)鼓勵(lì)地能熱泵系統(tǒng)的推廣，如專(zhuān)門(mén)的補(bǔ)貼、政府推廣網(wǎng)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(shè)計(jì)、制造和配套安裝相應(yīng)的地源熱泵系統(tǒng)也將是一個(gè)發(fā)展方向。 (2) 一體化趨勢(shì)。 地源熱泵發(fā)展趨勢(shì) 地源熱泵與中央空調(diào)相連接的供熱／制冷系統(tǒng)是目前的發(fā)展趨勢(shì)。該領(lǐng)域的一個(gè)里程碑，從這一年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)數(shù)家大學(xué)紛紛建立了地源熱泵的實(shí)驗(yàn)臺(tái)。 20世紀(jì) 90年代以后，由于受?chē)?guó)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(shì)，這項(xiàng)技術(shù)日益受到人們的重視，越來(lái)越多的技術(shù)人員開(kāi)始投身于此項(xiàng)研究。 20 世紀(jì) 70 年代，出現(xiàn)能源危機(jī)，地源熱泵系統(tǒng)的工程應(yīng)用形成高潮，技術(shù)日趨成熟。 地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少 40％以上，與常規(guī)電供暖相比，相當(dāng)于減少 70％以上，如果結(jié)合其他節(jié)能措施減排會(huì)更明顯。這種儲(chǔ)存于地表淺層近乎無(wú)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(diào)系統(tǒng)是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源 (通常小于 400 米深 )作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。熱泵技術(shù)的使用既有效利用了自然能源，節(jié)省了能量，同時(shí)又保護(hù)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(guò)剩的尷尬局面，而且電廠發(fā)電對(duì)環(huán)境的污染也會(huì)隨著電廠的增加而增加，在這種情況下，空調(diào)作為用電大戶，充分利用現(xiàn)有的自然能，如太陽(yáng)能、地?zé)崮?、生活垃圾等可利用的能量資源既減輕了當(dāng)前電力的負(fù)擔(dān)，又增加 了空調(diào)的環(huán)保能力，因此，利用自然資源，保護(hù)環(huán)境也成了當(dāng)前各國(guó)空調(diào)制冷行業(yè)的研究方向。前 言 中國(guó)的建筑行業(yè)正處于飛速發(fā)展的階段，人們對(duì)生活環(huán)境的要求也越來(lái)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(dòng)了中國(guó)的空調(diào)制冷業(yè)的發(fā)展，特別是在“非典”之后，人們對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)（ IAQ）有了更深刻的認(rèn)識(shí)，室內(nèi)空氣的好壞直接影響到人們的健康，原來(lái)使用的空調(diào)技術(shù)已經(jīng)不能滿足人們的要求，對(duì)環(huán)境的需求意識(shí)已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的冷熱意識(shí)，而是趨向于健康化、衛(wèi)生化的需求。 還有一個(gè)問(wèn)題也是我們比較關(guān)心的問(wèn)題，那就是“可持續(xù)發(fā)展”的觀點(diǎn)，根據(jù) 1987 年 9 月 16 日在加拿大的蒙特利爾會(huì)議上通過(guò)的聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署組織制定的《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書(shū)》，對(duì) CFC 及哈龍兩類(lèi)中 8 種破壞臭氧層的物質(zhì)進(jìn)行限控，規(guī)定發(fā)達(dá)國(guó)家 2021 年完全停止使用這些物質(zhì)，發(fā)展中國(guó)家 2021 年完全停止使用這些物質(zhì)。 設(shè)計(jì)不足之處在所難免，望各位老師批評(píng)指正。地表淺層地?zé)豳Y源可以稱(chēng)之為地源，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽(yáng)能、地?zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱能。 地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是利用水與地源 (地下水、土壤或地表水 )進(jìn)行冷熱交換來(lái)作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地源中的熱量“取”出來(lái)，供給室內(nèi)采暖，此時(shí)地源為“熱泵”；夏季把室內(nèi)熱量“取”出來(lái)，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時(shí)地源為“冷源”。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少 25％ 的充灌量。由于中國(guó)空調(diào)技術(shù)應(yīng)用較晚，地源熱泵作為傳統(tǒng)空調(diào)的一個(gè)分枝，對(duì)大多數(shù)人說(shuō)，確實(shí)較為陌生。 1995年，中國(guó)國(guó)家科技部與美國(guó)能源部共同簽署了《中華人民共和國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)和美利堅(jiān)合眾國(guó)能源部效率和可再生能源技術(shù)的發(fā)展與利用領(lǐng)域合作協(xié)議書(shū)》，并于 1997年又簽署了該合作協(xié)議書(shū)的附件六 《中華人民 共和國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)與美利堅(jiān)合眾國(guó)能源部地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用的合作協(xié)議書(shū)》。其中， 1998年重慶建工學(xué)院建設(shè)了包括淺埋豎管換熱器和水平埋管換熱器在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)裝置； 1998年青島建工學(xué)院建設(shè)了聚乙烯垂直地源熱泵裝置； 1998年湖南大學(xué)建設(shè)了水平埋管地源熱泵實(shí)驗(yàn)裝置； 1999年同濟(jì)大學(xué)建設(shè)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(jiǎn)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(shù)的前沿課題。隨著新材料和新工藝的開(kāi)發(fā)，將來(lái)的地源熱泵系統(tǒng)可能將熱泵的轉(zhuǎn)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(guó)外地源熱泵的發(fā)展 地能熱泵系統(tǒng)在北美和歐洲都應(yīng)用的比較普及 ， 根據(jù)國(guó)際地?zé)崧?lián)合會(huì) （ The geothermal heat pump consortium ） 的統(tǒng)計(jì) ， 到 2021 年底 ， 采用地能熱泵技術(shù)制冷供熱的建筑面積美國(guó)為 3720 萬(wàn)平方米 ， 瑞典為 2021 萬(wàn)平米 ， 德國(guó)為 560萬(wàn)平米 ， 加拿大為 435 萬(wàn)平米。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度看，雖然北美也有小型的水水熱泵機(jī)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(duì)于一些大型的工商建筑，采用水環(huán)熱泵正成為設(shè)計(jì)的主流趨勢(shì)。而對(duì)于大地?fù)Q熱器，歐洲采用的多是雙 U 型的垂直埋管方式。而在建設(shè)新建筑之前并入集中地源熱泵系統(tǒng)，其成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于舊建筑的改造 (甚至可以低于一般空調(diào)系統(tǒng) !)，這對(duì)我們這個(gè)“嚴(yán)寒”與“寒冷”采暖區(qū)幾乎占了國(guó)土面積的 70％和全國(guó)總建筑面積的 50％的國(guó)家而言，節(jié)省的費(fèi)用是巨大的。由此可見(jiàn)，我國(guó)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，初期投資相對(duì)要少一些。根據(jù)《 1997 年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》，我國(guó)城市空氣質(zhì)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(lái)解決城市污染的問(wèn)題。使用過(guò)程中不泄露，不補(bǔ)充，減少了對(duì)臭氧層的破壞。進(jìn)入新世紀(jì)，在生產(chǎn)力高速發(fā)展的條件下，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到地球上的資源和能源日益匣乏。能源短缺導(dǎo)致中國(guó)的能源價(jià)格越來(lái)越接近發(fā)達(dá)國(guó)家的水平。為了減少我國(guó)由于冬季采暖所造成的大氣污染，減低國(guó)內(nèi)現(xiàn)有制冷空調(diào)的能源消耗，尋求新的低能耗、無(wú)污染的供暖制冷空調(diào)技術(shù)，國(guó)家科技部與美國(guó)能源部分別代表兩國(guó)政府簽署了中美兩國(guó)政府地源熱泵合作協(xié)議，引進(jìn)和推廣美國(guó)先進(jìn)的地源熱泵技術(shù)。 地源熱泵技術(shù)在中國(guó)推廣過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題 任何一項(xiàng)新事物的出現(xiàn)總是要受到人們的質(zhì)疑，對(duì)于地源熱泵這項(xiàng)新技術(shù)同樣可能會(huì)遇到一些阻力。還要說(shuō)明的一點(diǎn)是，世界上熱泵技術(shù)比較發(fā)達(dá)的北美、北歐和中歐國(guó)家由于氣候條件基本上只用于供熱，對(duì)地源熱泵夏季制冷工況研究較少。隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)和對(duì)“綠色能源”的日益重視，地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)也將得到前所未有的發(fā)展。地源熱泵通過(guò)輸入少量的高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩吹霓D(zhuǎn)移。這樣可保持地溫恒定，冷暖負(fù)荷平衡，從而達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的要求 因此地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)可解決空氣源熱泵系統(tǒng)必需室外機(jī)及室外機(jī)對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生熱污染等問(wèn)題 ,并且冬季運(yùn)行不存在結(jié)霜問(wèn)題 ,節(jié)省了空氣源熱泵系統(tǒng)除霜所耗的電能 ,空調(diào)效果不受室外氣溫的影響 ,運(yùn)行穩(wěn)定可 靠 ,是一種國(guó)家鼓勵(lì)使用的適用于夏熱冬冷地區(qū)居住建筑的節(jié)能環(huán)?？照{(diào)系統(tǒng) 。 1990年 6 月在倫敦召開(kāi)了該議定書(shū)締約國(guó)的第二次會(huì)議，增加了對(duì)全部 CFC、四 氯化碳（ CCL4）和甲基氯仿（ C2H3CL3）生產(chǎn)的限 制，要求締約國(guó)中的發(fā)達(dá)國(guó)家在 2021 年完全停止生產(chǎn)以上物質(zhì)，發(fā)展中國(guó)家可推遲到 2021 年。這是一個(gè)很重要的性能指標(biāo)。并且，冷凝壓力過(guò)高也有導(dǎo)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(rùn)滑油能任意互溶，其優(yōu)點(diǎn)是潤(rùn)滑油能與制冷劑一起滲到壓縮機(jī)的各 個(gè)部件，為機(jī)體潤(rùn)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(lèi)別溶解性 制冷劑 產(chǎn)生的影響 1 難溶 NH CO R1 R1 R1 SO2 無(wú) 2 微溶（在壓縮機(jī) 曲軸箱 和冷凝器內(nèi)相互溶解，在蒸發(fā)器內(nèi)分解） R2 R11 R15 R502 溶解時(shí)降低潤(rùn)滑油的沾度 3 完全溶解 R1 R1 R2 R11烴類(lèi)、 CH3CI、 R500 降低潤(rùn)滑油的沾度和凝固點(diǎn)，并使油中石蠟下沉，蒸發(fā)溫度升高 4 應(yīng)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(yùn)行。 制冷劑的分類(lèi) 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(lèi)。對(duì)于無(wú)機(jī)化合物制冷劑，國(guó)際上規(guī)定的代號(hào)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?xì)浠衔铮哼@類(lèi)制冷劑中主要有 甲烷 、乙烷、 丙烷 、 丁烷 和環(huán)狀有機(jī)化合物等。 6 共沸混合物制冷劑：這類(lèi)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(lèi)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(zhì)卻不同于混合前的物質(zhì)，利用共沸混合物可以改善制冷劑的特性。 第三章 熱力計(jì)算 3． 1 設(shè)計(jì) 要求 論文旨在研究土壤源熱泵系統(tǒng)在供熱空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，并設(shè)計(jì)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(dòng)，從而使系統(tǒng)不斷將內(nèi)部熱量排放到高于系統(tǒng)溫度的環(huán)境中。 制冷壓縮機(jī)分類(lèi)具體情況： 一 . 容積式制冷壓縮機(jī)分類(lèi)：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(kāi)啟式 制冷壓縮機(jī)分類(lèi)： 壓縮機(jī)和電機(jī)分別為兩個(gè)設(shè)備于外部連接，結(jié)構(gòu)復(fù)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(jié)構(gòu)緊湊，工作性能高，制冷能力大并可進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，但潤(rùn)滑油系統(tǒng)較復(fù)雜，噪聲較高。 工作穩(wěn)定，性能高壽命長(zhǎng)，制冷能力大，可進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。 3） 安裝維護(hù)費(fèi)用低：運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)安全，震動(dòng)小，不需要復(fù)雜基礎(chǔ)，安裝簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)壽命長(zhǎng)，維修方便。 ad? —— 壓縮機(jī)的絕熱效率，一般為 0。由原動(dòng)機(jī)傳到壓縮機(jī)上的功率稱(chēng)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(jī)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(jī)中各運(yùn)動(dòng)部件的摩擦阻 力和驅(qū)動(dòng)附屬的設(shè)備，如潤(rùn)滑用液壓泵等。參看文獻(xiàn) [1]中表 44，可選名義工況制冷量為 ,陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 4400r/min,陽(yáng)轉(zhuǎn)子名義直徑為 100mm,長(zhǎng)徑比為 的 高 溫型水冷半封閉式 R22 螺桿式壓縮機(jī)。 故本系統(tǒng)選取型號(hào)為 LG10F30Z。例如在氟利昂臥式冷凝器中，冷卻水在管內(nèi)流動(dòng)，氟量昂蒸氣在管外凝結(jié)。 傳熱公式： Q=KF?t W 式中 Q—— 單位時(shí)間通過(guò)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(jì)算 進(jìn)行傳熱計(jì)算之前，熱交換器的型式和熱負(fù)荷已在選型和循環(huán)計(jì)算中確定。對(duì)于熱交換器，由于冷熱流體沿傳熱面進(jìn)行交換，其溫度沿流動(dòng)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(shí)的換熱系數(shù) 制冷劑沸騰時(shí)，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(diǎn)如下： 1） 干式蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)： 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(dāng)載冷 劑為水時(shí)，即使蒸發(fā)溫度低到 0 度附近，也不會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象； 便于把蒸發(fā)器中的潤(rùn)滑油排回壓縮機(jī)； 其主要缺點(diǎn)有： 當(dāng)采用多流程時(shí)，氣、液兩相制冷劑在端蓋內(nèi)轉(zhuǎn)向會(huì)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(huì)通過(guò)折流板與殼之間的間隙泄漏（即載冷劑短路），降低水側(cè)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(nèi)循環(huán)流動(dòng)過(guò)程中蒸發(fā)的 蒸發(fā)器 。主要缺點(diǎn)是體積大，需要的制冷劑多