【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 地下水熱泵系統(tǒng)：在土壤源熱泵得到發(fā)展以前，歐美國(guó)家最常用的地下耦合熱泵系統(tǒng)系統(tǒng)是地下水熱泵系統(tǒng)。地下水熱泵系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是造價(jià)要比土壤源熱泵系統(tǒng)低；其劣勢(shì)在于：有些地方法規(guī)禁止抽取或回灌地下水；可供使用的地下水有限；如水質(zhì)不好或打井不合格要進(jìn)行水處理；如泵選擇過(guò)大、控制不良或水井與建筑偏遠(yuǎn)，泵耗能就會(huì)過(guò)大。 地表水熱泵系統(tǒng)：地表水熱泵系統(tǒng)主要有開(kāi)路和閉路系統(tǒng)，包括使用江、河、湖中的地表水，也包括使用市政污水、廠礦廢水、冷卻水等。地表水熱泵系統(tǒng)具有相對(duì)造價(jià)低廉、泵耗能 低、維修率低以及運(yùn)行費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，但是，要有足夠的水量及水體深度，否則水體的溫度會(huì)隨著室外氣候發(fā)生較大的變化，可能造成熱泵效率降低，制冷或供熱能力降低的后果。 地埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)也稱地下耦合熱泵系統(tǒng)（ Groundcouple heat pumps）或土壤熱交換器地下耦合熱泵系統(tǒng)（ Ground heat exchanger heat pumps） ,包括一個(gè)土壤耦合地?zé)峤粨Q器，它或是水平的安裝在地溝中，或是以 U形管狀垂直安裝在豎井之中。通過(guò)中間介質(zhì)（通常是水或是加入防凍劑的水）作為熱載體，使中間 介質(zhì)在土壤耦合地地下耦合熱泵系統(tǒng) 系統(tǒng) 地表水源熱泵系統(tǒng) 可再生水源熱泵系統(tǒng) 河水源熱泵系統(tǒng) 湖水源熱泵 湖水源熱泵系統(tǒng) 海水源熱泵系統(tǒng) 海水源熱泵系統(tǒng) 生活污水源熱泵系統(tǒng) 生活污水源熱泵系統(tǒng) 工業(yè)廢水源熱泵系統(tǒng) 工業(yè)廢水源熱泵系統(tǒng) 地埋管 地下耦合熱泵系統(tǒng)系統(tǒng) 地下水源熱泵系統(tǒng) 長(zhǎng)沙別墅地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 熱交換器的封閉環(huán)路中循環(huán)流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)與大地土壤進(jìn)行換熱的目的。 水平埋管地源熱泵系統(tǒng) (Horizontal ground— coupled heat pump)比較簡(jiǎn)單的是，當(dāng)室內(nèi)符合比較小，土壤換熱器比較短，可以把單回路管子隨開(kāi)挖土方施工直接埋入地下。 圖 11 水平埋管 當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷比較大，土壤換熱器長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，就需要考慮土壤換熱器的布置問(wèn)題，暢游的布置方式有以下兩種 a 串聯(lián)式水平埋管 b 并聯(lián)式水平埋管 圖 12 水平埋管 垂直式地埋管系統(tǒng)（ Vertical borehole groundcoupled heat pump） a 比較簡(jiǎn)單的方式是，當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷比較小，土壤換熱器長(zhǎng)度比較短，換熱器井?dāng)?shù)比較少可以直接接入機(jī)房。 b 當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷比較大，土壤換熱器長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，就需要考慮換熱器井群的布置問(wèn)題，一般是若干口井匯集到集水器中，然后統(tǒng)一由干管接入機(jī)房。 c 垂直埋管地源熱泵系統(tǒng)有一種特殊形式叫：樁基換熱器，即在樁里布置換熱管道。 d 地?zé)嶂悄軜?，類似樁基換熱器，由橋樁中埋管的地源熱泵自動(dòng)融雪的橋被稱為地?zé)嶂悄軜?。雪落到橋面上，這些盤管用地?zé)釋⒀┤诨?。地源熱泵的開(kāi)啟靠輸入當(dāng)?shù)氐?地源熱泵參數(shù)來(lái)控制。 長(zhǎng)沙別墅地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 圖 13 垂直式埋管 螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)（ slinky groundcoupled heat pump） A 長(zhǎng)軸水平布置的螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng) B 長(zhǎng)軸豎直布置的螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)（盤旋布置埋管地源熱泵系統(tǒng)） C 螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)有一種特殊布置形式；溝渠集水器式螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)，也有學(xué)者把它歸到多層水平埋管地源熱泵系統(tǒng)。 圖 14 螺旋埋管 長(zhǎng)沙別墅地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 地下耦合熱泵系統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn) 系統(tǒng)在北歐、北美已普遍應(yīng)用，近幾年在中國(guó)開(kāi)始大規(guī)模地推廣應(yīng)用，技術(shù)成熟可靠。 屬于可再生能源應(yīng)用技術(shù)、節(jié)能環(huán)保，獲得政策支持 運(yùn)行節(jié)能：地下耦合熱泵系統(tǒng)系統(tǒng)能充分利用蘊(yùn)藏于土壤和湖泊中的巨大能量，循環(huán)再生，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的供暖和制冷。因而運(yùn)行費(fèi)用較低。地下耦合熱泵系統(tǒng)比風(fēng)冷熱泵節(jié)能 30%，比電采暖節(jié)能 60%，比燃?xì)鉅t效率提高 48%。 運(yùn)行安全可靠：基本不受環(huán)境氣溫影響，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，省去了冷卻塔等部件的維護(hù)工作，可穩(wěn)定持續(xù)的供冷供熱。 地下耦合熱泵系統(tǒng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件要比常規(guī)系統(tǒng)少，因而也減少了維護(hù)，系統(tǒng)安裝在室內(nèi)，不暴漏在風(fēng)雨中也可免遭損壞，更加可靠，延長(zhǎng)壽命。 由于地下 耦合熱泵系統(tǒng)的供冷、供熱更為平穩(wěn)，降低了停開(kāi)機(jī)的頻率和和空氣過(guò)熱和過(guò)冷的峰值；這種系統(tǒng)更容易適合供冷、供熱負(fù)荷的分區(qū)； 長(zhǎng)沙別墅地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 第二章 工程概況 氣象參數(shù) 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)選取 選取依照 GB50736—— 20xx《民用建筑供暖與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)范要求如下： 當(dāng)人員在空調(diào)區(qū)域僅作短期逗留時(shí)，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度在供冷工況下宜比長(zhǎng)期逗留提高 1～2℃，供熱工況下宜降低 1～ 2℃；短期逗留區(qū)域供冷工況的風(fēng)速不宜大于 ，供熱工況不宜大于 。此外夏熱冬冷地區(qū)主 要房間宜采用 16～ 22℃。 21 人員長(zhǎng)期逗留空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù) 類別 熱舒適等級(jí) 溫度℃ 相對(duì)濕度 % 風(fēng)速 m/s 供熱工況 一級(jí) 2224 ≥ 30 ≤ 二級(jí) 1822 — ≤ 供冷工況 一級(jí) 2426 4060 ≤ 二級(jí) 2628 ≤ 70 ≤ 室外設(shè)計(jì)參數(shù)選取 選取依照 GB50736—— 20xx《民用建筑供暖與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)范要求如下： 22 湖南省長(zhǎng)沙市室外計(jì)算參數(shù) 臺(tái)站信息 北緯 ’1228? 東經(jīng) ’12113? 海拔 統(tǒng)計(jì)年份 1972—— 1986 年平均溫度 室外計(jì)算溫度濕度 供暖室外計(jì)算溫度 冬季通風(fēng)室外計(jì)算溫度 冬季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算溫度 冬季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算相對(duì)濕度 83 夏季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算干球溫度 夏季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算濕球溫度 長(zhǎng)沙別墅地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 夏季通風(fēng)室外計(jì)算溫度 夏季通風(fēng)室外計(jì)算 相對(duì)濕度 61 夏季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算日平均溫度 風(fēng)向風(fēng)速及頻率 夏季室外平均風(fēng)速 夏季最多風(fēng)向 C NNW 夏季最多風(fēng)向的頻率 16 13 夏季室外最多風(fēng)向的平均風(fēng)速 冬季室外平均風(fēng)速 冬季最多風(fēng)向 NNW 續(xù) 表 22 冬季最多風(fēng)向的頻率 32 冬季室外最多風(fēng)向的平均風(fēng)速 年最多風(fēng)向 NNW 年最多風(fēng)向的頻率 22 冬季日照百分率 26 最大凍土深度 — 大氣壓力 冬季室外大氣壓力 夏季室外大氣壓力 設(shè)計(jì)計(jì)算用供暖期天數(shù)及其平均溫度 日平均溫度 ≤+5℃ 的天數(shù) 48 日平均溫度 ≤+5℃ 的起止日期 —— 平均溫度 ≤+5℃ 期間內(nèi)的平均溫度 日平均溫度 ≤+8℃ 的天數(shù) 88 日平均溫度 ≤+8℃ 的起止日期 —— 平均溫度 ≤+8℃ 期間內(nèi)的平均溫度 極端最高氣溫 極端最低氣溫 根據(jù)本工程實(shí)際情況為便于設(shè)計(jì)計(jì)算室外設(shè)計(jì)參數(shù)選取如下： 長(zhǎng)沙別墅地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 內(nèi)容 溫度℃ 風(fēng)速 m/s 相對(duì)濕度 % 冬季 83 夏季 （干） / （濕） 地理信息 長(zhǎng)沙市位于 東經(jīng) 39。511439。53111 ?? — 北緯 39。402839。5127 ?? — 大氣透明度 4 級(jí) 21夏季空氣調(diào)節(jié)大氣透明度分布圖 土建資料 該建筑物地處長(zhǎng)沙市；南北朝向。建筑物尺寸信息詳見(jiàn)平面圖等建筑圖紙。 維護(hù)結(jié)構(gòu)性質(zhì)確定 23圍護(hù)結(jié)構(gòu)夏季熱工 指標(biāo) 內(nèi)容 保溫材料 保溫層厚度mm/? 傳熱系數(shù) 12/ ???? kmWk 傳熱衰減系數(shù) ? 圍護(hù)結(jié)構(gòu)衰減度 ? 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的延遲時(shí)間 ? 內(nèi)表面放熱衰減度f(wàn)v 內(nèi)表面防熱延遲時(shí)間 39。fv 外墻 水泥膨脹珍珠80 9 5 長(zhǎng)沙別墅地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 巖 頂棚 加氣混凝土 170 7 8 內(nèi)墻 磚墻 240 8 6 24窗戶的結(jié)構(gòu)性質(zhì) 項(xiàng)目 類型 取值 窗戶有 效面積系數(shù) gx 單層鋼窗 雙層鋼窗 地點(diǎn)修正系數(shù) dx 長(zhǎng)沙 1 窗玻璃的遮擋系數(shù) sC 6mm 后普通玻璃窗 雙層 6mm厚普通玻璃窗 窗戶內(nèi)遮陽(yáng)設(shè)施的遮陽(yáng)系數(shù) nC 活動(dòng)百葉 中間色 傳熱系數(shù) k 12 ???? ℃mW 單層、金屬框 雙層、金屬框 除落地窗外外，窗的尺寸高度均為 20xxmm 25外門的結(jié)構(gòu)性質(zhì) 項(xiàng)目 類型 傳熱系數(shù)取值 22 ℃?? ?mW 推拉式外門實(shí)體木門 雙層、實(shí)體木制 推拉式外門帶玻璃的陽(yáng)臺(tái)外門 雙層金屬框 平推式帶玻璃的陽(yáng)臺(tái)外 門 太陽(yáng)輻射對(duì)維護(hù)結(jié)構(gòu)的影響 根據(jù)《采暖空調(diào)制冷手冊(cè)》查?。? 長(zhǎng)沙別墅地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 26 長(zhǎng)沙市墻體負(fù)荷溫差 長(zhǎng)沙市墻體負(fù)荷溫差 時(shí)刻 朝向 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 S 9 9 9 10 10 10 10 10 10 10 10 9 9 W 10 11 11 12 13 13 13 14 14 13 13 13 13 N 8 8 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 E 13 13 13 13 13 13 13 13 12 12 12 12 11 墻體外表面日射吸收率 ?? 27玻璃窗溫差傳熱負(fù)荷溫差 時(shí)刻 地點(diǎn) 類型 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 長(zhǎng)沙 輕 4 中、 重 28 外窗日射熱負(fù)荷強(qiáng)度 時(shí)刻 朝向 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 N 148 187 160 138 154 166 166 166 154 138 160 187 148 E 42 79 109 138 154 266 308 390 369 280 245 166 106 S 38 42 79 109 159 238 294 309 294 238 159 109 79 W 42 79 109 138 154 266 308 390 369 280 245 166 106 29頂棚冷負(fù)荷溫差 時(shí)刻 朝向 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 向上 0 長(zhǎng)沙別墅地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) 第三章 負(fù)荷計(jì)算 夏季冷負(fù)荷計(jì)算方法 空氣調(diào)節(jié)區(qū)的夏季冷負(fù)荷根據(jù)以下各項(xiàng)確定： —— 通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱量 —— 通過(guò)外窗進(jìn)入的太陽(yáng)輻射熱量 —— 人體散熱量 —— 照明散熱量 —— 設(shè)備、器具、管道及其他熱源散熱量 —— 滲透空氣帶入熱量 空氣調(diào)節(jié)區(qū)的夏季冷負(fù)荷，根據(jù)各項(xiàng)得熱量的種類和性質(zhì)及空氣調(diào)節(jié)區(qū)的蓄熱特性分別進(jìn)行計(jì)算。 通過(guò)維護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入的非穩(wěn)態(tài)傳熱量、 透過(guò)外窗進(jìn)入的太陽(yáng)輻射熱量、人體散熱量及非全天使用的設(shè)備、照明燈具等的散熱形成的冷負(fù)荷應(yīng)按非穩(wěn)態(tài)傳熱方法計(jì)算確定。 室外和鄰室溫度確定 對(duì)于外窗，采用室外計(jì)算逐時(shí)溫度按 GB5001920xx 采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范式計(jì)算： 即： wpwgwprwpsh tttttt ?????? ?? 式中 sht —— 室外計(jì)算逐時(shí)溫度℃ wpt —— 夏季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算平均溫度℃ ? —— 室外溫度逐時(shí)變化系數(shù)；見(jiàn)表