【正文】 。在國(guó)際上產(chǎn)生重要影響，為地埋管地源熱泵這一節(jié)能減排新技術(shù)的推廣應(yīng)用做出重要貢獻(xiàn)。形成了有中國(guó)特色的和有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的地埋管地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)集成，作為項(xiàng)目主持單位，2022 年獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)（太陽(yáng)能和淺層地?zé)崮茉诮ㄖ欣玫年P(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用）、2022 年獲教育部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)（淺層地?zé)崮軆?yōu)化利用技術(shù)的研究與應(yīng)用）、2022年獲山東省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)（民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)編制）；2022年獲濟(jì)南市技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)（地埋管地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)集成及其推廣應(yīng)用）、 2022 年獲建設(shè)部科技進(jìn)步三等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)（地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范編制）。并編入了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》；獲得了 4 項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利，取得 2 項(xiàng)實(shí)用新型專(zhuān)利。在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，在地源熱泵空調(diào)技術(shù)的理論基礎(chǔ)、技術(shù)開(kāi)發(fā)和工程應(yīng)用三個(gè)方面都取得重要成果。 制定標(biāo)準(zhǔn)的能耗統(tǒng)計(jì)表格，使用戶(hù)可以方便直觀的填寫(xiě)各自地源熱泵系統(tǒng)的能耗，直接發(fā)送到項(xiàng)目的能源中心，為進(jìn)一步分析地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行性能，提高系統(tǒng)效率提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)。應(yīng)對(duì)用戶(hù)進(jìn)行地源熱泵工作原理的簡(jiǎn)單介紹，使用戶(hù)可以根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，宏 觀的調(diào)控地下?lián)Q熱平衡，保持地埋管換熱系統(tǒng)較高的換熱效中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 44率。（10） 保護(hù)控制冷凍泵、冷卻泵啟動(dòng)后，水流開(kāi)關(guān)檢測(cè)水流狀態(tài)，如遇故障則自動(dòng)停泵，冷 凍泵、冷卻泵運(yùn)行時(shí)如發(fā)生故障，備用泵自動(dòng)投入使用 運(yùn)行維護(hù)（包括建筑用能管理制度、操作規(guī)程、定期能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)告及設(shè)備養(yǎng)護(hù)等）要保持地源熱泵系統(tǒng)長(zhǎng)期、高效運(yùn)行，首先要制定科學(xué)合理的運(yùn)行策略，編寫(xiě)地源 熱泵空調(diào)系統(tǒng)操作及設(shè)備養(yǎng)護(hù)手冊(cè)。冷凍水，冷卻水溫度、壓差超限報(bào)警，機(jī)組、水泵故障超載報(bào)警。中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 43（7） 系統(tǒng)定壓點(diǎn)控制檢查系統(tǒng)定壓點(diǎn)壓力，當(dāng)壓力低于定壓點(diǎn)壓力下限時(shí)，啟動(dòng)補(bǔ)水泵或打開(kāi)補(bǔ)水電磁閥，當(dāng)定壓點(diǎn)壓力高于定壓點(diǎn)壓力上限時(shí)則關(guān)閉。（6） 水泵保護(hù)控制對(duì)于熱泵機(jī)組，運(yùn)行時(shí)其蒸發(fā)器和冷凝器的水側(cè)必須保證足夠的流速，在此采用“ 流速開(kāi)關(guān)”，管道內(nèi)的流體流速不同，流速開(kāi)關(guān)的位移不同，根據(jù)要求的最小流速，把流速開(kāi)關(guān)設(shè)定到最小流速的位置，當(dāng)通過(guò)管道的流速高于最小流速時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合，電路接通；當(dāng)管道內(nèi)的流速低于最小流速時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電路中斷。停止過(guò)程：停止熱泵機(jī)組；5 分鐘后停止負(fù)荷側(cè)循環(huán)水泵，關(guān)閉負(fù)荷側(cè)循環(huán)水泵電動(dòng)蝶閥。（5） 機(jī)組連鎖控制啟動(dòng)過(guò)程：打開(kāi)地源側(cè)循環(huán)水泵電動(dòng)蝶閥，啟動(dòng)地源循環(huán)水泵。（4） 地源側(cè)循環(huán)水溫度控制根據(jù)地源側(cè)循環(huán)水的進(jìn)出口溫差通過(guò)變頻調(diào)速器自動(dòng)調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的供電頻率，改變地源側(cè)循環(huán)水流量。假如將流量控制到原來(lái)的一半，則將電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制到原來(lái)的一半就可實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)調(diào) 整熱泵機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)，達(dá)到最佳節(jié)能目的。當(dāng)末端對(duì)水側(cè)進(jìn)行調(diào)節(jié)，會(huì)導(dǎo)致供回水溫差加大；若末端對(duì)水側(cè)不調(diào)節(jié)，通過(guò)變風(fēng)量對(duì)空調(diào)房間調(diào)節(jié)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致供回水溫差變小。實(shí)測(cè)供回水溫差和循環(huán)水流量可以得到當(dāng)前系統(tǒng)消耗的冷量。 地源熱泵自動(dòng)控制系統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)的控制主要包括以下幾個(gè)方面：（1） 自動(dòng)啟停根據(jù)事先排定的工作及節(jié)假日作息時(shí)間表，啟停熱泵機(jī)組、冷凍水泵、 電動(dòng) 蝶閥、冷卻水泵、 換熱器。對(duì)一些必要的參數(shù)，監(jiān)控系統(tǒng)還設(shè)置了報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能，即超限時(shí)地源熱泵系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行。同時(shí)，系統(tǒng)也可以直接操作控制柜，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制。（3） 遠(yuǎn)程/現(xiàn)場(chǎng)控制控制系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場(chǎng)控制兩種控制功能。中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 40 集 控 室 內(nèi) 的監(jiān) 控 計(jì) 算 機(jī)地 源 熱 泵 空 調(diào)機(jī) 房 控 制 室 內(nèi)的 監(jiān) 控 計(jì) 算 機(jī) 打 印 機(jī) 打 印 機(jī)地 源 側(cè) 水 泵 空 調(diào) 側(cè) 水 泵熱 泵機(jī) 組 現(xiàn) 場(chǎng) 傳感 器 其 他 現(xiàn) 場(chǎng)設(shè) 備 其 他 現(xiàn) 場(chǎng)設(shè) 備其 他 系 統(tǒng) 控 制 室內(nèi) 的 監(jiān) 控 計(jì) 算 機(jī) 1號(hào) 機(jī) 房 現(xiàn)場(chǎng) 控 制 器 n號(hào) 機(jī) 房 現(xiàn)場(chǎng) 控 制 器打 印 機(jī)數(shù) 據(jù) 采 集 及 變 送 層現(xiàn) 場(chǎng) 控 制 層控 制 管 理 層高 級(jí) 管 理 層電 纜 電 纜工 業(yè) 現(xiàn) 場(chǎng) 總 線(xiàn)局 域 網(wǎng)就 地 控 制集 中 控 制 集 中 自 動(dòng)集 中 手 動(dòng) 聯(lián) 鎖 手 動(dòng)解 鎖 手 動(dòng){圖 地源熱泵系統(tǒng)監(jiān)測(cè)原理圖（2）手動(dòng)/自動(dòng)模式控制系統(tǒng)可以工作在手動(dòng)/自動(dòng)兩種工作模式下。該測(cè)試系統(tǒng)可以自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的循環(huán) 液溫度，壓力與流量，系統(tǒng)的制熱量、制冷量以及系統(tǒng)的功耗。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行狀況是確保系統(tǒng)運(yùn)行的高效性與可靠性的主要手段。地源熱泵監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備的主要功能有：（1）檢測(cè)功能監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)安裝在地源熱泵系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)傳感器，對(duì)地源熱泵系統(tǒng)的各種參數(shù)（例如，溫度、壓力、流量等）、系 統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)（包括熱泵的運(yùn)行狀態(tài)、水泵的運(yùn)行狀態(tài)等）進(jìn) 行檢測(cè)。中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 37表 地源熱泵系統(tǒng)不同空調(diào)末端裝置經(jīng)濟(jì)性比較名稱(chēng) 方案一 方案二 方案三 方案四 方案五末端設(shè)備名稱(chēng)風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)空調(diào)機(jī)組加送回風(fēng)管道、風(fēng)口夏季風(fēng)機(jī)盤(pán)管、冬季地板輻射采暖毛細(xì)管輻射表面加新風(fēng)系統(tǒng)分散式熱泵機(jī)組末端設(shè)備初投資估算 元/m 280100 100120 120140 150170 300末端系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用元/m 235 46 35 35 1012機(jī)房設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用元/m 21215 1215 1215 1215 23占空間面積 一般 較大 一般 一般 較小控制性能 較好 一般 較好 一般 一般空調(diào)舒適性較好 較好 比較舒適 一般 一般中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 38中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 39第六章 地源熱泵監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng) 地源熱泵監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能地源熱泵技術(shù)是一種節(jié)能環(huán)保的空調(diào)系統(tǒng)形式，要想達(dá)到地源熱泵在各種地域內(nèi)平穩(wěn)、節(jié)能運(yùn)行，自動(dòng)檢測(cè)與控制技術(shù)是必不可少的。實(shí)際工程應(yīng)進(jìn)行方案比較，綜合分析來(lái)確定采用何種方案。以上五種方案的經(jīng)濟(jì)性比較見(jiàn)表 。方案五，分散式空調(diào)方式，即冬夏季室內(nèi)末端設(shè)備均采用分散的空調(diào)機(jī)組，共用一套室外地下環(huán)路泵。該方式適用于 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行的空調(diào)系統(tǒng)，室內(nèi)舒適度高，系統(tǒng)初投資低，維護(hù)管理方便，但室內(nèi)濕度控制相對(duì)復(fù)雜。對(duì)于間歇運(yùn)行的辦公建筑、住宅建筑在非使用階段內(nèi)可只維持值班采暖溫度，大大減少流量，達(dá)到運(yùn)行節(jié)能的目的。方案三，夏季室內(nèi)末端設(shè)備均采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管，冬季室內(nèi)末端設(shè)備采用地板輻射采暖方式。該方式人員舒適度最好，但控制不夠靈活，當(dāng)該系統(tǒng)內(nèi)的部分房間不用時(shí)，系統(tǒng)能耗并未降低多少。該方式控制靈活，室內(nèi)升溫或降溫迅速，可有效提高舒適度，比較適合應(yīng)用于間歇運(yùn)行的辦公建筑、住宅建筑等對(duì)濕度沒(méi)有嚴(yán)格要求的空調(diào)場(chǎng)合。 地源熱泵系統(tǒng)室內(nèi)末端設(shè)備的選擇及比較對(duì)于采用普通地源熱泵作為冷熱源的中央空調(diào)系統(tǒng)，由于機(jī)組夏季能夠提供給空調(diào)末端設(shè)備的冷凍水溫度在 7℃12℃以上，冬季提供的熱水溫度在 4550℃之間。地板輻射采暖方式是目前較為舒適的供暖方式，由于室內(nèi)溫度梯度為自下而上逐漸降低，正好與其他供暖方式相反，室內(nèi)人員處于高溫區(qū)，舒適感較好，同時(shí)在舒適感相同的情況下，可以有效減少輸送熱量，達(dá)到節(jié)能的效果，目前在北方地區(qū)集中供暖中得到廣泛應(yīng)用。風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是目前舒適性空調(diào)系統(tǒng)廣泛采用的系統(tǒng)形式，它可以根據(jù)人員使用情況隨時(shí)啟停房間內(nèi)末端裝置，達(dá)到節(jié)能的目的。中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 35第五章 室內(nèi)空調(diào)末端系統(tǒng) 中央空調(diào)末端形式及原理作為中央空調(diào)末端有以下幾種形式：一是全空氣系統(tǒng)；二是風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；三是地板輻射采暖方式。當(dāng)然能夠增強(qiáng)換熱能力更好，所以國(guó)外現(xiàn)在的回填材料都改進(jìn)成高導(dǎo)熱系數(shù)的材料，以加強(qiáng)傳熱能力。圖 U 型支管間距回填材料的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)地下?lián)Q熱器設(shè)計(jì)尺寸的影響沒(méi)有土壤的導(dǎo)中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 34熱系數(shù)影響大，這是因?yàn)榛靥畈牧系膶?dǎo)熱系數(shù)要小于土壤的導(dǎo)熱系數(shù)，而且回填材料的厚度要遠(yuǎn)小于土壤層的厚度。而后者是影響地 熱換熱器設(shè)計(jì)容量的主要因素。但兩者對(duì)地?zé)釗Q熱器設(shè)計(jì)容量的影響并不一致，相同負(fù)荷下，支管間距小，所需的地?zé)釗Q熱器容量大。顯然，支管間距及回填材料導(dǎo)熱率對(duì)熱量回流的影響都是單一的。下圖 為鉆孔敷設(shè) U 型管后的最大余隙，它等于 鉆孔直徑減去二倍支管直徑。如果處理不當(dāng)，將產(chǎn) 生較大的影響。地埋管進(jìn)、出水溫度的變化不大，其對(duì)地源熱泵機(jī)組的效率影響很小可中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 33以忽略?？梢钥闯?，地埋管換熱器的出水最低溫度為 ℃，出水最高溫度為 ℃。經(jīng)計(jì)算，鉆孔數(shù)量 為 760 個(gè)。水平埋管總長(zhǎng)度可根據(jù)地埋管區(qū)域、機(jī)房位置、分集水器設(shè)置位置和水平管連接方式確定。豎直埋管管材采用高密度聚乙烯（PE100） De32。一區(qū)：在主樓前的形象廣場(chǎng)下布置一定的地埋管，埋管間距 5m，二區(qū)：在裙樓周?chē)木G化帶進(jìn) 行埋管，埋管間距 5m。中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 32 土壤換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1） 土壤換熱器的布置由于該項(xiàng)目為高檔辦公樓，建筑主體周?chē)写罅靠盏?。由于循環(huán)水在輸送過(guò)程中得到的熱量、水泵釋放到循環(huán)水中的熱量無(wú)法精確計(jì)算。將上述三項(xiàng)熱量相加就可得到供冷工況下釋放到循環(huán)水的總熱量。 方案設(shè)計(jì) 土壤換熱系統(tǒng)換熱量計(jì)算地源熱泵系統(tǒng)實(shí)際最大釋熱量發(fā)生在與建筑最大冷負(fù)荷相對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。在地源熱泵運(yùn)行的額定工況下，針對(duì)該地域地質(zhì)條件深層巖土熱物性的測(cè)試情況、考慮到當(dāng)?shù)氐販爻跏紲囟龋ā妫?、冬季地埋管循環(huán)液溫度設(shè)定（4~8℃ ）等因素，提出地埋管方案設(shè)計(jì)時(shí)的參考建議如下：1) 對(duì)于 De32 雙 U 型地埋管，冬季每米孔深從地下提取的熱量按34~38W/m 計(jì)，夏季每米孔深向地下釋放的 熱量按 48~52W/m 計(jì)；對(duì)于De32 單 U 型地埋管，冬季每米孔深從地下提取的熱量按 28~32W/m 計(jì)，夏季每米孔深向地下釋放的熱量按 42~46W/m 計(jì).2) 豎直埋管材料宜采用 PE100；鉆孔難度較大，宜采用雙 U 型豎直地埋管；3) 在地埋管空間充足條件下，為增大蓄熱體、減弱地下冷熱負(fù)荷不平衡的影響，應(yīng)適當(dāng)加大地埋管間距。反之，單位孔深換熱量取值偏小，埋管量將增加，工程的初投資增高。單位孔深換熱量取值偏大，將導(dǎo)致埋管量偏小、循環(huán)液 進(jìn)出口溫度難以達(dá)到熱泵的要求。3) 地埋管單位孔深的熱交換量還與地埋管間距、地下水位的高低和巖土層含水量多少等因素有關(guān)。二者相差越大，對(duì)地?zé)釗Q熱器換熱效率的影響越大。本報(bào)告地埋管循環(huán)液冬季最低溫度采用 4℃，夏季最高溫度采用 32℃。簡(jiǎn)述如下：1) 地埋管傳熱的可利用溫差，即 U 型埋管中的水（循環(huán)液）熱交換后允許達(dá)到的最低或最高溫度與巖土換熱前未受熱干擾時(shí)溫差。3) 主要地 質(zhì)構(gòu)成：據(jù)鉆孔結(jié)果測(cè)試區(qū)域地質(zhì)自地平面下到 30m內(nèi)為粘土層為主，其下為巖石層。在約 100 深的巖土層內(nèi)平均地溫 為 ℃。測(cè)試的鉆孔（100m 深）導(dǎo)熱系數(shù)： W/m℃該 地域地下傳熱條件適合使用地埋管地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。巖土體初始溫度℃，數(shù)值較高。具體構(gòu)造為 020 米，黃土 層夾含大量小碎石；2130 米，較 完整黃土層；3132 米，完整基巖；3335 米，黃土層夾含