地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范設(shè)計要點解析-在線瀏覽
2024-09-20 15:26本頁面
【正文】 系統(tǒng)安全可靠的運行，更好的發(fā)揮其節(jié)能效益，由中國建筑科學(xué)研究院主編，會同13個單位共同編制了《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱規(guī)范）。由于地源熱泵系統(tǒng)的特殊性，其設(shè)計方法是其關(guān)鍵與難點，也是業(yè)內(nèi)人士普遍關(guān)注的問題，同時也是國外熱點課題，在新頒布的《規(guī)范》中首次對其設(shè)計方法提出了具體要求。2 《規(guī)范》的適用范圍及地源熱泵系統(tǒng)的定義 《規(guī)范》的適用范圍該《規(guī)范》適用于以巖土體、地下水、地表水為低溫?zé)嵩?，以水或添加防凍劑的水溶液為傳熱介質(zhì)，采用蒸氣壓縮熱泵技術(shù)進(jìn)行供熱、空調(diào)或加熱生活熱水的系統(tǒng)工程的設(shè)計、施工及驗收。該系統(tǒng)目前在北美地區(qū)別墅或小型商用建筑中應(yīng)用，它優(yōu)點是成孔直徑小，效率高，也可避免使用防凍劑；但制冷劑泄漏危險性較大，僅適于小規(guī)模應(yīng)用。 地源熱泵系統(tǒng)的定義地源熱泵系統(tǒng)根據(jù)地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)形式的不同，分為地埋管地源熱泵系統(tǒng)（簡稱地埋管系統(tǒng)）、地下水地源熱泵系統(tǒng)（簡稱地下水系統(tǒng)）和地表水地源熱泵系統(tǒng)（簡稱地表水系統(tǒng)）。地表水系統(tǒng)中的地表水是一個廣義概念，包括河流、湖泊、海水、中水或達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)的污水、廢水等。 3 地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計特點（1）地源熱泵系統(tǒng)受低位熱源條件的制約l 對地埋管系統(tǒng)，除了要有足夠埋管區(qū)域，還要有比較適合的巖土體特性。為此，工程勘察完成后，應(yīng)對地埋管換熱系統(tǒng)實施的可行性及經(jīng)濟性進(jìn)行評估?！兑?guī)范》中強制規(guī)定“地下水換熱系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)勘察資料進(jìn)行設(shè)計，并必須采取可靠回灌措施，確保置換冷量或熱量后的地下水全部回灌到同一含水層，不得對地下水資源造成浪費及污染?！眑 對地表水系統(tǒng)，設(shè)計前應(yīng)對地表水系統(tǒng)運行對水環(huán)境的影響進(jìn)行評估；地表水換熱系統(tǒng)設(shè)計方案應(yīng)根據(jù)水面用途，地表水深度、面積，地表水水質(zhì)、水位、水溫情況綜合確定。如地埋管系統(tǒng)，巖土體熱物性對地埋管換熱器的換熱效果有很大影響，單位管長換熱能力差別可達(dá)3倍或更多。地下?lián)Q熱過程是一個復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)過程，影響因素眾多，計算過程復(fù)雜，通常需要借助專用軟件才能實現(xiàn)；l 地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)考慮低位熱源長期運行的穩(wěn)定性。確定輔助冷熱源的過程，也就是方案優(yōu)化的過程，無形中提高了方案設(shè)計的難度。但地埋管系統(tǒng)的設(shè)計方法一直沒有明確規(guī)定，通常設(shè)計院將地埋管換熱設(shè)計交給專業(yè)工程公司完成。因此，保證地埋管系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行是地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計的首要問題，在保證需求的條件下，地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)盡可能降低初投資及運行費用。以一棟總建筑面積為2100m2的小型辦公建筑為例，選取了四個具有代表性的地區(qū)：北京、上海、沈陽和齊齊哈爾，利用TRNSYS模擬地源熱泵系統(tǒng)連續(xù)運行五年后，地埋管換熱器出口即水源熱泵機組進(jìn)口的傳熱介質(zhì)溫度波動情況，見表1－1，表1－2。為此《規(guī)范》明確規(guī)定，“地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)進(jìn)行全年動態(tài)負(fù)荷計算，最小計算周期宜為1年。” 地埋管換熱器設(shè)計地埋管換熱器設(shè)計是地埋管系統(tǒng)設(shè)計特有的內(nèi)容和核心。地埋管換熱器有兩種主要形式，即豎直地埋管換熱器（以下簡稱豎直埋管）和水平地埋管換熱器（以下簡稱水平埋管）。l 巖土體熱物性的確定巖土體熱物性的確定是豎直埋管設(shè)計的關(guān)鍵。巖土體熱物性可以通過現(xiàn)場測試，以擾動－響應(yīng)方式獲得，即在擬埋管區(qū)域安裝同規(guī)格同深度的豎直埋管，通過水環(huán)路，將一定熱量（擾動）加給豎直埋管，記錄熱響應(yīng)數(shù)據(jù)。分析方法主要有3種，即線源理論、柱源理論及數(shù)值算法。巖土體熱物性測試裝置如圖1所示：巖土體熱物性測試要求測試時間為36～48h，供熱量應(yīng)為50～80W/m，流量應(yīng)滿足供回水溫差11～22℃的需要，被測豎直埋管安裝完成后，根據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)不同，需要3～5d的等待期，此外對測量精度等也有具體要求。l 豎直埋管地下傳熱計算地下傳熱模型基本是建立在線源理論或柱源理論基礎(chǔ)上。實際工程設(shè)計中很少使用這種乏味的計算，20世紀(jì)80年代人們更傾向于根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計。通過對單孔溫度場的附加，得到整個埋管區(qū)域相應(yīng)的溫度情況。通過gfunctions可以計算一個時間步長的階梯熱輸入引起的埋管溫度的變化，有了gfunctions，任意釋熱源或吸熱源影響都可轉(zhuǎn)化成一系列階梯熱脈沖進(jìn)行計算。1984年Kavanaugh使用圓柱形源項處理，利用穩(wěn)態(tài)方法和有效熱阻方法近似模
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