地源热泵系统的应用

【摘 要】以长春帕拉斯酒店土壤源热泵工程为依据，介绍了土壤源热泵技术设备选型及地热换热器的设计施工，阐述了土壤源热泵系统在北方应用的优点，同时为吉林地区土壤源热泵技术在设计和施工方面积累了宝贵的经验。

【关键词】土壤源热泵；地热换热器；应用优点

地源热泵由于其节能、环保，在全国已得到广泛的应用。吉林地区冬冷夏热，尤其适合地源热泵的使用，在吉林地区也有许多成功的案例，长春帕拉斯大酒店在2010年改造过程中，就选用了土壤源热泵系统，冬季给楼内供热，夏季制冷，并且全年给客房提供生活热水。

1、工程概况

长春帕拉斯大酒店建筑面积6500平米，共六层，一至四层为餐厅及客房，五层为厨房和客房，六层为婚宴厅。餐厅、婚宴厅和客房采用风机盘管制冷制热；厨房采用散热器采暖，另加排风系统；机房在楼外单独设置，2台RHSBW-240HS热泵机组，室外地热换热器共123个 ，采用双U型管形式。

RHSBW-240HS地源热泵机组工况参数

项目 单位 冷房 暖房

制冷工质 --- R22

设置条件 --- 室内 非防爆

制冷量/制热量 kW 240 257

机组能量调节范围 % 25~100

蒸发器 种类 --- 清水 热源水

进出口温度 ℃ 12～7 15~7.3

流量 m3/h 41.3 22.2

水侧压力损失 kPa 80

接管管径 mm 80

冷凝器 种类 --- 热源水 清水

进出口温度 ℃ 18～29 40～45.4

流量 m3/h 22.2 41.3

水侧压力损失 kPa 80

接管管径 mm 80

电源 --- 380V-3Φ-50Hz

电源特性 输入功率 kW 43.5 58.6

2、热泵系统设计

2.1 热泵机组选型

2.1.1 空调室外计算参数

季节 干球温度 湿球温度 相对湿度 平均风速

夏季 30℃ 27.4℃ 80% 3.2m/s

冬季 -27℃ ―― 60% 3.6m/s

2.1.2 空调室内计算参数

主要房间名称 冬季温度（℃） 夏季温度（℃）

宾馆 18-22℃ 24-26℃

2.1.3 负荷计算

依据甲方的要求，地源热泵系统需要冬季为宾馆提供采暖，夏季制冷，并全年提供生活热水。

采暖负荷为390kW，制冷负荷为480kW；生活热水制热量为100KW。

2.1.4设备选型

依据负荷选用荏原螺杆干式冷水（热泵）机组2台，型号为RHSBW240HS，单台制热量为257kW，制冷量为240 kW，热回收48kW。

2.2 地热换热器设计

地埋管换热系统的设计主要是地埋管换热量和换热管长度的设计，应采取“现场工程、水文地质条件分析 + 以往工程经验”相结合的方法。根据实际情况，计算得出换热孔的的数量和确定具体打孔的位置，配置先进、合理的设备，使系统达到设计要求。

本工程设计方案采用双U型HDPE地埋管，孔径为150mm左右，初步考虑孔深为110m。实测和计算结果表明，双U形埋管比单U型埋管可提高15―20%的换热量，可有效提高单孔换热能力，减少钻孔数量 ，从而降低施工量和初投资。

所在地单位孔深夏季释热量为38w/m，冬季单位孔深吸收热量为38w/m。综合考虑需要地埋孔深为110m的换热孔123个，合计深度为13530m。换热井与换热井间距为4.5m。

地下埋管分组并联。将123口换热井分成5组，5组相互独立，每一组均采用并联地下管路连接方式。

在土壤源热泵空调系统设计中，土壤源热泵系统总吸热量与总释放量相平衡的措施对于保证大地岩土的热稳定性、土壤源热泵系统的经济性及空调实际运行效果十分重要。

本工程设计中空调夏季制冷释放的热量与冬季采暖及生活热水的吸热量基本平衡，可以保证土壤源的热稳定性。

2.3地热换热器埋管施工

本工程采用竖直地埋管换热器，钻孔及下管采用钻井机，具有防塌方技术，施工速度快，质量好。回填材料采用膨润土和细砂的混合浆，膨润土和细砂的混合浆具有较好的传热性，回填采用专用回填泵方式，由孔底部导入填料逐渐向上反填，排除孔内空气，保证回填无空隙，保证了较好的传热效果。

下管过程中，U型管内充满水，带有一定的压力，保证在下管中程中如果PE管有损坏能及时发现；U型管每隔2―4米设一固定管卡，将U型管分开，以消除管间的热干扰。

3、地源热泵应用的优点

随着社会经济的发展，人们对生活的舒适性要求越来越高，在冬冷夏热的北方，地源热泵系统一机多用，满足了人们对冬季制热夏季制冷的需求。

随着地球上不可再生能源（煤、石油、天然气）的不断消耗，浅层地热能等可再生清洁能源将成为重要的能源。以土壤作为冷热源的土壤源热泵技术，非常适合寒冷地区使用。

本项目节能、环保，为长春地区利用浅层地热能起到示范和带动作用，有利于推动我国循环经济和可持续发展战略的进程，为创建节约型社会作出贡献。

参考文献

[1] GB50366―2005.地源热泵系统工程技术规范 北京：中国建筑工业出版社，2009

[2]ASHARE.地源热泵工程技术指南 徐伟，译.北京：中国建筑工业出版社，2001

[3]马最良.中悦地源热泵系统设计与应用.北京：机械工业出版社，2006