复合式地源热泵系统在既有建筑节能改造中的

为进一步优化动力布局，改良空气品质，设立国际一流的融洽宜居之都，坚固推动《北京市“十二五”时间动力进展设立布局》提议的对于加速新动力和可复活动力开辟行使的目的策略，以“就地取材、多能互补、中心攻破、策略配套”为绳尺[1]，中心开辟北京地域的地热能。

家喻户晓，地源热泵系统在既有兴办中的袭用首要面对两浩劫题：一是兴办地方受束缚，厂区内悠闲土大地积较少、分开且不法则，存在打算系统不宜区分和地埋管换热器的安顿地方不够等题目；二是系统打算不公道，若地埋管换热器的打算选型不公道，会致使系统实践运转成绩差，以至添加工程造价等，这主假如由于各地岩土的热物性存在差别形成的[2-3]。本项目经由优化动力布局，解析岩土换热性格，对往常打算中地埋管换热器安顿间距不公道、埋管样子抉择不妥和泥土热堆集等题目实行优化打算；经由对地源热泵系统在既有兴办中的袭用实行叙述和解析，旨在为该地域地热能开辟行使及公道的系统打算供应参考。

1项目大概

本项目位于北京市昌平区某温泉诊疗院，总兴办面积为10.47万m2，多年来首要采取2台容量别离为4蒸吨和10蒸吨的燃煤蒸汽锅炉和1台7MW的燃煤开水锅炉实行冬日供暖。据统计，该诊疗院采暖季年均耗煤量达t；整年耗准则煤量为t，排放COt、SOt、粉尘等大气玷污物32.5t。这类采暖方法的动力行使率低，资本徒劳严峻，是以，对其实行节能革新势在必行。

本项目遵循既有兴办的供能须要境况，经由公道优化系统样子，采用复合式地源热泵系统打算，淘汰了地埋管的初投资花费，在保证系统安稳运转的同时，也取患了优越的处境效力。

2地埋管换热器的换热本能解析

由于地埋管换热器的换热本能与地质布局直接联系，其传热受地质构造、岩层的产状、地卑鄙体的影响较大，宜经由理论解析与试验来断定本地区地埋管换热器的换热本能。

遵循项目既有兴办物的布局特征，分离本次地质勘测地区的水文地质前提，场区地形、地势前提，以及现场动工前提等诸多成分，共设1#和2#2个测试井。单个测试井的孔径为mm，井深为m，将长m的双U形HDPE管插入测试井，测得测试井无加热供水和加热供水2种工况下总计96h的数据。行使刹时系统模仿程序(TRNSYS)供应的局面数据，归纳地质勘测打算院勘测的地质、地舆前提，模仿地埋管换热器在热交流抵达稳态境况时测得的数据，试验成果如图1～图3所示。

遵循图1～图3中的数据，谋划获得该地域地下的原始温度为15.5℃左右。经由软件模仿和理论谋划解析获得项目处所的地下归纳导热系数为2.1W/(m?K)，容积比热容为J/(kg?K)；m双U形地埋管换热器的归纳换热率为～kJ/h，均匀放热量为68.3W/延米，均匀吸热量为45.6W/延米。看来，本地区泥土初始温度较高且换热本能好，较适当开辟行使浅层地热能。

3地埋管换热器的打算

3.1地埋管换热器的埋管样子

在地源热泵系统中，地埋管换热器的埋管样子有竖直埋管和程度埋管两种[4]。遵循既有兴办厂区内功课面的实践境况、项目住址地的岩土范例及开垦成本，同时思虑到减小占大地积、淘汰地埋管受大地温度的影响、提升地埋管换热器的换热本能等成分，本次地埋管换热器采取竖直埋管、同程式方法，以坚持各环路之间的水力均衡。

3.2地埋管井的钻孔间距与地埋管样子确实定

3.2.1钻孔间距对累计温升的影响

思虑到系统冬、夏令均应用，并要均衡泥土的取、放热量，袭用GLD软件对不同钻孔间距的地埋管井群长时间运转后泥土的温度变动(与原始泥土温度比拟)境况实行了模仿，如图4所示。

从图4中能够看出，运转15年后，钻孔间距为4m的地源热泵系统的泥土温度抬高0.20℃左右，而采取钻孔间距为5m的地源热泵系统的泥土温度只抬高0.12℃左右；运转25年后，钻孔间距为4m的地源热泵系统的泥土温度变动比钻孔间距为5m的横跨0.10℃左右。一样，余斌等[5]建造了6×6和12×12井群模子，探索了钻孔间距对于地埋管群换热的影响，并得出钻孔间距越大，地埋管换热器的换热效率越大的论断。

若从换热性与平安运转的角度思虑，地埋管换热器的安顿间距为5m时可缓解泥土的热堆集效应，系统运转更平安。

3.2.2单U、双U样子的抉择

从换热本能方面解析，在排热工况与取热工况下，双U形地埋管的单元井深换热本能均比单U形的高；从投资成本思虑，单U形地埋管的经济性较优[6]。若仅从短期的换热本能或投资成本思虑，两者的抉择有较大区别，但从长久来看，抉择双U形地埋管更优。

3.3地埋管联系打算确实定

经由以上模仿解析，归纳思虑动工、平安系数等方面的成分后，本次打算将双U形地埋管换热器竖直埋管，埋管间距为5m，以保证系统的换热本能优越。

3.4地埋管换热器的安顿

地埋管换热器的安顿以“保证利于换热、防止热堆集、下降初投资”为打算绳尺，行使既有兴办周边绿地、广场、泊车场、马场等旷地，分离诊疗院既有兴办供能须要及负荷须要差别，采取复合式地源热泵系统，并对地埋管换热器实行经济公道的分区安顿。

遵循诊疗院总负荷须要及延米换热数据，共需地埋井延米，按间距5m、井深m谋划，需布孔个。此中，一区安顿区首要行使拍浮馆周边绿地、广场、泊车场，共布孔个；二区安顿区设立在竹林温泉东侧泊车场，共布孔58个；三区安顿区首要行使北侧马场，共布孔个。

为保证每个分区的地埋管换热器在不同负荷须要下的经济流速及换热手腕，将每个分区区分为几多子分区，每个子分区设5～6组分集水器，完结不同负荷须要下的运转调治，同时利于地埋管换热器的系统检验。

4动力站的打算

地源热泵系统中的热泵机组及配套设备统称为动力站，动力站的安顿以“挨近负荷较聚集的地区”为绳尺，保证地源热泵系统的能量损失最小；地源热泵机组等做战的设立遵循冷热负荷须要及技艺经济性断定，终究设立计划如表1所示。

经由表1能够看出，动力站1和动力站3的累计冷负荷宏壮于累计热负荷，是以，将动力站1和动力站3采取冷却塔辅佐的复合式地源热泵系统。此种打算将地埋管做为冬日取热、夏令排热的首要冷热源，将冷却塔做为夏令辅佐冷源，其可完结如下2个宗旨：

1)提升热泵机组的运转效率。经由调治地下换热器的停止运转，冷却塔辅佐排热，以保持地下换热器长时间安稳运转，保证热泵机组进水口温度安稳，完结其高效运转。

2)下降初投资。采取复合式地源热泵系统一方面能够缩小地埋管换热器的打算长度，淘汰地埋管换热器的数目；另一方面能够淘汰占大地积，进而在全面系统的初投资方面裁减洪量花费。

5地源热泵系统冷热均衡解析

5.1浅层岩土体地热能储量

遵循设立地方测试孔及地下水动态材料显示，项目住址地m深度内，地下水位埋深取26.0m。水位以上，粉土层厚度为3m(将回填土算入该层)，粉质黏土层厚度为12.5m，白云岩层厚度为20.5m；水位如下，白云岩层厚度为94m。不同岩性参数如表2所示。

遵循设立地方四周地区地层散布境况谋划该地域m深度内陆热能储量，采取热储法谋划浅层地热储量，应别离谋划包气带和饱水带中的单元温差储热量。

5.1.1包气带热储量的谋划

在包气带中，地热能的储蓄量QR1的谋划式为[7]：

式中，QS为岩土体中的热储蓄量，kJ；QW为岩土体所含水中的热储蓄量，kJ；QA为岩土体中所含空气中的热储蓄量，kJ。岩土体中的热储蓄量QS的谋划式为：

式中，ρS为岩土体密度，kg/m3；CS为岩土体比热容，kJ/kg?℃；φ为岩土体的孔隙率(或裂隙率)；M为谋划面积，m2，此处为地下换热器的占大地积；d为岩土体谋划厚度，m；ΔT为行使温差，℃，此处取1℃。

岩土体所含水中的热储蓄量QW的谋划式为：

式中，ρW为水的密度，kg/m3；CW为水的比热容，kJ/kg?℃；ω为岩土体的含水量。岩土体中所含空气中的热储蓄量QA的谋划式为：

式中，ρA为空气的密度，kg/m3；CA为空气的比热容，kJ/kg?℃。

经由谋划得出，该项目住址地中包气带(0～26m)每变动1℃，需汲取或排放的总热储量QR1为1.6×kJ。

5.1.2饱水带热储量的谋划

饱水带首要包罗含水层和相对隔水层，在含水层和相对隔水层中，地热能的储蓄量QR2的谋划式为[7]：

岩土体中的热储蓄量QS的谋划式为：

式中，d1为地下水面至谋划下限的岩土体厚度，m。

岩土体所含水中的热储蓄量QW的谋划式为：

经由谋划得出，该项目住址地中饱水带(26～m)每变动1℃，需汲取或排放的总热量QR2为4.9×kJ。

遵循包气带和饱水带热储量的谋划成果，地源热泵系统影响局限内陆质体(0～m)每变动1℃，释放或汲取的热量约为QR=QR1+QR2=6.5×kJ。

5.2地源热泵系统与浅层岩土体换热量

遵循动力站系统设立，思虑制寒天数为天，供暖天数为天。地源热泵系统使历时的时节系数遵循我国行业准则JB/T-97和美国ARI准则施行。则地源热泵系统与浅层岩土体换热量谋划如表3所示。

综上所述，经由1个制冷季与供暖季后，地源热泵向浅层岩土体所放出的热量与其从浅层岩土体侧汲取的热量差值为0.41×kJ。地源热泵系统影响局限内的地质体(0～m)每变动1℃，释放或汲取的热量约为6.5×kJ，是以，地源热泵系统运转1年致使泥土温度高涨0.06℃。但是，热泵系统的停止运转治理、地下水起伏对地层散热的影响等均有益于泥土温度的复原。整体而言，地源热泵系统对地层温度的影响不大。

6经济效力与处境效力

6.1经济效力

经回访调研发觉，本项目实行节能革新后，冬日采温煦夏令制冷系统年耗费电力约.72万kWh，年能耗总量折合成准则煤为.04t，相当于9.70kg准则煤/m2的能耗程度，与现阶段北京市同类高等旅社约14～17kg准则煤/m2的能耗程度比拟有较大幅度地下降，节能成绩显著。系统能耗目标表如表4所示。

6.2处境效力

经由解析革新先后的动力耗费量发觉，革新后每年可淘汰排放COt、SO.7t、粉尘等大气玷污物26.t，取患了优越的处境效力。

7论断

浅层地热能属于可复活干净动力，其开辟行使切合我国动力进展计谋。对于地源热泵系统是不是实用于既有兴办节能革新，首先取决因而否有充沛的处所，与此同时需归纳思虑工程住址地的泥土温度、兴办物负荷境况、工程地质境况等成分，行使节能、高效、无玷污的热泵技艺，经由优化地埋管换热器打算，制造专属工程，以保证优越的经济效力和处境效力。

华夏都市设立探索院有限公司

■王哲*白旭光

起源：《太阳能》杂志年第6期(总第期)P71-76

联系文章导读

年《太阳能》SNEC光伏专刊征稿通告

双玻多晶硅光伏组件户外运转本能解析

转载请注明：http://www.abuoumao.com/hykh/972.html