第6章土壤源热泵系统设计.
土壤源热泵系统的设计计算方法
土壤源热泵系统的设计计算方法摘要：本文主要介绍了土壤源热泵系统的设计方法和步骤，重点论述了地下热交换器的设计过程。
并举例加以说明。
0 引言随着我国建筑业持续发展，对建筑节能的要求越来越高，而供热系统和空调系统是建筑能耗的主要组成部分，因此，设法减小这两部分能耗意义非常显著。
地源热泵供热空调系统是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的系统[1]。
冬季通过吸收大地的能量，包括土壤、井水、湖泊等天然能源，向建筑物供热；夏季向大地释放热量，给建筑物供冷。
相应地，地源热泵系统分土壤源热泵系统、地下水热泵系统和地表水热泵系统3种形式。
土壤源热泵系统的核心是土壤耦合地热交换器。
地下水热泵系统分为开式、闭式两种：开式是将地下水直接供到热泵机组，再将井水回灌到地下；闭式是将地下水连接到板式换热器，需要二次换热。
地表水热泵系统与土壤源热泵系统相似，用潜在水下并联的塑料管组成的地下水热交换器替代土壤热交换器。
虽然采用地下水、地表水的热泵系统的换热性能好，能耗低，性能系数高于土壤源热泵，但由于地下水、地表水并非到处可得，且水质也不一定能满足要求，所以其使用范围受到一定限制。
国外（如美国、欧洲）主要研究和应用的地源热泵系统以及我国理论研究和实验研究的重点均是土壤源热泵系统。
目前缺乏系统设计数据以及较具体的设计指导，本文进行了初步探讨，以供参考。
1 土壤源热泵系统设计的主要步骤（1）建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算建筑物冷热负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算方法相同，可参考有关空调系统设计手册，在此不再赘述。
冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。
可以由下述公式[2]计算： ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+×=′11111COP Q Q kW （1）⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−×=′22211COP Q Q kW （2）其中——夏季向土壤排放的热量，kW′1Q 1Q ——夏季设计总冷负荷，kW′2Q ——冬季从土壤吸收的热量，kW2Q ——冬季设计总热负荷，kW1COP ——设计工况下水源热泵机组的制冷系数2COP ——设计工况下水源热泵机组的供热系数一般地，水源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量以及制冷系数、供热系数，计算时应从样本中选用设计工况下的、。
土壤源热泵系统工程的设计与施工
2010年10月
土壤源热泵系统工程的设计与施工
张庆
（太原市市政工程总公司，山西 太原 030002）
摘 要： 以公共建筑工程为例，介绍了利用地下汽车库下部土地进行地埋管换热器的布 置、土壤源热泵系统工程的设计和施工，探讨了利用多个热物性试验井的实测数据来确定 土壤源热泵工程中的井位、井数、取放热量，简述了土壤源热泵系统工程的设计步骤和相 关设计计算，对热泵空调机房的设计也给出了相应的论述。 关键词：土壤源热泵；热物性试验井；换热器 中图分类号：TU833 文献标识码：A 文章编号：1000- 8136(2010)29- 0003- 02
综合楼
宾馆
综合楼
图 1 地埋管换热器平面布置示意图
（2）确定地埋管换热器形式。地埋管换热器采用双 U 型 HDPE 管，埋深 150 m。地源侧及室内系统循环侧介质均采用软化水。
（3）确定测试地埋管换热器。实测地埋管换热器的取热量、散 热量。进而计算地埋管数量。
（4）地埋管换热器井位布置。 （5）选择热泵机组。 （6）水力计算确定管径及地埋系统阻力。 （7）地埋管系统受力稳定计算，验算水平连管在土荷载、车荷 载、堆放物荷载共同作用下的安全稳定性。
本工程原设计热源采用小区供热型煤锅炉，冷源采用水冷 冷水机组在各个建筑物顶上安装，2009 年采用更节能的土壤源 热泵技术，设计及施工。在冬季采暖期开始时系统竣工并投入运 行，使用效果良好，经过冬季最冷月份测试，该系统的经济性得 到展示，获得用户的满意和好评。
2 设计程序
（1）可行性评估。本工程北面地下车库下部面积为 1 690 m2， 南面地下车库下部面积为 3 000 m2,为采用土壤源热泵系统提供 了必要条件。本工程将热泵机房设置在南面地下车库内。空调机 房平面尺寸为 18 m×9 m，见图 1。
地源热泵方案设计
地源热泵方案设计一、地源热泵系统概述地源热泵是一种利用地下土壤、地下水或地表水等作为冷热源，通过热泵机组进行能量交换，为建筑物提供制冷、供暖和生活热水的系统。
与传统的空调和供暖系统相比，地源热泵系统具有以下显著优势：1、高效节能：地源热泵系统的能效比（COP）通常较高，可大大降低能源消耗和运行成本。
2、环保无污染：不使用化石燃料，减少了温室气体排放和对环境的污染。
3、稳定可靠：地下温度相对稳定，使得系统运行更加稳定可靠，不受外界气候条件的影响。
4、使用寿命长：热泵机组和地下换热器的使用寿命较长，维护成本相对较低。
二、工程场地条件评估在进行地源热泵方案设计之前，首先需要对工程场地的条件进行详细评估。
这包括地质结构、土壤类型、地下水位、水文地质条件等。
不同的场地条件会影响地下换热器的设计和安装方式。
1、地质结构：了解地层的分布、厚度和岩石类型，以确定钻孔的可行性和难度。
2、土壤类型：土壤的热导率和比热容会影响热量传递效率，常见的土壤类型如砂土、黏土和壤土等，其热性能有所差异。
3、地下水位：地下水位的高低会影响换热器的安装深度和防水措施。
4、水文地质条件：包括地下水的流动速度、水质等，这对于选择合适的换热器类型和防止地下水污染至关重要。
三、建筑物负荷计算准确计算建筑物的冷热负荷是地源热泵方案设计的基础。
负荷计算需要考虑建筑物的用途、面积、朝向、围护结构的保温性能、室内人员和设备的发热量等因素。
通过专业的负荷计算软件，可以得到建筑物在不同季节和不同时段的制冷和供暖负荷需求。
1、制冷负荷：主要由室内外温差、太阳辐射、人员散热和设备散热等因素引起。
2、供暖负荷：与室外温度、建筑物的保温性能、通风换气次数等有关。
根据负荷计算结果，可以确定热泵机组的容量和地下换热器的规模，以保证系统能够满足建筑物的冷热需求。
四、地源热泵系统类型选择地源热泵系统主要有三种类型：地下水地源热泵系统、地埋管地源热泵系统和地表水地源热泵系统。
土壤源热泵建筑方案
土壤源热泵建筑方案土壤源热泵是一种利用土壤中储存的热能进行空调供暖和制冷的环保技术。
相比传统的供暖和制冷方式，土壤源热泵具有能源效率高、环境友好、运行稳定等优点。
在建筑领域中，应用土壤源热泵技术可以降低能耗，提升建筑能源利用效率，实现建筑节能与碳减排的目标。
土壤源热泵建筑方案是指在建筑设计和施工过程中，采用土壤源热泵技术来满足建筑供暖和制冷的需求。
下面我将从技术原理、建设流程、优缺点和应用案例等方面进行详细介绍。
首先，土壤源热泵技术的原理是利用土壤中储存的热能来进行空调供暖和制冷。
通常情况下，地下土壤具有较为稳定的温度，且温度变化缓慢。
土壤源热泵通过埋入地下的管道将热能从土壤中吸收或释放，然后利用热泵设备将热能转移到建筑内部供暖或制冷。
其次，土壤源热泵的建设流程包括需求分析、系统设计、施工安装和调试运行等环节。
需求分析阶段，需要根据建筑的供暖和制冷需求确定土壤源热泵的系统规模和设计参数。
系统设计阶段，需要综合考虑建筑的能源需求、土壤热特性和热泵设备的性能来确定系统的具体设计方案。
施工安装阶段，需要按照设计方案进行土壤热交换管道的埋设和热泵设备的安装。
调试运行阶段，需要对系统进行调试和测试，确保其运行稳定可靠。
然后，土壤源热泵建筑方案的优点主要体现在能源利用效率高和环境友好两个方面。
首先，土壤源热泵利用地下土壤中的热能进行供暖和制冷，能源利用效率较高，比传统的供暖和制冷方式节能30%以上。
其次，土壤源热泵无需燃烧燃料，不产生污染物和温室气体排放。
同时，其运行稳定性高，不受外界环境和气候的干扰。
最后，土壤源热泵建筑方案在实际应用中有着广泛的应用案例。
例如，国内某高校的办公楼采用土壤源热泵技术进行供暖和制冷，取得了良好的节能效果。
另外，某商业综合体的地下停车场也采用土壤源热泵技术进行空调制冷，实现了绿色环保的目标。
综上所述，土壤源热泵建筑方案是一种能实现建筑节能和碳减排的环保技术。
在未来的建筑设计和施工中，应更加重视土壤源热泵技术的应用，提升建筑能源利用效率，构建可持续发展的绿色建筑环境。
系统化的土壤源热泵设计方法
Ｈｅｔ Ｐ ｍｐ ，是中国建筑科学研究院 结合 自身科研实力 与工程实践独创 的设计 方法与理 ａ ｕ ） 念，Ｓ ＧＣ 的提 出真正实现 了单 一及 复合式土壤 源热 泵系统科学合理的设计 ，同时也为 Ｄ ＨＰ
系统ห้องสมุดไป่ตู้运 行维 护 策略 的制 定 提 供 了方 法 。 本 文通 过 一 个 实 例 详 细 介 绍 了基 于 Ｔ ＮＳ 分 析 平 Ｒ ＹＳ 台的 系统 化 的土 壤 源 热 泵 设 计 ，展 示 了Ｓ ＧＣ 的分 析 过 程 ，提供 了 系 统化 的 土壤 热泵 设 Ｄ ＨＰ 计 的 范例 。
系统 又 自成体 系 因此各 组成 系 统的 设计 除 了解 决集 成化 的 问 题 外 还需 完成 各 系统 自身 的系统 化 。作 为空 调 系统 的一种 形 式 ．对 比 常规 空调 系统 ，土壤 源热 泵 系统 的 系统化 设计 显得 十
分 重 要 ，这 是 由 土 壤 源 热 泵 系 统 的 特 性 决 定 的 。 土 壤 源 热 泵 系 统 的组成 如 图１ 示 。 所
计 、 节 能 设 计 和 工 程 概 预 算 联 系 在 了 ～ 起 实 现 了 建 筑 工 程 的 集成 化设计 。
物性 参数 的重要 性 ，进 一步 明确 系统 设计 ，应 当将全 年 负荷 变 化情 况与 岩土体 的换热 情况 进行动 态耦 合计 算 ，指导设 计 。
建 筑 工 程 集 成 化 的 设 计 理 念也 应体 现 在 建 筑 节 能 设计 领 域 ，这是 由于 建 筑节 能 的关 键 包括 建筑 外部 环 境 的改 善 、建 筑 主体 能耗 的 降低 以及 供 热供 冷 系统 效率 的提 升 这 三 个 方面相 互 影 响 、相互 制约 。建筑 节 能集 成化 设计 目的 就是 从建 筑 用能 的源头 以及冷 热源 系 统两 个 方面 实现 建 筑节 能 还 原 建筑 节能 有 机联 系 整体 的特 性 实 现建 筑 外保 温 系统 、冷 热 源 系统 与室
土壤热源热泵
土壤热源热泵
土壤热源热泵是一种利用地下土壤中的热量作为热源或冷源来进行能量转换的设备。
它通过高效热泵机组，将地下土壤中的低位热能提取出来，为建筑物供热或供冷。
土壤热源热泵的原理是利用土壤的蓄热性能和温度相对稳定的特性。
在冬季，热泵从地下土壤中吸收热量，通过循环系统将热量传递给建筑物内部的采暖系统，为建筑物供暖；在夏季，热泵将建筑物的热量吸收后排放到地下土壤中，利用土壤的蓄冷性能为建筑物降温。
土壤热源热泵的优点包括：
1.利用地下土壤的稳定温度特性，使得供暖和供冷的效果更加稳定可靠。
2.相对于传统空调系统，土壤热源热泵的能效比更高，运行费用更低。
3.土壤热源热泵技术环保，不产生任何有害物质，对环境无污染。
4.土壤热源热泵系统结构简单，安装方便，维护成本低。
然而，土壤热源热泵也存在一些局限性，例如在寒冷或炎热的极端气候条件下，地下土壤的温度可能会影响到热泵的效率。
此外，土壤的热传导效率也会受到土壤性质、地下水位等因素的影响。
因此，在实际应用中，需要根据当地的气候条件和土壤特性进行合理的系统设计和优化。
总的来说，土壤热源热泵是一种高效、环保、经济的供暖和供冷技术，尤其适用于那些需要大量供暖和供冷的建筑物，例如住宅、办公楼、工厂等。
土壤源热泵空调系统设计及施工指南
土壤源热泵空调系统设计及施工指南1. 介绍在现代建筑中，空调系统是必不可少的设备之一。
然而，传统的空调系统常常不仅耗能高，而且对环境造成较大的污染。
为了解决这一问题，土壤源热泵空调系统应运而生。
本文将详细探讨土壤源热泵空调系统的设计及施工指南。
2. 全面了解土壤源热泵空调系统2.1 什么是土壤源热泵空调系统土壤源热泵空调系统是一种利用土壤中的热能进行空调供暖和制冷的系统。
它利用土壤的稳定温度以及地下水的热能来实现空调效果。
2.2 土壤源热泵空调系统的工作原理土壤源热泵空调系统通过地下的水循环系统和地下热交换器来实现空调效果。
水循环系统通过水泵将水引入地下热交换器，利用地下的稳定温度来进行热交换，并将温度适当调整后送入建筑内部。
3. 土壤源热泵空调系统设计指南3.1 土壤分析和水质测试在设计土壤源热泵空调系统之前，需要对土壤进行分析和检测，以确定土壤的热导率和热容量。
此外，还需要对地下水的水质进行测试，以确保其符合使用要求。
3.2 室内外换热机组的选择根据建筑的规模和热负荷，选择合适的室内外换热机组，并确定其数量和布置方式。
3.3 地下热交换器的设计地下热交换器是土壤源热泵空调系统的关键组成部分。
在设计地下热交换器时，需要考虑地下水的流量、土壤热导率和热容量等因素。
3.4 管道设计和布局合理的管道设计和布局可以有效地提高土壤源热泵空调系统的效能。
在设计中应考虑管道的长度、直径和材料选择等因素。
3.5 控制系统设计良好的控制系统是土壤源热泵空调系统顺利运行的保证。
控制系统应能实时监测室内外温度、湿度和水流量等参数，并能根据需求自动调节系统运行状态。
4. 土壤源热泵空调系统施工指南4.1 施工前准备工作在施工前，需要进行现场勘查和土壤测试，以确保施工的可行性。
同时还需要制定详细的施工计划，并准备好所需材料和设备。
4.2 地下热交换器的施工地下热交换器的施工包括开挖地下水井、铺设管道和填充导热材料等步骤。
土壤源热泵
土壤源热泵
土壤源热泵是一种利用土壤中的地热能源进行空调供暖的环保节能技术。
该技
术利用地下恒定的温度对建筑室内温度进行调节，同时减少对传统能源的依赖，具有很高的可持续性和环保性。
原理介绍
土壤源热泵的核心原理是利用地下土壤温度比较稳定的特点，通过地下排热管
和回热管在建筑物内外形成热交换系统。
在冬季，土壤源热泵从地下获取地热能源，将热量传递至建筑物内部供暖；而在夏季，热泵则将建筑内部的热量通过地下排热管散热到地下，实现空调效果。
优势
1.节能环保：相比传统空调供暖方式，土壤源热泵能够大幅减少对化
石能源的需求，降低碳排放，减少环境污染。
2.稳定性强：由于地下温度变化相对缓慢，土壤源热泵在运行过程中
温度波动较小，保持室内舒适稳定。
3.运行成本低：尽管土壤源热泵的初始投资较高，但长期运行成本较
低，节能效果明显，可在一定时间内收回成本。
应用范围
土壤源热泵适用于各种建筑类型，包括住宅、商业建筑、办公楼等。
尤其对于
位于温带或温暖地区的建筑，土壤源热泵更具优势，效果更加显著。
发展趋势
随着人们对节能环保的重视和可再生能源的推广，土壤源热泵作为一种地热能
利用技术将在未来得到更广泛的应用。
未来，土壤源热泵技术会进一步完善，成本会逐渐下降，应用范围会更加广泛化。
结语
土壤源热泵作为一种绿色节能供暖技术，具有很大的发展潜力。
通过不断创新
和推广应用，土壤源热泵有望成为建筑行业中一种重要的供暖空调方式，为环境保护和可持续发展做出贡献。
第6章土壤源热泵系统设计.
6.1 土壤源热泵系统的特点、形式和结构
6.1.1 土壤源热泵系统的特点
6.1.2 土壤源热泵系统的形式与结构
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第6章 土壤源热泵系统设计
6.1.1 土壤源热泵系统的特点
土壤源热泵系统以大地土壤作为热源或热汇， 被称之为21世纪最具发展前途的供暖空调系统之 一。 系统主要由土壤热交换器系统、水源热泵机 组、建筑物空调系统三部分组成，分别对应三个 不同的环路。
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第6章 土壤源热泵系统设计
6.3.1 土壤换热器的计算特点
土壤热交换器是埋管中的流体与周围土壤间的换 热。是典型非稳态的过程。 换热涉及的因素很多，既有时间上的长短不同， 空间上区域变化很大，又有热交换器形式多种多 样、地层结构及其热物性千差万别，还有热交换 器的负荷随时间变化、多组管道之间的相互影响、 土壤冻融的影响、地下水渗流的影响等。
水平埋管土壤源热泵系统 垂直埋管土壤源热泵系统
第6章 土壤源热泵系统设计
水平埋管方式的优点是在浅层软土地区 造价较低，但传热性能受到外界空调季节气 候一定程度的影响，而且占地面积较大。
第6章 土壤源热泵系统设计
垂直土壤热交换器具有占地少、工作性能稳 定等优点，已成为工程应用中的主导形式。
第6章 土壤源热泵系统设计
设计负荷
用以确定热泵的主机形式和容量 设计空调风系统 是换热器负荷计算依据 以当地设计日的标准设计工况为依据 换热器释放到地下的热量或从地下吸收的热量，计算周期内容两 者宜相等 发生在冷（热）负荷对应的时刻 计算管长的依据，适当的经济性分析。
换热负荷
最大释（吸）热量
第6章 土壤源热泵系统设计
关于土壤热交换器的传热问题分析求解，迄今 为止国际上还没有普遍公认的唯一方法。现有 的传热模型大体上可分为两大类: 以热阻概念为基础的半经验性的解析解模型 以计算传热学为基础的数值解模型
土壤源热泵
土壤源热泵的运行成本与经济效益分析
土壤源热泵的运行成本
• 主要包括能源消耗成本、设备维护成本和运行管理成本 • 通过优化设计和运行管理，降低运行成本
土壤源热泵的经济效益
• 土壤源热泵的运行成本较低，具有较高的经济效益 • 土壤源热泵的环保性好，有助于实现可持续发展
土05壤源热泵在不同领域的
应用
土壤源热泵在建筑供暖与制冷中的应用
土壤源热泵的维护保养与故障排除
土壤源热泵的维护保养
• 定期清洗土壤换热器和循环水泵 • 检查热泵机组的制冷剂和润滑油，确保其充足 • 对热泵系统进行定期调试，提高运行效率
土壤源热泵的故障排除
• 针对热泵机组、循环水泵和土壤换热器等设备的故障，进行排除 • 分析故障原因，采取相应的处理措施 • 对热泵系统进行优化改进，提高系统运行的可靠性
土壤源热泵在农业领域的应用实例
• 以某农业科技公司为例，介绍了土壤源热泵在农业领域 的应用 • 通过实际工程应用，验证了土壤源热泵在农业领域的可 行性和优越性
06
土壤源热泵的政策与法规
国内外土壤源热泵的政策支持与法规限制
国内外土壤源热泵的政策支持
• 各国政府制定了一系列政策，支持土壤源热泵技术的研发和应用 • 提供财政补贴、税收优惠等政策措施，降低土壤源热泵的初始投资成本
03
土壤源热泵的设计与安装
土壤源热泵的设计原则与方法
土壤源热泵的设计原则
• 确保热泵系统的安全性和可靠性 • 考虑土壤温度场和地下水位等因素，优化系统设计 • 兼顾经济性和环保性，降低运行成本
土壤源热泵的设计方法
• 采用数值模拟和现场试验相结合的方法，确定热泵系统 的参数 • 设计合理的土壤换热器，提高热量交换效率 • 选择合适的热泵机组，满足建筑物供暖和制冷的需求
土壤源热泵
土壤源热泵土壤源热泵是一种新型的利用地下自然热源作为低温输出热量，将低温输出热量转换为高温热量输出的热源。
因此，土壤源热泵可以用来满足家庭、办公场所和工业厂房的热量需求，既节约能源又降低排放。
土壤源热泵的工作原理土壤源热泵是一种复杂的系统，它通过地表的热源来抽取地下的自然热量，并将其转换成相对稳定的、可供建筑物使用的高温热量。
首先，土壤源热泵通过外部泵吸入空气，将外部空气温度升高；其次，空气经过压缩机，它将外部空气压缩成低温空气；接着，低温空气被注入地表深处地下室，并在地下热源条件下进行加热；最后，加热后的热量被回收，并经由压缩机压缩，最终转换成高温热量输出，从而满足人类的热量需求。
土壤源热泵的优势1.的热量回收率很高，比太阳能利用率高得多，并且能够充分利用地下的热源，并将其转化为可以供给大量设备及建筑物使用的热量。
2.不仅可以节约能源，而且可以降低环境污染。
它没有燃烧产生的污染物，土壤源热泵的运行过程几乎不会产生任何尘埃，可以减少本地的空气污染，保护环境。
3.壤源热泵系统的维护费用更加合理，可以在短时间内获得良好的投资回报。
4.壤源热泵的运行十分安静，由于系统的井深较浅，相对于传统的热泵，它的运行噪音更低，使用者不会感觉到明显的噪音干扰，非常适合安装在家庭、办公场所等内部环境中。
土壤源热泵的应用范围1.庭：土壤源热泵可用于室内空调，温控仪表系统，提供家庭热量需求；2.公楼：土壤源热泵可用于办公室、公司、学校、酒店等大型建筑物的空调温控，提供可靠的恒温热量保护；3.厂、仓库：土壤源热泵可用于工厂、仓库等密封环境的温度控制和热量补给；4.业：土壤源热泵可用于温室的温度控制和热量补给，保证大规模农作物生长的质量和效率；5.他：土壤源热泵还可用于温差植物原料冷冻技术中、庭院泳池中等，以满足其他新能源技术的需求。
土壤源热泵的设计要点土壤源热泵的设计要点主要包括：1.计的热泵要能够满足低温的输出需求，低温条件下的输出能力多少也是设计要点；2.外设备的安装和维护，为了确保系统的长期可靠运行，室外设备必须放置在防水和防尘的地方；3.系统安装《认为这里有错》，在安装地下热泵系统时，必须使用符合国家标准的焊接等各种相关设备，以保证合理的热泵安装，可靠的泵系统有效地利用地下的热源；4.装运行的热源管径，在热源管的安装运行中，管径的不同会导致升降温速率、运行时间和耗能不同；5.表热源的利用，为了更好地满足使用者的要求，在安装地表热源时，应把握好该处的热源强度，有效利用地表热源供热，这样才能实现更好的能源使用效率。
土壤源热泵地下换热器系统设计流程
土壤源热泵地下换热器系统设计流程
1.1土壤源热泵地下换热器系统基本设计流程：
1、工程勘察确定应用条件,依据热响应试验报告，取得土壤初始温度和热物
性参数。
必要时，可以根据换热曲线推算地下水综合渗流速度，大部分项目无需此步骤，因为如果是单纯的恒热流测试，在所谓的岩土导热系数中，已经包含地下水渗流的影响；
2、使用能耗分析软件进行全年动态负荷计算,并对建筑全年8760小时逐时
负荷进行数据统计、整理；
3、冷热源方案设计及系统配置；
4、计算系统能效比；
5、将以上数据，输入专业软件（如EHPD,EED等）进行地埋管换热模拟计算；
6、确定地埋管换热器各年各月的水温变化曲线；
7、进行系统动态模拟，校核地埋管换热器是否满足要求，如果不满足，对
地埋管换热器结构参数进行调整，重新进行步骤3~6;
8、根据模拟计算结果和系统方案，开展施工图设计.。
土壤源热泵系统的研究共12页文档
土壤源热泵系统的研究现状与发展前景所谓土壤源热泵系统（ground-coupled pump,简称GCHP），是利用地下换热盘管与土壤进行热交换，把大地作为热泵机组的低温热源和排热场所。
它由地下盘管和常规水源热泵机组组成，夏季供冷时，土壤作为排热场所，把室内冷负荷以及压缩机耗能通过地下换热盘管排入土壤中，再通过土壤的导热和土壤中水分的迁移把热量扩散出去。
冬季供热时，土壤作为热泵机组的低温热源，通过地下盘管获取土壤中热量，供给室内，亦即把土壤中夏季蓄存的热量重新释放出来，使大地热量基本稳定。
土壤源热泵技术是随着全球性的能源危机和环境问题的出现逐渐兴起的一门技术。
1974年以来，随着能源危机和环境问题日益严重，人们又重视起以可再生的土壤源为能源的土壤源热泵系统的研究，具代表性的有oklahoma州立大学、oak ridge国家实验室、louisiana州立大学、brookhauen国家实验室等，并首次出现了应用实例，标志着土壤源热泵系统的再次兴起。
根据有关研究，地表以下3-4m，土壤的温度已相当稳定，而且热容量大，所以土壤是很好的热源和排热场所。
我国南方地区目前一般用空气源热泵系统，由于冬季供暖时受到冬季室外空气温度和湿度的制约，在最冷月份往往无法满足建筑物内舒适空调的要求，而且冬季蒸发盘管容易结霜，降低机组传热效率。
为解决冬季供热量不足和结霜问题，需加辅助热源，用土壤作为热泵系统的低温热源，与空气源相比，主要有以下几方面的优点：①全年土壤温度波动小且数值相对稳定。
冬季土壤温度高于对应气候下的地面空气温度，我国长江以南的一些主要城市，3.2m深处土壤历年气温最低两个月的平均温度为8-22℃，所以冬季供暖系数较高，COP值一般为2.3-3；②埋地热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的能耗；③土壤具有较好的蓄热性能，冬季从土壤中取出的热量可在夏季得到补偿；④在室外温度处于极端状态时，用户对能源需求量处于高峰期，由于土壤对地面空气温度波动有衰减和延迟作用，可以提供较低的冷凝温度和较高的蒸发温度，节能效果非常明显；⑤土壤源热泵系统的换热器设在地下，换热效率高且不占用地面用地，没有空气源热泵的风扇耗能及产生的大量噪音，转动部件相对较少，运行可靠。
土壤源热泵空调系统设计及施工指南
土壤源热泵空调系统设计及施工指南
一、土壤源热泵空调系统概述
1.1 热泵空调系统的基本原理
1.2 土壤源热泵空调系统的优点和适用范围
二、土壤源热泵空调系统设计
2.1 土壤源热泵空调系统设计的基本要素
2.2 土壤源热泵空调系统的设计流程
2.2.1 确定制冷量和制热量
2.2.2 地源换热器的选型和设计
2.2.3 确定水路和管路布置方案
2.2.4 制冷机组和辅助设备的选型和配置
三、土壤源热泵空调系统施工指南
3.1 施工前准备工作
3.1.1 设计图纸审核和确认
3.1.2 施工现场勘测和准备工作
3.2 地下水管道铺设与连接
3.2.1 地下水管道材料选择与规格确定
3.2.2 挖掘地下管道沟槽并进行铺设连接工作
3.3 设备安装与连接
3.3..1 制冷机组的安装与连接
3.3.2 地源换热器的安装与连接
3.4 系统调试与运行
3.4.1 系统调试前的准备工作
3.4.2 系统调试过程中需要注意的问题
3.4.3 系统正常运行后需要注意的问题
四、土壤源热泵空调系统维护管理
4.1 日常维护管理
4.2 定期检查和维护
4.3 故障处理
五、总结
5.1 土壤源热泵空调系统设计和施工的优点和不足 5.2 土壤源热泵空调系统未来发展趋势。
土壤源热泵系统设计方法步骤(精)
土壤源热泵系统设计方法步骤佚名简介：随着我国建筑业持续发展，对建筑节能的要求越来越高，而供热系统和空调系统是建筑能耗的主要组成部分，因此，设法减小这两部分能耗意义非常显著。
地源热泵供热空调系统是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的系统。
冬季通过吸收大地的能量，包括土壤、井水、湖泊等天然能源，向建筑物供热；夏季向大地释放热量，给建筑物供冷。
相应地，地源热泵系统分土壤源热泵系统、地下水热泵系统和地表水热泵系统3种形式。
关键字：土壤源热泵系统,地下热交换器土壤源热泵系统的核心是土壤耦合地热交换器。
地下水热泵系统分为开式、闭式两种：开式是将地下水直接供到热泵机组，再将井水回灌到地下；闭式是将地下水连接到板式换热器，需要二次换热。
地表水热泵系统与土壤源热泵系统相似，用潜在水下并联的塑料管组成的地下水热交换器替代土壤热交换器。
虽然采用地下水、地表水的热泵系统的换热性能好，能耗低，性能系数高于土壤源热泵，但由于地下水、地表水并非到处可得，且水质也不一定能满足要求，所以其使用范围受到一定限制。
国外（如美国、欧洲）主要研究和应用的地源热泵系统以及我国理论研究和实验研究的重点均是土壤源热泵系统。
目前缺乏系统设计数据以及较具体的设计指导，本文进行了初步探讨，以供参考。
1 土壤源热泵系统设计的主要步骤（1）建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算建筑物冷热负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算方法相同，可参考有关空调系统设计手册，在此不再赘述。
冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。
可以由下述公式[2]计算：kW （1）kW （2）其中Q1＇——夏季向土壤排放的热量，kWQ1——夏季设计总冷负荷，kWQ2＇——冬季从土壤吸收的热量，kWQ2——冬季设计总热负荷，kWCOP1——设计工况下水源热泵机组的制冷系数COP2——设计工况下水源热泵机组的供热系数一般地，水源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量以及制冷系数、供热系数，计算时应从样本中选用设计工况下的COP1、COP2 。
土壤源热泵
土壤源热泵
土壤源热泵的概念源于空气能的概念，其原理是利用地下土壤、陆水和空气中的温度差，利用机械设备，将热能从低温转移到高温。
在当今，它正在被用来替代传统能源来实现节能效果，并且被广泛用于现代建筑和供暖系统中。
土壤源热泵是一种可以提供蒸发能量和有用热能的现代能源技术。
它利用地表和地下的低温热量，通过冷却机和加热机的作用将温度转变为高温的热能，把热量输入到室内的空调和供暖系统中，从而实现节能。
土壤源热泵除了可以节能，还能够减少空气污染，是一种环保的能源技术。
土壤源热泵有着多种形式。
一般来说，它可以分为水源土壤源热泵和空气源土壤源热泵，前者利用水源于地下深处汲取热量，并将其通过气液交换系统转换成低温的温度，然后将其输入到室内。
而空气源土壤源热泵则是利用空气中的温度差，从土壤和空气中汲取热量，并将其输入到室内。
土壤源热泵技术虽然有着许多优点，但仍存在着一些局限性。
首先，由于土壤在不同地区可能具有不同的温度变化，因此土壤源热泵的效率也会有所不同。
另外，土壤源热泵的安装和维护成本也比较高，因此它在相对较小规模建筑物中应用较少。
此外，建设土壤源热泵系统还需要钻机和大量的挖洞工具，因此也增加了安装费用。
尽管土壤源热泵存在一些问题，但它依然是一种非常有效的可再生能源技术。
它不仅可以减少能源的使用，同时还可以降低空气污染。
如果正确使用，可以大大提高环境质量，保护我们的生态环境。
因此，土壤源热泵将成为未来实现节能和环保的重要技术。
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第6章 土壤源热泵系统设计
关于土壤热交换器的传热问题分析求解，迄今 为止国际上还没有普遍公认的唯一方法。现有 的传热模型大体上可分为两大类: 以热阻概念为基础的半经验性的解析解模型 以计算传热学为基础的数值解模型
第6章 土壤源热泵系统设计
6.2.2 土壤换热器传热过程分析
土壤热交换器与周围土壤中的传热过程实际上是 一个通过多层介质的传热过程，具体由6个换热 过程组成，从管内流体到周围土壤依次为：地埋 管内对流换热过程、地埋管管壁的导热过程、地 埋管外壁面与回填物之间的传热过程、回填物内 部的导热过程、回填物与孔壁的传热过程、土壤 的导热过程。这些传热过程是一个受到地下水渗 流特性、土壤热物性、埋管几何结构及地埋管换 热负荷变化等诸多因素影响的复杂过程。
第6章 土壤源热泵系统设计
第6章 土壤源热泵系器的传热分析目的: 保证在土壤源热泵整个生命周期中循环介质的 温度都在设定的范围之内，根据这一目标选择土 壤热交换器布置形式并确定埋管的总长度。 在给定土壤热交换器布置形式和长度以及负荷 的情况下，计算循环介质温度随时间的变化，并 进而确定系统的性能系数和能耗，以便对系统进 行能耗分析。
水平埋管土壤源热泵系统 垂直埋管土壤源热泵系统
第6章 土壤源热泵系统设计
水平埋管方式的优点是在浅层软土地区 造价较低，但传热性能受到外界空调季节气 候一定程度的影响，而且占地面积较大。
第6章 土壤源热泵系统设计
垂直土壤热交换器具有占地少、工作性能稳 定等优点，已成为工程应用中的主导形式。
第6章 土壤源热泵系统设计
土壤源热泵的主要技术优势（三）
地下热交换器在地下静态的吸、放热，减小了土 壤源热泵系统对地面空气的热、噪音污染；
运行费用低。据美国国家环保署EPA估计，设计 安装良好的土壤源热泵系统，可以节约用户30～ 40%的供热制冷空调的运行费用。
第6章 土壤源热泵系统设计
土壤源热泵的缺点
土壤导热系数小而使土壤热交换器单位管长放热 量仅为20～40W/m，一般为25 W/m左右。当 换热量较大时，土壤热交换器占地面积较大；
第6章 土壤源热泵系统设计
土壤源热泵的主要技术优势（二）
当室外气温处于极端状态，用户对冷量或热量的 需求一般也处于高峰期，由于土壤温度相对地面 空气温度延迟和衰减效应，从而在耗电量相同的 条件下，可以保持夏季供冷量或冬季供热量；
土壤热交换器无需除霜，没有融霜除霜的能耗损 失。
第6章 土壤源热泵系统设计
第6章 土壤源热泵系统设计
6.1 土壤源热泵系统的特点、形式和结构
6.1.1 土壤源热泵系统的特点
6.1.2 土壤源热泵系统的形式与结构
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第6章 土壤源热泵系统设计
6.1.1 土壤源热泵系统的特点
土壤源热泵系统以大地土壤作为热源或热汇， 被称之为21世纪最具发展前途的供暖空调系统之 一。 系统主要由土壤热交换器系统、水源热泵机 组、建筑物空调系统三部分组成，分别对应三个 不同的环路。
6.3.2 土壤换热器的设计步骤
选择热交换器管材。
如果设计工况中热泵主机蒸发器出口的流体温 度低于0℃，应选用适当的防冻液作为循环介质。
合理设计分、集水器。 根据所选择的土壤热交换器的类型及布置形式， 设计计算土壤热交换器的管长。
第6章 土壤源热泵系统设计
6.3.3 土壤换热器的换热负荷计算
第6章 土壤源热泵系统设计
6.3.1 土壤换热器的计算特点
土壤热交换器的传热计算与一般换热器相比也有 着显著的不同： 土壤热交换器的传热系数和传热温差（循环介 质的平均温度与其周围土壤温度的差）是随时间 和空间而变化的；
热交换器的结构布置和换热负荷对热交换能力 有明显影响；
第6章 土壤源热泵系统设计
设计负荷
用以确定热泵的主机形式和容量 设计空调风系统 是换热器负荷计算依据 以当地设计日的标准设计工况为依据 换热器释放到地下的热量或从地下吸收的热量，计算周期内容两 者宜相等 发生在冷（热）负荷对应的时刻 计算管长的依据，适当的经济性分析。
换热负荷
最大释（吸）热量
6.3.2 土壤换热器的设计步骤
土壤源热泵系统的土壤热交换器设计步骤如下：
确定建筑物的供热、制冷和热水供应（如果选 用的话）的负荷，并根据所选择的建筑空调系统 的特点确定热泵的型式和容量。 确定土壤热交换器的布置形式。主要包括水平 埋管、竖直埋管闭式循环以及串联、并联的管路 连接形式。
第6章 土壤源热泵系统设计
第6章 土壤源热泵系统设计
土壤源热泵的主要技术优势（一）
地下土壤温度一年四季相对稳定（约为12～20℃），冬 季比环境空气温度高，夏季比环境温度低，土壤这种温 度特性使得该热泵比传统中央空调系统运行效率高出 20～50%，节能效果明显； 土壤具有良好的蓄热性能，冬、夏季从土壤中取的能量 可分别在夏、冬季得到自然补偿，从而实现了冬、夏能 量互补性 冬季把土壤能作为热泵供暖的热源，即把高于环境温 度的地能中热能取出来供给室内采暖； 夏季把土壤能作为空调的冷源，即把室内的热能取出 来释放到底于环境温度的土壤中。
土壤热交换器换热性能受土壤热物性参数的影响 较大；
初投资较高，仅土壤热交换器投资约占系统投资 的20～30%。
第6章 土壤源热泵系统设计
6.1.2 土壤源热泵系统的形式与结构
依据制冷剂管路与土壤换热方式的不同：
间接式土壤源热泵系统
直接膨胀式土壤源热泵系统
间接式土壤源热泵系统，根据热交换器布置形式 :
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第6章 土壤源热泵系统设计
6.3.1 土壤换热器的计算特点
土壤热交换器是埋管中的流体与周围土壤间的换 热。是典型非稳态的过程。 换热涉及的因素很多，既有时间上的长短不同， 空间上区域变化很大，又有热交换器形式多种多 样、地层结构及其热物性千差万别，还有热交换 器的负荷随时间变化、多组管道之间的相互影响、 土壤冻融的影响、地下水渗流的影响等。
第6章 土壤源热泵系统设计
6.2.4 土壤换热器传热的主要影响因素
主要因素： 土壤热交换器结构
土壤的传热性能
土壤热交换器换热负荷
第6章 土壤源热泵系统设计
6.3 土壤换热器设计计算
6.3.1 土壤换热器的计算特点
6.3.2 土壤换热器的设计步骤
6.3.3 土壤换热器的换热负荷计算 6.3.4 土壤换热器的容量计算 6.3.5 土壤换热器系统的水力计算