别墅地源热泵技术实践论文

别墅地源热泵技术的实践研究

【摘要】该别墅系一栋集文化娱乐，办公，客房等一体的多功能综合别墅。该别墅选择地源热泵为空调冷热源, 空调系统的室内部分采用风机盘管加独立新风系统，末端设备为风机盘管, 新风处理到室内等焓线，过渡季节只供新风,部分房间采用地板辐射供暖。本论文从地源热泵工作原理出发，详细地进行了地源热泵空调系统设计和特点分析,并与普通空调系统进行了经济上和技术上的比较。地源热泵地下换热器采用u 型竖埋管地下换热器;主卧式采用了低温水地板辐射供暖系统。

【关键词】别墅;地源热泵;竖直埋管;地板辐射供暖

1.地源热泵系统简介

1.1 地源热泵优点

地源热泵中央空调系统的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与常规电供暖相比，相当于减少70％以上，如果结合其他节能措施减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。

1.2 国内地源热泵发展简史

地源热泵并不是一种新的空调系统，早在20世纪30年代，欧洲就已经出现了工程的应用，当时主要用于冬季的供暖。20世纪70年代，出现能源危机，地源热泵系统的工程应用形成高潮，技术

日趋成熟。由于中国空调技术应用较晚，地源热泵作为传统空调的一个分枝，对大多数人说，确实较为陌生。

我国在地源热泵领域的研究始于20世纪80年代初的天津大学和天津商学院。自此，其他少数单位也先后在地热供暖方面进行了一系列的理论和试验研究，但是，由于我国能源价格的特殊性，以及其他一些因素的影响，地源热泵的应用推广非常缓慢。20世纪90年代以后，由于受国际大环境的影响以及地源热泵自身所具备的节能和环保优势，这项技术日益受到人们的重视，越来越多的技术人员开始投身于此项研究。

1.3 地源热泵技术在中国推广过程中可能遇到的问题

任何一项新事物的出现总是要受到人们的质疑，对于地源热泵这项新技术同样可能会遇到一些阻力。首先，中国有关地源热泵的现成技术资料不多，还缺少这方面的设计、安装和维护技术人员，同时，由于在中国生产地源热泵相关设备的厂家少，人们对它还比较陌生，大多抱着观望的态度，这样的情形不利于这项技术在中国的推广。其次，我国现在还没有出台促进地源热泵技术发展的相关优惠政策，这使部分想采用地源热泵系统的用户由于看不到眼前利益而采用其它的空调系统。为了鼓励用户采用地源热泵系统，我国可以提供鼓励性补贴和资助给购买地源热泵系统的用户，或者采用调整能源价格的方法，使能源价格合理化，给予这些用户一些实惠，鼓励人们采用地源热泵系统。

２．初步设计方案

2.1 工程概况及暖通空调设计条件

本选题涉及的别墅系一栋集文化娱乐，办公，客房等一体的多功能综合别墅。它位于武汉市某郊区别墅小区内，水、电、燃气供应等市政设施完备。

该建筑物主要平面呈矩形。它包括地下1层，地上3层，层高3.2米。

2.2初步设计

2.2.1 地源热泵系统地下换热器型式确定

地源热泵系统中，地下换热器根据埋管方式的不同，可分为水平、与竖直埋两种形式，其循环介质完全被密封在射闭的管路中，不受外界环境干扰：其中水平埋管型施工简单，在整个地源热泵应用中所占的份额也不小，但是相对而言，受外界气候的影响较大，适用于单季使用的情况，对冬夏冷暖联供系统使用者很少，而且施工所占用的场地也比较大，适合场地比较充分的地方建造。立式布置占地面积小、受外界的影响极小，恒温效果好；施工完毕后，需要的维护费用极少,用电量也很低，运行成本得到了大幅度降低，但其初期的钻井费用较高。它比较适合我国这样人多地少的国家建造，同时，它也是国际地热组织(igshpa)的推荐形式, 所以这里准备采用垂直埋管系统[17]。

2.2.2 空气处理方案与设备选择

此次设计室内部分采用风机盘管加独立新风系统，末端设备为风机盘管。采用水－水地源热泵机组，这种方案的显著优点是：主

机安装位置灵活，冷热媒输送管道小，节省建筑使用空间，末端空气处理空气设备有多种形式可供选择[20]。全空气系统由于管道可能占据太大的空间降低了房间的标高及影响屋顶自然采光的要求，因此不予采用。设计过程中采用fp型风机盘管，安装方式采用吊顶安装。

2.2.3 系统划分与气流组织

为了尽量减少风管占用建筑空间，在各层单独设置新风机组。考虑到房间装修，气流组织在顶层采用百叶风口侧送风，侧送下回。而在下面的三层则可以采用百叶风口上送风，上送下回。

2.2.4 设备与管路布置

考虑到建筑的美观、房屋的空间及管道布置问题，故将地源热泵机组置于底楼中间的那个房间中。在地下的酒吧设置一台新风机组，吊装该房间的中间。一楼设置一台新风机组，吊装在一楼的中间，直接向室外引新风。二楼的新风机组设置在楼梯拐弯处，直接向室外引新风。三楼的新风机组设置在楼梯拐弯处，直接向室外引新风。风机盘管及新风机冷热供回水管道，凝结水管道不需保温，保温材料采用聚乙烯发泡，保温厚度为：供回水管25mm，新风管道需做保温，保温材料选择用13mm厚pef塑料板，所有缝隙均要求用专用胶水粘结严密，不得存在漏气现象。

2.2.5 空调系统控制原理简述

地源热泵空调系统远比常规的家用空调器复杂，但其使用的方便程度必须向家用空调器看齐，才能使之得以推广。即用户只需通

过操作遥控板就能控制整个系统的运行。对于整个系统，必须考虑以下几点：一是主机必须能根据对应的末端设备的工作状态和室温进行能量调节，如间歇运行或容量调节；二是主机，热泵，室内设备的风机需在一定的控制逻辑下运行。在启动时，应先启动水泵，一定时间延迟后启动主机和风机，停机则相反。当水泵与机组的对应关系不是“一对一”时，其控制逻辑必须是，只要有一台机组工作，水泵就必须运行，所有的机组停运后，水泵才能停机。

３．空调系统概述

空调房间：选用地源热泵＋风机盘管的空调系统,其中的主卧室采用地板辐射。

地源热泵式中央空调系统是以大地低位冷热源对建筑进行空气调节，该系统利用了地球表面浅层地热资源，冬季通过热泵将大地中的将大地中的低位热能提高品位对建筑供暖；夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下，对建筑进行降温。所选地源热泵机组夏季为风机盘管提供20℃/25℃的冷水，冬季提供40℃/45℃的热水[20]。

3.1冷热源设备

选用一台美意的型号为msr—j130的小型水—水地源热泵机组作为冷热源：制冷量31.6kw，制热量44.8kw。

3.2地下埋管

地下埋管换热器是地源热泵系统的关键组成部分，本设计的地下换热器采用了单个u 形管并联的同程式系统。