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摘要：地源热泵技术是环保节能、污染低、发展潜力巨大的新技术，也是国家大力支持、鼓励发展的新能源、新技术、新工艺。本文以某工程项目为例，通过从比较分析了地源热泵空调系统与VRV热泵空调的优缺点，最终肯定了各方面优势较大的地源热泵空调系统。
关键词：地源热泵；空调系统；设计；应用
中图分类号：S611文献标识码： A
前言
建筑节能和环保是贯彻可持续发展战略的重要组成部分，节能减排是我国未来要加大力度解决的重大问题。建筑能耗在全国总能耗中占相当大的比重，而建筑能耗又以空调能耗为主，约占建筑总能耗的50％～70％，同时在采暖和制冷过程中，又有大量的有害和不良气体和热污染排入大气，促使环境恶化，如何降低空调能耗意义重大。地源热泵空调系统利用取之不尽的地热能来制热和制冷,是一项节能环保效果显著、发展潜力巨大的新技术，近几年的应用也越来越多。本文以实际工程为例，探讨地源热泵技术在建筑工程中的设计及应用。
1.地源热泵概述
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。当夏季热泵制冷时，该系统将大地作为排热场所，将室内热量及压缩机耗能通过埋地盘管系统以热交换的形式传给地下土壤，再通过土壤的导热和土壤中水分的迁移把热量扩散出去；当冬季热泵制热时，该系统将大地作为热泵机组的低温热源，通过埋地盘管系统获取土壤中的热量，为室内供热。两个换热器既可作冷凝器又可作蒸发器，只因季节不同而功能不同，这样一个完整的过程也就是一个地底环境的热平衡过程。地热作为一种非常重要的可再生能源，具有节能和环保的双重效益，国际上已经将地下蓄热技术和高效热泵同时列入21世纪最有发展前途的新技术。
2.工程项目
本项目为河北省某公司生产研发大楼，总建筑面积11500m2，空调使用面积约7830 m2，冷负荷为1417.9kW，热负荷为921.6 kW。建筑类型为办公建筑，地下一层，地上十二层，建筑高度43.8ｍ。内设功能有办公、会议、展厅实验室及餐厅等，是一个现代综合性办公楼。由于该项目建筑功能较多，同时使用的可能性较低，集中使用频率比一般建筑物略高，本办公楼的同时使用系数取值为0.7，即设计冷负荷为992.3kW，设计热负荷为645.1 kW。
2.1设计方案
空调系统的选择：通过对地源热泵系统和VRV空调系统进行技术性能比较，在本工程中空调系统选用地源热泵系统。
项目及类型 地源热泵系统 VRV变频多联空调系统
组成及安装 室外地能换热系统
水源热泵机组系统
室内采暖空调末端系统 室外机
室内机
冷媒配
无需锅炉房、冷却塔，系统简单 多台组合，安装复杂
使用寿命 20年 10年
维护管理 系统简单、可靠性高，需要较大面积做预埋管道，不适合改造项目，维修量少 系统复杂，可靠性低
需要穿越墙体的管道，泄露不易检测，难以维修。初始安装也不方便
环保 没有燃烧，没有排烟，没有废弃物，不需要堆放燃料废弃物的场地，不会产生城市热岛效应，对环境非常友好 噪声较大，排风不畅，存在回流现象，当数台垂直布置时，容易形成下面室外机的排风被上面室外机吸入作为进风，空气质量较差
运行 电脑集中控制 独立变频运行
使用性 商场，办公楼 中小型工程
表1-两种空调系统的应用的技术性能分析
2.2 集中式地源热泵系统设计要点
2.2.1土壤换热器设计
本项目的周围仅有一定的绿化及停车场面积，设计方案最终采用了垂直双Ｕ 形埋管的方式，布置在绿化和停车场下靠近机房的位置。因为垂直埋管深度较深，一年四季相对恒温，取（散）热能力较土壤浅层大、换热能力强，通常是土壤浅层的５倍以上，所需的占地面积较小，埋管可以在房子基础、道路、绿化带下。此外室外钻井按同程形式布置，不仅很好的保证了系统水力平衡，而且单个热源井回路的故障对整个系统不会造成严重的影响。项目所在地的地质结构为上层黏土层、下层岩石层，地表黏土层深度为55ｍ。从节约初投资角度考虑，垂直钻孔深度设计为55ｍ。
《GB58036－2005，地源热泵系统工程技术规范》建议埋管间距为3～6ｍ，根据相关的项目经验，本方案设计埋管间距为5ｍ×5ｍ。目前国内施工的土壤换热器鉆孔直径一般在Φ110～Φ200之间。根据相关的项目经验，一般钻孔直径单Ｕ型管钻孔孔径为Φ110ｍｍ比较合适，而采用双U型管，则钻孔孔径宜为Φ135～150ｍｍ，本方案孔径采用Φ135ｍｍ。
2.2.2 利用冷却塔调峰
通过计算，设计的埋管数量在夏季能够很好的满足一台热泵机组的运行，因此另一台热泵机组则在夏季对应冷却塔。利用一台辅助冷却塔在夏季高峰时间调峰，有效抑制了土壤的热不平衡性。
2.2.3 换热器管材的选择
国家规范要求地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小、热膨胀性好的管材。该项目设计的地埋管管材为PE专用管，公称压力1.6MPA。
2.2.3系统运行模式
系统配置地源热泵2台，冷却塔1座，空调水循环泵3台，地源循环泵3台，冷却塔循环泵2台。夏季，当空调主机进入制冷工况，优先使用地源热泵机组提供空调冷水，不足部分通过冷却塔进行补充。在部分负荷状态下根据系统需要运行相应主机，保证系统的节能，具体如下：低于1/2负荷情况下，使用1台热泵机组；高于1/2负荷情况下，同时使用2台热泵机组；高于4/5和全负荷情况下，同时使用2台机组，其中一台独立对应冷却塔。冬季，热泵主机进入制热工况，优先使用一台地源热泵机组，具体运行如下：低于3/5负荷情况下，使用一台热泵机组；高于3/5和全负荷情况下，使用另一台热泵机组进行补充。
总结
地源热泵空调系统做为环保、节能等可再生能源利用的技术, 国家和各地方政府目前都在进行推广,本文通过实际案例的应用分析,说明地源热泵空调系统具有可操作性,且风险不大,所以在商务办公楼等项目中可以采用地源热泵空调系统, 且具有经济适用性。
参考文献：
［1］GB58036－2005 地源热泵系统工程技术规范［S］．
［2］吴春红.浅谈地源热泵田.能源与节能,2011 (l2).
关键词：地源热泵；空调系统；设计；应用
中图分类号：S611文献标识码： A
前言
建筑节能和环保是贯彻可持续发展战略的重要组成部分，节能减排是我国未来要加大力度解决的重大问题。建筑能耗在全国总能耗中占相当大的比重，而建筑能耗又以空调能耗为主，约占建筑总能耗的50％～70％，同时在采暖和制冷过程中，又有大量的有害和不良气体和热污染排入大气，促使环境恶化，如何降低空调能耗意义重大。地源热泵空调系统利用取之不尽的地热能来制热和制冷,是一项节能环保效果显著、发展潜力巨大的新技术，近几年的应用也越来越多。本文以实际工程为例，探讨地源热泵技术在建筑工程中的设计及应用。
1.地源热泵概述
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。当夏季热泵制冷时，该系统将大地作为排热场所，将室内热量及压缩机耗能通过埋地盘管系统以热交换的形式传给地下土壤，再通过土壤的导热和土壤中水分的迁移把热量扩散出去；当冬季热泵制热时，该系统将大地作为热泵机组的低温热源，通过埋地盘管系统获取土壤中的热量，为室内供热。两个换热器既可作冷凝器又可作蒸发器，只因季节不同而功能不同，这样一个完整的过程也就是一个地底环境的热平衡过程。地热作为一种非常重要的可再生能源，具有节能和环保的双重效益，国际上已经将地下蓄热技术和高效热泵同时列入21世纪最有发展前途的新技术。
2.工程项目
本项目为河北省某公司生产研发大楼，总建筑面积11500m2，空调使用面积约7830 m2，冷负荷为1417.9kW，热负荷为921.6 kW。建筑类型为办公建筑，地下一层，地上十二层，建筑高度43.8ｍ。内设功能有办公、会议、展厅实验室及餐厅等，是一个现代综合性办公楼。由于该项目建筑功能较多，同时使用的可能性较低，集中使用频率比一般建筑物略高，本办公楼的同时使用系数取值为0.7，即设计冷负荷为992.3kW，设计热负荷为645.1 kW。
2.1设计方案
空调系统的选择：通过对地源热泵系统和VRV空调系统进行技术性能比较，在本工程中空调系统选用地源热泵系统。
项目及类型 地源热泵系统 VRV变频多联空调系统
组成及安装 室外地能换热系统
水源热泵机组系统
室内采暖空调末端系统 室外机
室内机
冷媒配
无需锅炉房、冷却塔，系统简单 多台组合，安装复杂
使用寿命 20年 10年
维护管理 系统简单、可靠性高，需要较大面积做预埋管道，不适合改造项目，维修量少 系统复杂，可靠性低
需要穿越墙体的管道，泄露不易检测，难以维修。初始安装也不方便
环保 没有燃烧，没有排烟，没有废弃物，不需要堆放燃料废弃物的场地，不会产生城市热岛效应，对环境非常友好 噪声较大，排风不畅，存在回流现象，当数台垂直布置时，容易形成下面室外机的排风被上面室外机吸入作为进风，空气质量较差
运行 电脑集中控制 独立变频运行
使用性 商场，办公楼 中小型工程
表1-两种空调系统的应用的技术性能分析
2.2 集中式地源热泵系统设计要点
2.2.1土壤换热器设计
本项目的周围仅有一定的绿化及停车场面积，设计方案最终采用了垂直双Ｕ 形埋管的方式，布置在绿化和停车场下靠近机房的位置。因为垂直埋管深度较深，一年四季相对恒温，取（散）热能力较土壤浅层大、换热能力强，通常是土壤浅层的５倍以上，所需的占地面积较小，埋管可以在房子基础、道路、绿化带下。此外室外钻井按同程形式布置，不仅很好的保证了系统水力平衡，而且单个热源井回路的故障对整个系统不会造成严重的影响。项目所在地的地质结构为上层黏土层、下层岩石层，地表黏土层深度为55ｍ。从节约初投资角度考虑，垂直钻孔深度设计为55ｍ。
《GB58036－2005，地源热泵系统工程技术规范》建议埋管间距为3～6ｍ，根据相关的项目经验，本方案设计埋管间距为5ｍ×5ｍ。目前国内施工的土壤换热器鉆孔直径一般在Φ110～Φ200之间。根据相关的项目经验，一般钻孔直径单Ｕ型管钻孔孔径为Φ110ｍｍ比较合适，而采用双U型管，则钻孔孔径宜为Φ135～150ｍｍ，本方案孔径采用Φ135ｍｍ。
2.2.2 利用冷却塔调峰
通过计算，设计的埋管数量在夏季能够很好的满足一台热泵机组的运行，因此另一台热泵机组则在夏季对应冷却塔。利用一台辅助冷却塔在夏季高峰时间调峰，有效抑制了土壤的热不平衡性。
2.2.3 换热器管材的选择
国家规范要求地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小、热膨胀性好的管材。该项目设计的地埋管管材为PE专用管，公称压力1.6MPA。
2.2.3系统运行模式
系统配置地源热泵2台，冷却塔1座，空调水循环泵3台，地源循环泵3台，冷却塔循环泵2台。夏季，当空调主机进入制冷工况，优先使用地源热泵机组提供空调冷水，不足部分通过冷却塔进行补充。在部分负荷状态下根据系统需要运行相应主机，保证系统的节能，具体如下：低于1/2负荷情况下，使用1台热泵机组；高于1/2负荷情况下，同时使用2台热泵机组；高于4/5和全负荷情况下，同时使用2台机组，其中一台独立对应冷却塔。冬季，热泵主机进入制热工况，优先使用一台地源热泵机组，具体运行如下：低于3/5负荷情况下，使用一台热泵机组；高于3/5和全负荷情况下，使用另一台热泵机组进行补充。
总结
地源热泵空调系统做为环保、节能等可再生能源利用的技术, 国家和各地方政府目前都在进行推广,本文通过实际案例的应用分析,说明地源热泵空调系统具有可操作性,且风险不大,所以在商务办公楼等项目中可以采用地源热泵空调系统, 且具有经济适用性。
参考文献：
［1］GB58036－2005 地源热泵系统工程技术规范［S］．
［2］吴春红.浅谈地源热泵田.能源与节能,2011 (l2).