一、前言

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,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三种形式,其中地源热泵应用较广的是土壤源热泵系统。

二、土壤源热泵系统设计的系统负荷

地源热泵系统负荷计算主要包含以下几个方面：

1.建筑设计冷热负荷：

2.全年动态负荷：

3.地源热泵系统的最大释热量Q（kW）：

4.地源热泵系统的最大吸热量Q'（kW）：

5.地埋管换热器的设计负荷：

6.最大吸热量与最大释热量相差较大时，也可以通过热泵机组间歇运行来调节；还可以采用热回收机组，降低供冷季节的释热量，增大供热季节的吸热量。

三、地下热交换器设计

1.选择热交换器形式

在现场勘测结果的基础上，考虑现场可用地表面积、当地土壤类型以及钻孔费用，确定热交换器采用垂直竖井布置或水平布置方式。尽管水平布置通常是浅层埋管，可采用人工挖掘，初投资一般会便宜些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，所以在本工程中，采用垂直埋管布置方式。

地下热交换器中流体流动的回路形式有串联和并联两种，串联系统管径较大，管道费用较高，并且长度压降特性限制了系统能力。并联系统管径较小，管道费用较低，且常常布置成同程式，当每个并联环路之间流量平衡时，其换热量相同，其压降特性有利于提高系统能力。因此，本工程采用并联同程式。

2.选择管材

土壤源热泵系统中一般采用塑料管材。目前最常用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材，它们可以弯曲或热熔形成更牢固的形状，可以保证使用50年以上。

3.确定管径

在实际工程中确定管径必须满足两个要求：（1）管道要大到足够保持最小输送功率；（2）管道要小到足够使管道内保持紊流以保证流体与管道内壁之间的传热。

4.确定竖井埋管管长

供热工况下，竖直地埋管换热器钻孔的长度h（m），可按下列公式计算

必须指出，计算地埋管长度时，环路集管的长度，不应包括在地埋管换热器之内。

5.确定竖井数目及间距

设计者可以在此范围内选择一个竖井深度H，代入下式计算竖井数目：

其中N-竖井总数，个

然后对计算结果进行圆整，若计算结果偏大，可以增加竖井深度，但不能太深，否则钻孔和安装成本大大增加。

U型管竖井的水平间距一般为3～6m，本工程取4.5m。竖井数量为9口。

四、传热介质的选择及流量计算

1.地埋管换热器传热介质的选择

根据地埋管换热器的匹配情况，利用软件对传热介质的温度进行模拟计算，如果冬季地下埋管进水温度在5℃以上，可采用水作为工作流体；当进水温度低于5℃时，应使用防冻液。通常，大都采用乙烯乙二醇溶液；

在计算水泵扬程的时候，一定要考虑流体的黏度影响。具体的修正系数取决于防冻液的类型。在进行循环泵设计的时候需要厂家进行系数的修正。

2.地下侧流量的计算：

水源热泵系统循环水泵的选型，对热泵的季节性能系数有直接影响：循环流量的选择，一般应遵循以下原则：

由于冬夏季地下流体流量相差较大，地埋管换热系统宜根据建筑负荷变化进行流量调节，可以节省运行电耗。

地下流体温差的取值与热泵机组标准工况不同时，应对机组进行冷热量的校核。

3.计算管道压力损失

在同程系统中，选择压力损失最大的热泵机组所在环路作为最不利环路进行阻力计算。可采用当量长度法，将局部阻力件转换成当量长度，和管道实际长度相加得到各不同管径管段的总当量长度，再乘以不同流量、不同管径管段每100m管道的压降，将所有管段压降相加，得出总阻力。

4.水泵选型

根据上述计算最不利环路所得的管道压力损失，再加上热泵机组、平衡阀和其他设备元件的压力损失，确定水泵的扬程，需考虑一定的安全裕量。根据系统总流量和水泵扬程，选择满足要求的水泵型号及台数。

循环水泵的选用原则及规范

4.1水流量≥所有室外机组总的额定水流量×1.1

4.2扬程

对于闭式循环：扬程≥（水系统沿程阻力+水系统局部阻力+机组水压降）×1.1

对于开式循环：扬程≥（水系统静水压力+水系统沿程阻力+水系统局部阻力+机组水压降）×1.1

当多台机组配备一台水泵时，取阻力最大的回路，一般是最远的机组回路。

五、结束语

最近十年来，空调技术的发展很快，变化很大，地源热泵技术在国内已得到较多的应用，因此，学习和掌握相关的知识变得日益紧迫,但由于自己的水平有限，还有不尽人意的地方，只能通过以后的工程实践，能使之补充完善。