高效换热地源热泵系统在岩石地区的应用研究

　　建筑热能通风空调高效换热地源热泵系统在岩石地区的应用研宄杨丰国1杭力钧1谢峰21烟台爱尔玛新能源空调开发有限公司；2烟台市热力公司设计所自的优缺点合理的应用范围。介绍了种全新的应用于岩石丘陵地区的特殊的应用形式高效换热地源热泵系统，这种系统自上世纪七十年代就开始在美国东北部和瑞士等地区开始了推广应用。后以个详细的带流程的实际工程案例说明其设计安装运行方法。结果明，高效换热地源热泵系统是适合在岩石层离地面较近，引言近年来随着我国国民经济的发展，人们物质生活水平的提高，各种高档生活小区不断开发发展，空调素之2003年国家批准开工的大中型电厂项目装机容量为33000界队同时，人们对大气质量环境质量小区绿化等的要求亦同步，长，全国许多城市都纷纷取缔小燃煤锅炉房，因此人们迫切需求种新的绿色节能环保的供暖空调方式。

　　地源热泵是以大地为冷热源对建筑进行空调的技术，它利用了国际上提倡推广应用可再生能源之地热能，地面下23m以下，常年保持恒定的收稿日期200457温鹿华北地区1015尤，华东地区1520，东北地区61402，既远高于冬季的室外温度，又远低于夏季的室外温度，因此地源热泵可克服空气源热泵的技术障碍，且效率大大提高。冬季通过热泵将大地中的低位热能提高对建筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量。以备冬用。由于其节能环保热稳定等特点，欧美等发达国家的利用己有几十年的历史。

　　地源热栗可分为地水热泵地下水热泵和地下耦合热泵。

　　1常地源热泵应用的优缺点1.1地下水热泵系统地下水热泵系缴1具有系统简便易行，综合造价低，水井占地面积小，可以满足大面积建筑物丰富稳定优质的地下水。目前国内地下水回灌技术还不是很成熟，很难再被全部回灌到含水层内，造成地下水资源的流失。此外，即使能够全部回灌，怎样保证地下水层不受污染也是个棘手的课。水资源是当前紧缺宝贵的资源，任何对水资源的浪费或污染都是不可允许的。国外由于对环保和使用地下水的规定和立法越来越严格，地下水热泵的应用已逐渐减少。

　　解决办法①向黄金，煤炭等有大量地下水排放地下水回灌措施。

　　1.2地水热泵系统地水热泵系统的热源是池塘湖泊或河溪中的地水2.地水热泵系统亦具有系统简便易行，初投资较低等优点；但地水热泵系统也受到自然条件的限制。此外，由于地水温度受气候的影响较大，与空气源热泵类似，当环境温度越低时热泵的供热量越小，而且热泵的性能系数也会降低。定的地水体能够承担的冷热负荷与其面积深度和温度等多种因数有关，需要根据具体情况进行计算。这种热泵的换热对水体中生态环境的影响有时也需要预先加以考虑。

　　解决办法①勘察水面面积及深度能否适合工程要求②根据季节温度变化范围及工程要求判定取水换热方式。

　　1.3地下耦合热泵系统地下耦合热泵系缴3是利用地下岩土中热量的闭路循环的地源热泵系统。通常也称之为闭路地源热泵，以区别于地下水热泵系统，或直接称为地源热泵。它通过循环液水或以水为主要成分的防冻液在封闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的传热。其优点是系统不受地下水量的影响，对地下水没有破坏或污染作用，系统运行具有高度的可靠性和稳定性。它的主要缺点是由于管壁传热温差10，机组夏季地源侧水温高于地下水式系统15尤，机组运行条件相对较差，降低了运行效率埋地换热器受土壤性质影响较大连续运行时，热泵的冷凝温度或蒸发温度受土壤温度变化的影响而发生波动土壤导热系数小而使埋地换热器的持续吸热速率小，导致埋地换热器的面积较大，如平面布置的埋地换热器的面积约为房间面积的2倍左右在岩石地区因较高的钻孔费用而难以推广应用。

　　解决办法①根据负荷状况及当地地质情况取决杨丰国等高效换热地源热泵系统在岩石地区的应用研宄埋管的方式深度及单位长度和换热量的估算研究技术价格合理的钻孔深度；研宄确实可行的施工方法，采用长期可靠的材料。

　　3水平埋管形式3七垂直埋管形式2岩石丘陵地区常地源热泵系统应用局限及解决办法2.1问的提出在我们国家及世界各地，都有许多位于岩石丘陵地区的需要供暖空调的建筑物，比如辽东半岛的大连，山东半岛的烟台威海青岛等，这些地区般为地下水缺乏的地区，从而难以采用地下水热泵系统；并且因岩石层离地面较近，钻孔费用的高昂和钻孔工期的漫长，又难以推广应用地下耦合式热泵。因此，笔者在去欧洲国考察的基础上，又从深入调查研宄了美国的应用情况，从而得出岩石丘陵地区适合推广应用高效换热地源热栗系统的结论，而国内有关此方面技术。

　　2.2应用历史这种地源热泵应用技术自上世纪70年代就开始从美国东北部开始使用，位于阿尔卑斯山区的瑞士也从20世纪70年代开始大量采用这种方式。它以较低地源热泵系统。

　　2.3原理介绍高效换热地源热泵系统，也就是单管型垂直埋管地源热泵在国外常称为热井高效换热地源热泵系统只需要通过口井的水循环就可以来满足建筑物满足负荷要求。该技术比较适合于岩石层离地面比较近的地区。通过钻入岩石的深孔，将水弓入孔的深处，水在岩石孔中循环，直接与周围1520尤的浅层地热能进行高效率的热交探岩石类尺=2Wm，cC4，合热泵系统因为是间接换热，有层管壁隔绝5下换。，尺=0.19爪。，经国内夕实践验证为每米井深4070评如的换热量单。形管，而高效换热地源热泵系统的换热量高达160500界1的换热量。比耦合热粟系统的换热量高出36倍之多！可其系统的优越性。4为高效换热地源热泵系统原理由于该系统只在国外特定地区比较普及岩石丘陵地区，因此并未引起学者的注意，而是由些非暖通专业的安装人士首先研宄应用的如瑞士发明人原来是在地下400，乍业的矿工，寒冷的冬季而在地下感受到了20，奈屡运，硬0世纪70年代就开始在瑞士研宄完善推广了该系统。但近两年也有专家开始认识到其优越性，并开展了系统性的研宄吹这种方式下，在地下水位以上用钢套管作为护套，直径和孔径致地下水位以下为自然孔洞，不加任何固井设施。热泵机组出水直接在孔洞上部进入，其中部分在地下水位以下进入周边岩土换热，其余部分在边壁处与岩土换热。换热后的流体在孔洞底部通过埋至底部的回水管被抽取作为热泵机组供水。典型孔径为150，孔深45，1经研宄证实，高效换热地源热泵系统的性能与水流速度井深岩石传热特性和水力传导性密切相关，而其他些参数对井的性能影响较少。

　　为了保护可饮用的裂隙地下水，在成井过程中，应采用措施封闭相关裂隙带，确保不对当地的地下水造成影响，另外也可以封闭含有卤水或海水的裂隙带，防止高腐蚀性的地下水影响系统运行寿命。

　　2.4系统优点，高效节能，绿色环保，属于目前国际上倡导采用的可再生能源地热能；减少钻孔量，降低造价。通过岩石直接换取地下热量，效率大大提高，可以节省1419的钻孔量；工作状态优良，使系统可以长期安全可靠高效运行夏季冷凝温度比耦合式低1015菊舴，温度比耦合式高810，省却传统中央空调的烟囱冷却塔风机等，无烟雾飘尘噪声军团病等污染，实现了全自动运行，可无人值守，系统自动根据负荷调整运行，节省运行费用，夏季可获得免费的生活热水，春秋冬季以较低可实现远程监视远程故障报警诊断功能，节省用户的人力物力。

　　3工程实例介绍3.1工程简介该大厦将建于纽约曼哈顿区中央公园以东的第64大街上，计划进驻些非盈利性基金会。该大厦总建筑面积1858，地上5层，地下2层，将建成节能环保经济高效的范性工程。该供热空调系统的负荷，包括厨房的冷藏和冷冻的负荷，都是由高效换热地源热泵系统来满足的。两口472.44，呆的热井用来满足该系统的供热空调冷藏冷冻要求7.

　　3.2系统介绍两口深472爪，直径为1501的井钻在建筑物下面的岩床上。每口井都是在56天内完成。井中抽出的14.4尤的水将作为热泵机组供暖空调的冷热源。

　　热井是通过将井底的水抽至热泵机组，由机组吸热或排热后再排送回同口井的上部。水是在井中垂直流动并换热的，因此叫热井，只要确保水与井壁间流动的雷诺数来保证较高的传热系数，就可以得到很高口井将获得60冷嗽2kW的冷热量来满足建筑物的负荷3.3系统制热制冷功能的实现地源热泵机组分别被安装在大厦的不同功能区。

　　每台热泵机组都可以或者向地下水系统吸规用来制热，或者向地下水系统排热用来制冷因为在冬季是利用的将夏季的热量储存在地下的热量，所以其经济性特别明显夏季空调排放的热量排放到相对较凉的岩层中，也使空调效率大大提高。将夏季的空调排热回注并储存在岩层中，并不需要额外的冷凝设备，避免了常规空调器的室外机组噪音和安装于屋顶，影响建筑外观。该系统的热泵机组运行噪音极低，并且没有设计额外的热源设备。

　　由于地源热泵系统不消耗化石燃料，也就没有燃烧后的废气排出。据测算，如果该大厦供热系统采用石化燃料，必将每年排出大量的，2等废气，如果用燃油方式，每年将排出48，000m3的CO2，如果用燃烧天然气的方式，每年将排出28，00，的02.

　　4结论随着人们物质生活水平和环保意识的提高，高效节能绿色环保的供暖空调形式地源热泵成为了热门产品，但每项新技术都有其合理的应用范围，作为暖通空调技术人员，应该深入研宄各种实际情况，切实把新技术消化吸收，应用到实际工程中去。

　　高效换热地源热泵系统是适合在岩石层离地面较近的地区的别墅群办公楼等有供暖空调需求的建筑物的佳选择之。

　　致谢衷心感谢山东建工学院方肇洪教授无私提供的英文原版资料！

　　龙惟定，白玮。我国电力紧缺对空调业的挑战习。暖通空调，2004，3453946给水排水设计手册第2朋第版8.北京中国建工出版杨丰国，吴裕翎。赵承伟。水源热泵在金矿的应用习。节能与环辛长征。深井回灌式水源热泵系统耦合传热研宄0硕士学位论文。北京清华大学，2002余延顺，马良，姚杨。土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统中土壤蓄冷与释冷过程的特性研，习。暖通空调，2004，3，5上接64页3结论通过毛细管仿真模型的计算和以上分析，可得如下结论，毛细管仿真计算中必须考虑临界流的影响，否则会产生较大的计算误差。

　　毛细管管径对管内温度压力的影响较小。在过冷区内，温度为定值，压力呈线性分布进入两相区后，温度随压力同下降，越接近管出口处下降速度越快。

　　③管内制冷剂流量不仅由进出口压力决定运行工况，且受过冷度的影响也较大。

　　利用本文研宄方法，还可以通过目标流量计算，确定毛细管的结构参数，并应用于毛细管的结构设计。

　　张祉钓。制冷原理与设备1.北京机械工业出版社，1987.302303丁国良，张春路。制冷空调装置仿真与优化。北京科学出