地源热泵技术手册

地地源热泵技术手册 第一章能热泵的发展及建筑节能 771.1热泵的概述 771.2热泵的起源及发展 1.3热泵的冷热源 8 9 91.3.4太阳能 91.4热泵的特点 101.5空调系统的节能 第二章热泵的分类及特点 2.1空气源热泵 2.2水源热泵 2.2.1地下水水源热泵系统(GWHP) 2.2.2地表水水源热泵系统(SWHP) 2.2.3土壤源热泵 2.3.地源热泵(直接膨胀式土壤换热器) 第三章地源热泵系统介绍 3.1能量采集系统 233.1.1土壤的物理特性 243.1.2埋管的形式对换热器的影响 273.1.3系统内部液体温度Ti对机组换热器的影响 3.1.4U型埋管内的液体流速对土壤换热器的影响 3.1.5回填材料对土壤换热器的影响 3.1.6孔洞相邻间距对土壤换热器的影响 3.2能量提升系统 313.2.1地源热泵专用机组 3.2.2热泵的实际运行工况 413.3能量释放系统 433.3.1全水式地源热泵中央空调 3.3.2全空气式空调系统 3.4流体循环系统控制 3.4.1流体的黏滞性 3.4.2流体的膨胀性 3.4.3系统的安全运行 3.5地源热泵在其它领域的应用 第四章热泵中央空调系统的设计及计算 一.通用设计规范：: 二.专用设计规范:: 三.专用设计标准图集: 4.1空气调节系统 584.1.1建筑物冷热负荷的计算 4.1.2空调系统形式的确定 4.1.3空调系统新风量的确定 4.1.4空调水循环系统 684.2能量提升系统 4.2.1热泵机房设备的选型 4.2.2地源热泵机房 4.2.3机组系统的连接 4.2.4管道的防腐与保温 4.3能量采集系统 824.3.1水源热泵水井的确定 4.3.2地源热泵中央空调地热交换系统的确定 4.3.3现场的调查与分析 4.3.4地源热泵土壤换热器的设计 44..44空调系统节能 4.4.1水源热泵——污水源(海水源)热泵空调系统 4.4.2地源热泵——溶液除湿空调系统 4.4.3蓄冷空调技术 4.4.4.全热回收热泵机组 4.4.5.太阳能2地源热泵空调系统 4.4.6.全热回收空调系统 第五章地源热泵土壤换热器的安装及检验 1175.3垂直换热器的成孔 5.3.1钻孔工程 5.3.2钻孔钻具 5.3.3钻孔的技术要求 5.3.4钻孔技术 55.44地源艺热泵土壤换热器系统的连接工艺 5.4.1焊接机具 5.4.4钢塑转换连接 55.5土壤换热器水平槽开挖 1315.6土壤换热器的沟孔回填材料 75.7地耦管换热器的防菌防藻 5.8验检验 第六章验空调系统的安装与检验 66.11水管道的连接工艺 1336.1.1用材的检验 6.1.2管道的连接 6.1.3阀门的安装 6.1.4连接管道的打压与冲洗 6.1.5连接管道的防腐与保温 6.1.6空调水管道室外安装 6.2风道的连接工艺 1376.2.1风管制作安装 6.2.2消声器安装 6.2.3防腐与保温 6.2.4系统检验测试 36.3空调设备的安装 6.3.1风机盘管机组的安装 6.3.2组合式空调机组及柜式空调机组的安装 6.3.3通风机的安装通风机的安装 第七章中央空调系统的调试与验收 77.11连接管道的打压与冲洗 7.1.1试压 7.1.2冲洗 77.22通风系统检验测试 77.33系统的调试与验收 热泵作为环保节能的空调系统，仅利用了空气、土壤、地下水和地表水(江、河、湖、海)等作为冷热源，避免了燃料产生的污染，又具有良好的综合能效比。热泵技术的不断发展和深入，将使热泵汲取能量方式有所发展，从而使机组的能效比更佳。大力发展热泵很有必要性。尤其在冬冷夏热地区，使用?套热泵系统，完成建筑物夏季空调、冬季供暖和全年供卫生热水三项工作，从目前热泵市场上看，除了要加强按照汲取低品位能源对象的不同，研发出不同系列的专用热泵机组外，更要注意热泵机组系统所相关的配套产品。譬如恒温换气机、顶棚空调板、低温地板辐射采暖板等，这样就有不同形式的热泵系统应用在各大地区建筑物中。由于热泵技术在我国应用较晚，有学者认为：业界对热泵系统还缺乏普遍的共识和基本鉴定力。这里的“普遍的共识”是指别和鉴定热泵系统技术优越性的能力和权威。在地源热泵系统中，土壤换热器的教学科研与社会化需求存在脱节的现象。在热泵技术推广过程中，把技术与商务混同起来，导致各工程公司太多地致力于商业运作而忘记了自己为业主负责，同时也致使业主忘记了如何从技术经济各方面综合评价和看守住自己的利从社会公众的利益出发和持续发展战略的要求来看，还必须通过立法建立必要的法律，法规，规范及标准体系，作为建筑及空调系统设计的约束条件，限制不合理的能源过度消费，保护环境，使建筑节能设计和施工规范化，使节能的热泵技术得到有效的推广。我们要树立起只有民族科技才是国家生产力的观念，要体味到只有民族科技才是国家生产力的切肤之痛。所谓民族科技就是独立自主、自力更生的科技。在热泵技术的发展和推广上我们深感能力有限，希望对热泵技术有兴趣的广大专家和技术人员，在?个组织范围内?起丰富和完善对热泵技术的认识和经验总结，让节能环保的热泵中央空调系统为我们创造?近年来，美国能源部等国际上?批机构都表示愿意继续帮助和支持中国推广这项具有明显节能、环保效果的新型地源热泵技术，中国科技部、国家经贸委、国家计委等机构和?些地方政府也表示将继续支持推广该工作。有这些机构的大力支持，再加上人员培训和技术交流活动的日益增多，我们有理由相信地源热泵这项作为二十?世纪节能、环保的新型建筑空调技术将得到更进?步的推广和应用，人类也将从这项技术中得到更多的实惠。地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于400米深)作为冷热源进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层是?个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能成为清洁的可再生能源的?种形式。地能或地表浅层的热资源温度?年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比空气源热泵系统运行效率要高，比传统空调系统运行效率要高20~40%,因此可节省运行费用。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、更稳定，也保证了系统的高效性和经济性。地源热泵中的传热介质是在?个完全封闭的循环管道内流动，通过管壁导热与岩土进行热量的转换。地源热泵没有任何污染物排放，低噪声，不影响人们的正常生活和工作，并且系统内装有新风装置，改善了室内的空气环境，使人感到更加的舒适。工程系统的安装不改变原建筑物的外观。套系统可以替换原来的锅炉加空调两套装置或系统。此系统可应用于几万平米的大型宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，也适合于小型的别墅住宅的采暖、空调。此外，系统地下部分采用耐腐蚀的材料，免维修，可安全使用50年以第1章热泵的发展及建筑节能随着经济的发展和人们不断追求更高水准的生活环境，公共建筑和住宅的冬季供暖和夏季空调已经成为普遍的要求，传统的空调系统通常分别设置冷源(制冷机)和热源(锅炉)。如今，供暖和空调能耗所占全社会的份额节节攀升。作为传统热源的燃煤锅炉，不仅能源利用率低，而且还会给大气造成严重的污染，因此在?些城市中，燃煤锅炉在被逐步淘汰，而引进的燃油、燃气锅炉则运行费用很高，而且逐年增长。与此同时，室外环境污染和自然资源枯竭的问题已经成为全社会关注的焦点。这样，热泵技术就成为一种在技术上和经济上都具有较大优势的解决供热和空调的替代方式。年后开尔文提出“冷冻装置可以用以加热”,1852年威廉2汤姆逊发表论文，提出用空气作为工质的热泵技术，到1927年英格兰?台用空气作热源的家用热泵安装成功，日本是在1937年开始采用透平式压缩机，以泉水作为低温热源为建筑物进行空气调节，1938年第?台较大的热泵装置在苏黎世投入运行。这台热泵装置以河水作为热源，装有?台回转式压缩机，工质是R12,用来向市政厅供热，其输出功率175kW,输出水温60℃,而且此热泵装置夏季也能制冷。此后在欧洲的瑞士和英国，热泵的数量已经很可观。20世纪70年代初期，人们广泛的认识到矿物燃料在地球上是有限的，1973年“能源危机”的出现更加深了人们对地球能源有限性的认识。而热泵以其回收地下岩土、空气、水等物质中的低温热源的热量、节约能源、保护环境的特点得到了广泛的应用。70年代以来，欧洲各国和苏、日、美、澳等国家对热泵研究工作十分重视。苏、英、法、联邦德国、丹麦、瑞典、挪威等国家都参加了世界能源组织1976年成立的“国际热泵委员会”。目前，世界各国对热泵技术应用的兴趣越来越浓，欧洲、日本、北美的制造厂商都为工业、商业、民用建筑提供了大量热泵。诸如国际能源机构和欧洲共同体都制定了大型热泵发展计划，并且，不少现有热泵技术和新技术试验，在新领域中的推广应用工作也正在进行和规划当中。而热泵的用途也在不断开拓，不仅仅用于采暖空调系统上，而且在工农商业上也得到广泛的应用。热泵工业正在迅速成长，它将在节约能源方面起到重大的作用。1.3热泵的冷热源地球上的能源种类众多，热泵技术采的是来自太阳的辐射能，且通过各种类型的转化过程而储存于地球上可再生能源(水能、风能、地能)。热泵的作用是能够将低温位能源的热量提升为高温位能量。热泵技术是?个相对成熟的技热源中吸取热量，再通过冷凝器向用热对象提供热量，故热源温度的高低是影响热泵运行性能和经济性能的主要因素之?。在?定的供热温度条件下，热泵热源温度与供热温度之间的温差越小，热泵的制热效率越高。因此作为热泵的热2.热源温度尽可能高，使热泵的温升尽可能小，以提高热泵的制热系数；3.热源温度的时间特性和供热的时间特性尽量?致；4.热源能量的提取要尽量减小动力消耗； (地下水、地表水、江、河、湖等)、土壤和太阳能等；另一类为生活和生产排热，这类排热温度较高，如废气、废水等。空气作为低温位热源，可以取之不尽，用之不竭，而且是随时随地无偿地获取。但是空气的比热容小，当工质温度与环境空气温度相差10℃时，要从空气中吸收1kw的热量，就需有360m3/h的空气流量。1.3.2水可供热泵作为低温位热源用的水，有地下水、地表水、城镇污水、工业废水等，水的比热容大，传热性能好，水温?般很稳定。地表水相对空气来说，可算是高品位热源，虽然冬季结冰，只要有?定深度，冰层下有足够的水，均可作为低温位热源使用，可获得较好的效果。我国拥有绵长的海岸线，沿海地区可充分利用海水资源作为热泵冷热源。地下水是热泵良好的低温位热源，水温随季节气温的变化较小，水温比当年的平均气温高1~2℃,在我国华北地区为14±1℃,华东地区为18±1℃,东北地区为10±1℃,采用地下水时应注意水的回灌和回灌水对地下水层的污染等问题。城镇污水、工业废水的温度较高，是很好的低温位热源，只要做好去污除尘，利用价值较高。特别要注意的是，目前已经采用深层地下高温水供暖的建筑物尾水作为热泵的热源最佳。土壤同样是热泵的?种良好低温位热源，温度相对稳定，并有?定的蓄能作用。但由于土壤的传热性能欠佳，要较大的换热面积，导致建筑物周围要有足够大的可使用面积。土壤的传热性能取决于导热率、密度、比热容和含水量。不同地区地质结构不同，物理特性各异，作为低温位热源效果也各自不同。太阳能集热器在实际运行中，受季节、昼夜、时间、气候的影响较大，采用太阳能供热，在技术上和经济上都存在?些问题有待研究。太阳能集热器与热泵的联合运行，使太阳能集热器在低温下集热，再由热泵装置升温给供热系统，这是?种利用太阳能较好的方案。太阳能——土壤源热泵系统是以太阳能和土壤热为复合热源的热泵系统，是太阳能与地源热泵综合利用的?种形式。太阳能与地源热泵结合具有很好的互补性。太阳能可以提高地源热泵进液温度，提高运行效率。地源热泵可以补偿建筑物的节能是一项综合性的技术，包括建筑物本身和空调系统、设备的节能。从建筑设计方面要设法减少空调负荷，空调系统设计要提高设备效率和第二章热泵的分类及特点热泵这一术语，源于与水泵在功能上的形象对比。水泵的功能在于把水从低水位处抽吸到高水位处排放。热泵是?种将低温热源的热能转移到高温热源的装置。按热泵驱动功的形式分：机械压缩式热泵、吸收式热泵、蒸汽喷射式热泵。常见的是机械压缩式热泵。根据机械压缩式热泵所吸收的可再生低位热源的种类，热泵可分为：空气源热泵(空气-空气热泵、空气-水热泵)、水源热泵(水-水热泵、水-空气热泵)和地源热泵(土壤-空气热泵、土壤-水热泵)等。蒸汽压缩式热泵装置的工作原理与蒸汽压缩式制冷机的工作原理是一致的。逆卡诺制冷和逆卡诺制热循环的组成和作用是相同的，都是由两个可逆的绝热过程和两个可逆的等温过程所组成。在蒸发器中的等温过程从低温热源中吸取热量(制冷);在冷凝器中的等温过程向高温热源放出热量(供热)。夏季空调降温和冬季采暖，都是使用同一套设备完成的，冬季采暖和夏季空调的改变，是机组内通过一个换向阀来调换蒸发器和冷凝器工作的，因此热泵又可定义为能实现蒸发器与冷凝器功能转换的制冷机。蒸汽压缩式热泵是用作动力，可以得到比用电直接加热获得多几倍的热量，这是因为输入给热泵的电能不但本身转变成了热,而且靠它作功，把大量存在于周围环境介质中处于低位势的热提2.1空气源热泵调系统、大型风冷热泵机组等，均属于空气源热泵。这种空气源热泵的安装和使用都非常方便，虽然被人们广泛应用了很多年，但目前仍存在一些缺点。由于空气的状态参数随地区和季节的不同而不同，这对空气源热泵的容量和制热性能系数影响很大，空气温度偏高或偏低时，热泵的制冷性能系数就会变得很低。尤其在冬季，当空气温度很低时，这时需求的供热量就很大，势必造成热泵供热量与建筑物耗热量之间的供需矛盾。冬季空气温度很低时，空调换热器中的工质蒸发温度也很低。当空调换热器表面温度低于0℃,并且低于空气露点温度时，空气中的水分在换热器表面就会凝结成霜，导致蒸发器的吸热量减少，热泵不能正常供热。空气源热泵的除霜需要一定的能耗。要保证空调换热器能获得足够的热量，就需要较大容量的风机供风，这样就增大了空气空气源热泵在我国典型的应用范围是长江流域以南地区。而在北方地区，在结霜问题，效率较低，因此空气源热泵用于北方地区时，必须慎重考虑!所以热泵装置的设计要考虑防止空调换热器的结霜，还要选择良好的除霜方式。1)把压缩机的部分高温热气经旁通管直接送入蒸发器进行除霜；2)利用四通阀，将热泵由供热工况运行变为制冷工况运行，这种方法除霜快，但要3)在空调换热器内镶入电加热器，用电加热除霜。不同地区和不同品牌的空气源热泵机组除霜采用的方法不同，空气源热泵系统防霜和除霜的能耗估计占热泵总能耗的10%,但是霜层的形成造成换热器运行性能下降是无法确定的。随着空气温度的下降，热泵的效率降低，有些热泵虽然可在-15℃~-20℃仍可运行，此时的制冷系数将降的很低。空气源热泵系统在使用时还应注意以下三个方面：2、热泵系统应配备?个合理的辅助加热装置；目前，由于对空气源热泵存在的固有问题还没有找到有效地解决办法，所以空气、土壤、太阳能的综合利用是?种发展趋势。2.2水源热泵水源热泵中央空调系统是由室内空气处理末端设备、水源热泵机组和水源循环系统三部分组成的。制冷时，水源热泵中央空调系统中的末端设备将建筑物内的余热通过热泵机组转移到循环的水源中，实现了制冷的目的，同时省去了水环热泵中的冷却塔；制热时，水源热泵机组中的制冷剂将在循环水源中吸收热能，利用少量的电能将吸热后的制冷剂压缩到高温高压状态，制冷剂再将吸收的全部热量释放到采暖系统中，从而达到了将吸收的可再生低温热源的热能输送到高温热源的目的，实现了可再生能源对水环热泵系统中传统锅炉的取目前，水源热泵广泛采用地下水资源，如果存在地表水或通过开发能够引到地表水，也可直接利用地表水作为热泵的冷热源。目前应用较多的有海水热泵、污水热泵、工业从循环水源吸收7143Cal水源热泵机组COP=3.5供热量10000Cal压缩机组消耗电能3kW(2857Cal)废水热泵等。在开式形式时，必须解决排水问题；如果采用聚乙烯管制作盘管换热器，需合理布置牢固定位在现有水体中，用集路管连成数个环路，构成?个闭式并联循环系统作为热泵系统的冷热源。在现已利用的地热水供暖建筑物中，可以将末端尾水作为水源热泵的热源，这样大大增加了地热水供暖的建筑面积。2.2.1地下水水源热泵系统(GWHP)地下水水源热泵系统(GWHP),也就是通常所说的深井回灌式水源热泵系统。建造抽水井群将地下水抽出，通过二次换热或直接送到水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下。如果真正实现100%的回灌到原水层，这样就能保证地下水总体上的供回平衡。草坪岩石层岩石层地下水土壤层出水管回水管回灌井抽水井设备间地下水水源热泵系统图地下水水源热泵中央空调系统是目前应用最普遍的?种形式，与地下埋管的“闭式”地源热泵相比，由于其造价低、容量大、水的温度稳定，所以市场占有率高，但是由于地下水回灌的堵塞问题没有得到根本解决，在使用方面、地这些问题能否解决，一方面影响这项技术的可持续发展；另?方面，也直接影响我们共同的生活环境。地球并不是一个均质体，而是具有圈层结构的。我们所应用的是地球最外面的一层硬壳——地壳。地壳是由各种各样的固体岩石组成的。在地表浅层形成的未经压固、胶结的碎屑堆积物称为松散岩石或第四纪松散堆积物，如：粘土，粉质粘土，粉土，砂，砾石，卵石，以及砂砾石、构成地壳的岩石，无论是松散堆积物还是坚硬岩石，都具有多少不等、形状不一的空隙，没有空隙的岩石是不存在的，岩石空隙是地下水储存场所和运输通道。松散岩石颗粒或颗粒混合体之间的空隙称为孔隙，它的大小、多少、形状、连通情况和分布规律，对地下水的分布和运动有重要影响。孔隙大小和数量不同的岩石与水作用，所表现出的容纳、保持、给水和透水性质称为岩石的水理性质。水文地质参数是表征含水层性质特征的参数。在水源热泵工程设计中，常用的参数有渗透系统、导水系数、释水系数、给水度等，这些参数是水文地质计算和合理利用地下水的重要依据，同样关系到抽水量和回水量评估结果的正确与否。地下含水层是天然的地下水库，但在无充足天然补给的条件下，地下水并不是“取之不尽，用之不竭”的自然资源。大量集中采集地下水，使得地下水储量日趋枯竭，已造成抽水井水位逐渐下降，最后将难于抽水。地下水人工补给，又称地下水人工回灌，是当今水源热泵系统广泛采用的方法，不仅可以增加地下水的补给量，而且还可以防止地下水位下降，控制地面下沉。目前大多数地下水热泵工程的地下水系统非常简单，?般采用直流系统，即地下水直接送入热泵机组换热后向回灌井或地表排放。由于工程造价低、制冷制热效果好，受到了相当一部分用户的欢迎。而地下水是?种优质的淡水资源，后果将是无法弥补的。随着地下水资源的日益减少，这类现象已经引起了一些专家和政府有关部门的重视，并要求对地下水实行全部回灌。有部分工程项目声称解决了地下水回灌问题或称回灌率达到100%,但对回灌当地的地质条件如何、采取何种回灌方式、回灌的质量如何等等，则避而不谈，因而国内的一些专家和政府管理部门对这项技术持慎重态度是可以理解的。所以，地下水热泵技术的推广应用有待地质水文科技的进步。地下水回灌基本上采用原有的人工回灌方式，主要分为压力回灌和真空回灌两种。压力回灌适用于范围较广的含水层，而真空回灌仅适用于低水位和渗透性好的含水层。从理论上讲，地下水灌抽比可达到100%。但是，目前多数国家的地下水回灌技术还不成熟，特别是在含水层砂粒较细的情况下，井很容易被堵塞，回灌的速度大大低于抽水的速度。在回灌过程中，井的堵塞是不可避免的，通常采用回扬清洗的方法来维持地下水的回灌。对于含有中、细砂的含水层，压力回灌每天需回扬2～3次，真空回灌每天需要回扬1次。回扬和清洗处理都是非常专业的工作，无形中增加了系统的维护费用和运行费用。在地下水水源热泵系统工程设计时，要重视地下水流程中的过滤、除砂、沉淀，尽力减少回灌水的含砂量，避免回灌井渗水和毛细孔堵塞，建议建造一蓄水池。手动开启抽水泵，井水自井供水口流入沉淀池，清洁的水经循环水泵流进热泵机组换热器，换热后的水经回水管进入回水池。抽水泵的控制开关调向自动。回水池水位上升，水经回水堰回到沉淀池，抽水泵停止。回水与井供水混合，为热泵系统提供换热用水。当沉淀池内的混合水温超出设定温度范围之外时，抽水泵自动开启，向沉淀池供水，当回水池内的水位超过溢水堰的高度时，水由溢水堰流入溢水池流入回灌井。回水堰和溢水堰的高度由工程系统用水量的数量来确定。当沉淀池混合水温回到设定范围内时，抽水泵自动关闭。回灌井和供水井的定期轮换，交替使用，可代替回水井的回扬清洗工作。对小型建筑物的水源热泵中央空调系统的冷热源，可采用单井回灌或抽水地下水的过度抽取会引起地面沉降，后果是对地面的建筑物产生直接的破坏作用。如果实行100%的回灌到原水层，使总体上保持地下水供给平衡，局部地下水的变化就不至于引起地面沉降。②②地下水质污染。由于地下水水源热泵并不是密闭的循环系统，回灌过程中的回扬、水回路中产生的负压和沉砂池，都避免不了空气和地下水的接触，导致地下水氧化。地下水氧化会产生一系列的水文地质问题，如地质化学变化、生物变化等。采用井口换热器，尽量减少地下水与空气的接触，并对回路中所用器材做防腐处理，这样可以减轻空气对地下水的污染程度。回灌水的环保处理不仅不会污染地下水，而且还能缓解地下水的污染，改善地下水水质。总结：水文地质问题的出现，将是一个无法挽回的灾难，从危害程度上来讲，不亚于空气污染的危害性，治理更是无从谈起。所以地下水水源热泵的发通过直接抽取或者间接换热的方式，利用包括江水、河水、湖水、水库以及海水作为冷热源。地表水源热泵的开式系统有涉及面广、复杂，会造成环境污染和地表水资源枯竭，而且直接抽取换热方式对热泵机组还有腐蚀和堵塞等现象，因此系统应当谨慎采用。建议使用间接换热方式为佳。地表水水源热泵与地下水水源热泵比较，运行工况要恶劣的多。作为冷热源的地表水受环境影响较大，一年内温度变化大，夏季水温高达25℃以上，冬季低到5℃以下，北方内陆湖的冰下水温仅在2℃左右。2.2.3土壤源热泵土壤源热泵早已被人们所认识，在建筑物中应用了数十年。土壤源热泵系统是一种领先的空调技术，它可以实现水源热泵系统的诸多优点，并且还能节省相当可观的运行费用。土壤源热泵系统解决了地下水源热泵系统的地下水回灌问题(因为本身并不抽取地下水资源),避免了地下水资源对热泵机组使用的影响和地下水被污染的可能性。土壤源热泵系统占地空间小，并且系统的安装和使用不会改变建筑的外观和结构。土壤源热泵系统是通过导热介质溶液在埋入地下的循环系统中流动，实现与大地之间的热交换的。地耦管土壤源热泵系统是一个密闭的闭路循环系统，它保持了地下水水源热泵利用大地作为冷热源的优点，同时又不需要抽取地下水作为传热的介质。地耦管土壤源热泵系统从根本上解决了地下水水源热泵的种种弊端，是?种真正可持续发展的建筑节能的新技术，而且还具有适用范围广、运行费用低、节能土壤源热泵系统中的土壤换热器埋管方式可分为：水平式土壤换热器，垂直U型式土壤换热器，垂直套管式土壤换热器，热井式土壤换热器，直接膨胀2.2.3.1水平式土壤换热2～4米之间，在只用于采暖时，土壤在整个冬天处于放热状态，沟的深度?定2.2.3.2直垂直U型式土壤换热器垂直U型式土壤换热器是钻孔将U型管深埋在地下，因此与水平土壤换热器的比较具有使用地面面积小、运行稳定、效率高等优点。2.2.3.3垂直套管式土壤换热器换热器有内套管和外套管的闭路循环系统，水从外套管的上部流入管内，循环时，水沿外套管自上至下的流动，从外套管的底部经内套管上流到顶部出套管。套管式土壤换热器适合在地下岩石深度较浅，钻深孔困难的地表层使用。通过竖埋单管试验，套管式换热器较U型管效率高20～25%。竖埋套管式孔距在3～5m,孔径在150～200mm,外套管直径φ63~φ90~φ120mm,内套管直径φ25~φ32mm。2.2.3.4.热井式土壤换热器热井式土壤换热器是套管式换热器的改进，在地下为硬质岩石地质，可采热井式土壤换热器埋管方式在安装时，地表渗水层以上用直径和孔径?致的钢管做护井套，护套管与岩石层紧密连接，防止地下水的渗入；渗水层以下为自然空洞，不加任何固井措施，热井中安装一个内管到井底。内管的下部四周钻孔，其中上部分通过钢套直接与土壤换热，下部分循环水直接接触岩石进行热交换。换热后的流体在井的下部通过内管下部的小孔进入内管，再由内管中的抽水泵汲取水作为热泵机组的冷热源，此系统为全封闭系统。2.2.3.(1、2、3、4)都归属于地下耦合土壤源热泵系统，称地耦管土壤源热泵系统或地下热交换器土壤源热泵系统。这?闭式系统方式，通过中间介质作为载体，使中间介质在埋于土壤内部的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行热交换的目的。这种换热形式的热泵系统，人们习惯的称为地源热泵。关于热泵系统的更明确的新的定义有待业内权威机构认同。2.3.地源热泵(直接膨胀式土壤换热器))直接膨胀式土壤换热器埋管方式此系统冷、热源不采用载冷剂来传递热量，而是将热泵机组的?个换热器(蒸发器、冷凝器)埋入地下土壤中，制冷剂通过此换热器直接换热。直接膨胀式土壤换热器形式的热泵系统称为地源热泵这是无可非议的。但是，目前人们把地下水水源热泵称为水源热泵；把土壤源热泵称为地源热泵也已经为大家所共识。因此，我们也很自然的将土壤源热泵技术称为地源热泵技术。按照土壤源热泵实际运行工况设计、制造的机组称为地源热泵专用机组。第三章地源热泵系统介绍地源热泵技术，是?门实践性极强实用技术，它是?种利浅层常温土壤中的能量作为能源的高效节能、无污染、低运行成本的既可采暖又可制冷、并可提供卫生热水的新型空调技术。地源热泵系统是利用地下土壤常年温度相对稳定的特性，通过埋入建筑物周围的地耦管与建筑物内部完成热交换的装置。冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位对建筑物供暖，同时把建筑物内的冷量储存至地下，以备夏季制冷使用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑物进行降温，同时储存热量，以备冬季制热时使用。如果夏热冬冷地区制冷和采暖天数基本?致，冷暖负荷大致相同，使用同一系统，可以充分发挥地下储能的作用，同时还能供应生活热水。因此地源热泵技术被称为二十一世纪的“绿色空调技术”,地源热泵中央空调系统也成为目前中央空调方案中的最50年代，热泵工艺获得迅速发展，欧洲出现了利用地表水热泵的第一次高峰。当时“电器服务”杂志以“能源经济与热力学热泵”为题发表了一篇专门报告，报告描述了1937～1941年间安装的各种热泵装置。在这?时期，Ingersoll和Plass根据Kelvin线元概念提出了地下埋管换热器的线热源理论，可由能源价格低、系统造价高、人们思想意识的制约等因素存在，没能得到及时的应用和推广。地源热泵的研究虽然是从1912年开始的，但直到1950年左右，美、英两国才开始对采用地下盘管吸收地热作为热源的家用热泵进行研究。热泵技术的真正蓬勃兴旺还是在1973年“能源危机”后出现的，20世纪70年代，石油危机把人们的注意力集中到高效、节能的能源利用上面来，使地源热泵的发展得到了?次质的突破。在这?时期，地下埋管的材料从传统的金属管发展到具有抗腐蚀性能好、抗冲击强度高、耐强震、耐扭曲的聚乙烯材质。地源热泵以充分利用可再生能源、节约高品位能源的特点，越来越受到人们的广泛关注。1995年，在国际地热学术会议上，英国学者Curtis代表国际地热组织发表了关于应用地下封闭循环体系的地源热泵系统的调查报告，其结论为：大地土壤中蕴藏着丰富的低温热能，虽然与深层的高品位能量相比，浅层土壤热能品位要低，但是采集利用价值很大。因为浅层地下能源是一个巨大的太阳能集热器，可吸收47%太阳照射在地球上的能量，同时它和地心热综合作用形成一个相对的恒温层，这个恒温层大约在地面以下30m～400m之间，它的温度接近全年的地表平均温度，温差波动在较深的地下消失。这个恒温层储存了取之不尽、用之不竭的低温可再生能源，通常把这种能源称为浅层低温地3.1.1土壤的物理特性采取地耦管热器的地热泵系统就是充分利用了这种浅层低温地热能，把大地作为热源，通过热交换器来传递热量。土壤的性质随着地区和季节的变化而不同，不同的土壤作为热泵的低温热源，目前还难以作出优劣的评价。影响这壤的热工特性、大地的平均温度、土壤的含水率、土壤的密度和地下渗流等。热工特性主要包括导热系数、容积热容量、热扩散率等。其中导热系数表壤的容积热容量表征土壤的蓄热能力，而热扩散率则表征土壤温度场的变化速度。导热系数、容积热容量、热扩散率因土壤成分、结构、密度、含水量的不同而不同，并随着地区不同和季节的变化而变化。在同一地区，土壤换热器对的吸热能力小于放热能力，在数据上，吸热量是放热量的0.5—0.7倍。热量传递有三种基本方式：导热、对流和热辐射。土壤换热器运行时的热量传递过程是：制冷时对流换热导热导热、对流、辐射，制热时对流换热导热导热、对流、辐射在此过程中，介质溶液在埋管内宏观流动，冷热溶液相互掺混引起热量传递，形成对流换热，此过程中液体的粘滞力和流动速度影响其换热效果。溶液的热量通过导热传递到管壁时，热量从内管壁传到外管壁，热传递的效果受管材的导热系数影响。外管壁对土壤的传递效果取决于回填料和土壤的特性。3.1.1.2大地的温度对大地土壤温度情况的了解是很重要的，因为驱动热传递的就是大地与循环水之间的温差。地壳按热力状态从上而下分为变温带、常温带、增温带。变温带的地温受气温的控制呈周期性的昼夜变化和年变化，随着深度的增加，变气温的影响趋于零的深度叫常温带，常温带的地温?般略高于所在地区年平均气温的1～2℃,在概略计算时，可用所在地区的年平均气温来代替常温带的温度。常温带的深度在低纬度地区为5～10m,中纬度地区为10～20m,有些地区可达30m左右，在某地区测定，10m深的土壤温度接近于该地区全年平均为±5℃,而在6m深处为±1.5℃,温差波动在较深的地方消失。常温带以下的深度称为增温带，增温带的地温主要受地壳内部热力的影响，温度随着深度的增加而有规律升高，且温度每增加1℃所增加的深度称为地热增温级(m/℃),一般平均每33～43m升高1℃。但由于岩石的导热性和水文地质条件的不同，各地区的地热增温级有很大差异。在数据上为：3.1.1.3土壤的含水率土壤的含水率是影响传热能力的重要因素，当水取代土壤微粒之间的空气后，它减小微粒之间的接触热阻，提高了传热能力。土壤的含水量在大于某一值时，土壤导热系统是恒定的，称为临界含湿量，低于此值时，导热系数下降，在夏季制冷时，热交换器向土壤传热，热交换器周围土壤中的水受热被驱除。如果土壤处于临界含湿量时，由于水的减少使土壤的导热系数下降，恶性循环，使土壤的水分更多的被驱除。土壤含水率的下降，使土壤吸热能力衰减的幅度比土壤放热能力衰减的幅度相对较大。所以在干燥高温地区采用地耦管要考虑到土壤的热不稳定性。在实际运行中，可以通过人工加水的办法来改善土壤的含水率。有些研究表明转换相同的热量所需的管长在潮湿土壤中为干燥土壤的1/3,在胶状土中仅为干燥土壤的1/10。在我国北方地下水位较高和冷负荷较小的地区，土壤的含湿量将保持在临界点以上，可以认为大部分地区全年都是潮湿土壤。有关资料记载，大地下各种固体介质的热工参数如下，可供不同土地下水的渗流对大地的热传递有明显的效果。实际上，大地的地质构造很复杂，存在着松散的粘土层、砂层、沉积岩层、空气和水层等。由于地球构造运动，各岩层又出现褶皱、倾斜、断裂现象。地表水及降雨渗入土质层，在重力作用下，向更深层运动，最后停留在不透水层。地下水在空隙中缓慢流动以形成渗流，自然界?般地下水在孔隙或裂缝中的流速是每日几米，故地下水大多数是层流状态运动，只有当地下水流经漂石、卵石的特大孔隙时，才会出现紊流状态运动。地下水的流动不但能导热传热，并且还能对流传热。若地下水渗流流速大于8cm/h时，就可按水的传热来计算。数岩石层渗透系数K经验值((m//d))地层粘土黄土粉砂细砂粗砂砾石夹砂漂砾石3.1.2埋管的形式对换热器的影响在实践中可知，埋管形式的不同，其单位长度的换热管的换热量不同；水平平行埋管时为1;水平螺旋埋管时为0.8;垂直单U埋管时为1.3~1.5;垂直双U埋管时为1~1.2。3.1.3系统内部液体温度iTi对机组换热器的影响从实践中得到，在地质情况相同的条件下，热泵机组允许的最低和最高进液温度是确定热交换器地耦管长度的主要因素。如果以允许最低进液温度为确定因素，热交换器的长度由吸热负荷确定；如果以允许最高进液温度为确定因素，热交换器的长度由放热负荷确定。在实际应用中，温度只会达到最低或最高温度限制值中的一个。降低机组的最高温度允许值或升高机组最低温度允许值，都要增加地耦管的长度。竖直埋管换热器中流动的循环水温度是不断变化的。夏季制冷工况进行时，由于蓄热地温提高，机组运行时水温不断上升，停机时水温又有所下降，当建筑物冷负荷达到最大时水温升至最高点。冬季供热工况运行时则相反，由于取热地温下降，当建筑物热负荷最多时，换热器中水温达到最低点。设计时，首先应设定换热器埋管中循环水最高温度和最低温度，因为这个设定和整个空调系统有关。如夏季温度设定较低，对热泵压缩机制冷工况有利，机组耗能少，但埋管换热器换热面积要加大，即钻孔数要增加，埋管长度要加长。反之温度设定较高，钻孔数和埋管长度均可减少，可节省投资，但热泵机组的制冷系数COP值下降，能耗增加。设定值应通过经济比较选择最1.热泵机组夏季向末端系统供冷水，设计供回水温度为7～12℃。地埋2.热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同，在满足供热条件下，应尽量减低供热水温度，水温在45～50℃。这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提高COP值并降低能耗。地埋管中循环水冬季进水温度，以水不管换热器变小，加大了循环水与大地间温差传热，循环水温降至0℃以下，为此循环水必须使用防冻液，如乙二醇溶液或食盐水。这样可但增加了对设备的腐蚀，在严寒地区不得不这样做。而在华北地区的工程中，建议增加少量投资，加大土壤换热器的面积，软化水就可以满足要求，不?定要加防冻液。U3.1.4U型埋管内的液体流速对土壤换热器的影响流体流动时有两种流态：?种是流体在管内分层流动，各流互不混杂，有条不紊的向前流动，这种流动状态称为层流；另?种是流体质点在管内的运动轨迹不是规则的，各部分液体互相剧烈掺混，这种流动状态称为流。由紊流变成层流的速度称为临界流速u。换热器内的流体流速均大于临界流U:因而使管内呈现紊流状态，从而加大了换热能力。临界流速的大小与管径d流速v、流体密度π和流体黏度x有关，把这四个参数组合成一个无因次数为雷诺数(用Re表示),Re用来判断流体在圆形管内的流动状态。当2300Re>?=γv时，流体为紊流；介质循环泵是地耦管土壤换热器循环管路中流体流动的动力。泵安装在比换热器高的地面上，在设计中要注意泵的汽蚀性能指标。泵的汽蚀是指泵进口压力低于泵进口流体汽化压力时，进口液体产生气泡对叶片的影响。流体的能量增加，使产生的气泡在叶轮进口处消失，由于气泡由产生到消失是在极短的时间内完成的，气泡的破坏会产生巨大的冲击力、震动和噪声，严重时会使泵不能正常运转。因此，在安装介质循环系统时，要在泵的上方高度上装有定压装置，保持介质循环泵进口有静压。如果单台泵的调解量不能达到设计要求，可以采用泵的并联运行方式。并联运行的泵扬程相等，泵的出口装有逆止阀，避免因扬程的偏差使扬程低的泵发生倒流，引起泵的反转，导致事故发生。地耦管管内流体流量的增大，有利于增强流体与管壁之间的换热，提高换热量。但是，换热量的增加并不完全与流体流量的增加成正比，流体流量的增加不但导致换热器进出液温差减小，而且还加大了循环泵的功率。而当管内流体流量减小时，也应该使管内流体能保持紊流状态，以保证流体和管壁之间的回填材料导热系数与土壤换热器的关系图从图中可以看到回填材料的导热系数对地下土壤换热器的影响比土壤导热系数的影响要小，因为一般回填材料其厚度远远小于土壤厚度。但是为了防止地下水受污染和增强换热器换热的效果，应尽量采用具有高效换热系数的回填63.1.6孔洞相邻间距对土壤换热器的影响下图是孔洞之间间距对地下换热器尺寸的影响?从图中可知，随着两个相邻孔洞之间的距离不断增大，地下换热器的尺寸是减小的，也就是说随着孔间距地增大，换热器的换热效果越好，但是范围是?定的，如图所示，孔洞传热半径为2.5米左右，超过此值，孔洞的半径再增大，基本上换热效果不受影响，也就是说垂直埋管换热器竖直孔互不产生热干扰的孔距为5米。3.2能量提升系统能量提升系统是将采集来的能量经提升交换，传送至空调空间，以实现能量的释放。本系统主要的设备就是土壤源热泵专用空调机组和循环水泵。地源热泵专用机组在不同蒸发温度下工作，压缩机的轴功率和制冷量也随着改变。如果建筑物内的冷、热负荷恒定，那么,系统在制冷状态时，蒸发器温度不变、压缩机吸气压力不变，若冷凝器的进出水温差小，此时机组冷凝器水温逐渐升高，促使冷凝温度升高，而单位制冷量和输出系数都要下降，则制冷量减小、轴功率增大。同理，系统在制热状态时，冷凝温度不变、压缩机排气压力不变，若蒸发器进出口水温差小，此时机组蒸发器的水温逐渐下降，意味着蒸发温度降低，压缩机吸气压力减小，结果是单位容积制冷量下降，压缩比、冷凝压力和蒸发压力之比增大，压缩机轴功率上升。在土壤源热泵空调系统中，制冷运行时，冷凝压力主要取决于冷凝器水的流量和水温，水量增加，水温降低，排气压力就下降，反之就上升；制热运行时，蒸发温度与进液温度之差和蒸发器大小有直接关系，温差小时，蒸发压力就会低，蒸发器就得增大。通过以上分析得出，地源热泵中央空调系统的能效比COP,主要取决于热泵机组的自动调节能力和换热器的换热能力。33.2.1地源热泵专用机组地源热泵专用机组就是根据土壤换热器的性能而专门设计的一种与土壤换行高效节能；二是扩大机组进出液温度的范围(提高机组最高允许进液温度和降低最低进液温度),保证机组安全可靠的运行。热泵机组的工作原理和制冷机组是一致的。这些机组都是由压缩机冷凝器、节流装置和蒸发器四部分组成，通过管路连接，形成?个闭环系统。压缩机起输送制冷剂蒸汽的作用，在冷凝器内，高温、高压制冷剂蒸汽与冷媒进行热交换而被冷凝成液体，液体经调节装置降压后进入蒸发器，在蒸发器内吸收被冷却物体的热量而汽化，制冷剂蒸汽被压缩机吸走，即完成了压缩、冷凝、节流、蒸发四个过程的?个流程。在小型空调器中，制冷和制热运行，只是通过?个换向阀把蒸发器和冷凝器调换来进行工作的此热泵机组的特点有：机组使用先进的微电脑控制系统，功能强大，运行可靠，并且可以将机组机组采用名牌压缩机，名牌部件，运行平稳安静，运动部件少，保养、维机组在运行过程中噪音低，不破坏和污染水资源，不释放任何对环境有害的排泄物，卫生可靠不形成病源传染。因土壤温度相对恒定，所以机组运行稳机组利用土壤热，使用不受地下水限制，无论有无地下水均可使用，模块在压缩蒸汽热泵机组中最主要的组成部分是压缩机，压缩机是用来压缩和传输制冷剂蒸汽的。压缩机的型式主要有活塞式、离心式、滑板式、滚动式、螺杆式和涡旋式。目前，土壤源热泵专用机组应用比较广泛的是涡旋式和螺杆式。这两种压缩机由于它的运动部件只作旋转运动，机器的动平衡性好，运动时几乎没有振动。密封性能好，容积效率高，而且对湿行程不敏感。此形式的压缩机具有体积小、重量轻、零件数量少、结构简单、运行可靠、适应温度范围广等特点，即便在较高压力比和较低蒸发温度等状态下输气系数仍很高。柔性变容量技术调节压缩机运行负载，节能效果比较显著,柔性螺杆压缩机分四0%)容量调节，压缩机从25%容量开始启动，启动电流很小，避免对电网的冲击。温度传感器检测机组出水温度，当上载温度条件满足时，压缩机容量逐级上载，直到100%。当出水温度达到设定要求时，机组开始卸载，直到停机。柔性涡旋压缩机从10%～100%容量无为了达到高能效比、高可靠性和低噪声，压缩机内都要注入高低温特性优良、热稳定性好、耐负荷性高的冷冻机油，它的作用如下：?增加润滑效果，降低机械磨损和振动；?吸收摩擦热，起冷却作用；?防止制冷剂泄漏，起密封作用；?保护电动机，起绝缘作用；?保护金属部分，起防锈作用。1)气液分离器①热泵机组中采用气液分离器，可存储?定的制冷剂，防止过剩的液体制②热泵机组在运行时，气液分离器可防止制冷剂的液体沉积在压缩机内使③气液分离器可保证经分离出的冷冻油回到压缩机内；④气液分离器有?定容积密度，防止因过湿运转，造成压缩机的损坏。在压缩机制冷系统中，目前都是注入润滑油来润滑压缩机。压缩机在运转时，排气温度高达90～140℃,会将?部分润滑油汽化，而随制冷剂气体进入制冷不能百分之百将油分离。少量的润滑油进冷凝器和蒸发器，产生油膜，使热系数减小，造成寒热效果降低，冷凝温度升高，蒸发温度降低，制冷量当热泵系统内的配管较长或换热器与压缩机垂直位差较大时，为了能使冷压缩机油箱内，在垂直管道内作S形状的弯曲管道，即回油弯。在压缩机压缩高温制冷剂气体时，冷冻油和气态制冷剂是分离的。通过高速流动的气体将液体的壁面带到?定的高度，这部分冷冻油逐渐积累在集油器的弯道内将管路流通这样制冷剂气流速度加大，从而将集流器内的部分冷冻油带走。3)回油运行保护中美合作开创未来制冷剂的注入可分多次小剂量，确保每次充注制冷剂量不超过气液分离器积量，决不可将液体制冷剂充注至压缩机的高压侧，只允许制冷剂的气态侧。将液体制冷剂直接从压缩机的高压侧注入会导致制冷剂流入压缩机油最小运行时间的控制也就是压缩机在1小时内允许的启停频率。通常在压油腔内，冷冻油溶有?定量的制冷剂。压缩机启动时，由于压力突然下降，冷冻油的制冷剂挥发沸腾，带动油液翻腾，由于油的粘度低和泡沫，易导压缩机的预热。在压缩机底部安装加热器，在停机时对储油腔通电加热，衡量压缩机质量的标志之?是输气系数。在选用压缩机时，要认真阅读产品据，已经购入的压缩机在使用过程中，影响输气系数的最重要因素是压缩比(排气压力/吸气压力)。排气压力可视为冷凝压力，吸气压力可视为蒸发压力。因此，土壤换热器地源热泵专用机组最为重要的是冷凝器和蒸发器的设计和制作。对热交换的?般要求是：传热性能要好，热交换器内制冷剂和冷媒介质的流要小，结构紧凑，加工简单，维护方便。换热器有板式换热器、套管式换换热器等形式。冷凝器是制冷装置的主要换热设备，在冷凝器中实现对制冷剂气体的冷却为了把制冷剂经过压缩而产生的高温、高压制冷剂气体液化，在冷凝器中将冷凝热能传给冷却介质，冷凝介质的吸热量应等于蒸发器从被冷却物质吸取的热量(制冷量)与压缩机运转所消耗的功转化的当量热之和。0KQ:冷凝器的热负荷，单位地源热泵技术手册中美合作开创未来0Q:压缩机在设计工况下的制冷量，单位kCal/h;N:压缩机在设计工况下的指示功率，单位W/h。(1)冷却介质流量的计算：冷却水流量=冷凝器热负荷(kCal/h)/(冷却水出口温度℃—冷却水入口温度℃)冷凝器冷却水量的计算：kV:冷凝器冷却水量，单位为m3/h对于地源热泵机组，冷凝器的循环介质单位制冷量的流量：制冷时，1kCal/h制冷量所需水流量为(制冷工况的能效比COP≈5):×冷凝水的最佳流速?般在0.8～1.2m/s。冷凝器传热面积?般是按外表面计算，即：F:冷凝器的传热面积，单位m2;地源热泵技术手册中美合作开创未来△tm:制冷剂和冷却水对数温度差，单位℃,(4～6)。流体经过固体把热量转移到另?流体的过程称为传热。在数值上等于，两种为1℃,每小时通过每平方米面积所传递的热量，kCal/m22h2℃蒸发器也是制冷装置的主要换热设备，在蒸发器内制冷剂液体在低温低压下沸腾以吸收被冷却介质的热量，从而达到制冷目的。常用的蒸发器有两种，满液式蒸发?种是满液式蒸发器是液态制冷剂经过节流后进入蒸发器，在蒸发器内制冷剂保持?定自由液面并在管外蒸发的壳管式蒸发器。满液式蒸发器存在制冷剂充灌量大用氟里昂的系统中，由于氟利昂溶解于油，并且油较氟利昂要轻，因而很中的润滑油排回压缩机，如果能解决回油难题，在大型地源热泵机组中，发器的换热效率比较高，单机容量大。满液式蒸发器结构上的特征决定了完全是制冷剂液体与水之间的换热，传热温差仅为2℃,最低出水温度可达3℃。小型地源热泵机组，多数是采用干式蒸发器。经膨胀阀后的制冷剂从下部进入管介质水在管外流动，这样可以增大管外的水流量，增加传热量，氟利昂的铜管内流动，不断吸收管外水的热量而汽化，直至变成饱和蒸汽，并从上压缩机吸走。只要管内制冷剂的流速大于剂蒸汽?起返4米/秒，就可使润滑油随同制冷L0Lq:为蒸发器的单位热负荷，单位为kCal/中美合作开创未来tt-):蒸发器冷媒水温差，单位为℃。冷凝器内冷却介质的最佳流速：冷却水为0.8～1.2m/s。如果冷凝液膜的流动方向与气流方向?致时，可使冷凝液膜能较迅速的流过面，液膜层就薄，放热系数增大；否则蒸汽流速较小时，液膜层就厚，放低。要提高制冷剂在冷凝时的放热系数，就应保证冷凝液体能从传热表面在蒸发器工作时，经膨胀阀减压后的制冷剂，从下部进入管内，制冷剂的铜管内流动，不断的吸收介质的热量而汽化，直至变成饱和蒸汽甚至达到上部的出气管由压缩机吸走。蒸发器管内制冷剂有?定流速，冲刷管子，使蒸发器的结构必须保证制冷剂蒸汽能很快地脱离传热表面，正确的自动控制使制冷剂液体节流后产生的蒸汽在其进入蒸发器前就从液体中分离出来，并使蒸理的制冷剂液面温度，以便更好的发挥蒸发器的传热效果。蒸发器必须考热泵机组要求热交换器既是蒸发器，又是冷凝器。由于蒸发器和冷凝器的因此要求换热器的大小、结构应满足夏、冬的工作条件。对较大容量的地宁可采用变换机组外的冷、热水的循环管路也不可改变制冷剂的循环线路。3.2.1.3制冷剂的控制调节是含氯而有氢的氢氟利昂，此类物质对臭氧的破坏程度较弱。中美合作开创未来热泵机组的另?个重要装置是节流机构，它的功能是实现制冷剂的节流和流热泵系统的节流机构应符合制冷工况和制热工况的要求，目前多数机组都热各安装?个容量不同的膨胀阀，来满足制冷与制热循环的不同制冷剂流量的需求。也有的采用单?膨胀阀在制热时串联?个毛细管来达到流量的控制。目前已有电子膨胀阀和双向热力膨胀阀的市场供应。因为热力膨胀阀依靠其感温包感受到的温机流量，属于机械式，分级调节会出现负荷与制冷剂流量不匹配现象，反无法对其控制；而电子膨胀阀则通过高精度电子感温元件来控制，从调节制冷剂供给量，因此具有控制精度高、反映灵敏，过热度仅为1.5℃~2℃,工况稳定、运行可靠，能使主机负荷和制冷剂流量准确配合的特点，且?个电子膨胀阀可代替两个不同流量的热力膨胀阀，此时电子膨胀阀不仅流程简单，而且还能充热泵机组的另?个流动控制阀应为四通阀，它可起到蒸发器和冷凝器互换的空调系统是按最大负荷设计的，并且还会乘以?个系数，所以设备的选择都不利的工况来选型设计，留有相当的余量，在相当?部分时间内，空调只是转。因此，空调系统的能源有效利用和节能要靠机组的自动化控制来解决。统运行采用柔性变容量技术调节机组运行负载，节能效果比较显著。地源热泵机组为自动控制系统，采用具有人工智能的微电脑控制器，它的和功能要符合Q/SKCG01—2000的规定和有关微电脑控制器的技术标有足够的抗干扰能力，保证机组工作可靠、稳定，且输出没有错误动作。通过移动短消息，可实现GSM无线监控系统，通过任何?部手机，操作者可随时随地对机控制，查询机组运行状态，实现机房无人值守。自动控制系统具有以下功能：远程监控，定时开关机，手动、自动切换工与附属设备联动，故障自动判断、处理、报警、内存记录，冬季防冻，能管理，负荷匹配，运行限制，全中文信息，触摸屏显示等功能。中美合作开创未来2.防止压缩机的频繁启停，压缩机经常性的频繁启停会降低压缩机的使用3.自控系统可保证压缩机的均衡运行。运行过程中，先启动运行时间短的缩机，后启动运行时间长的模块或压缩机。(运行时间的比较以小时为最小单位)4.本控制系统通过操作面板可以选择以下几种工作模式：多种工作模式的选择，使得地源热泵的效率达到最大的发挥，从而节省了5.故障复位当某?系统发生故障时，如压缩机过载、高低压保护、出水温度过高、过低在排除故障后，按复位键可使发生故障的机组恢复工作。6.温度控制及能量调节本控制系统的能量调节采用模糊规律，即以压缩机?次开机或关机为?个调把?次开机作为正输出(加载区),?次停机为负输出(卸载区),同时分停区。控制周期可设定，根据入水温度(或出水温度)与设定值偏差的大7.定时开关机在自动开关机模式下，机组按照设定的“平日开机时间、关机时间”或“假日开机时间、关机时间”或“星期开机时间、关机时间”自动执行开机关机，当8.冬季防冻中美合作开创未来当环境温度低于0℃时，且连续关机时间超过30分钟，启动水泵运行。当水温低于4℃时(可设定),启动水泵运行。在水泵连续运行时间超过3分钟后，压缩机投入运行。当水温达到15℃时(可设定),关闭压缩机，水泵停9.压缩机的预热10.压缩机、水泵的联动地源热泵系统运行采用柔性变容量技术调节机组运行负载，实现机组的压调循环泵、介质循环泵的联控以及水泵的变频控制。系统的启动时，顺序缩机；系统停机时，顺序为先压缩机后水泵。空调循环泵根据机组空调进动调节空调泵的运行频率，改变空调循环水的流量。介质循环泵随机组的动调节介质循环泵的运行频率，从而使机组的空调水和介质水进出具有适合的温差，当机组开始卸载，直至停机，介质循环泵待?定延时后停止运行。11.靶式流量控制器靶式流量控制器是?种能实现对水流量的自动控制和保护的装置。当空调系统中的水流量达到设定的流量时，靶式流量控制器闭合。此时可安全启动压缩机。空调系统开始运行。当某些原因导致水系统水流量减少到某?设定值时。靶式流量控制器断开。压缩机同时停止运转。靶式控制器水流控制的上下限流量很重要。如果流量蒸发器内结冰，压缩机回油偏低故障。控制的闭合和断开的流量值是根据靶式流量控制器的型号和安装位置。精确的计算蒸发器允许的最小闭合流其中：0——制冷量KW;π——载冷剂密度Kg/M3;Cπ——载冷剂中美合作开创未来制冷系数，均不是定值，而随其运行工况变化。理论循环的运行工况主要指蒸发温度和冷凝温度，其中蒸发温度变化对制冷装置的制冷量、制冷系数等影响最大。蒸发温度低，使压缩机的吸气比容量大，压缩机的质量流量降低，所以制降。而冷凝温度提升对压缩机的质量流量影响较小，但是冷凝器的冷凝温在蒸发器和冷凝器的设计中，应依据水源的状况和地耦管土壤换热器的特考虑到热泵中央空调系统实际合理的经济效益平衡点1.地源热泵机组制冷状态：蒸发器出进水温度7℃~12℃,冷凝器进出水温度25℃~28℃~32℃);制热状态：蒸发器出进水温度4℃~8℃(或0℃~-2℃),冷凝器进出水温度45℃~制冷状态：蒸发器出进水温度7℃~12℃,冷凝器进出水温度15℃~℃~29℃);制热状态：蒸发器出进水温度进出水温度4515℃~10℃(或15℃~8℃),冷凝器℃~50℃。B、地表水源热泵制冷状态：蒸发器出进水温度7℃~12℃,冷凝器进出水温度25℃~℃~32℃);中美合作开创未来℃~50℃。COP是国际上通用的?个衡量供热和制冷装配效率的指标，它表示的是输输入能量的比值，比值越大，说明其效率越高，反之则效率越低。只看热比有多高而不考虑运行工况是没有任何意义的。在美国另有?个指标是用总之，地耦管土壤换热器地源热泵专用机组最低允许进液温度要比地下水机组低的多。因此在制冷状态运行时，冷凝器的水量是地下水水源热泵机热状态运行时，蒸发器的水流量是地下水水源热泵机组的2.3倍。除了在加大换热量外，还可以在封闭循环系统中加装热回收装置或加装旁通调节从蒸发器出来的低压蒸汽，其温度是比较低的，可以采用回热循环，就是阀前的液体制冷剂来加热从蒸发器出来的低温蒸汽，同时也起到了对液体制冷剂的过冷作用，使单位制冷量增加。只要适当的选择回热循环的热平衡，就会增大利于冷冻油的流动和分离。回热可采用套管式热交换器、盘管式热交换器回热装置膨胀阀蒸发器冷凝器蒸发器的进液温度低，意味着制冷负荷减小，用变容量高低压旁通的方法中美合作开创未来变容量旁通调节的原理是：因负荷下降使吸气压力降低的同时，将压缩机体旁通打开，分到低压侧?部分，用于补偿因负荷下降而减少的蒸发器回气量，保持压缩机连续运行所需的最低吸气压力。地耦管土壤换热器回液温度很低，热泵系统在冬季制热时，进入蒸发器的或低于机组允许的最低进液温度时，相当于蒸发器的蒸发温度的下降，使蒸蒸发器冷凝器比体积升高，降低了制冷剂的单位容积制冷量。造成循环制冷系数的极大降低。来自高压侧的热蒸汽为其提供?个虚负荷，使蒸发器实际负荷与压缩机的能力相适应。旁通输数高压蒸汽调节阀在蒸发器中部某点引热蒸汽，为蒸发器提供虚负荷，调节换热器回液温度某?设定值动作，当回液温度高于此设定值时，调节阀关闭，防止热气旁通开启时间过长，造成压缩机过热。这种方法，调节范围广，但管路比较复杂，有?定的损耗，因而效率降低，因此旁通管回气位置和调节阀开闭温度点要经过理论计算和运行实践。能量释放系统就是地源热泵中央空调系统在建筑物内的空气调节部分，空称空调，空调就是采用技术手段将空气的温度、湿度、空气流速、清洁度控制在合适的范围内，提高室内的空气质量，创造和保持?定的空气环境，适度和工业生产的工艺要求。人体的舒适状态是由许多因素决定的，如环觉，视觉，振动，色调，温度，湿度，气流速度以及人的穿着服式等。主中美合作开创未来温度，湿度和气流速度，对房间空气进行热湿处理，使之达到设定的温湿人体在新陈代谢过程中产生的热量，要通过对流、辐射、传导和蒸发等方人体散热与体内产生热相平衡，体温保持在36.5℃左右时，人的热感觉良好。如果与人的热感觉有关的因素发生变化，人体会运用自身的调节机能，如加强汗液热。当体内多余热量难以全部散出时，体内蓄存热量导致体温上升，人感同样，人体散热量过多，体内温度下降时，人会发生不舒服的颤抖。根据“采暖通风与空气调节设计规范”中的规定，从节能的观点看，舒适夏季：温度24～28℃,相对湿度40～60%,风速小于0.3m/s。工艺性空调可分为降温性空调、恒温恒湿空调和净化空调。降温性空调的室内温度、湿度要求是夏季不大于28℃,相对湿度不大于持在夏天操作人员手不出汗，产品不受潮。因此，只规定温度和湿度的上恒温恒湿空调的室内温度精度有严格的要求，?般是全年室内温度保持在℃,相对湿度保持在50±5%。净化空调不仅对室内温、湿度有?定的要求，而且对空气中所含的尘粒的大小和数必须提出的是，?定要了解实际工艺过程对室内温、湿度的要求。在工件允许的前提下，要注意节省投资，减少能耗，并且应该有利于人的健康。地源热泵的空气调节部分与常规的中央空调系统是相同的，目前已被人们用。空气调节部分是地源热泵中央空调系统的末端设备，它对温度、湿度、调节，使其控制在合适的范围内，以提高室内的空气质量，增强人的舒适人们有90%以上的时间是在室内度过的，所以必须提高对室内环境质量目前改善室内空气品质的主要措施要从三个方面去做：第强制对建筑中美合作开创未来物材料的化学污染、放射性污染、生物污染等进行控制，这是?种起点控制，不可能存在无污染的材料，也不可能完全控制着室内的其它污染，只能把有害污染给?个量的限制；第二是自净和通风，通过送入室内新鲜空气和过滤净化方式改善室内空气品质，使人们感到舒适，把对人们健康不利的潜在影响降到最小；第三是节，包括空气温度、气流速度、相对湿度和平均辐射温度，建立满足人体热舒适及高空?气品质的环境，有助于人的身心健康，提高学习、工作效率。所以，创造?不同的环境对空调的要求各不相同，为满足不同要求，又产生了不同类型式。无论采用何种方式，环境条件如何变化，空调系统都必须按照设计标准，满足空气的温度、湿度、清洁度、新风量的要求，并满足控制噪音的规范。建筑物的功能不同，空调要求就不同，空调系统的组成也就不同，以下将3.3.1全水式地源热泵中央空调全水式地源热泵中央空调系统可由地源热泵供应冷冻水和供暖热水。冷热路进入各空调房间，再通过空调末端的换热装置，处理室内的空气，实现风机盘管空调系统属于半集中式，它是由风机和盘管(换热器)组成的机组，直接装在空调房间内。开动风机后，可将室内空气吸入机组，经空气过滤器过换热后，就地送回房间，以达到空调的目的。风机盘管所用的冷冻水和热水，是由地源热泵机组集中供应的。室内新鲜由新风处理机将室外空气吸入主机中经处理，再由风管送入各房间的。风机盘管有立式、卧式、立柜式、吸顶式。根据房间装修的需要，有明装风机盘管系统可用于宾馆、办公室、公寓、医院、教学楼和高层多房间的中美合作开创未来风机盘管水循环系统分双管即?送?回和四管即两送两回。四管分两组，?组冻水供、回水管，另?组为热水供、回水管，需要时进行冷热转换。四管制用于在空调系统中，同?时间内有需要制冷的房间，还有需要供暖的房间。风机盘管的优点是：布置灵活，可独立调节室温；调节灵活，风机可多档房间互不影响，空气互不串通。风机盘管也有?定的缺点，其选用?定要是优质的，否则给维修工作带来众多的不便；受噪声的限制，风机转速不能过高，影响辐射是物体通过电磁波来传递能量的方式，因热的原因而发出辐射能的现辐射。导热、对流传递热量只有在物质存在的条件下才能实现，而热辐射传递。热辐射的另?个特点是，它不仅产生能量的转移，而且还伴随着能量即发射时从热能转换为辐射能，而被吸收时又从辐射能转换为热能。地面辐射供热是?项既古老又崭新的技术，中国人很早以前就发明了火炕，国农村部分地区延续至今。也许大部分人不会想到，北京故宫那宏伟宽大的太和殿，天津杨柳青石家大院，采用的都是这种传统古老的地面采暖方式。这是?种原始火炕技术的革新改造，并将对其进行规模化、系统化的尝试。低温地板辐射供暖系统和其他供暖系统的供暖机理不同，因此效果有异。辐射供暖，辐射面表面温度大都控制在30℃以下，室内空气温度分布比度小，在传热过程中热流主要向上传递，出现了特殊的“负温度梯度”,使散热均匀高效，而且能使人产生“脚暖头凉”的感觉，更好的满足了人相关文献指出：住宅地板供暖系统的供水温度限制在38℃~42℃,地板的板面平均温度按卫生要求不能高于26℃,室内温度20℃~23℃是比较舒适的环木质地板和混凝土的开裂。同时，所需38℃~42℃的热水供暖，这个温泵机组制热时最佳运行工况，热泵系统的运行效率最高，节能效果也最好。中美合作开创未来①榫舌板式；榫舌板和隔音绝热保温板配合使用，将榫舌板按压在保温板快上来进行定位固定，再在上面敷设水泥地面。②卡钉式；通过塑料卡钉将管材固定在隔音绝热保温板上，通过网格定位敷设成螺旋式或S形式。管道之间保持平行，管间距均匀，再在上面敷设水泥地面。地面管道的敷设?般是绝热层35mm～45mm,填充层50mm～60mm,φ20mm,地面装饰10mm,管间距150mm～300mm。房内空调要求不同，管的间距有变，效果各异。下面举例说明，不同管间距单位面积用管长度和单位面积放热量的比较。φ20mm,填充厚度60mm,平均水温45℃,室内温度20℃,管距管道间管道长20.013.310.08.006.675.705.004单位散热量3.3.1.3顶棚冷辐射空调调地面辐射供的优越性早已被人们所认识，因此被广泛采用，但顶棚冷辐射空调存在顶棚结露的现象，使此技术很少被应用。其实只要采取?定的措施，保证顶棚表面的温度永远高于表面附近空气的露点温度，就可防止空调运行时顶棚表面出现结露现象。变温顶棚空调系统是在顶棚内设置冷水循环系统，在夏季时，系统内通入冷水，冷水的温度在15℃~20℃,从房间上部供冷，屋内上升的热空气的热量被吸收，降低了室内垂直温度相梯度，避免“上热下冷“的现象，屋内下部温度非常均匀，实现