垂直地埋管地源熱泵空調系統在民用建筑中的設計與應用

陸妍杰

摘 要：地源熱泵是通過利用淺層地熱資源、能源，在使用熱泵技術的基礎上獲取可以提供空調冷熱水的系統。隨著能源、環境問題的越發嚴重，人們在健康生活的基礎上同樣也需要有一個和諧、持續發展的環境。節約能源也已經成為了空調行業必須面臨的一個重大問題。垂直地埋管地源熱泵是以地熱的方式劃分出來的土壤源熱泵，其在民用建筑中的應用也較為廣泛，并且發揮了重要作用。文章就其在民用建筑中的具體設計及應用情況進行分析。

關鍵詞：垂直地埋管；地源熱泵；空調系統；民用建筑

地源熱泵的概念較為廣泛，以地熱的方式可分為水源和土壤源熱泵。土壤源熱泵空調是吸土壤、井水等冷熱量為建筑物提供冷熱服務的，是可再生且無污染的空調系統。水源熱泵空調則是使用水作為熱源的空調系統。在目前的建筑設計當中，會使用到各種空調系統，在這些系統中，地源熱泵空調是較為先進的一種空調系統，有著較高的環保性和節能型，能夠提高空調的節能性。地源熱泵空調系統在民用建筑中的應用不僅為人們提供了服務，節省了費用，而且使得現代空調的設計水平也大大的提升了。就目前地源熱泵空調的實際情況來說，該設計是一種新的技術，若要在實際應用中，如果沒有合理的設計，也就得不到更好的應用。文章探討垂直地埋管地源熱泵空調系統的設計和應用，以提供參考。

1 地源熱泵系統

地源熱泵空調系統是由地源熱泵機組、換熱系統以及建筑內系統組成的系統。機組工作的原理與普通的機組基本上是相同的，唯一的區別在于水源部分的溫度。地源熱泵空調系統冷熱的轉換主要是通過機組以及外管切換完成。換熱器是其中重要的一個部分。垂直地埋管是在垂直鉆孔中通過埋放U型換熱管，通過水平管把U型管聯成系統，通過土壤進行換熱。

圖一 垂直地埋管地源熱泵空調系統

在制冷的過程中，圖中的A和B位置代表的是冷水的進口和出口，C和D 代表的是冷卻水的進出口。當閥門2、4、5、7處于運行時，1、3、6、8就會關閉；而在制熱中，A和B是熱水的進出口，C和D是冷凝器中的熱水的進出口，閥門運行同制冷中的相反。垂直地埋管的直徑一般取D25-D32，采用PE材質的管道，深度在40米到80米間最佳。

2 垂直地埋管地源熱泵空調系統在民用建筑中的設計與應用

2.1 工程情況

A小區的民用建筑基本上是居民居住使用，樓層總共有12層，其中第一層為展覽廳，第二層到十二層是居民居住，地下一層為車庫和設備房。建筑的高度為49米，總面積為32500平方米。5層以上預留分體空調。

2.2 室外計算參數

夏季空調的室外干球溫度一般為34攝氏度，濕球溫度控制在27攝氏度，室外通風干球為30攝氏度，室外平均風速為2.1m/s。冬季室外干球溫度為零下6攝氏度，室外相對濕度為60.0%，通風室外干球溫度為0.1攝氏度，平均風速為2.6m/s。

2.3 設計指標

空調設計的熱負荷為710KW，冷負荷為1000KW。

2.4 空調系統設計

動力站：使用制熱量為612KW，制冷量為550KW的地源熱泵，放于地下室中，夏季提供7-11攝氏度的冷水，冬季提供36-40攝氏度的熱水。水系統為一次泵變流量系統，在動力站中準備一臺定頻水循環泵和一臺變頻水循環泵。水處理設備以及水箱等安放在地下室中的熱力站中，

水系統：使用兩管制的水系統，豎向干管異程放在豎井中而且要同水平干管相連接，水平干管主要地方在各個樓層的走廊吊頂處，水平干管需設置成靜態流量裝置，且在系統中的最高處放置放氣裝置。

空調形式：采用全空氣處理系統，回風和新風混合后，通過組合式空調送入到空調房中。

2.5 垂直埋管換熱器設計

埋管換熱器的換熱較為復雜，因而土壤源熱泵系統設計的難點在于地下換熱器的設計。埋管的形勢以及間距和埋深等具體的情況對于埋管換熱器同巖土間的換熱有直接的關系，而且還是換熱器的主要參數。另外，埋管所處地區的地質情況以及建筑物本身的負荷變化也是影響換熱器換熱的主要因素。

因為室外垂直埋管換熱器的費用一般主要用于鉆孔工程中，因此合理的設計換熱器埋管的長度確保空調系統設計的效果同時保障其經濟性。使用清華大學設計的DEST軟件可用于計算。

在民用建筑設計中，室外的垂直埋管換熱器要根據該建筑物的地質情況使用軟件進行計算。在對該處的地質進行勘察后，需鉆孔170個，孔徑維護260毫米，深120米，換熱管為U型的PE管道，占地4380平米，鉆孔費用為150萬元。

2.6 土壤源熱泵系統吸熱量和釋放量平衡方法

在系統設計中，熱泵系統的總吸熱量以及總釋放量的平衡是為了確保巖土熱穩定和系統的經濟性，確保空調能夠正常運行。

經濟性分析：對于該民用建筑的空調系統的經濟性分析主要從初步投資、年費等進行分析。

表1 土壤源熱泵初步投資方案（RMB）

設備費用 安裝費 機房建設費用 配電費 初投資

124.5 32.2 108.0 15 280.2

3 結語

目前的建筑設計當中，會使用到各種空調系統，在這些系統中，地源熱泵空調是較為先進的一種空調系統，有著較高的環保性和節能型，能夠提高空調的節能性。地源熱泵空調系統在民用建筑中的應用不僅為人們提供了服務，節省了費用，而且使得現代空調的設計水平也大大的提升了。就目前地源熱泵空調的實際情況來說，該設計是一種新的技術，在實際應用中合理的設計是確保其經濟性和應用的關鍵，因此，應根據建筑實際情況完善設計。

參考文獻

[1] Krichel， S.V” Sawodny，O.Dynamic modeling of compressors illustrated by anoil-flooded twin helical screw compressor[J] .Mechatronics.2011，21： 77-84.

[2] 付衛紅.單、雙U 型地埋管地源熱泵系統熱工特性及經濟性的研究[D].天津大學，2008，7（10）：4-46.

[3] 劉會會.地埋管地源熱泵技術應用于武漢地區空調工程的若干實例分析[D].武漢科技大學，2012，3（1）：27-28.

摘 要：地源熱泵是通過利用淺層地熱資源、能源，在使用熱泵技術的基礎上獲取可以提供空調冷熱水的系統。隨著能源、環境問題的越發嚴重，人們在健康生活的基礎上同樣也需要有一個和諧、持續發展的環境。節約能源也已經成為了空調行業必須面臨的一個重大問題。垂直地埋管地源熱泵是以地熱的方式劃分出來的土壤源熱泵，其在民用建筑中的應用也較為廣泛，并且發揮了重要作用。文章就其在民用建筑中的具體設計及應用情況進行分析。

關鍵詞：垂直地埋管；地源熱泵；空調系統；民用建筑

地源熱泵的概念較為廣泛，以地熱的方式可分為水源和土壤源熱泵。土壤源熱泵空調是吸土壤、井水等冷熱量為建筑物提供冷熱服務的，是可再生且無污染的空調系統。水源熱泵空調則是使用水作為熱源的空調系統。在目前的建筑設計當中，會使用到各種空調系統，在這些系統中，地源熱泵空調是較為先進的一種空調系統，有著較高的環保性和節能型，能夠提高空調的節能性。地源熱泵空調系統在民用建筑中的應用不僅為人們提供了服務，節省了費用，而且使得現代空調的設計水平也大大的提升了。就目前地源熱泵空調的實際情況來說，該設計是一種新的技術，若要在實際應用中，如果沒有合理的設計，也就得不到更好的應用。文章探討垂直地埋管地源熱泵空調系統的設計和應用，以提供參考。

1 地源熱泵系統

地源熱泵空調系統是由地源熱泵機組、換熱系統以及建筑內系統組成的系統。機組工作的原理與普通的機組基本上是相同的，唯一的區別在于水源部分的溫度。地源熱泵空調系統冷熱的轉換主要是通過機組以及外管切換完成。換熱器是其中重要的一個部分。垂直地埋管是在垂直鉆孔中通過埋放U型換熱管，通過水平管把U型管聯成系統，通過土壤進行換熱。

圖一 垂直地埋管地源熱泵空調系統

在制冷的過程中，圖中的A和B位置代表的是冷水的進口和出口，C和D 代表的是冷卻水的進出口。當閥門2、4、5、7處于運行時，1、3、6、8就會關閉；而在制熱中，A和B是熱水的進出口，C和D是冷凝器中的熱水的進出口，閥門運行同制冷中的相反。垂直地埋管的直徑一般取D25-D32，采用PE材質的管道，深度在40米到80米間最佳。

2 垂直地埋管地源熱泵空調系統在民用建筑中的設計與應用

2.1 工程情況

A小區的民用建筑基本上是居民居住使用，樓層總共有12層，其中第一層為展覽廳，第二層到十二層是居民居住，地下一層為車庫和設備房。建筑的高度為49米，總面積為32500平方米。5層以上預留分體空調。

2.2 室外計算參數

夏季空調的室外干球溫度一般為34攝氏度，濕球溫度控制在27攝氏度，室外通風干球為30攝氏度，室外平均風速為2.1m/s。冬季室外干球溫度為零下6攝氏度，室外相對濕度為60.0%，通風室外干球溫度為0.1攝氏度，平均風速為2.6m/s。

2.3 設計指標

空調設計的熱負荷為710KW，冷負荷為1000KW。

2.4 空調系統設計

動力站：使用制熱量為612KW，制冷量為550KW的地源熱泵，放于地下室中，夏季提供7-11攝氏度的冷水，冬季提供36-40攝氏度的熱水。水系統為一次泵變流量系統，在動力站中準備一臺定頻水循環泵和一臺變頻水循環泵。水處理設備以及水箱等安放在地下室中的熱力站中，

水系統：使用兩管制的水系統，豎向干管異程放在豎井中而且要同水平干管相連接，水平干管主要地方在各個樓層的走廊吊頂處，水平干管需設置成靜態流量裝置，且在系統中的最高處放置放氣裝置。

空調形式：采用全空氣處理系統，回風和新風混合后，通過組合式空調送入到空調房中。

2.5 垂直埋管換熱器設計

埋管換熱器的換熱較為復雜，因而土壤源熱泵系統設計的難點在于地下換熱器的設計。埋管的形勢以及間距和埋深等具體的情況對于埋管換熱器同巖土間的換熱有直接的關系，而且還是換熱器的主要參數。另外，埋管所處地區的地質情況以及建筑物本身的負荷變化也是影響換熱器換熱的主要因素。

因為室外垂直埋管換熱器的費用一般主要用于鉆孔工程中，因此合理的設計換熱器埋管的長度確保空調系統設計的效果同時保障其經濟性。使用清華大學設計的DEST軟件可用于計算。

在民用建筑設計中，室外的垂直埋管換熱器要根據該建筑物的地質情況使用軟件進行計算。在對該處的地質進行勘察后，需鉆孔170個，孔徑維護260毫米，深120米，換熱管為U型的PE管道，占地4380平米，鉆孔費用為150萬元。

2.6 土壤源熱泵系統吸熱量和釋放量平衡方法

在系統設計中，熱泵系統的總吸熱量以及總釋放量的平衡是為了確保巖土熱穩定和系統的經濟性，確保空調能夠正常運行。

經濟性分析：對于該民用建筑的空調系統的經濟性分析主要從初步投資、年費等進行分析。

表1 土壤源熱泵初步投資方案（RMB）

設備費用 安裝費 機房建設費用 配電費 初投資

124.5 32.2 108.0 15 280.2

3 結語

目前的建筑設計當中，會使用到各種空調系統，在這些系統中，地源熱泵空調是較為先進的一種空調系統，有著較高的環保性和節能型，能夠提高空調的節能性。地源熱泵空調系統在民用建筑中的應用不僅為人們提供了服務，節省了費用，而且使得現代空調的設計水平也大大的提升了。就目前地源熱泵空調的實際情況來說，該設計是一種新的技術，在實際應用中合理的設計是確保其經濟性和應用的關鍵，因此，應根據建筑實際情況完善設計。

參考文獻

[1] Krichel， S.V” Sawodny，O.Dynamic modeling of compressors illustrated by anoil-flooded twin helical screw compressor[J] .Mechatronics.2011，21： 77-84.

[2] 付衛紅.單、雙U 型地埋管地源熱泵系統熱工特性及經濟性的研究[D].天津大學，2008，7（10）：4-46.

[3] 劉會會.地埋管地源熱泵技術應用于武漢地區空調工程的若干實例分析[D].武漢科技大學，2012，3（1）：27-28.

摘 要：地源熱泵是通過利用淺層地熱資源、能源，在使用熱泵技術的基礎上獲取可以提供空調冷熱水的系統。隨著能源、環境問題的越發嚴重，人們在健康生活的基礎上同樣也需要有一個和諧、持續發展的環境。節約能源也已經成為了空調行業必須面臨的一個重大問題。垂直地埋管地源熱泵是以地熱的方式劃分出來的土壤源熱泵，其在民用建筑中的應用也較為廣泛，并且發揮了重要作用。文章就其在民用建筑中的具體設計及應用情況進行分析。

關鍵詞：垂直地埋管；地源熱泵；空調系統；民用建筑

地源熱泵的概念較為廣泛，以地熱的方式可分為水源和土壤源熱泵。土壤源熱泵空調是吸土壤、井水等冷熱量為建筑物提供冷熱服務的，是可再生且無污染的空調系統。水源熱泵空調則是使用水作為熱源的空調系統。在目前的建筑設計當中，會使用到各種空調系統，在這些系統中，地源熱泵空調是較為先進的一種空調系統，有著較高的環保性和節能型，能夠提高空調的節能性。地源熱泵空調系統在民用建筑中的應用不僅為人們提供了服務，節省了費用，而且使得現代空調的設計水平也大大的提升了。就目前地源熱泵空調的實際情況來說，該設計是一種新的技術，若要在實際應用中，如果沒有合理的設計，也就得不到更好的應用。文章探討垂直地埋管地源熱泵空調系統的設計和應用，以提供參考。

1 地源熱泵系統

地源熱泵空調系統是由地源熱泵機組、換熱系統以及建筑內系統組成的系統。機組工作的原理與普通的機組基本上是相同的，唯一的區別在于水源部分的溫度。地源熱泵空調系統冷熱的轉換主要是通過機組以及外管切換完成。換熱器是其中重要的一個部分。垂直地埋管是在垂直鉆孔中通過埋放U型換熱管，通過水平管把U型管聯成系統，通過土壤進行換熱。

圖一 垂直地埋管地源熱泵空調系統

在制冷的過程中，圖中的A和B位置代表的是冷水的進口和出口，C和D 代表的是冷卻水的進出口。當閥門2、4、5、7處于運行時，1、3、6、8就會關閉；而在制熱中，A和B是熱水的進出口，C和D是冷凝器中的熱水的進出口，閥門運行同制冷中的相反。垂直地埋管的直徑一般取D25-D32，采用PE材質的管道，深度在40米到80米間最佳。

2 垂直地埋管地源熱泵空調系統在民用建筑中的設計與應用

2.1 工程情況

A小區的民用建筑基本上是居民居住使用，樓層總共有12層，其中第一層為展覽廳，第二層到十二層是居民居住，地下一層為車庫和設備房。建筑的高度為49米，總面積為32500平方米。5層以上預留分體空調。

2.2 室外計算參數

夏季空調的室外干球溫度一般為34攝氏度，濕球溫度控制在27攝氏度，室外通風干球為30攝氏度，室外平均風速為2.1m/s。冬季室外干球溫度為零下6攝氏度，室外相對濕度為60.0%，通風室外干球溫度為0.1攝氏度，平均風速為2.6m/s。

2.3 設計指標

空調設計的熱負荷為710KW，冷負荷為1000KW。

2.4 空調系統設計

動力站：使用制熱量為612KW，制冷量為550KW的地源熱泵，放于地下室中，夏季提供7-11攝氏度的冷水，冬季提供36-40攝氏度的熱水。水系統為一次泵變流量系統，在動力站中準備一臺定頻水循環泵和一臺變頻水循環泵。水處理設備以及水箱等安放在地下室中的熱力站中，

水系統：使用兩管制的水系統，豎向干管異程放在豎井中而且要同水平干管相連接，水平干管主要地方在各個樓層的走廊吊頂處，水平干管需設置成靜態流量裝置，且在系統中的最高處放置放氣裝置。

空調形式：采用全空氣處理系統，回風和新風混合后，通過組合式空調送入到空調房中。

2.5 垂直埋管換熱器設計

埋管換熱器的換熱較為復雜，因而土壤源熱泵系統設計的難點在于地下換熱器的設計。埋管的形勢以及間距和埋深等具體的情況對于埋管換熱器同巖土間的換熱有直接的關系，而且還是換熱器的主要參數。另外，埋管所處地區的地質情況以及建筑物本身的負荷變化也是影響換熱器換熱的主要因素。

因為室外垂直埋管換熱器的費用一般主要用于鉆孔工程中，因此合理的設計換熱器埋管的長度確保空調系統設計的效果同時保障其經濟性。使用清華大學設計的DEST軟件可用于計算。

在民用建筑設計中，室外的垂直埋管換熱器要根據該建筑物的地質情況使用軟件進行計算。在對該處的地質進行勘察后，需鉆孔170個，孔徑維護260毫米，深120米，換熱管為U型的PE管道，占地4380平米，鉆孔費用為150萬元。

2.6 土壤源熱泵系統吸熱量和釋放量平衡方法

在系統設計中，熱泵系統的總吸熱量以及總釋放量的平衡是為了確保巖土熱穩定和系統的經濟性，確保空調能夠正常運行。

經濟性分析：對于該民用建筑的空調系統的經濟性分析主要從初步投資、年費等進行分析。

表1 土壤源熱泵初步投資方案（RMB）

設備費用 安裝費 機房建設費用 配電費 初投資

124.5 32.2 108.0 15 280.2

3 結語

目前的建筑設計當中，會使用到各種空調系統，在這些系統中，地源熱泵空調是較為先進的一種空調系統，有著較高的環保性和節能型，能夠提高空調的節能性。地源熱泵空調系統在民用建筑中的應用不僅為人們提供了服務，節省了費用，而且使得現代空調的設計水平也大大的提升了。就目前地源熱泵空調的實際情況來說，該設計是一種新的技術，在實際應用中合理的設計是確保其經濟性和應用的關鍵，因此，應根據建筑實際情況完善設計。

參考文獻

[1] Krichel， S.V” Sawodny，O.Dynamic modeling of compressors illustrated by anoil-flooded twin helical screw compressor[J] .Mechatronics.2011，21： 77-84.

[2] 付衛紅.單、雙U 型地埋管地源熱泵系統熱工特性及經濟性的研究[D].天津大學，2008，7（10）：4-46.

[3] 劉會會.地埋管地源熱泵技術應用于武漢地區空調工程的若干實例分析[D].武漢科技大學，2012，3（1）：27-28.