導語：土壤熱源熱泵分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文介紹了上海某高級別墅土壤熱源熱泵系統(tǒng)設計具體情況。采用BIN法分別計算別墅全年動態(tài)負荷分布及土壤熱源熱泵系統(tǒng)全年運行能耗。以風冷熱泵系統(tǒng)為參考，對土壤熱源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能效果做出綜合評價。

關(guān)鍵詞：高級別墅土壤熱源熱泵系統(tǒng)風冷熱泵系統(tǒng)節(jié)能效果

1引言

隨著人民生活水平的提高和國民經(jīng)濟的高速增長，人們對居住環(huán)境舒適度和能耗要求越來越高。而如今自然資源的過度耗費，自然環(huán)境的嚴重污染，迫使人類不得不對自己所走過的道路進行反思。1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會制定并通過了《21世紀議程》，明確指出：節(jié)能、環(huán)保是人類可持續(xù)發(fā)展的兩大主題。土壤熱源熱泵系統(tǒng)（GSHP）以其節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的突出優(yōu)點，成為空調(diào)供暖工程優(yōu)先選擇的方案之一。

2GSHP系統(tǒng)的基本原理

它以大地作為熱源（熱匯），冬季將大地中的低位熱能取出提高，對建筑供暖，同時儲存冷量以備夏天使用；夏季將建筑內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下對建筑進行降溫，同時蓄存熱量以備冬天使用。夏熱冬冷的長江三角洲地區(qū)制冷與供暖的天數(shù)大致相當，冷熱負荷基本相同。利用該技術(shù)可以充分發(fā)揮土壤的蓄熱作用，達到環(huán)保節(jié)能的雙重功效。

3某高級別墅GSHP系統(tǒng)設計

3.1建筑概況

該高級別墅群依托佘山國家旅游度假區(qū)，山體、森林、水系和綠化面積高達62%，自然資源優(yōu)勢突出。以某幢兩層獨立式別墅為例，建筑面積為950m2，功能分區(qū)明確，房間眾多包括臥房、客房、起居室、餐廳、門廳等，地下一層設有娛樂、酒吧間、健身房、酒窖等。

3.2土壤地質(zhì)狀況

地質(zhì)鉆探表明：佘山地區(qū)的淺層土壤是以粘土、砂粉土為主的軟土，土壤比較潮濕，地下水位較高，較適合GSHP系統(tǒng)的應用。

3.3室外設計參數(shù)[1]

夏季：室外干球溫度為34℃，濕球溫度為28.2℃，日平均溫度為30.4℃，大氣壓力為100530Pa，風速為3.2m/s。

冬季：室外空調(diào)溫度為-4℃，相對濕度為75％，大氣壓力102510Pa，風速為3.1m/s。

表1室內(nèi)設計參數(shù)房間用途夏季設計溫度℃冬季設計溫度℃夏季相對濕度％冬季相對濕度％人員密度人/m2照明W/m2新風量m3/hp

起居室高級起居261860400.152030

門廳門廳261860400.122030

餐廳餐廳261860400.122030

臥室高級臥室261860400.102025

娛樂酒吧261860400.232030

女傭一般臥室261860400.122025

表2房間負荷及機組主要參數(shù)表房間冷負荷kW熱負荷kW機組型號冷量kW耗功kW熱量kW耗功kW尺寸

1F-1起居13.018.69GEHA04212.13.7112.63.431472*638*533

1F-2餐廳7.955.77GEHA0247.22.037.51.911168*584*432

1F-3客房10.696.29GEHA0309.12.529.52.371270*635*432

2F-1主臥7.514.77GEHA0247.22.037.51.911168*584*432

2F-2其他13.689.68GEHA04212.13.7112.63.431472*638*533

-1F地下11.026.25GEHA04212.713.7112.63.431472*638*533

注：斜體為制熱工況。

表3埋地換熱器基本設計參數(shù)單位換熱量W/m換熱量kW管長m孔數(shù)孔深m計算流速m/s孔間距m鉆孔直徑mm水管凈間距mm管徑mm

IIIIIIIIIIIIIII

50[2]34.8535.266977056658.158.80.730.824.5[3]1106025

表4上海地區(qū)2℃間隔、24小時運行的BIN參數(shù)BIN-6-4-202468101214

小時數(shù)（h）

濕球溫度（℃）1276168351524486440498521478428

-6.3-5.1-3.3-1.60.11.83.86.28.210.011.5

BIN1618202224262830323436

小時數(shù)（h）

濕球溫度（℃）499589613616537718587361927714

13.615.517.61921.423.825.025.826.427.027.4

3.4負荷計算及機組選型

鑒于別墅內(nèi)房間眾多，功能分區(qū)明確，同時使用系數(shù)低?？照{(diào)系統(tǒng)采用分區(qū)獨立設計，不同房間負荷及機組配置見表2。外墻開設新風口，直接引入主機回風靜壓箱，計算不考慮風系統(tǒng)引起的冷量損失。

3.5埋地換熱器設計

根據(jù)空調(diào)負荷分配，設置兩組地下埋管系統(tǒng)，I號系統(tǒng)負責別墅地上一層需求，II號系統(tǒng)負擔地下一層和地上二層空調(diào)需要。環(huán)路采用單U型豎埋管設計，同程式布置以保持環(huán)路間水力平衡。根據(jù)系統(tǒng)設計流量、阻力計算并考慮附加修正，I、II號系統(tǒng)各配置PTB40-125A循環(huán)水泵一臺。換熱器主要設計參數(shù)見表3。

4GSHP系統(tǒng)節(jié)能效果分析

研究人員在分析空調(diào)系統(tǒng)能耗時，多采用負荷頻率表法和滿負荷當量法，這種方法雖然直觀簡便，但未考慮建筑的個體特性，誤差不容忽視。本文選擇BIN法進行別墅全年動態(tài)負荷及空調(diào)系統(tǒng)全年能耗計算。

4.1BIN參數(shù)[4]

根據(jù)1984年的氣象觀測日報表，上海氣象局用拉格朗日插值法，生成了全年8784小時（閏年）的逐時干球溫度、相對濕度、風向、風速、氣壓、總云量、法向直射日射、水平面的散射日射等數(shù)據(jù)?；谏鲜鰯?shù)據(jù)，上海地區(qū)2℃間隔、24小時運行的BIN參數(shù)見表4，其中四個與建筑能耗有關(guān)的代表溫度見表5。

表5上海地區(qū)BIN參數(shù)關(guān)鍵溫度高峰冷負荷溫度℃中間冷負荷溫度℃中間熱負荷溫度℃高峰熱負荷溫度℃

36248-6

4.2別墅全年動態(tài)負荷

別墅全年動態(tài)負荷見圖1。

4.3GSHP系統(tǒng)全年運行能耗

土壤熱源熱泵系統(tǒng)能耗主要包括水源熱泵機組的功耗、埋地換熱器側(cè)循環(huán)水泵功耗、室內(nèi)側(cè)冷凍水循環(huán)水泵功耗、空調(diào)末端設備功耗。節(jié)能效果評價選擇風冷熱泵（ASHP）為參考，以冷熱源側(cè)運行能耗為主，不考慮室內(nèi)側(cè)循環(huán)水泵、末端設備功耗，見圖4、5、6。

4.4節(jié)能效果評價

本文使用季節(jié)能效比SEER（SeasonEnergyEfficiencyRatio）來分析兩種系統(tǒng)的運行性能。SEER定義如下：

計算可得：

ASHP系統(tǒng)夏季運行：SEER＝2.86

ASHP系統(tǒng)冬季運行：SEER＝2.69

GSHP系統(tǒng)夏季運行：SEER＝3.28

GSHP系統(tǒng)冬季運行：SEER＝4.14

顯然，冬夏季運行，GSHP系統(tǒng)的季節(jié)能效比均遠遠高于ASHP系統(tǒng)，尤其冬季運行時，節(jié)能效果更加顯著。

空調(diào)系統(tǒng)分區(qū)獨立設計便于用戶根據(jù)房間使用情況，自由調(diào)節(jié)主機、埋地換熱系統(tǒng)開啟。表6列舉了GSHP系統(tǒng)若干運行工況分類，能耗比較見圖7。

表6工況運行參數(shù)Sort1F2F-1FI#II#

Case1√√√√√

Case2√××√×

Case3×√××√

Case4××√×√

注：√代表系統(tǒng)開啟；×代表系統(tǒng)關(guān)閉。

5結(jié)論

本文介紹了上海地區(qū)某高級別墅土壤熱源熱泵系統(tǒng)設計情況。采用BIN法，分別計算了別墅全年動態(tài)負荷分布、GSHP系統(tǒng)全年運行能耗、ASHP系統(tǒng)全年運行能耗，并選擇季節(jié)能效比SEER評價其節(jié)能效果。結(jié)果表明：

（1）GSHP系統(tǒng)冬夏季運行，其SEER均遠高ASHP系統(tǒng)。夏季運行可節(jié)能12％，冬季運行穩(wěn)定，避免除霜能耗，節(jié)能效果更加顯著，可節(jié)能35％。

（2）系統(tǒng)分區(qū)獨立設計便于住戶根據(jù)使用需求，自由調(diào)節(jié)主機、埋管系統(tǒng)的開啟狀況，節(jié)能潛力更加顯著。

（3）GSHP系統(tǒng)換熱器深埋地下，無外掛設備，對城市熱環(huán)境、聲環(huán)境沒有影響，是一種在夏熱冬冷地區(qū)值得大力推薦的綠色空調(diào)系統(tǒng)。

參考文獻

[1]GBJ19-87采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范[s]

[2]張旭，太陽能——土壤熱源熱泵及相關(guān)基礎理論研究：[同濟大學博士后研究報告]，上海：同濟大學，1999

[3]謝汝鏞，地源熱泵系統(tǒng)的設計，現(xiàn)代空調(diào)（3），2001

[4]龍惟定，上海地區(qū)的BIN氣象參數(shù)，制冷技術(shù)，1990（4）