地源热泵系统类型的选择

地源热泵系统类型的选择
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一、建筑物冷、热负荷计算
在地源热泵系统选择、设备选型及进行地源热泵系统设计之前，必须对建筑冷负荷、热负荷进行计算。计算时首先应进行空调分区，然后确定每个分区的冷、热负荷，最后计算整幢建筑的总热负荷和冷负荷。分区负荷用于各分区的水源热泵机组的选型，总负荷用于确定热泵系统主设备容量及地源热泵系统需要的附属设备的选择。
1．建筑空调分区
一个空调分区是指这样一个区域：该区域内可设一个温控器，也可根据需要设几台热泵机组、几个温控器；该区域可由若干个区间组成，但同一空调区内，任意时刻负荷特性必须相同，即要么都是冷负荷，要么都是热负荷。通常在同一空调分区内，空间用途或使用功能应相同；温度设定值相同；人员、设备、照明、太阳得热及冷风渗透或通风负荷相同。对于周边区域，其朝向或基本方位应相同。内区或核心区不应有明显的外表面。对于大开间的办公室，即使没有内墙分隔，周边区与内区或核心区的负荷特性也不相同。与中间层相比，顶层与低层应区别对待，因为屋顶与地面的传热负荷及主要入口的渗透负荷，与其他层不同。在准确分区前，应提供建筑平面详图，包括：室内人数、设备及照明使用情况、工作时间表及在建筑中所处的方位。同时还需要明确地点及与设计有关的建筑法规等。
2．分区设计热负荷与冷负荷计算
建筑空调分区完成后，需要进行设计冷、热负荷或最大分区冷、热负荷计算。计算时需提供建筑平面图及建筑使用情况信息。
3．建筑物热负荷与冷负荷确定
建筑物热负荷与冷负荷主要用于确定设计供热工况下建筑物内系统水不路最大吸热量，以及设计供冷工况下系统水不路最大散热量。其值为各分区负荷之和的峰值。将分区负荷按下樘方法进行累计，可确定建筑物热负荷与冷负荷：
⑴分别对设计日不同时刻的所有分区冷负荷求和。
⑵选择设计日不同时刻总冷负荷中的最大值作为建筑物冷负荷。
⑶所有分区的热负荷之和即为建筑物热负荷。
二、地源热泵系统类型选择
为了能最好地满足项目的要求，必须合理地选择地源热泵系统类型。在系统类型选择时应考虑如下一些主要问题。
1．地埋管地源热泵系统
在现场缺乏地下水，或就现场地下状况而言，采用地下水地源热泵系统并不经济。与此类似，在现场无可利用的地表水或地表水的水域范围和深度不太适合，或者即使地下水适用，地下水的处理也许会存在问题，地下水的抽取和排放还可能存在限制。此时应该考虑地埋管地源热泵系统。设计此系统要考虑下列问题：
⑴地埋管换热器所需的地面面积可参考表1给出的数据进行计算。所需要的地面面积与埋管的形式有关。
⑵垂直换热器通常用在6层以下的建筑物，以满足所用管道的承压要求。如果选用耐压更高的管道，楼层可增加。但高强度管更昂贵且难以加工。
⑶采用水平换热器时，建筑高度不受限制，主要考虑的问题是埋设换热器的地面面积。
⑷许多采用地源热泵系统的商用或公用项目中，具有像运动场、草坪和公园等地面，可供地埋管换热器使用。
⑸除非水环路温度总高于7.2-10℃，否则为避免管道表面结露和热损失，水管均需保温。除一些以冷负荷为主的大楼内区，或位于南方的建筑外，都要考虑采用防冻水溶液。
⑹水源热泵机组选择时的进水温度，从热时从北方区的-1.1℃到南方区的12.7℃，供冷时从北方区的32℃到南方区的40.6℃。
2．地下水地源热泵系统
如果有足够的地下水量、水质较好，有开采手段，当地规定又允许，则应考虑采用地下水地源热泵系统。以下是设计此系统要考虑的一些问题：
⑴地下水井的流量应满足建筑物最大冷负荷和热负荷的要求。
⑵优先考虑闭式地下水系统，即在地下水和建筑物水球路之间采用板式换热器进行换热。
⑶如果采用开式地下水系统，建筑物应有一个注入地下水面的供销层结构，以便减少水泵的能耗。
⑷如果选择带有板式换热器的闭式地下水系统，建筑物的高度不受限制。
⑸地下水系统运行的管道必须保温，闭式地下水系统的循环水路要采用防冻水溶液。
⑹采用地下水系统时，较大建筑物的经济性能比小的建筑物好。
⑺水源热泵机组选择时的进水温度，供热时北方区的4.4℃到南方区的10℃，供冷时从北方区的23.8℃到南方区的29.4℃。
3．地表水地源热泵系统
如果存在地表水或通过开发能够引到地表水，则应考虑采用地表水地源热泵系统，以下是设计此系统要考虑的一些问题：
⑴对大型商业或公用建筑开发的项目，需要解决大水体的排水问题。
⑵地表水的表面面积要求不小于279㎡，深度不小于1.8m，以满足供冷设计工况下的放热量和供热设计工况下的吸热量的要求。
⑶对建筑高度没有限制。
⑷水源热泵机组选择时的进水温度，供热时从北方区的-1.1℃到南方区的12.8℃，供冷时从北方区的26.7℃到南方区的35℃。
三、分区水源热泵机组选择
一旦确定了地源热泵系统类型，就可以选择每个分区的水源热泵机组。首先根据机组在分区中所要安装的校园，选择合适的机组形式，例如：落地式机组可以安装在外墙窗下；水平式机组可以安装在吊顶内；垂直式机组适合安装在壁橱或机房里等。然后根据以下步骤选择机组的具体型号：
⑴根据每个分区的设计冷负荷选择热机组。机组的制冷量不小于分区峰值冷负荷的95%，以保证机组的制冷量能够满足实际要求。
⑵比较机组制热量和分区设计热负荷。可以选择大一号的机组，但机组制冷量不超过设计冷负荷的125%，除非热泵机组具有多速风机和自动调节风量的手段。
⑶在内我或外区建筑的内区， 一般没有热负荷，可以考虑采用定风量水冷空调节器机组。在核心区冷负荷变化较大的区域，可考虑选择变风量水冷空调机组。
⑷地源热泵机组标准制冷工况的回风干球温度为27℃，球温度19℃；标准制热工况的回风干球温度为20℃，湿球温度为15℃。
⑸进水温度取决于所选择的系统类型，例如，当采用地下水作为低温热源时，其标准制冷工况的进水温度为18℃，标准制热工况的进水温度为15℃；当采用地表水或土壤作为低温热源时，其标准制冷工况的进水温度25℃，标准制热工况的进水温度为0℃。这些进水温度值可作为初始设计的进水温度值，如果可能可用现场实际数据代替或分析计算得出的数值。
⑹如果所选热泵机组的负荷过大，可以对服务区再分区或重新分我，以满足热泵机组的选择。
⑺对每个分区的热泵机组，根据需要研究室送风管、回风管及新风管的设计和布置。