地源热泵空调系统基本知识讲座（三）：地源热泵（GSHP）的系统选型设计

地源热泵（ GSHP ）的系统选型设计
一、确定建筑物的冷热设计负荷
设计负荷是用来确定系统设备的大小和型号的，根据设计负荷设计空气分布系统（送风口，回风口和风管系统），设计负荷的计算必须以当地设计日的标准设计工况 为依据。在确定建筑物的最大负荷时，必须逐时计算出每个房间、每个区域所必需的负荷信息，并求出其中的最大值。 为了进一步分析土壤热泵系统的能耗情况，必须对建筑物进行必要的能耗计算。 通常所采用的方法有：度日法，温频法和逐时法。
度日法是最简单的计算方法，但通常结果不理想。当系统运行效率取决于室外空气条件时，不能采用度日法计算该系统的能耗，例如土壤热泵系统。
温频法是将全年温度划分为若干组，分别计算系统在每个温度组内的能耗量。温频法考虑到了外空气的影响和部分负荷工况的影响，而且该方法可以通过精确划分满足特殊系统的要求。温频法计算能耗对于手算和计算机计算都很方便。
逐时法主要是用于需要确定大量细节的大型建筑的能耗计算，由于其计算量非常大，通常采用计算机计算。
二、热泵机组的选择
对住宅和商业系统来说，设备通常是一个机组模块，一旦选定一个机组，则许多参数都是固定的，调节的余地不大。例如，土壤热泵的设计水流量的调节范围也是有 限的。因此，系统的其他部分如风机盘管系统或土壤换热器以及防冻循环泵等都必须与热泵的制热（冷）量要求相匹配。在大型建筑热泵系统内，一般要采用二次输 送系统。在这种系统中，中央机组的确定应满足建筑物的最大负荷。而二次输送系统中的空气处理器的换热能力应满足该区域的当地负荷。
1. 热泵容量的选择：
热力循环原理表明同一热泵不可能同时满足冷热两种负荷。选择热泵容量的依据究竟是热负荷还是冷负荷呢？这个问题的解决首先要考虑人的舒适感。当系统的制冷 量大于冷负荷时，系统必须频繁的启动，这会造成盘管的平均温度升高，同时又不能去除室内空气中的湿度，频繁的循环还会降低设备的使用寿命，降低运行效率， 增加制冷过程的运行费用。设备选得过大也会增加系统的初投资。因此，在江苏地区选择热泵一般情况下应该以冬季热冷负荷为依据。由于在南方地区冷负荷相对较 高，而冬季的热冷负荷相对较低，在这种情况下，设备容量的选择可以适当偏大，但一般不要超过热负荷的25%。
2 ．热泵性能的确定：
假定其他变量如空气体积流量，室内空气温度等保持不变，则土壤热泵的性能取决于热泵的进水温度，必须确定室外空气和进水温度之间的关系。进水温度与多个因 素有关，如一年的运行时间，土壤类型，土壤换热器的类型、大小等。当季节变化时，如果系统不频繁运行，进水温度大约和地下土壤的温度相同。
三、地源热泵循环水的换热量计算
由于无论是土壤热泵系统的土壤换热器，水源热泵系统的管井还有地表水热泵系统的地表水换热器设计需要知道在某一特定阶段内从地下吸取的热量或释放到地下的 热量，即地源热泵循环水的换热量，通常应满足一年中最冷月和最热月的要求。在供冷季节，输入系统的所有能量都必须释放到地下，这些能量包括系统热负荷、系 统耗功量和循环水泵的耗功量。循环泵耗功量可近似为泵的耗功量与热泵运行小时数的乘积。在供热季节，从地下吸收的热量等于设备的制热量减去输入的电功。输 入的热量包括压缩机耗功量和循环水泵的耗功量。
冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。可以由下述公式计算：

其中，
Q11 — 夏季向浅层地表排放的热量，kW， Q1 — 夏季设计总冷负荷，kW
Q12 — 冬季从浅层地表吸收的热量，kW， Q2 — 冬季设计总热负荷，kW
COP1 — 设计工况下水-水热泵机组的制冷系数
COP2 — 设计工况下水-水热泵机组的供热系数
一般地，水-水热泵的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量以及制冷系数、供热系数，计算时应从样本中选用设计工况下的COP1、COP2 。若样本中无所需的设计工况，可以采用插值法计算。