垂直地埋管地源热泵空调系统在民用建筑中的设计与应用

陆妍杰

摘 要：地源热泵是通过利用浅层地热资源、能源，在使用热泵技术的基础上获取可以提供空调冷热水的系统。随着能源、环境问题的越发严重，人们在健康生活的基础上同样也需要有一个和谐、持续发展的环境。节约能源也已经成为了空调行业必须面临的一个重大问题。垂直地埋管地源热泵是以地热的方式划分出来的土壤源热泵，其在民用建筑中的应用也较为广泛，并且发挥了重要作用。文章就其在民用建筑中的具体设计及应用情况进行分析。

关键词：垂直地埋管；地源热泵；空调系统；民用建筑

地源热泵的概念较为广泛，以地热的方式可分为水源和土壤源热泵。土壤源热泵空调是吸土壤、井水等冷热量为建筑物提供冷热服务的，是可再生且无污染的空调系统。水源热泵空调则是使用水作为热源的空调系统。在目前的建筑设计当中，会使用到各种空调系统，在这些系统中，地源热泵空调是较为先进的一种空调系统，有着较高的环保性和节能型，能够提高空调的节能性。地源热泵空调系统在民用建筑中的应用不仅为人们提供了服务，节省了费用，而且使得现代空调的设计水平也大大的提升了。就目前地源热泵空调的实际情况来说，该设计是一种新的技术，若要在实际应用中，如果没有合理的设计，也就得不到更好的应用。文章探讨垂直地埋管地源热泵空调系统的设计和应用，以提供参考。

1 地源热泵系统

地源热泵空调系统是由地源热泵机组、换热系统以及建筑内系统组成的系统。机组工作的原理与普通的机组基本上是相同的，唯一的区别在于水源部分的温度。地源热泵空调系统冷热的转换主要是通过机组以及外管切换完成。换热器是其中重要的一个部分。垂直地埋管是在垂直钻孔中通过埋放U型换热管，通过水平管把U型管联成系统，通过土壤进行换热。

图一 垂直地埋管地源热泵空调系统

在制冷的过程中，图中的A和B位置代表的是冷水的进口和出口，C和D 代表的是冷却水的进出口。当阀门2、4、5、7处于运行时，1、3、6、8就会关闭；而在制热中，A和B是热水的进出口，C和D是冷凝器中的热水的进出口，阀门运行同制冷中的相反。垂直地埋管的直径一般取D25-D32，采用PE材质的管道，深度在40米到80米间最佳。

2 垂直地埋管地源热泵空调系统在民用建筑中的设计与应用

2.1 工程情况

A小区的民用建筑基本上是居民居住使用，楼层总共有12层，其中第一层为展览厅，第二层到十二层是居民居住，地下一层为车库和设备房。建筑的高度为49米，总面积为32500平方米。5层以上预留分体空调。

2.2 室外计算参数

夏季空调的室外干球温度一般为34摄氏度，湿球温度控制在27摄氏度，室外通风干球为30摄氏度，室外平均风速为2.1m/s。冬季室外干球温度为零下6摄氏度，室外相对湿度为60.0%，通风室外干球温度为0.1摄氏度，平均风速为2.6m/s。

2.3 设计指标

空调设计的热负荷为710KW，冷负荷为1000KW。

2.4 空调系统设计

动力站：使用制热量为612KW，制冷量为550KW的地源热泵，放于地下室中，夏季提供7-11摄氏度的冷水，冬季提供36-40摄氏度的热水。水系统为一次泵变流量系统，在动力站中准备一台定频水循环泵和一台变频水循环泵。水处理设备以及水箱等安放在地下室中的热力站中，

水系统：使用两管制的水系统，竖向干管异程放在竖井中而且要同水平干管相连接，水平干管主要地方在各个楼层的走廊吊顶处，水平干管需设置成静态流量装置，且在系统中的最高处放置放气装置。

空调形式：采用全空气处理系统，回风和新风混合后，通过组合式空调送入到空调房中。

2.5 垂直埋管换热器设计

埋管换热器的换热较为复杂，因而土壤源热泵系统设计的难点在于地下换热器的设计。埋管的形势以及间距和埋深等具体的情况对于埋管换热器同岩土间的换热有直接的关系，而且还是换热器的主要参数。另外，埋管所处地区的地质情况以及建筑物本身的负荷变化也是影响换热器换热的主要因素。

因为室外垂直埋管换热器的费用一般主要用于钻孔工程中，因此合理的设计换热器埋管的长度确保空调系统设计的效果同时保障其经济性。使用清华大学设计的DEST软件可用于计算。

在民用建筑设计中，室外的垂直埋管换热器要根据该建筑物的地质情况使用软件进行计算。在对该处的地质进行勘察后，需钻孔170个，孔径维护260毫米，深120米，换热管为U型的PE管道，占地4380平米，钻孔费用为150万元。

2.6 土壤源热泵系统吸热量和释放量平衡方法

在系统设计中，热泵系统的总吸热量以及总释放量的平衡是为了确保岩土热稳定和系统的经济性，确保空调能够正常运行。

经济性分析：对于该民用建筑的空调系统的经济性分析主要从初步投资、年费等进行分析。

表1 土壤源热泵初步投资方案（RMB）

设备费用 安装费 机房建设费用 配电费 初投资

124.5 32.2 108.0 15 280.2

3 结语

目前的建筑设计当中，会使用到各种空调系统，在这些系统中，地源热泵空调是较为先进的一种空调系统，有着较高的环保性和节能型，能够提高空调的节能性。地源热泵空调系统在民用建筑中的应用不仅为人们提供了服务，节省了费用，而且使得现代空调的设计水平也大大的提升了。就目前地源热泵空调的实际情况来说，该设计是一种新的技术，在实际应用中合理的设计是确保其经济性和应用的关键，因此，应根据建筑实际情况完善设计。

参考文献

[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] 付卫红.单、双U 型地埋管地源热泵系统热工特性及经济性的研究[D].天津大学，2008，7（10）：4-46.

[3] 刘会会.地埋管地源热泵技术应用于武汉地区空调工程的若干实例分析[D].武汉科技大学，2012，3（1）：27-28.

摘 要：地源热泵是通过利用浅层地热资源、能源，在使用热泵技术的基础上获取可以提供空调冷热水的系统。随着能源、环境问题的越发严重，人们在健康生活的基础上同样也需要有一个和谐、持续发展的环境。节约能源也已经成为了空调行业必须面临的一个重大问题。垂直地埋管地源热泵是以地热的方式划分出来的土壤源热泵，其在民用建筑中的应用也较为广泛，并且发挥了重要作用。文章就其在民用建筑中的具体设计及应用情况进行分析。

关键词：垂直地埋管；地源热泵；空调系统；民用建筑

地源热泵的概念较为广泛，以地热的方式可分为水源和土壤源热泵。土壤源热泵空调是吸土壤、井水等冷热量为建筑物提供冷热服务的，是可再生且无污染的空调系统。水源热泵空调则是使用水作为热源的空调系统。在目前的建筑设计当中，会使用到各种空调系统，在这些系统中，地源热泵空调是较为先进的一种空调系统，有着较高的环保性和节能型，能够提高空调的节能性。地源热泵空调系统在民用建筑中的应用不仅为人们提供了服务，节省了费用，而且使得现代空调的设计水平也大大的提升了。就目前地源热泵空调的实际情况来说，该设计是一种新的技术，若要在实际应用中，如果没有合理的设计，也就得不到更好的应用。文章探讨垂直地埋管地源热泵空调系统的设计和应用，以提供参考。

1 地源热泵系统

地源热泵空调系统是由地源热泵机组、换热系统以及建筑内系统组成的系统。机组工作的原理与普通的机组基本上是相同的，唯一的区别在于水源部分的温度。地源热泵空调系统冷热的转换主要是通过机组以及外管切换完成。换热器是其中重要的一个部分。垂直地埋管是在垂直钻孔中通过埋放U型换热管，通过水平管把U型管联成系统，通过土壤进行换热。

图一 垂直地埋管地源热泵空调系统

在制冷的过程中，图中的A和B位置代表的是冷水的进口和出口，C和D 代表的是冷却水的进出口。当阀门2、4、5、7处于运行时，1、3、6、8就会关闭；而在制热中，A和B是热水的进出口，C和D是冷凝器中的热水的进出口，阀门运行同制冷中的相反。垂直地埋管的直径一般取D25-D32，采用PE材质的管道，深度在40米到80米间最佳。

2 垂直地埋管地源热泵空调系统在民用建筑中的设计与应用

2.1 工程情况

A小区的民用建筑基本上是居民居住使用，楼层总共有12层，其中第一层为展览厅，第二层到十二层是居民居住，地下一层为车库和设备房。建筑的高度为49米，总面积为32500平方米。5层以上预留分体空调。

2.2 室外计算参数

夏季空调的室外干球温度一般为34摄氏度，湿球温度控制在27摄氏度，室外通风干球为30摄氏度，室外平均风速为2.1m/s。冬季室外干球温度为零下6摄氏度，室外相对湿度为60.0%，通风室外干球温度为0.1摄氏度，平均风速为2.6m/s。

2.3 设计指标

空调设计的热负荷为710KW，冷负荷为1000KW。

2.4 空调系统设计

动力站：使用制热量为612KW，制冷量为550KW的地源热泵，放于地下室中，夏季提供7-11摄氏度的冷水，冬季提供36-40摄氏度的热水。水系统为一次泵变流量系统，在动力站中准备一台定频水循环泵和一台变频水循环泵。水处理设备以及水箱等安放在地下室中的热力站中，

水系统：使用两管制的水系统，竖向干管异程放在竖井中而且要同水平干管相连接，水平干管主要地方在各个楼层的走廊吊顶处，水平干管需设置成静态流量装置，且在系统中的最高处放置放气装置。

空调形式：采用全空气处理系统，回风和新风混合后，通过组合式空调送入到空调房中。

2.5 垂直埋管换热器设计

埋管换热器的换热较为复杂，因而土壤源热泵系统设计的难点在于地下换热器的设计。埋管的形势以及间距和埋深等具体的情况对于埋管换热器同岩土间的换热有直接的关系，而且还是换热器的主要参数。另外，埋管所处地区的地质情况以及建筑物本身的负荷变化也是影响换热器换热的主要因素。

因为室外垂直埋管换热器的费用一般主要用于钻孔工程中，因此合理的设计换热器埋管的长度确保空调系统设计的效果同时保障其经济性。使用清华大学设计的DEST软件可用于计算。

在民用建筑设计中，室外的垂直埋管换热器要根据该建筑物的地质情况使用软件进行计算。在对该处的地质进行勘察后，需钻孔170个，孔径维护260毫米，深120米，换热管为U型的PE管道，占地4380平米，钻孔费用为150万元。

2.6 土壤源热泵系统吸热量和释放量平衡方法

在系统设计中，热泵系统的总吸热量以及总释放量的平衡是为了确保岩土热稳定和系统的经济性，确保空调能够正常运行。

经济性分析：对于该民用建筑的空调系统的经济性分析主要从初步投资、年费等进行分析。

表1 土壤源热泵初步投资方案（RMB）

设备费用 安装费 机房建设费用 配电费 初投资

124.5 32.2 108.0 15 280.2

3 结语

目前的建筑设计当中，会使用到各种空调系统，在这些系统中，地源热泵空调是较为先进的一种空调系统，有着较高的环保性和节能型，能够提高空调的节能性。地源热泵空调系统在民用建筑中的应用不仅为人们提供了服务，节省了费用，而且使得现代空调的设计水平也大大的提升了。就目前地源热泵空调的实际情况来说，该设计是一种新的技术，在实际应用中合理的设计是确保其经济性和应用的关键，因此，应根据建筑实际情况完善设计。

参考文献

[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] 付卫红.单、双U 型地埋管地源热泵系统热工特性及经济性的研究[D].天津大学，2008，7（10）：4-46.

[3] 刘会会.地埋管地源热泵技术应用于武汉地区空调工程的若干实例分析[D].武汉科技大学，2012，3（1）：27-28.

摘 要：地源热泵是通过利用浅层地热资源、能源，在使用热泵技术的基础上获取可以提供空调冷热水的系统。随着能源、环境问题的越发严重，人们在健康生活的基础上同样也需要有一个和谐、持续发展的环境。节约能源也已经成为了空调行业必须面临的一个重大问题。垂直地埋管地源热泵是以地热的方式划分出来的土壤源热泵，其在民用建筑中的应用也较为广泛，并且发挥了重要作用。文章就其在民用建筑中的具体设计及应用情况进行分析。

关键词：垂直地埋管；地源热泵；空调系统；民用建筑

地源热泵的概念较为广泛，以地热的方式可分为水源和土壤源热泵。土壤源热泵空调是吸土壤、井水等冷热量为建筑物提供冷热服务的，是可再生且无污染的空调系统。水源热泵空调则是使用水作为热源的空调系统。在目前的建筑设计当中，会使用到各种空调系统，在这些系统中，地源热泵空调是较为先进的一种空调系统，有着较高的环保性和节能型，能够提高空调的节能性。地源热泵空调系统在民用建筑中的应用不仅为人们提供了服务，节省了费用，而且使得现代空调的设计水平也大大的提升了。就目前地源热泵空调的实际情况来说，该设计是一种新的技术，若要在实际应用中，如果没有合理的设计，也就得不到更好的应用。文章探讨垂直地埋管地源热泵空调系统的设计和应用，以提供参考。

1 地源热泵系统

地源热泵空调系统是由地源热泵机组、换热系统以及建筑内系统组成的系统。机组工作的原理与普通的机组基本上是相同的，唯一的区别在于水源部分的温度。地源热泵空调系统冷热的转换主要是通过机组以及外管切换完成。换热器是其中重要的一个部分。垂直地埋管是在垂直钻孔中通过埋放U型换热管，通过水平管把U型管联成系统，通过土壤进行换热。

图一 垂直地埋管地源热泵空调系统

在制冷的过程中，图中的A和B位置代表的是冷水的进口和出口，C和D 代表的是冷却水的进出口。当阀门2、4、5、7处于运行时，1、3、6、8就会关闭；而在制热中，A和B是热水的进出口，C和D是冷凝器中的热水的进出口，阀门运行同制冷中的相反。垂直地埋管的直径一般取D25-D32，采用PE材质的管道，深度在40米到80米间最佳。

2 垂直地埋管地源热泵空调系统在民用建筑中的设计与应用

2.1 工程情况

A小区的民用建筑基本上是居民居住使用，楼层总共有12层，其中第一层为展览厅，第二层到十二层是居民居住，地下一层为车库和设备房。建筑的高度为49米，总面积为32500平方米。5层以上预留分体空调。

2.2 室外计算参数

夏季空调的室外干球温度一般为34摄氏度，湿球温度控制在27摄氏度，室外通风干球为30摄氏度，室外平均风速为2.1m/s。冬季室外干球温度为零下6摄氏度，室外相对湿度为60.0%，通风室外干球温度为0.1摄氏度，平均风速为2.6m/s。

2.3 设计指标

空调设计的热负荷为710KW，冷负荷为1000KW。

2.4 空调系统设计

动力站：使用制热量为612KW，制冷量为550KW的地源热泵，放于地下室中，夏季提供7-11摄氏度的冷水，冬季提供36-40摄氏度的热水。水系统为一次泵变流量系统，在动力站中准备一台定频水循环泵和一台变频水循环泵。水处理设备以及水箱等安放在地下室中的热力站中，

水系统：使用两管制的水系统，竖向干管异程放在竖井中而且要同水平干管相连接，水平干管主要地方在各个楼层的走廊吊顶处，水平干管需设置成静态流量装置，且在系统中的最高处放置放气装置。

空调形式：采用全空气处理系统，回风和新风混合后，通过组合式空调送入到空调房中。

2.5 垂直埋管换热器设计

埋管换热器的换热较为复杂，因而土壤源热泵系统设计的难点在于地下换热器的设计。埋管的形势以及间距和埋深等具体的情况对于埋管换热器同岩土间的换热有直接的关系，而且还是换热器的主要参数。另外，埋管所处地区的地质情况以及建筑物本身的负荷变化也是影响换热器换热的主要因素。

因为室外垂直埋管换热器的费用一般主要用于钻孔工程中，因此合理的设计换热器埋管的长度确保空调系统设计的效果同时保障其经济性。使用清华大学设计的DEST软件可用于计算。

在民用建筑设计中，室外的垂直埋管换热器要根据该建筑物的地质情况使用软件进行计算。在对该处的地质进行勘察后，需钻孔170个，孔径维护260毫米，深120米，换热管为U型的PE管道，占地4380平米，钻孔费用为150万元。

2.6 土壤源热泵系统吸热量和释放量平衡方法

在系统设计中，热泵系统的总吸热量以及总释放量的平衡是为了确保岩土热稳定和系统的经济性，确保空调能够正常运行。

经济性分析：对于该民用建筑的空调系统的经济性分析主要从初步投资、年费等进行分析。

表1 土壤源热泵初步投资方案（RMB）

设备费用 安装费 机房建设费用 配电费 初投资

124.5 32.2 108.0 15 280.2

3 结语

目前的建筑设计当中，会使用到各种空调系统，在这些系统中，地源热泵空调是较为先进的一种空调系统，有着较高的环保性和节能型，能够提高空调的节能性。地源热泵空调系统在民用建筑中的应用不仅为人们提供了服务，节省了费用，而且使得现代空调的设计水平也大大的提升了。就目前地源热泵空调的实际情况来说，该设计是一种新的技术，在实际应用中合理的设计是确保其经济性和应用的关键，因此，应根据建筑实际情况完善设计。

参考文献

[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] 付卫红.单、双U 型地埋管地源热泵系统热工特性及经济性的研究[D].天津大学，2008，7（10）：4-46.

[3] 刘会会.地埋管地源热泵技术应用于武汉地区空调工程的若干实例分析[D].武汉科技大学，2012，3（1）：27-28.