上海某别墅地源热泵空调系统实例解析
地源热泵地埋管单双U选择探讨
摘要：以上海佘山某别墅地源热泵项目为例，分析了地下换热器系统单U 、双U 及管径的选择对其各年进出水平均温度的影响。
首先，对该项目基本情况进行了简要的介绍；然后简要回顾了地埋管内热阻计算方法，而后分别采用EED2.0和EHPD1.3软件，在给定的系统条件下分别就采用双U32、单U32、双U25及单U254种工况进行了大量的计算分析,得到了其对应的各年各月地下换热器进出水平均温度；进而得出该项目地埋管选用17口单U25井和选用16口双U25井在技术和经济上均基本等价，其中17口单U25井的形式略优的结论。
关键词：地源热泵；地下换热器；U 形管；换热量；比较分析1引言近几年随着暖通行业的发展，地源热泵作为一种节能、环保的空调系统受到越来越多的关注和应用。
其中竖直埋管的形式在我国的工程中应用较多。
竖直埋管一般有单U 、双U 两种形式，每种形式又有DE32和DE25两种选择，以上四种条件交叉组合是我国目前应用最多的地埋管配置形式。
随着计算机技术的发展，FLUENT 软件作为建立数学模型和数值计算的工具在地源热泵的计算分析中得到了越来越多的应用，文献[1]中通过对某30m 埋深的U 形管进行FLUENT 建模分析得出“排热工况下，埋深30m 时，单Ｕ形管换热器的单位井深换热量约为86W/m ，而双Ｕ形管换热器的单位井深换热量达到120W/m ，较单Ｕ形管高约40%”等结论。
文献[2]采用FLUENT 对某60m 井深的U 形管三维建模后得出“对外径25mm 和32mm 的单Ｕ形地埋管换热器及外径25mm 的双Ｕ形地埋管换热器换热性能的模拟对比表明，后两者换热量分别比前者提高了8%和22.4%”等结论。
文献[3]同样采用FLUENT 软件，对某100m 井深的U 形管三维建模后得出“双U 型换热器的换热性能不一定大于单U 型换热器。
当流量较小时，双U 型换热器支管间热短路现象比单U 型换热器严重，双U 型换热器换热性能小于单U 型换热器;随着流量的增大，支管间热短路现象减轻，双U 型换热器的换热性能大于单U 型换热器”等结论。
地源热泵全分析
1.2 VRV及多联机空调系统
该空调系统由1 台变频变制冷剂流量的室 外机、若干台室内机、冷媒管、冷凝水管 等组成。与1. 1 节（风冷冷热水机组加风 机盘管空调）系统不同的是室内外机之间 用紫铜冷媒管连接,不需要膨胀水箱、循环 水泵。这种系统能对各空调房间实现较精 确的温控,使用方便,运行节能。但无新风 供给,安装要求高,如发生冷媒泄漏,很难找 出漏点,不易维修。
2019/3/14
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2.2.5土壤热交换器埋管形式
地下埋管换热器主要有两种形式，即水平埋管和垂直埋管。 选择哪种形式取决于现场可用地表面积、当地岩土类型以 及钻孔费用。尽管水平埋管通常是浅层埋管，可采用人工 开挖，初投资比垂直埋管小些，但它的换热性能比竖埋管 小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，所以在实际 工程应用中，一般都采用垂直埋管。（见图4）
草坪 设备间 土壤层 回水管 出水管 岩石层 回灌井 抽水井 地下水 岩石层
设备间 草坪 回水管 池塘 出水管 换热器
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2.2土壤(地)源热泵空调系统
2.2.1土壤(地)源空调概念
土壤(地)源空调系统是把热交换器埋于地下，通过 水在由高强度塑料管组成的封闭环路中循环流动，从而 实现与大地土壤进行冷热交换的目的。夏季通过机组将 房间内的热量转移到地下，对房间进行降温。同时储存 热量，以备冬用。冬季通过热泵将土壤中的热量转移到 房间，对房间进行供暖，同时储存冷量，以备夏用，大 地土壤提供了一个很好的免费能量存贮源泉，这样就实 现了能量的季节转换。
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2.1.2、水源热泵原理
地球表面浅层水源（一般在1000米以内），像地 下水、地表的河流、湖泊和海洋中，吸收了太阳 进入地球的相当的辐射能量，地壳也向井水,地表 水的传热,使水源的温度提高,而且水温一般都较 稳定。水源热泵技术就是：在夏季将建筑物中的 热量“取”出来，释放到水体中去；而冬季，则 是通过水源热泵机组，从水源中“提取”热能， 送到建筑物中采暖。 由于夏季水源温度较室外空气温度低，冬季要高, 所以制冷/热的效率远高于空气源热泵.通常水源 热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热 量或冷量。
上海某别墅土壤源热泵与辐射顶板供冷供热空调系统设计实例
～
夏季 室 内设 计温 度 ：起 居 室 ２ ℃￣２ ￣ ４ ５Ｃ，卧室 ２ ℃～２ ℃ ，相对湿 度 ５％￣ ５％； 它 房 间 ２ ℃， ４ ５ ０ ５ 其 ６
ｃ ｌ ｕ ａ ｏ ； ｎ ｏ － ｘ ｈ ｎ ｏ ｄ ｓ ｎ ｒ ｄａ ｔ ａ ｅ ｆ ｒ ｏ ｌ ｇａ ｄ ａ ｃ ｌ ｔ ｎ ｕ ｄ ｒｏ ｃ ａ ｇ ｒ ｅ ｉ ； ａ ｎ ｐ ｎ ｌ ｏ ｃ ｏ ｉ ｎ ｉ ｇ ｉ ｎ
图 １建筑外观
市， 楼房 容 积 率较 高 ， 更 有推 广 的价 值 。 则
采 用 冷 负荷 系 数 法 进 行 夏季 空调 冷 负 荷 计 算 ， 冬 季 热 负荷 按 照 《 暖通 风 与 空 气 调 节 设 计 规 范》 采 （ Ｂ ５ ０ ９２ ０ ） Ｇ ０ １ ．０ ３ 规定 的计 算方 法进 行计 算 。计 算各
３ 计算建筑物负荷
编号 ， 图 ２ 图 ３ 见 、 。
新风 系 统 除 了满 足 室 内健 康要 求 外 ，还 需要 满 足 室 内 的除湿 要求 ， 避免 顶板 表 面 结露 ， 系 统 安全 使 可 靠运 行 。新风 系统考 虑全 热 回收 ， 单设 除湿机 组进
行 除湿 。
３３ 显 热负荷 计 算 （ ． 见表 １ ）
【 要】介绍 了上海某别墅 的土壤 源热泵系统 与辐射 顶板 供 摘
冷供 热系统自 计方法 ． 锻
ｈ ａｉ ｇ ｅｌ ｎ
【 关键 词】 土壤 源热 泵； 负荷 计算； 下换热 器设计 ； 地 辐射 供冷
地源热泵在某别墅应用浅析
地源热泵在某别墅应用浅析简介：论述地源热泵在住宅中应用的特点以及地源热泵在推广应用中的相关问题。
关键字：地源热泵，户式中央空调，应用 Abstract: This paper discusses the characteristics and ground source heat pump ground source heat pumps in residential applications in the promotion and application-related issues.Keywords: ground source heat pumps, residential central air conditioning, application.据不完全统计，我国家用中央空调市场容量从1999年的2一3亿，增长到2003年30亿，预计到2005年国内市场总需将达到200亿。
由此所带来的能源和环境问题将愈显突出，而家庭空调需求的能源形势的多样性也将是必然趋势。
近年来地源热泵空调系统以其节省能源、运行可靠、满足多工况要求等优点得到迅速发展，特别适合公寓楼及别墅建筑。
1地源热泵在户式中央空调中的应用目前我国户均住宅面积已达到70m2，城镇人均住宅建筑面积从1997年的17.6 m2，提高到2003年的23.67 m2。
住宅正在从满足生存需要向舒适性转变。
随着人们住房条件的改善和生活质量的提高，逐渐形成一种空调新潮流即户式中央空调。
在一些发达国家，户式中央空调早已成为一种家庭消费品。
在美国、欧洲等家庭中，85%以上的家庭在选购空调时会首选户式中央空调，在日本也超过50%。
在我国，户式中央空调正在以其巨大的潜力和应用优势取得突破性发展，并将成为我国21世纪空调产业发展方向之一。
地源热泵技术是一项值得大面积推广的建筑供能技术。
抽取地下水水源热泵，但由于技术限制，全部回灌不易做到，监督实施也比较困难，而且容易造成地下水污染。
地源热泵地埋管单双U选择探讨
地源热泵地埋管单双U选择探讨科技论文与案例交流摘要：以上海佘山某别墅地源热泵项目为例，分析了地下换热器系统单U、双U及管径的选择对其各年进出水平均温度的影响。
首先，对该项目基本情况进行了简要的介绍；然后简要回顾了地埋管内热阻计算方法，而后分别采用EED2.0和EHPD1.3软件，在给定的系统条件下分别就采用双U32、单U32、双U25及单U254种工况进行了大量的计算分析,得到了其对应的各年各月地下换热器进出水平均温度；进而得出该项目地埋管选用17口单U25井和选用16口双U25井在技术和经济上均基本等价，其中17口单U25井的形式略优的结论。
关键词：地源热泵；地下换热器；U形管；换热量；比较分析1引言近几年随着暖通行业的发展，地源热泵作为一种节能、环保的空调系统受到越来越多的关注和应用。
其中竖直埋管的形式在我国的工程中应用较多。
竖直埋管一般有单U、双U两种形式，每种形式又有DE32和DE25两种选择，以上四种条件交叉组合是我国目前应用最多的地埋管配置形式。
随着计算机技术的发展，FLUENT软件作为建立数学模型和数值计算的工具在地源热泵的计算分析中得到了越来越多的应用，文献[1]中通过对某30m埋深的U形管进行FLUENT建模分析得出“排热工况下，埋深30m时，单Ｕ形管换热器的单位井深换热量约为86W/m，而双Ｕ形管换热器的单位井深换热量达到120W/m，较单Ｕ形管高约40%”等结论。
文献[2]采用FLUENT 对某60m井深的U形管三维建模后得出“对外径25mm和32mm 的单Ｕ形地埋管换热器及外径25mm的双Ｕ形地埋管换热器换热性能的模拟对比表明，后两者换热量分别比前者提高了8%和22.4%”等结论。
文献[3]同样采用FLUENT软件，对某100m井深的U形管三维建模后得出“双U型换热器的换热性能不一定大于单U型换热器。
当流量较小时，双U型换热器支管间热短路现象比单U型换热器严重，双U型换热器换热性能小于单U型换热器;随着流量的增大，支管间热短路现象减轻，双U型换热器的换热性能大于单U型换热器”等结论。
上海市XX某高楼地源热泵设计
上海市XX某高楼地源热泵设计地源热泵技术是一种利用地下地温进行空调制冷和供暖的环保节能技术。
该技术在上海市高楼设计中得到了广泛应用。
下面将详细介绍该项目的设计。
1.地源选择：在上海市地区，由于其地下地温相对较低，选择适当的地源非常重要。
我们在项目中选择了一个深度较浅的水体作为地源，例如湖泊或地下水域。
通过地下水的循环，可以稳定地获取地源热能。
2.热泵系统设计：在该项目中，我们采用了水-水地源热泵系统。
该系统由水源热泵机组、地下水循环系统和建筑物的供暖和供冷系统组成。
水源热泵机组：水源热泵机组是该系统的核心。
该机组由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀等组成。
通过蒸发器和压缩机的工作，系统从地下水中吸收热量，并将其转移到建筑物供暖和供冷系统中。
地下水循环系统：地下水循环系统主要由地下水井、水泵和回水井组成。
地下水通过井泵抽取，然后通过蒸发器中的换热器与水源热泵机组进行热量交换，最后再重新注入地下水中。
这种循环一直保持运行，以稳定地获取地源热能。
供暖和供冷系统：供暖和供冷系统是将地源热泵系统中的热量传输到建筑物内部的系统。
该系统包括暖气片、风机盘管和地板辐射等设备。
通过这些设备，建筑物可以获得舒适的室内温度。
3.功能与性能：该地源热泵系统设计具有以下几个功能和性能：节能环保：地源热泵系统利用地下地温进行换热，比传统的空调和供暖系统节能很多。
这不仅减少了对传统能源的依赖，还减少了空气污染的排放。
稳定性好：通过地下水循环系统，地源热泵能够稳定地获取热能。
无论是夏季供冷还是冬季供暖，该系统都能保持稳定的效果。
舒适性高：通过供暖和供冷系统，该地源热泵系统可以提供舒适的室内温度。
无论是冬季的取暖还是夏季的制冷，都能满足建筑物内部的需求。
4.经济性分析：地源热泵系统的建设成本较高，但由于其长期的价值和节能的优势，可以在运行过程中节约更多的能源和费用，从而获得良好的经济效益。
综上所述，上海市高楼地源热泵系统设计可以实现环保节能、稳定运行和舒适的室内环境。
某别墅地源热泵空调系统的模拟运行研究
某别墅地源热泵空调系统的模拟运行研究地源热泵空调系统是一种利用地下地热能源进行热量交换的环保节能技术。
它能够充分利用地下地热资源，提供舒适的室内环境，并且对环境的影响较小。
本文将对别墅地源热泵空调系统进行模拟运行研究，探讨其在实际应用中的性能表现和节能效果。
首先，我们需要了解地源热泵空调系统的工作原理。
该系统主要由地热井、地下管道、地源热泵和室内热交换器等组成。
地热井通过深钻进地下深处，利用地下土壤的稳定温度进行热量交换。
地下管道将地热井提取的热量传输到地源热泵中。
地源热泵将地下地热能源转化为室内的热量或制冷量，通过室内热交换器供暖或制冷。
针对别墅地源热泵空调系统的模拟运行研究，我们可以通过软件模拟的方式进行。
首先，需要建立别墅的热负荷模型，包括建筑结构、朝向、窗户面积和材料等。
然后，需要收集该别墅的用能数据，包括每个房间的热负荷需求、室内温度和湿度等。
接着，根据地源热泵空调系统的设计参数，包括地热井的深度和管道的长度等，利用软件进行模拟计算。
在模拟运行研究中，我们可以分析以下几个方面：1.能耗分析：通过模拟计算别墅地源热泵空调系统的能耗情况，比较其与传统空调系统的能耗差异。
通过分析能耗差异，评估地源热泵空调系统的节能性能。
2.室内热舒适度：通过模拟计算室内温度和湿度的变化，评估地源热泵空调系统在不同季节和天气条件下的热舒适性能。
比较室内热舒适度与传统空调系统的差异，找出可能存在的问题并提出改进建议。
3.经济性分析：通过模拟计算地源热泵空调系统的投资成本和运行成本，评估其在经济上是否可行。
比较地源热泵空调系统与传统空调系统的经济性指标，如回收期和净现值等，得出对该系统在实际应用中的经济价值的评估。
4.环境影响分析：通过模拟计算地源热泵空调系统的环境影响，包括二氧化碳排放量、能源消耗和水资源利用等。
与传统空调系统进行比较，评估地源热泵空调系统对环境的影响程度，并提出改进建议。
通过以上模拟运行研究，我们可以更全面地了解别墅地源热泵空调系统的性能表现和节能效果。
某高档小区地源热泵空调系统设计分析
某高档小区地源热泵空调系统设计分析某高档小区地源热泵空调系统设计分析摘要：地源热泵空调系统已广泛应用于高档住宅项目，本文根据设计参数阐述了其设计方法，提高了小区整体档次，具有良好的舒适性和节能效益。
关键词：地源热泵空调；负荷计算；特点；中图分类号：TB657.2 文献标识码：A 文章编号：1.工程概况某高档住宅项目占地面积约53275m2，拟建多层叠加别墅住宅小区,总建筑面积:102050m2。
小区共27 栋别墅，包括1#～8#商业和住宅，9#～27#叠加别墅住宅和地下机动车库。
整个小区共七种房型，笔者以其中A户型为例进行设计与分析。
该户型建筑面积为409m2，空调面积为332m2，分为地下一层和地上一层，共两层。
地下一层由泳池、休闲区、视听室、健身房、工人房等组成，地上一层由主卧、客卧、餐厅、客厅等组成。
设计采用地埋管地源热泵系统，用于室内夏季制冷；冬季低温地板辐射采暖；全年制取生活热水，提供泳池初加热热水及恒温生活热水。
2. 地源热泵系统设计2.1 室外设计参数室外设计参数参照杭州地区，见表1。
表1室外设计参数2.2空调室内设计参数（见表2）表2 空调室内设计参数2.3 负荷计算2.3.1 空调冷、热负荷根据建筑专业提供的围护结构参数，屋面的传热系数0.58W/(m2·K)，外墙的传热系数0.74W/(m2·K)，分户隔墙的传热系数1.98W/(m2·K)，楼板的传热系数0.65W/(m2·K)，断热铝合金单框低辐射中空玻璃窗传热系数小于等于4.70W /(m2·K)，外门的传热系数2.47W/(m2·K)。
并结合表1和表2中室内、外设计参数，利用上海华电源空调负荷计算软件计算出逐时围护结构冷负荷，并同时得出稳态传热的人员、照明、设备冷负荷和新风冷负荷，最终根据逐时冷负荷的综合最大值计算出A房型空调冷负荷为45kW，空调热负荷为28kW。
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地源热泵主机位于别墅1的一层机房内，水泵和地源 热泵主机为一一对应，并增设一台备用水泵。可以随时根 据末端负荷的变化对应启用主机和水泵（调节主机和水泵 的开启数量），保持较高的系统效率。地源热泵机房空调 水系统原理图如图2。
4 冷热负荷及冷热源
地源热泵空调系统在夏季，循环水通过地下换热器 将热量排放到土壤中，使循环水温度降低供给地源热泵机 组，再由地源热泵机组提供冷水，通过末端风机盘管向室 内供冷。冬季，循环水通过地下换热器从土壤中吸收热 量，使循环水温度升高，供给地源热泵机组，由地源热泵 机组提供热水，再通过风机盘管向室内供热。 本项目夏季总冷负荷240KW，冬季总热负荷152KW， 选用四台制冷量为59.2KW，制热量为66.9KW的地源热泵机 组，夏季空调供回水温度7℃～12℃，冬季空调供回水温 度40℃～45℃。 本项目生活热水，用水人数为60人左右，用水量 为4.2m 3 /d，由地源热泵机组提供，配备一台制热量为 33.5KW的热泵机组，制取52℃的生活热水，同时配备一台 5T的水箱做贮水用。主机连续加热8小时能把水箱的水加 热到设定温度。当水箱中的温度低于50℃时，启动循环水 泵并启动主机加热，当水箱的温度高于55℃时，水泵、地 源热泵主机停止；当生活热水回水上的温度低于45℃，打 开回水电磁阀，延迟5～10分钟关闭（当生活热水回水上 的温度高于50℃，回水电磁阀关闭）。当水箱中的水量低 于设定水位时，打开补水电磁阀，注入冷水（同时，开启 循环水泵并主机加热）。见图1热水系统原理图。
别墅四周都有空地，可进行地下换热器布孔。因此该 项目用地源热泵空调系统是非常适合的。
1 本项目采用地源热泵系统的可行性分析
本项目位于上海，上海地区属于“夏热冬冷”地 区，近几年最高月平均气温已达30.2℃，最低月平均气温 4.2℃。平均气温最高月与最低月的平均相对湿度分别为 75%、83%。高于35℃的酷热天气长达半个月至一个月，日 平均温度低于5℃的天数长达两个月以上。因此每年传给 土壤的冷热量基本相同，能充分发挥土壤蓄能的作用，适 合应用地源热泵系统。 根据本项目的热响应测试结果，该地区以粘性土层和 砂性地层为主，见表1，粘土层较砂层厚，地下水渗透性
2 工程概况
本项目占地面积3,839㎡，总建筑面积3,042m2。其中 别墅1建筑面积1,127m 2；其他3栋均为培训楼，总建筑面 积1,915㎡，主要功能为办公会务及住宿。别墅1地上两 层，其他3栋均地下一层，地上两层。
3 室内设计参数
3.1 室内空气设计参数（见表3）
表3 服务 区域 会议室 办公室 客房 夏季 温度 （℃） 26～ 28 26～ 28 26～ 28 湿度 （%） 65～ 50 65～ 50 65～ 50 室内空气设计参数 冬季 新风量 噪声 温度 湿度 （℃） （%） （m3/h.p） （db） 18～ 20 ≥ 30 30 55 18～ 20 ≥ 30 30 45 18～ 20 ≥ 30 30 40
较好，利于热的传导，导热系数等热物性参数见表2。
表1 土层序号 1 2 3 4 5 6 7 表2 土层名称 灰色砂质粘土 灰色淤泥质粘土 灰色粘土 灰色粉质粘土 灰色细砂 灰色中细砂 灰色粗砂 地层结构表 厚度 m 10.98 19.52 11.58 14.74 18.58 20.3 6.3 层底埋深 m 10.98 30.5 42.08 56.82 75.4 95.7 未穿
岩土层物理参数统计表 比 重 G 2.7 2.6 导热系数 比热容 导热系数
含水 密度 土 土层 量 层 名称 W ρ 号 （%） （g/cm3） 粘性 1 36.8 1.8 土层 砂性 2 25.1 1.9 地层
λ Cp λ （W/m・k） （J/kg・k） （W/m・k） 1.234 1.467 1347.9 1372.3 1.46 1.80
［作者简介］ 王晓阳（1982- ） ， 上海市地矿工程勘察院助理工程师， 研究方向 ： 暖通。 – 54 –
王晓阳：上海某别墅地源热泵空调系统实例解析
图1
热水系统原理图
3.2 室内通风设计参数（见表4）
表4 房间名称 卫生间 室内通风设计参数 换气次数 换气次数 换气次数 房间名称 房间名称 次 / 小时 次 / 小时 次 / 小时 11 变电所 4 主机房 6
0 引言
环境和能源是人类赖以生存和发展的基础物质条件， 保护环境、优化能源结构将成为今后人们必须关注的重大 问题。与太阳能或地热能一样，浅层地热能储量十分丰 富；不受时间、季节、地域的限制，分布面广而且相对 均匀，更具有可再生性。地源热泵技术就是浅层地热能利 用开发的最典型例子。它利用地球表面浅层土壤或水源中 的地热能作为冷热源，冬季通过热泵机组将地热能传递转 移到需供暖的建筑物内，夏季通过热泵机组将建筑物内的 热量转移到地球土壤或水源中，从而实现冬季供暖、夏 季制冷。地源热泵（GSHP）系统按照热源不同，大致可 以分为如下三种形式：GSHP系统（ground source heat pump）、GWHP系统（ground water heat pump）和SWHP系 统（surface water heat pump），其中GWHP系统由于无 法较好地解决地下水的回灌问题，在一定程度上影响了系 统的进一步推广。相比而言，随着钻井技术、土壤热性能 研究的不断深入，GSHP系统的应用越来越广泛。本文对上 海某别墅地源热泵空调系统进行了实例解析。
建 筑 设 计 Architec tural Design
现代物业・新建设
2013年第12卷第1期
ห้องสมุดไป่ตู้
上海某别墅地源热泵空调系统实例解析
王晓阳 （上海市地矿工程勘察院，上海 200072） 摘 要：浅层地热能是可再生能源，地源热泵是浅层地热能开发利用最典型的例子。介绍地源热泵系统的冷热源选择 和地源热泵空调系统、热水系统的原理，并介绍风系统、水系统设计，重点介绍地下换热系统设计。为今后进一步研 究地源热泵系统的应用及同类建筑设计提供可借鉴的经验。 关键词：冷热源；地源热泵系统；地下换热器；设计；经验 中图分类号：TK523 文献标识码：A 文章编号：1671-8089（2013）01-0054-04