Ｎｏ．７ ｉｎ ２０１２（ｒｏｔａｌ Ｎｏ．２５７。ｖ０１．４Ｏ） 炷ＪＪ．Ｉ ＩＪ日Ｅ 一・…一… 一～ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ＆ＧＲＥＥＮ ＢＵＩＬＤＩＮＧ ｄｏｉ：１０＋３９６９￣．ｉｓｓｎ．１６７３—７２３７．２０１２．０７．００６ 天津市某拟建地源热泵工程的可行性研究 王酤 ，孙艳秀： （１．天津中医药大学第一附属医院，天津３００１９３￣２．承德民族师范高等专科学校物理系，河北承德０６７０００） 摘要： 以天津市生态城某中心小学和幼儿园地源热泵空调工程为实例，实际测量地埋管换热量及土壤原始温度，分析土壤源热泵应 用的可行性，获得土壤源热泵应用的原始数据，为工程提供理论和实验基础。研究表明：在满足系统运行的前提下，以夏季冷负 荷为参考，若采用每根长度为１２０ｍ的地埋管，需要６６根地埋管；若采用每根长度为１００ｍ的地埋管，需要７５根地埋管。 关键词： 地源热泵； 地埋管； 可行性研究 ‘ 中图分类号：ＴＵ８３１ 文献标志码： Ａ 文章编号： １６７３—７２３７（２０１２）０７—００１８．０２ Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ａ Ｃｅｒｔａｉｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｗｉｔｈ Ｇｒｏｕｎｄ Ｓｏｕｒｃｅ Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ ｉｎ Ｔｉａｎｊｉｎ ＷＡＮＧ Ｚｈｅ ，ＳＵＮ Ｙａｎ－ｘｉｕ （１．Ｆｉｒｓｔ Ｔｅａｃｈｉｎｇ Ｈｏｓｐｉｔａｌ ｏｆＴｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴＣＭ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１９３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｅｎｇｄｅ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｆｏｒ Ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ，Ｃｈｅｎｇｄｅ ０６７０００，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ａ ｒ—ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｐｒｏｊｅｃｔ ｗｉｔｈ ｇｒｏｕｎｄ ｓｏｕｒｃｅ ｈｅａｔｐｕｍｐｆｏｒ ｏｎ ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｓｃｈｏｏｌ ａｎｄ ａ ｋｉｎｄｅｒｇａｒｔｅｎ ｃ Ｔｉａｎｊｉｎ Ｅｃｏ－ｃｉｔｙ ｉｓ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｈｅａｔ—ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ ｏｆｔｕｂｅ ａｎｄ ０ｒ ａｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｓｏｉｌ ａｌｅ ｔｅｓｔｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｓｏｕｒｃｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ａｎｄ ｃｏｎｃｌｕｄｅ ｔｈｅ ｏｎ＃ｎ￣ｄａｔａｏｆｇｒｏｕｎｄ－ｓｏｕｒｃｅ ｈｅｔａｐｕｍｐ∞ｔｈｅｏｒｙａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｅｍｎｔｆｏｕｎｄａｔｏｉｎｆｏｒｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ． ｉｆｔｅｈ ｂｕｒｉｅｄ ｔｕｂｅ ｉｓ １２０， ｔｅｈ ｐｒｏｊｅｃｔ ｎｅｅｄｓ ６６ ｂｕｒｉｅｄ ｔｕｂｅｓ；ｉｆｔｅｈ ｂｕｒｉｅｄ ｔｕｂｅ ｉｓ １００， ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｎｅｅｄｓ ７５ ｂｕｒｉｅｄ ｔｕｂｅｓｆｏｒ ｏｐｅｒａｔｏｉｎ ａｎｄ ｃｏｏｌｌｏａｄｉｎ￥ｕｎｌｆＩ￣ｒ， Ｋｅｙ ＷＯｒｄｓ：ｇｒｏｕｎｄ ｓｏｕｒｃｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ；ｂｕｒｉｅｄ ｔｕｂｅ；ｆｅａｓｉｂｉｌｉｙｔ ０ 引言 管外径为３２ｍｎｌ，壁厚为３ ｍｌｎ，内径为２６ｍｍ。 地源热泵是一种可持续发展的建筑节能新技术， 它利用大地作为冷热源，通过循环液（水或以水为主 要成分的防冻液）在封闭的地下埋管中流动，实现系 统与土壤之间的制冷与传热。在冬季供热过程中，流 体从地下收集热量，再通过系统把热量带到室内。夏 季制冷时系统逆向运行，即从室内带走热量，再通过 系统将热量送到地下岩土中。 １工程概况 天津生态城某中心小学和幼儿园地源热泵空调 工程位于天津市滨海新区，本工程是框架结构建筑， 建筑面积约３０ ０００ｍ２。 图１双Ｕ型埋管示意图 ２ 测试方案 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅｓ ｏｆｄｏｕｂｌｅ－＂Ｕ”ｂｕｒｉｅｄ ｔｕｂｅ 土壤源热泵系统中地下埋管与周围土壤组成了 电加热器及温控器、变频水泵、超声波流量计及 换热器，其换热性能受周围岩土影响较大。不同地点 ＰｔｌＯ００铂电阻温度传感器等。水泵采用调节阀控制， 的岩土物性不同，换热器的换热量也就不同。为了给 测试流量保持在１．５ ｔ／ｈ左右。流量误差≤±１％，温度 拟建建筑土壤源热泵的设计提供可靠的基础数据，进 误差≤±０．２℃，符合要求。 行了岩土热响应试验。 ２．２测试步骤 ２．１测试设备 （１１热响应试验在埋设换热管两天后进行； 试验过程中测试了两口井，深度分别为１２０ ｍ和 （２）原始地温测量：不加冷热负荷情况下空循环 １００ ｍ，回填材料为中粗砂。埋管选用ＰＥ管（见图１）， ｌｈ，以获得地层原始温度，观测时间不少于０．５ ｈ； 收稿Ｅｔ期：２０１２．０４．１７ （３）排热试验：地埋管进口温度稳定在３０℃左右， ｌ１ 运行时间为４８ ｈ后换热量稳定，开始读数，读数间隔 ７ ５ ７ Ｏ ６ ５ ６ Ｏ ５ ５ ５．９ ｋＷ。 ４ ４ ３ ３ ５ Ｏ ５ Ｏ ２ ５ ８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ Ｏ ５ Ｏ 为５ ｍｉｎ。 ３测试结果分析 ３．１ １２０ ｎｌ并测试结果 ３．１．１土壤原始温度测试结果 测试过程中，进行了机组的调试，不加热运行２ ｈ 后，供回水平均温度稳定在１５．０℃，可以认为这是土 壤原始温度（见图２）。 ３．１．２夏季工况换热测试结果 供水温度为３０．０℃、流量为１．５２５ ｔ／ｈ（埋管内 流速为０．４ ｍ／ｓ）时，地埋管换热器换热量平均为 ＼ 赠 如 １２：３０ ｌ２：３５ １２：４０ ｌ２：４５ ｌ２：５０ １２：５５ １３：００ 时间／（２４ｈ／ｄ１ 图２土壤原始温度测试结果 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆｓｏｉｌ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 喜 蚓 皿唧 ｌ３：２０ ｌ３：３Ｏ ｌ３：４０ １３：５０ １４：００ ｌ３：２５ ｌ３：３５ １３：４５ １３：５５ 时间／（２４ｌｌ／ｄ１ 图４ １２０ ｒｎ地埋管夏季工况下测试流量及换热量 Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｏｆ１２０ｉｎｂｕｒｉｅｄｔｕｂｅｆｌｏｗ ａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｎ ｓｕｍｍｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ３．２．２夏季工况换热测试结果 供水温度为３０．０℃、流量为１．５２４ ｔ／ｈ（￣管内流 速为０．４ ｍ／ｓ）时，地埋管换热器换热量平均为５．２ ｋＷ。 ３．２－３冬季７℃供水时换热器换热量计算结果 根据公式Ｑ＝Ｋｆ・［ｔ原始一（ｔ１＋ｔ２）／２］和Ｑ＝Ｇｃ（ｈ—ｔ１）， 以及蓄热量测试结果，水流量为１．５２４ ｔ／ｈ、供水温度 为７℃时，回水温度为８．５１℃，平均计算换热量为 ２．７ｋＷ。 ３．１．３冬季７℃供水时换热器换热量计算结果 根据公式Ｑ＝Ｋｆ・Ｉｔ原始－（ｔ ＋ｃ２）／２］和Ｑ＝Ｇｃ（ｔ２－ｔ１），以 及蓄热量测试结果，水流量为１．５２５ ｔ／ｈ、供水温度为 ７℃时，回水温度为８．７８℃，平均计算换热量为３２，ｋＷ （见图２、３）。 ３．２ １００１ＴＩ并测试结果 ３．２．１ 土壤原始温度测试结果 测试过程中，进行了机组的调试，不加热运行２ ｈ 后，供回水平均温度稳定在ｌ４．８℃，可以认为这是土 壤原始温度（见图４）。 ｐ ＼ 赠 １３：２０ ｌ３：３０ ｌ３：４０ １３：５５ １３：２５ １３：３５ １３：４５ １４：００ 时间／（２４ ｒｅｄ） 图３ １２０ ｉｎ地埋管夏季工况下供回水温度测试结果 Ｆｉｇ－３ Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ １２０ ｍ ｂｕｒｉｅｄ ｔｕｂｅ ｓｕｐｐｌｙ ａｎｄ ｒｅｔｕｒｎ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ｓｕｍｍｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ３２ ３ｌ ３０ ２９ 赠 ２８ ２７ ２６ ２５ ：２０ ｌ６：３０ ｌ６：４０ ｌ６：５Ｕ ｌ ７：００ １６：２５ ｌ６：３５ １６：４５ ｌ６：５５ ｌ７：０５ 时间／（２４ｌｌ／ｄ１ 图５ １００ ｍ地埋管夏季工况下供回水温度测试结果 Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ １００ ｍ ｂｕｒｉｅｄ ｔｕｂｅ ｓｕｐｐｌｙ ａｎｄ ｒｅｔｕｒｎ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ｓｕｍｍｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ４误差分析 ４．１土壤原始温度的确定 本工程采用不带负荷、水泵连续运行ｌ ｈ时供回 水的平均温度作为土壤原始温度。但是，在运行过程 中，由于地上部分管路会与空气传热，虽然管道进行 了保温，但是传热会始终存在。而且，水泵的运行也会 向水中放热，造成向地下传热的局面发生。以上两部 分所产生的误差较小，在实际应用中（下转第３４页） ９ ２．３热水加热能力随热水平均温度变化关系 所提高，但是这种增强的效果还是比较差的，不足将 由图４可以看出，机组运行第一阶段的初始时段 热水加热能力从２．５１ ｋＷ上升到２．８９ ｋＷ，之后加热 能力从２．８９ ｋＷ逐渐下降至０．４４ ｋＷ，开启自然冷却 整个机组的冷凝热全部吸收，故加热能力又迅速回 落，直到开启风冷冷凝器的风机后，冷却效果才大大 增强，但是多余的热量通过室内机排除，机组的加热 能力一直处于下降的趋势。 ３结论 后，热水加热能力有所提高，当开启强制对流后，加热 能力又提高了些，随后，加热能力减小很快，在加热结 束时，加热能力下降至０．３８ ｋＷ。分析原因，机组加热 初始阶段，由于水温很低，蓄热水箱的冷却能力较好， 故加热能力上升，但是随后当水温达到１５．６２℃后， 水温还在继续上升，机组的冷却能力逐渐减少，故其 加热能力出现下降的趋势，开启自然冷却后，机组的 （１）机组整个加热过程时间长达１８０ ｍｉｎ，水温上 升比较缓慢，在分３个阶段运行过程中，机组的加热 速率都是逐渐降低的，只是在控制转折点处加热速率 有所提高。 （２）机组运行压缩比随热水温度整体变化趋势是 冷却能力稍微增强，故机组在５ ｍｉｎ内的加热能力有 逐渐变大的，只是在控制转折点处压缩比有所降低， ３．０ 但是机组整体运行状态都不稳定。 ／ ＼． １＼ （３）机组初始加热能力随水温升高而有所提高， ２．５ 但是时间维持不长，在达到２．８９ ｋＷ以后，机组的 ≥ ２．０ ； 加热能力逐渐降低，在第三阶段末加热能力只有 、 － １ 、Ｉ ２ ０．３８ ｋＷ。 、 ＿ － ● Ｒ ＊ ＼一 －参考文献： ＿ ｌ ｌ ３ １．０ － 。 ＿ 【１１，关于印发 十二五 节能减排综合性工作方案的通知［Ｎ１ －－ 一 一 ｆ一 － ２０１ １．８．３１． ■ Ｏ．５ － ＿ 、 ● ［２］ＧＢ／Ｔ ２１３６２－－２００８，商业或工业用及类似用途的热泵热水机［ｓ］． ［３］ＧＢ／Ｔ ７７２５一ｌ９９６，房间空气调节器［ｓ】． ＿ Ｏ．０ ｌＯ ｌ５ ２Ｏ ２５ ３Ｏ ３５ ４Ｏ ４５ ５Ｏ ５５ ６Ｏ ［４】陈耀宗．建筑给水排水设计手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社 热水平均温度／＇Ｃ １ ９９５：２３９．２８１． ． 图４热水加热能力随热水平均温度的变化关系 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆｈｏｔ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ 作者简介：张海军（１９８３），男，湖北荆门人，硕士研究生，主要从事空 ａｇａｉｎｓｔ ｈｏｔ ｗａｔｅｒ ａｖｅｒａｇｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 调与建筑节能技术方向的研究。 （上接第１９页）可以根据天气情况做一些修正。本次测 参考文献： 试气温较低，土壤原始温度做了一点修正，基本可以 ［１】陈国邦，包锐，等．１氏温工程技术（数据卷）［Ｍ】．北京：化学工业出版社， 反映实际情况。 ２００６． ４．２流量的测量 【２】吴业正．制冷原理与设备【Ｍ】．西安：西安交通大学出版社，１９９７． 循环水流量的测量采用了进口超声波流量计，测 【３】《制冷工程设计手册》编写组．制冷工程设计手册［Ｍ】．北京：中国建筑 量误差在±２％范围内。 工业出版社，１９８５． ４．３连接管道的保温隔热 ［４】郭庆堂，吴进发．实用制冷工程设计手册【Ｍ】－］Ｅ京：中国建筑工业出版 从实验台到实验井有大约３ ｍ的距离，这部分连 社，１９９４． 接管道采用了２０ ｍｍ壁厚的橡塑保温材料，但部分 【５】余延顺，马最良．土壤耦合热泵系统地下埋管换热器传热模型的研 管段保温效果不好，供回水温度比实际要低，但两者 究［Ｊ］．暖通空调，２００５，３５（１）：２６・３１． 的变化基本 致，可以认为基本反映实际情况。 ［６］ＧＢ５０３６６－－２００５，地源热泵系统工程技术规范［ｓ】． ４．４总体热损失 ［７】张银安．竖直Ｕ型地埋管换热器换热性能测试与分析［Ｊ］．暖通空调， 通过采取各种技术措施，实验误差控制在土５％以下。 ２００７，７：７２－７８． ５结论 ［８】支０义坤，等．重庆市污水源热泵系统的工程应用与分析［Ｊ］＿制冷与空 天津生态城某中心小学和幼儿园建筑面积为 调，２０１０，２４（４）：６１－６７． ３ ０００ ｍ２，每平方米设计冷负荷为１００ Ｗ，则总负荷为 ［９】肖红海．地埋管地源热泵复合蓄能系统方案可行性分析［Ｊ］． ｎ３ｙ／ ￣与空 ３００ ｋＷ，考虑机组的ＣＯＰ为３．５。若采用每根长度为 调，２０１０，２４（４）：６８－７２． １２０ １１１的地埋管，每根换热量为５．９ ｋＷ，则总共需要 ６６根地埋管；若采用每根长度为１００ ｉｎ的地埋管，每 作者简介： 王酷（１９８２），男，就职于天津中医药大学第一附属医院 根换热量为５．２ ｋＷ，则总共需要７５根地埋管。 （ｚｉｌｙｓｕｎ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ）ｏ
