地源热泵空调工程设计讲义

热泵系统热泵系统类型•空气源热泵系统•地下水地源热泵系统•地表水地源热泵系统•地埋管地源热泵系统•污水源热泵系统•海水源热泵系统一、空气源热泵系统•一般规定1.空气源热泵机组的选择应根据不同气候区，按下列原则确定：1)适用于夏热冬冷地区的中、小型公共建筑；2)夏热冬暖地区采用时，应根据热负荷选型，不足冷量可由性能系数（COP）较高的水冷却冷水机组提供；3)在寒冷地区，当冬季运行性能系数低于1.8或具有集中热源、气源时不宜采用。注：冬季运行性能系数指冬季室外空气调节计算温度时的机组供热量（W）与机组输入功率（W）之比。一、空气源热泵系统•一般规定2.热回收式热泵机组的使用场合，按下列原则确定：1)适用于需要保持恒温恒湿的场所，如美术馆、博物馆、计算机房、手术室等；2)适用于水系统为四管制的建筑，如高级办公楼、高档宾馆等；3)适用于夏热冬暖地区，冬、夏季均需要生活热水的场所；4)在夏热冬冷、寒冷地区，为生活热水提供热源时，应进行技术经济比较。一、空气源热泵系统•设计原则及要点1.空气源热泵机组，应优先选用性能系数（COP）高的机组。在额定制冷工况和规定条件下，性能系数（COP）不应低于表1的规定。2.热泵机组的单台容量及台数的选择，应能适应空气调节负荷全年变化规律，满足季节及部分负荷要求。当空气调节负荷大于528kW时不宜少于2台。表1冷水（热泵）机组制冷性能系数类型额定制冷量性能系数（kW）（W/W）活塞式/涡旋式≤502.4＞502.6螺杆式≤502.6＞502.8一、空气源热泵系统•设计原则及要点3.空气源热泵机组的选型，应符合下列要求：1)机组名义工况制冷、制热性能系数应高于国家现行标准；2)具有先进可靠的融霜控制，融霜所需时间总和不应超过运行周期时间的20％；3)在冬季寒冷、潮湿的地区，需连续运行或对室内温度稳定性有要求的空气调节系统，应按当地平衡点温度确定辅助加热装置的容量；4)对于夏热冬冷、夏热冬暖、温和地区，可采用复合式冷却的热泵机组；5)对于有同时供冷、供热要求场合，可选用热回收式热泵机组。注：复合式冷却热泵机组设有风冷冷凝器和水冷却冷凝器，夏季一般使用水冷却冷凝器，冬季时则切换至风冷冷凝器。一、空气源热泵系统•设计原则及要点4.空气源热泵机组冬季的制热量，应根据室外空气调节计算温度修正系数和融霜修正系数，按下式进行修正：Q=q·K1·K2式中Q——机组制热量（kW）；q——产品样本中的瞬时制热量（标准工况：室外空气干球温度7℃、湿球温度6℃）（kW）；K1——使用地区室外空气调节计算干球温度的修正系数，按产品样本选取；K2——机组融霜修正系数，每小时融霜一次取0.9，两次取0.8。注：每小时融霜次数可按所选机组融霜控制方式、冬季室外计算温度、湿度选取，或向生产厂家咨询。一、空气源热泵系统•设计原则及要点5.采用热回收式热泵机组时应注意以下事项：1)热回收器热水供水温度一般为45～60℃；2)当热水使用与热回收非同时运行，或热回收能力小于小时最大耗热水量时，应设置热水储水箱；3)当热回收直接提供生活热水时，热回收器的所有连接水管应采用不锈钢管或铜管。6.寒冷地区采用空气源热泵机组应注意以下事项：1)室外计算温度低于－10℃的地区，应采用低温空气源热泵机组；2)室外温度低于空气源热泵平衡点温度（即空气源热泵供热量等于建筑耗热量时的室外计算温度）时，应设置辅助热源。使用辅助热源后，应注意防止冷凝温度和蒸发温度超出机组的使用范围；3)在有集中供热的地区，不宜采用；4)在有集中供热的地区，过渡季节需要供热时可采用；5)非连续运行时，空调水系统应考虑防冻措施一、空气源热泵系统•设计原则及要点7.空气源热泵的最低室外温度使用范围分别为－7℃、－10℃、－15℃，适用不同地区的要求。8.空气源热泵机组应设有融霜自动控制，宜采用模糊控制除霜方法。9.空调水泵台数应按热泵机组台数一对一设置，台数三台以上时可不设备用泵。10.热泵机组设置位置应通风良好，避免气流短路及建筑物高温高湿排气。一、空气源热泵系统•设计原则及要点11.热泵机组布置应注意以下事项：1)为防止空气回流及机组运行不佳，热泵机组各个侧面与墙面的净距如下：机组进风面距墙大于1.5m，机组控制柜面距墙大于1.2m，机组顶部净空大于15m；2)两台机组进风面间距一般不小于3.0m；3)机组周围墙面只允许一面墙面高度高于机组高度；4)热泵机组基础高度一般应大于300mm，布置在可能有积雪的地方时，基础高度需加高。二、地源热泵空调系统--定义地源热泵空调系统以岩土体、地下水或地表水为低温热源,由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统.它包括了使用土壤源、地下水和地表水作为冷热源的系统二、地源热泵空调系统--定义地下耦合热泵系统（ground-coupledheatpumpsystems,GCHPs）地下热交换器地源热泵（groundheatexchanger）地下水源热泵系统（groundwaterheatpumps,GWHPs）地表水热泵系统（surface-waterheatpumps,GHPs）地源热泵还被称为：地热热泵(geothermalheatpumps,GHPs)地能系统(earthenergysystems)地源系统(ground-sourcesystems,GS)1997—ASHRAE—地源热泵(GSHP)二、地源热泵空调系统--分类地源热泵空调系统分类:土壤热交换器地源热泵地下水地源热泵系统地表水地源热泵系统二、地源热泵空调系统--分类土壤热交换器地源热泵二、地源热泵空调系统--分类地下水源热泵二、地源热泵空调系统--分类地表水源热泵二、地源热泵空调系统--分类地下水源热泵二、地源热泵空调系统--组成•热泵机组•室外地能换热系统•空调末端室外地能换热系统水循环热泵机组水或空气循环空调末端二、地源热泵空调系统—原理三、地下水地源热泵系统•一般规定1.在进行地下水地源热泵系统方案设计前，应咨询、了解当地政策法规是否允许开采地下水。采用地下水地源热泵系统时应保证不破坏、不污染地下水资源。2.在政策许可的条件下应进行工程场地状况调查，在确定有可利用的地下水资源时，应对工程场地进行水文地质勘察和水文地质试验。3.应根据地下水换热系统的设计方案进行地下水地源热泵系统可行性及技术经济比较，确定是否采用地下水地源热泵系统。采用地下水地源热泵系统时，应向当地水资源行政管理部门提出申请，取得取水许可。4.地下水换热系统应根据水文地质勘察资料进行设计。地下水被利用后，应采取可靠的回灌措施，将利用后的地下水全部回灌到同一含水层，并不得对地下水资源造成浪费及污染。5.地下水供水管和回灌管均不得与市政管网相连。三、地下水地源热泵系统•设计原则1.在水温2.适宜、水量充足稳定、水质较好、开采方便且不会造成地质灾害及当地政策法规允许的条件下，空调系统的冷热源可优先选用地下水地源热泵系统。3.热源井的设计单位应具有水文地质勘察资质，热源井的设计应符合现行国家标准《供水管井技术规范》（GB50296-99）的规定。4.当地下水换热系统的勘察结果符合地下水地源热泵系统要求时，应将勘探孔完善成热源井。5.为确保地下水地源热泵系统长期稳定运行，地下水的持续出水量应满足地下水地源热泵系统最大放热量或吸热量的要求。抽水管和回灌管上应设置计量装置，并且对地下水的抽水量、回灌量及其水质应定期进行检测。6.地下水地源热泵机组的选择应根据建筑物使用要求、装机容量、运行工况、负荷变化规律及部分负荷运行的调节要求等因素综合确定。7.地下水地源热泵机组性能应符合现行国家标准《水源热泵机组》（GB/T19409-2003）的相关规定，且应满足地下水地源热泵系统运行参数的要求。二、地下水地源热泵系统•设计要点1.热源井数目应结合工程场地情况和水文地质试验结果进行合理布置，并应满足持续出水量和完全回灌的要求。2.热源井井管应严格封闭，井内装置应使用对地下水无污染的材料，井口处应设检查井。3.抽水井和回灌井宜能相互转换，其间应设排气装置。抽水管与回灌管上均应设置水样采集口及监测口。地下水供水管道宜保温。4.为预防和处理回灌井堵塞，设计中应考虑回扬措施，并应根据含水层的渗水性、回灌井的结构和回灌方法确定回扬次数和回扬持续时间。三、地下水地源热泵系统•设计要点5.地下水源水质应满足《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）第7.3.3条条文说明的要求，当水源水质不能满足要求时，应相应采取有效的过滤、沉淀、灭藻、阻垢、除垢和防腐等措施。6.地下水系统宜采用变流量设计，根据空调负荷的变化，动态调节地下水用水量，既尽量减少地下水用量，又充分降低地下换热系统的运行费用。7.地下水地源热泵系统采用集中设置的机组时，应根据水源水质条件确定采用直接或间接式系统；采用分散小型单元式机组时，应设板式换热器间接换热。8.应根据建筑物的特点和使用功能经过技术经济比较来确定地下水地源热泵机组的形式，并应根据不同地区地下水的温度参数来确定机组合理的运行工况，提高地下水地源热泵系统的整体运行性能。三、地下水地源热泵系统•设计要点9.在水源热泵机组外进行冷、热转换的地下水地源热泵系统应在水系统管路上设置冬、夏季节的功能转换阀门，转换阀门应性能可靠，严密不漏，并作出明显标识。10.地下水直接进入地下水地源热泵机组时，应在水系统管路上预留机组清洗用旁通阀。地下水通过板式热交换器间接与地下水地源热泵机组换热时，在板式热交换器循环回路上应设置开式膨胀水箱或闭式稳压补水装置。11.地下水地源热泵系统在供冷、供热的同时，宜利用地下水地源热泵系统的热回收功能提供（或预热）生活热水，不足部分由其他方式补充。生活热水的制备可以采用制冷剂环路加热或水路加热的方式。生活热水的供应，应按照现行国家标准《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）的规定执行。12.建筑物内系统循环水泵的流量，应按地下水地源热泵机组蒸发器和冷凝器额定流量的较大值确定，水泵扬程为管路、管件、末端设备、蒸发器或冷凝器（选取较大值）的阻力之和。四、地表水地源热泵系统•设计原则1.地表水地源热泵空调系统选用的水源热泵机组名义工况能效比(EER)与性能系数(COP)应满足相关标准的规定。2.建筑同时存在空调冷负荷与空调热负荷或生活热水供热负荷时，宜选用有热回收功能的水源热泵机组。3.设备选配、管路设计与运行控制模式应能适应水源热泵机组功能的转换与建筑空调冷（热）负荷及生活热水供热负荷的变化,取得系统的最高运行效率。4.地表水换热系统的换热量应根据设计工况地表水地源热泵空调系统的取热量和释热量计算确定,应能同时满足设计工况系统取热量和释热量要求。四、地表水地源热泵系统•设计原则5.地表水换热系统对地表水体的温度影响应限制在：周平均最大温升不超过1℃，周平均最大温降不超过2℃。地表水换热系统的最大换热能力应此要作校核计算。6.冬季运行（包括运行状态与非运行状态）时，水源输送系统或地表水换热器系统应有防冻措施。如冬季极端工况不能满足系统供热要求时，应设另外的备用热源或补热系统。7.夏季空调设计工况地表水换热器系统设计供回水温差不应低于5℃，地表水换热系统水泵的输送能效比（ER）应不大于0.0241。水泵宜采用变频控制，系统变水量运行。四、地表水地源热泵系统•设计要点1.地表水地源热泵空调系统根据利用地表水方式的不同，分为开式地表水地源热泵空调系统与闭式地表水地源热泵空调系统。开式系统直接从水体抽水和向水体排水，闭式系统通过沉于水体的换热器（地表水换热器）向水体排热或从水体取热。2.地表水水质较好或水体深度、温度等不适宜采用闭式地表水换热系统，并经环境评估符合要求时,宜采用开式地表水地源热泵空调系统。3.开式地表水换热系统取水口应选择水质较好的位置，且于回水口的上游、远离回水口，应避免取水与回水短路。取水口（或取水口附近一定范围）应设置污物初步过滤装置。取水口水流速度不宜大于1m/s。四、地表水地源热泵系统•设计要点4.开式地表水换热系统地表水侧应