上海某复式住宅地源热泵设计

1 设计参数

上海某复式住宅空调面积212m2。

1.1 室外设计参数

夏季室外干球温度tw＝34℃, 湿球温度ts＝28.2℃

冬季室外干球温度tw＝-4℃, 相对湿度φ＝75％

1.2 室内设计参数

夏季室内温度tn＝27℃, 相对湿度φn＝55％

冬季室内温度tn＝20℃, 相对湿度φn＝45％

2 计算空调负荷及选择主要设备

参考常规空调建筑物冷热负荷的计算方法，计算得到各房间冷热负荷并选择风机盘管型号；考虑房间共用系数（取0.8），得到建筑物夏季设计总冷负荷为24.54kW，冬季设计总热符负荷为16.38kW，选择WPWD072型水源热泵机组2台，本设计举例工况下的 COP1＝3.3，COP2 ＝3.7。

3 计算地下负荷

根据公式（1）、（2）计算得

取夏季向土壤排放的热量Q1 ＇进行设计计算。

4 确定管材及埋管管径

选用聚乙烯管材PE63（SDR11），并联环路管径为DN20，集管管径分别为DN25、DN32、DN40、DN50，如图1所示。

5 确定竖井埋管管长

根据公式（3）计算得

m

6 确定竖井数目及间距

选取竖井深度50m，根据公式（4）计算得

个

圆整后取10个竖井，竖井间距取4.5m。

7 计算地埋管压力损失

参照本文2.6介绍的计算方法，分别计算1－2－3－4－5－6－7－8－9－10―11―11′－1′各管段的压力损失，得到各管段总压力损失为40kPa。再加上连接到热泵机组的管路压力损失，以及热泵机组、平衡阀和其他设备元件的压力损失，所选水泵扬程为15mH2O。

8 校核管材承压能力

上海夏季大气压力ｐo ＝100530 Pa，水的密度 ρ＝1000 kg/m３，

当地重力加速度g ＝9.8 m/s2，高度差h＝50.5 m

重力作用静压ρgh ＝494900 Pa

水泵扬程一半0.5 ρh＝7.5 mH2O＝73529 Pa

因此，管路最大压力 ｐ＝ｐo＋ρgh＋0.5 ρh＝668959 Pa（约0.7Mpa）

聚乙烯PE63（SDR11）额定承压能力为1.0MPa，管材满足设计要求。

9 结论

地源热泵系统在我国长江流域及其周围地区具有广阔的应用前景，但有关影响土壤源热泵系统广泛应用的主要因素（如地下热交换器的传热强化、土壤性质等）的研究还很有限，设计时大致可以遵循以下原则：

（1）若建筑物周围可利用地表面积充足，应首先考虑采用比较经济的水平埋管方式；相反，若建筑物周围可利用地表面积有限，应采用竖直U型埋管方式。

（2）尽管可以采用串联、并联方式连接埋管，但并联方式采用小管径，初投资及运行费用均较低，所以在实际工程中常用，且为了保持各并联环路之间阻力平衡，最好设计成同程式。

（3）选择管径时，除考虑安装成本外，一般把各管段压力损失控制在4mH2O/100m（当量长度）以下，同时应使管内流动处于紊流过渡区。

参考文献：

[1] 徐伟等.地源热泵工程技术指南.北京：中国建筑工业出版社，2001.11

[2] 谢汝镛.地源热泵系统的设计.现代空调，2001.3：33～74

[3] 肖益民等.地源热泵空调系统的设计施工方法及应用实例.现代空调，2001.3：88～100

[4] 王勇.地源热泵研究（1）——地下换热器性能研究：[硕士学位论文].重庆:重庆建筑大学，1997