地源熱泵是一種可持續發(fā)展的綠色環(huán)保技術(shù)，為了保障資源的再生利用，采用地源熱泵能夠有效的利用地熱資源，減少不可再生資源的應用。但是在地源熱泵的設計中，需要對熱泵的參數進(jìn)行有效的設計。相比于傳統空調形式，地源熱泵中增加了地熱換熱器，因此在設計過(guò)程中，需要就地源熱泵的長(cháng)度進(jìn)行合理設計，從而保障地源熱泵的傳熱，增加熱量傳導與利用效率。 

　　關(guān)鍵詞：地源熱泵；傳熱研究；設計 

　　中圖分類(lèi)號：TK124文獻標識碼： A 

　　1、前言 

　　地源熱是一種節能環(huán)保的能源，我國2005年推出的《可再生能源法》以及《地源熱泵系統工程技術(shù)規范》，對于我國地源熱的應用提出了指導性的規范。隨著(zhù)能源危機的影響以及不可再生能源的逐漸消耗，地源熱逐漸會(huì )成為能源的關(guān)鍵方式，在未來(lái)的能源利用中占據越來(lái)越重要的作用。地源熱泵技術(shù)也能夠成為地源熱利用的關(guān)鍵技術(shù)，對于地源熱的應用具有重要的意義。地源熱泵埋管是地源熱泵系統的一種形式，這種系統主要用于散熱，而且在設計應用的過(guò)程中，不需要考慮沉降以及地下水位的問(wèn)題，而且應用過(guò)程中，不會(huì )存在排煙污染以及排水污染等污染問(wèn)題，因此在應用中具備獨特的價(jià)值，而且應用最為廣泛。但是不同于空調中的換熱管設計，在設計的過(guò)程中，因為零件以及維護并不方便，所以需要進(jìn)行科學(xué)合理的設計，從而保障地源熱泵的使用壽命盡量長(cháng)，而且埋管的長(cháng)度等參數會(huì )直接影響地源熱泵的使用效率，所以在設計的過(guò)程中，應該對相關(guān)的長(cháng)度設計進(jìn)行優(yōu)化，從而有效的進(jìn)行計算，對于地源熱的使用具有研究?jì)r(jià)值。 

　　2、地埋管長(cháng)度設計現狀 

　　2.1 地埋管長(cháng)度設計現狀 

　　目前在進(jìn)行地源熱泵的埋管長(cháng)度設計計算中，大多數是根據經(jīng)驗進(jìn)行設計，在設計的過(guò)程中，采用估算的方式，以地下熱負荷等參數進(jìn)行設計，從而進(jìn)行管長(cháng)的設計與計算。但是這種方式相對保守，在應用過(guò)程中，因為設計人員的保守設計，會(huì )造成設計的浪費，增加投資的費用。而且目前計算中，可以采用專(zhuān)用的GCHPCALC等軟件，但是這些軟件相對復雜，不宜推廣。 

　　2.2 埋管長(cháng)度設計原則 

　　在相應的《地源熱泵系統工程技術(shù)規范》中，已經(jīng)有相關(guān)的計算埋管長(cháng)度的方式，其中設計的過(guò)程中，引入平衡溫度與典型氣象的概念，對于地源熱泵中的關(guān)鍵參數繼續擰測試與選擇，從而擬定了一種設計埋管的科學(xué)方法。 

　　2.3 地埋管設計特點(diǎn) 

　　地埋管主要有水平管與豎直埋管的方式，而在相關(guān)的設計過(guò)程中，除了需要滿(mǎn)足埋管的區域要求之外，還需要對于埋管周邊的環(huán)境進(jìn)行認識，對于埋管周邊的巖土特性進(jìn)行分析，從而選擇合適可行的施工方式。因此在施工完成后，需要采用科學(xué)的方式對管長(cháng)進(jìn)行計算，計算的過(guò)程中，需要根據周邊的巖土性質(zhì)、周邊的地熱環(huán)境以及地源熱泵的需求進(jìn)行設計，因為受到諸多因素的限制，因此在設計的過(guò)程中通常采用地源熱泵與輔助冷熱源相結合的混合式進(jìn)行地源熱泵設計。 

　　3、地源熱泵地埋管長(cháng)設計 

　　3.1 參數的來(lái)源與分析 

　　在地源熱泵埋管長(cháng)度的計算中，需要多種參數的計算，而且計算的過(guò)程中，需要對于相關(guān)的參數進(jìn)行確定，從而保證計算結果科學(xué)合理。在參數的來(lái)源中，主要需要如下的參數。 

　?。?）熱泵機組的性能 

　　地源熱泵機組的性能是影響長(cháng)度的重要因素，而且相關(guān)的想能參數會(huì )隨著(zhù)實(shí)際工作概況變化而變化，因此在計算的過(guò)程中，需要采用廠(chǎng)商所指定的制熱量與制冷量的參數，從而保證參數的可靠應用。對于已經(jīng)使用了多年的地源熱泵的計算，可以采用擬合公式計算相關(guān)的參數。 

　?。?）典型氣象年數據 

　　典型氣象年是最近三十年的月平均氣候，通過(guò)選擇大量的數據，從而制作平均數據表，得到相關(guān)的曲線(xiàn)并進(jìn)行平滑處理，最終得到相關(guān)的平均氣候參數。典型氣候年的數據包括最熱月、最冷月以及平均氣溫等參數。 

　　3.2 傳熱模型的選擇 

　　根據《地源熱泵系統工程技術(shù)規范》（GB50366-2009）的設計要求，設計中的額模型選用的是一維線(xiàn)的熱源模型，該模型是1948年提出來(lái)的，最初應用于該模型計算地下埋管中換熱器的尺寸計算的標準方法，該方法需要對于傳熱熱阻進(jìn)行設計，而且在計算的過(guò)程中，需要對于換熱器的材質(zhì)熱阻與周邊環(huán)境的熱阻進(jìn)行計算，從而有效的計算導熱材料的熱阻。在計算的過(guò)程中，根據技術(shù)規范，設計的對流熱阻、關(guān)閉導熱熱阻與鉆孔壁熱阻都有詳盡的計算公式。其中計算分別如下所示： 　 

　　在相應的計算中di為地源熱泵埋管的內徑，m；λ為U型管導熱系數，h為對流換熱系數，W(m2，K) W(m K)；do為U型管外徑，m；對單U型管=2，對雙U型管=4；dp為U型管當量直徑，m為灌漿材料導熱系數，W(mK)；de為鉆孔直徑，m。 

　　3.3 地埋管長(cháng)度計算方法 

　　根據以上的參數以及《地源熱泵系統工程技術(shù)規范》（GB50366-2009）的設計要求，需要根據以下原則進(jìn)行計算： 

　?。?）設計時(shí)需要根據運行的參數調節相關(guān)的額參數設計，從而確定熱泵的冷熱負荷。在設計的過(guò)程中，需要根據結構與參數進(jìn)行設計。 

　?。?）設計的過(guò)程中，典型氣象年參數包括確定最熱月，最冷月與地表面年平均溫度，根據該參數確定最高與最低今夜溫度，從而選擇合適的地泵的型號與長(cháng)度設計。 

　?。?）根據水源熱泵機組的水流量確定地埋管并聯(lián)數，并且需要對于土壤參數、鉆孔參數等多種參數進(jìn)行設計與計算。 

　?。?）由設計冷負荷和水源熱泵機組在t下的制冷EER確定地埋管換熱器的放熱量；由設計熱負荷和水源熱泵機組在下的制熱COP確定地埋管換熱器的吸熱量。 

　?。?）根據設計冷負荷和最熱月室外逐時(shí)溫度計算出建筑物的逐時(shí)冷負荷；根據設計熱負荷和最冷月室外逐時(shí)溫度計算出建筑物的逐時(shí)熱負荷。 

　?。?）根據地埋管單管流量、鉆孔參數、地埋管內徑以及流體特性參數計算管內流體流速1，、Re和等。 

　　3.4 模型選擇與長(cháng)度計算 

　　而對于地源熱泵實(shí)際工作過(guò)程而言，需要對相關(guān)的工作參數進(jìn)行設計，因為實(shí)際工作過(guò)程會(huì )因為建筑物符合以及相關(guān)的運行時(shí)間的變化，而導致熱泵運行參數發(fā)生變化。所以在設計過(guò)程中，應該將相應的影響考慮到計算中，將線(xiàn)熱源理論加入到計算公式中，從而得到的附加熱阻為： 

　?。?） 

　　式中的τp為運行過(guò)程的買(mǎi)重負荷運行時(shí)間，單位為s。 

　　在設計的過(guò)程中，需要將相關(guān)的電阻與乳量負荷引入公式中，從而根據熱阻的分析，計算埋管的長(cháng)度計算公式，在計算的過(guò)程中，需要分制冷工況與供熱工況兩種工況進(jìn)行分析計算，其中的公式分別為： 

　　供熱工況： 

　?。?） 

　　制冷工況： 

　?。?） 

　　而相應的Q為泵的冷/熱負荷，t為工況下的戒指平均溫度，COP與EER分別為供熱與制冷系數，F為供熱/制冷運行份額。 

　　3.5 程序選擇 

　　在計算的過(guò)程中，能夠結合計算機程序進(jìn)行設計與計算，在相應的計算過(guò)程中，按照上述的計算公式與計算原則，搜集大量參數，采用Matlab能夠對管長(cháng)進(jìn)行合理計算，計算的過(guò)程中，需要選擇合適的參數與計算方式，從而保證計算結果的準確性。 

　　4、結語(yǔ) 

　　在關(guān)于地源熱泵的計算中，關(guān)于埋管長(cháng)度的計算是設計的關(guān)鍵參數，因此在計算的過(guò)程中，應該根據周邊環(huán)境情況，選擇合適的參數，并且就選擇合適的標準與計算公式，保證埋管長(cháng)度的合理可靠，方式因為不合理設計造成的浪費，甚至帶來(lái)實(shí)際工程困難。采用一維模型設計與《地源熱泵系統工程技術(shù)規范》，能夠最大限度的保障設計的合理可靠。