《地源热泵与地板辐射采暖的联合应用(中级论文)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地源热泵与地板辐射采暖的联合应用(中级论文)（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、申报论文题目：地源热泵与地板辐射采暖技术的联合应用单 位：大兴区建设工程质量监督站姓 名：聂春雷申报专业：制冷2013 年 6 月 20 日北京市中级专业技术资格 评审申报论文第-#-页摘近年来，随着能源和环境的问题日益严重，在满足人们健康、舒适要求的前 提下，如何合理利用能源、保护环境、节能减排、降低能耗已成为二十一世纪人 们迫切需要解决的焦点问题。中国国民经济和社会发展第十二个五年规划， 确定 了节能减排的目标和任务，推进建筑节能减排是完成这个目标和任务的重要内容 之一。正是在政府大力提倡“节能与减排”的大旗下，地源热泵技术及地板辐射 技术在我国正如火如茶地得到应用和推广。地源热泵与地板辐
2、射联合技术将成为 二十一世纪既节能又环保，以及舒适卫生的最为活跃和最为有效的供暖方式。通过分析热泵和低温地板采暖的换热原理和结构形式，提出联合应用具有节 能、环保、简单、稳定”和地板辐射“舒适卫生、不占用室内使用面积、便于分 户计量”等诸方面的技术优势。结合具体工程实例对工程现场勘测和热泵土壤换 热器的设计选型、布置方式和管道长度进行了计算分析。同时对低温热水地板采 暖的施工工艺和管道布置方式进行了分析和比较。最后对联合运行的效果进行了说明。关键词：热泵 低温热水地板采暖联合应用II北京市中级专业技术资格 评审中报论文第-#-页目录摘 要 .I绪论 .1一、技术原理 . .21、地源热泵技术原
3、理 .22、低温热水地板采暖技术原理 .23、联合应用技术原理 .2二、技术优势 .3三、工程设计 4结论 .9参考文献 .10附 录 .11iii北京市中级专业技术资格 评审中报论文第-10-页绪论近年来，随着能源和环境的问题日益严重，在满足人们健康、舒适要求的前 提下，如何合理利用能源、保护环境、节能减排、降低能耗已成为 21世纪人们迫 切需要解决的焦点问题。中国国民经济和社会发展第十二个五年规划， 确定了节 能减排的目标和任务，推进建筑节能减排是完成这个目标和任务的重要内容之0地源热泵技术在热源应用方面具有较高的能效比，运行工况稳定，对环境影 响小。地板辐射采暖对热源温度要求低，舒适性和
4、节能方面相对于传统采暖方式 具有优势，把地源热泵与地板采暖技术联合应用，对于建筑节能减排具有积极作 用，当前这种联合应用技术正在被逐渐接受。本文对地源热泵与地板辐射联合应 用进行分析和研究，为这一技术的应用提供支持，有利于该技术在工程设计、施工中的应用。#1、地源热泵技术原理地源热泵是利用了地球土壤和水体所储藏的太阳能资源作为夏季冷源和冬季热源，然后再由热泵机组向建筑物供暖、 供冷的系统，是一种利用可再生能源 的既可供暖又可供冷的新型高效节能装置。2、低温热水地板采暖技术原理低温热水地面辐射供暖技术最早源于 20世纪30年代北欧的供暖系统，其原理 是通过铺设在建筑物内部地板的加热管内循环流动的
5、 4060c低温热水，加热整 个地板，使地板表面温度上升至25 29c左右，然后通过辐射和自然对流方式向 室内散热。该方式具有舒适性强，不占用室内面积等优点，受到人们的喜爱。地 源热泵的出水温度正好满足低温热水地面辐射供暖系统温度不高于60c的要求，不需增加换热设备，减少投资，这也是二者相结合的优势所在。3、联合应用技术原理地源热泵联合地板辐射供暖系统包括室外地源能换热系统、热泵机组及建筑物内地板辐射换热盘管系统。其中，室外地源换热系统与热泵机组依靠循环介质 传递热量，热泵机组与地板辐射换热盘管系统通过水和空气传递热量，实现建筑物的供暖。图i地源热泵与地板辐射供暖系统原理图1-室外地源能换热器
6、；2-循环水泵；3-冷凝器；4-换向阀；5-压缩机；6-蒸发器；7-膨胀阀；8-分 （集）水器；9-地板辐射换热盘管；10-通风系统如图1所示，在冬季供暖时，热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽 - 液转化的循环。在供暖状态下，系统由地源能环路吸收室外土壤或水体中的热量， 再通过冷凝器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中， 在冷媒循环的 同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由地板辐射换热盘管循环将冷媒所携带的热量 吸收。室外地源能在这样不断地转移至室内的过程中，以50c左右的低温热水形 式向建筑物室内供暖。:、技术优势地源热泵与地板辐射联合供暖系统综合了地源热泵“节能、环保、简单、稳 定
7、”和地板辐射“舒适卫生、不占用室内使用面积、便于分户计量”等诸方面的 技术优势。1、节能该系统综合了地源热泵、地板辐射及易实现分户计量，可谓岂管齐下”，节能效果非常显著。地源热泵利用土壤或水体温度冬季为 12-22C,温度比环境空 气温度高，热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。由于地板辐射供暖方式存 在辐射和自然对流的综合作用，对室内供暖形式有较适合的温度分布和辐射作 用，因此在相同的热感觉前提下，室内设计温度供暖可降低 2c左右，较其他传统 的房间供暖方式相比可节能10%30%。通过上述各项数据表明，采用地源热泵 与地板辐射联合供暖方式，较传统方式可达到综合节能 30%以上。2、环保采取地
8、源热泵以清洁的电能为动力， 省去了锅炉，系统运行无任何污染，极 大地改善了环境，属可再生利用的清洁能源。3、舒适卫生地板辐射供暖可减少四周表面对人体的冷辐射， 且地板温度均匀、室内由下而上递减，形成均匀且下温上凉的舒适温度场，符合中医学中“温足凉头”的健 身理论，具有很好的舒适感和保健功能。4、热稳定性好，不受室外气候限制空气源热泵的主要缺点是在夏季高温和冬季低温时的效率大大降低，尤其在东北地区的冬季，室外气温很低， 想使用空气源热泵是不现实的， 而地源热泵的 北京市中级专业技术资格 评审中报论文第-10-页土壤温度相对平稳，尤其是垂直埋管，地下一定深度一年四季保持十几度恒温， 即使在严寒的冬
9、季也可平稳高效运行。另外， 采取地板辐射供暖，由于受地面和 混凝土层的蓄热作用，以及辐射引起四周表面的蓄热，即使在间歇供暖的条件下， 室内温度的变化缓慢。5、易于实现分户计量地板辐射供暖为每户相对独立系统， 易于实现分户计量和收费，能较好地适 应供热方式的变革，有利于公平、合理和按需供求，促进行为节能。6、一机多用，占地少地源热泵与地面辐射联合供暖方式可同时实现对建筑物供暖、供冷，地源热泵还可以提供生活热水，可谓一机多用。另外，采取地源热泵代替了锅炉、冷水 机组和冷却塔等，机房占地面积小， 可设在地下室，又采用地板辐射供暖取消了 散热器及其立、支管，不仅美观和增加了室内使用面积， 而且便于室内
10、装修和物 具布置，美观大方。7、使用寿命长地源热泵与地板辐射所用换热管多采用耐高温、高压、抗老化、易弯曲的 PEX、PPR、PB、XPAP等塑料管道，具有耐腐蚀、抗老化、成本低，地面下无 接口、不易结垢、阻力小等优点，一般塑料管道使用寿命均可达 50年以上。 三、工程设计本文以北京市大兴区某别墅小区供暖系统应用情况为例，采用地源热泵与地 板辐射采暖系统联合的设计。该别墅区位于北京市城市发展的南部地区， 按城市总体规划，该小区处在城 市的外延。由于无市政供热设施，加上热泵具有多项优点， 所以该小区设计使用 地源热泵系统，末端采暖系统形式为低温热水地面辐射采暖。1、现场勘测现场勘测，对于地源热泵系
11、统十分重要。在决定使用地源热泵之前，建设和 勘察设计单位等相关部门对现场地质情况进行了准确详实的了解。该类项目实施受工程场区内地质、水文地质条件影响较大，主要影响因素有：地层结构、岩土体热物性参数等地层条件；地下水含水层的分布、静水位、流速等水文地质条件； 地温、水质等物理化学特性。根据工程惯例，对任何地点适应性的评估都应充分考虑当地地质的状况， 包 括松散土层在自然状态和负载后的密度，含水土层在负载后的状况，岩石层岩床 的结构等。根据地质勘察报告，对地源热泵系统进行了评估。 这些在工作开始时 对当地情况进行的鉴定，能够确保设计期间避免遇到潜在的复杂的问题， 同时设 计部门也需要上述资料，以便
12、选择最合适的钻孔和挖掘设备， 并且可以节约大量 时间和经费。2、采暖负荷设计该别墅建筑面积为366m2,根据采暖通风与空气调节设计规范 GB50019 2003要求，北京地区采暖室外计算温度为-9C,室内设计温度为18C,其单 位面积冷负荷按100W/m2,单位面积热负荷按85W/m2,总体冷负荷为36.6kW, 总体热负荷为31.1kW。根据总体冷热负荷选用某型号地源模块冷热水机组，制 冷量为38kW;制热量为32kW。3、土壤换热器的选型(1)确定埋管形式1地源热泵的技术核心是土壤源换热器，采用何种形式的地下埋管来实现能 量的转换是十分重要的，埋管的设计、布管形式、换热管材、施工技术等关系
13、到 地源热泵系统能否正常高效运行的关键。目前普遍采用的有垂直u形埋管和水平U形埋管两种基本的配置形式。水平埋管是在浅层土壤中挖沟渠，将 PE或 PB管水平的埋置于沟渠中,并填埋的施工工艺；垂直埋管是在地层中垂直钻孔, 然后将地下热交换器以一定的方式置于孔中，并在孔中注入填充材料的施工工艺。如图2-1、2-2所示:图2-1水平埋管图2-2垂直埋管由于受到场地限制，该项目采用 u型垂直埋管方式。(2)换热管材料的选择换热器长期埋于地下工作，要求材料是耐腐蚀、寿命长，其次要求其换热效 率高，目前国内使用较多的材料是高密度聚乙烯和聚丁烯管，在该项目中，选用 的地埋管材质为高密度聚乙烯管PE100,管径
14、为32mm,壁厚2.9mm,钻孔孔径为 150mm。(3)换热器长度的确认根据公式(1)进行土壤换热量的计算：-,八1、Q 9=Q (1) kwCOP2Q冬一冬季从浅层地表吸收的热量，kWQ 一冬季设计总热负荷，kWCOP2一设计工况下水-水热泵机组的供热系数依据冬季采暖热负荷的参考数据，选取热泵供热系数COP2为2.712计算,计算出换热量。根据公式(2)计算地下换热管道长度：L q m(2)qL 一地埋管长度mq 一单位长度地埋管换热量w/m根据文献2推荐q =59.389w/m来计算地埋换热器的长度，则系统的换热埋管长度为540米，根据每钻孔的深度为80米，则每栋别墅需三个钻孔即可。4、
15、地板辐射供暖系统设计(1)设计参数的确定低温地板辐射采暖地面平均温度根据其所处位置确定 3,见表1表1地表面平均温度（C）区域特征适宜范围最高现值人员经常停留区24-2628人员短期停留区28-3032无人停留区35-4042计算全面地面辐射供暖系统的热负荷时，室内计算温度的取值应比对流采暖系统的室内计算温度低2C,或取对流采暖系统计算总热负荷的 90%95%。单位地面面积所需的散热量计算公式（3）:Qqx = F（3）式中：qx 一单位地面面积所需的散热量w/mQ一房间所需的地面散热量wF 敷设加热管的地面面积m2地面温度与供暖水温、管道间距及埋深有关系，见表 2表2地面温度与管道间距、发热量的关系mm供水温度（）地面温度（C）发热量（w/m2）1505031.1127.81506037203.4150703
