地源熱泵是一種可持續發展的綠色環保技術，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，因此在設計過程中，需要就地源熱泵的長度進行合理設計，從而保障地源熱泵的傳熱，增加熱量傳導與利用效率。 

　　關鍵詞：地源熱泵；傳熱研究；設計 

　　中圖分類號：TK124文獻標識碼： A 

　　1、前言 

　　地源熱是一種節能環保的能源，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規范》，對于我國地源熱的應用提出了指導性的規范。隨著能源危機的影響以及不可再生能源的逐漸消耗，地源熱逐漸會成為能源的關鍵方式，在未來的能源利用中占據越來越重要的作用。地源熱泵技術也能夠成為地源熱利用的關鍵技術，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程中，不需要考慮沉降以及地下水位的問題，而且應用過程中，不會存在排煙污染以及排水污染等污染問題，因此在應用中具備獨特的價值，而且應用最為廣泛。但是不同于空調中的換熱管設計，在設計的過程中，因為零件以及維護并不方便，所以需要進行科學合理的設計，從而保障地源熱泵的使用壽命盡量長，而且埋管的長度等參數會直接影響地源熱泵的使用效率，所以在設計的過程中，應該對相關的長度設計進行優化，從而有效的進行計算，對于地源熱的使用具有研究價值。 

　　2、地埋管長度設計現狀 

　　2.1 地埋管長度設計現狀 

　　目前在進行地源熱泵的埋管長度設計計算中，大多數是根據經驗進行設計，在設計的過程中，采用估算的方式，以地下熱負荷等參數進行設計，從而進行管長的設計與計算。但是這種方式相對保守，在應用過程中，因為設計人員的保守設計，會造成設計的浪費，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 埋管長度設計原則 

　　在相應的《地源熱泵系統工程技術規范》中，已經有相關的計算埋管長度的方式，其中設計的過程中，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方法。 

　　2.3 地埋管設計特點 

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

　　3、地源熱泵地埋管長設計 

　　3.1 參數的來源與分析 

　　在地源熱泵埋管長度的計算中，需要多種參數的計算，而且計算的過程中，需要對于相關的參數進行確定，從而保證計算結果科學合理。在參數的來源中，主要需要如下的參數。 

　　（1）熱泵機組的性能 

　　地源熱泵機組的性能是影響長度的重要因素，而且相關的想能參數會隨著實際工作概況變化而變化，因此在計算的過程中，需要采用廠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的參數。 

　　（2）典型氣象年數據 

　　典型氣象年是最近三十年的月平均氣候，通過選擇大量的數據，從而制作平均數據表，得到相關的曲線并進行平滑處理，最終得到相關的平均氣候參數。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規范》（GB50366-2009）的設計要求，設計中的額模型選用的是一維線的熱源模型，該模型是1948年提出來的，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行設計，而且在計算的過程中，需要對于換熱器的材質熱阻與周邊環境的熱阻進行計算，從而有效的計算導熱材料的熱阻。在計算的過程中，根據技術規范，設計的對流熱阻、關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 地埋管長度計算方法 

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

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

　　（2）設計的過程中，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度設計。 

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

　　（4）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。 

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

　　（6）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 模型選擇與長度計算 

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

　　（5） 

　　式中的τp為運行過程的買重負荷運行時間，單位為s。 

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

　　供熱工況： 

　　（6） 

　　制冷工況： 

　　（7） 

　　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 

　　在計算的過程中，能夠結合計算機程序進行設計與計算，在相應的計算過程中，按照上述的計算公式與計算原則，搜集大量參數，采用Matlab能夠對管長進行合理計算，計算的過程中，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 

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