1.工程概況 1.1 研發中心的地理位置 某研發中心位於重慶市北部新區經開園C44-1地塊,用地總面積為25610m2，總建築面積為35923.29m2，研發中心由3棟實驗科研樓、1棟運動用房、單層地下車庫和配套管理用房組成。地源熱泵和地板輻射採暖空調系統主要滿足3號樓裙房冬季供暖和夏季空調。 1.2 空調房間室內環境控制要求 根據房間使用功能的不同，室內環境的控制要求亦略有不同。 1.3 重慶氣候特點 重慶屬於夏熱冬冷地區，夏季高溫炎熱；冬季潮溼陰冷，日照強度低。春、秋、冬季經常受寒冷空氣的侵襲，降溫猛烈。氣候條件惡劣。 2.冷熱源的比選 空調系統常規的冷熱源形式主要有空氣源熱泵、鍋爐＋冷水機組、水（地下水、地面水）源熱泵、土壤源熱泵等。 空氣源熱泵是利用環境空氣作為熱泵機組的熱源與熱匯，取之不盡、用之不竭。其缺點主要有：（1）當冬季環境空氣溫度在4℃左右時，室外側熱交換器盤管表面溫度將低於冰點，會出現結霜。（2）它的出力正好與需求量（冷、熱負荷）以及性能係數、能效比值呈反比。 水源熱泵機組不存在除霜問題，出力穩定，性能係數、能效比大幅度高於風冷熱泵。但用地下井水時，必須確保有效的回灌措施即不能破壞地下水的原始分布，否則，會引起水資源保護及地質穩定等環境問題。 鍋爐＋冷水機組空調冷熱源的形式，鍋爐在燃燒過程中產生很多廢棄，如SO2、CO2、NOX、煙塵等，均會嚴重汙染環境。該系統需採用冷卻塔，室外氣溫升高，室內冷負荷增大，冷卻塔的冷卻效率卻降低，且存在噪音汙染。 地熱源熱泵機組是利用土壤作熱源和熱匯，通過在管道裡流動的水進行熱交換，有很高的能效比，其優點:①高效節能；②環保零汙染；③結構簡單；④安全可靠；⑤使用範圍廣泛。地源熱泵系統可以替換原來的鍋爐和空調兩套系統。如果有效的使用地源熱泵系統，可以降低暖通空調的能耗，從而促進能源、環境與社會之間的可持續發展。 研發中心建築周圍沒有可直接利用的水源，為了避免鍋爐在運行過程中對大氣的汙染，為了達到更好的環境效益，結合該建築周圍的地理環境??建築周圍有大面積可利用的空地以及重慶的氣候條件，決定採用地源熱泵作為該空調工程的冷熱源。 3.土壤源熱泵的地下換熱器方案確定 3.1 地下換熱器打孔位置的確定 在研發中心西北側有大面積空地，但原地勘資料顯示，該空地表面有8～14m不等深度的回填土。由於土壤的換熱性能劣於巖石，且考慮打孔成形問題，需另選打孔區域。 在研發中心3＃樓西南側和東南側有可利用空地。且根據該區域相鄰建築的地勘資料及補勘資料推測該區域應為砂巖和礫巖。 3.2 地下換熱器打孔數量的確定 地下換熱器的打孔數量需既滿足空調系統冷熱需求，又要具備良好的經濟性，即應合理的確定打孔數量和打孔深度。在負荷相同時，打孔數量多，則孔深小，佔地面積增大；打孔數量少，則孔深大，佔地的面積小，但系統阻力增大，提高了換熱管的承壓要求。 另外豎直地埋管換熱器中水溫呈一定規律性。地下換熱器的埋管深度由三部分組成??飽和換熱層、換熱層、未換熱層。隨著地下換熱器承擔的負荷的變化，這三個換熱層的深度是動態變化的。三個區域的大小直接決定了換熱器的換熱能力。地下換熱系統運行到一定時間後，在冬季和夏季工況下，均呈現出進出水管在一定深度範圍內水溫變化較小（夏季工況下深度在0～5m，冬季狀態下在0～20m），即換熱器的進水管在該區域的換熱能力下降。進出水流體跨越上述範圍後，水溫變化明顯（夏季工況下為5～10m，冬季狀態下在20～25m），換熱能力增強。因此合理確定地下換熱器的深度對保證換熱器冬夏良好的換熱性能非常關鍵。 該空調工程的設計總冷負荷為227.2kW，其中潛熱負荷為30.4kW，顯熱負荷為198kW；總熱負荷為228kW。 根據該空調工程的負荷，並結合以上分析，確定地下換熱器的打孔數的過程如下： 3.2.1 確定換熱器埋管形式 根據該建築周圍的地質條件，鑽孔易成形，因此本設計採用豎直單U形管地下換熱器。為保持各環路之間的水力平衡，地下換熱器採用單個U形管並聯的同程式系統。 3.2.2 地下換熱器換熱量計算 Qk??為建築熱負荷，kW； COP1,COP2分別為熱泵機組製冷、制熱時的性能參數。 經計算熱負荷大於冷負荷，因此地埋換熱管的鑽孔按照熱負荷來計算確定。