（中铁二十四局集团有限公司上海200071）
【摘要】本文以历史建筑改造中植入地源热泵技术为例，根据改造后的建筑使用性质和负荷特点，模拟分析不同埋管布置方式、钻孔数量、钻孔间距对地源热泵机组换热性能的影响，并得出几点结论和建议以供参考。
【关键词】地源热泵；历史建筑；埋管方式；换热性能
【中图分类号】TU831【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2016）22-0056-02
引言
随着供暖和空调技术的不断发展，地源热泵因其在经济和技术上的较大优势而被广泛应用。地源热泵利用土壤温度的热稳定性，夏季通过循环液将地下冷量转移到建筑物中，冬季再通过循环液将地下热量转移到建筑物中，整个年度形成一个冷热循环，这样可极大限度做到节能环保。本文通过在历史建筑改造中植入地源热泵技术进行模拟分析，为地源热泵在历史建筑改造中的适用性提供参考依据。
1.工程概况
上海某历史保护建筑实施改造，建筑面积为480m2，之前作为办公使用，即将改造为办公或住宅，办公运行时间为8:00~18:00，住宅为24小时全天候运行[1]。建筑周边在有限区域内铺设地埋管，埋管循环液为不加防冻液的水，地埋管钻孔直径为150mm，地埋管直径为32mm，钻孔间距为4m，钻孔深度为90m。设计采用专业模拟软件EED[2-3]，模拟时间为15年，根据该地区相关参数和设计负荷得出模拟结果。
2.改造后建筑性质对钻孔数量的影响
历史建筑计划改造为办公或住宅，假设峰值负荷一定，因办公和住宅的建筑构造和运行时间不同，住宅的年总冷热负荷较办公分别增大28.2%和59.3%，表1为改造后的办公与住宅负荷表。
由表3分析可知，在这三种负荷情况下，与其他布置方式比较，直线形和矩形的流体最低温度和最高温度的差别最大，温差也是最大；而且流体温差越大，钻孔全长越小。当冷热负荷平衡时，钻孔的各种布置方式对钻孔全长的影响相差不大，矩形布置方式温差最大，钻孔全长最小，因此，这种情况下矩形的布置方式比较适合；以冷负荷或热负荷为主时直线形温差最大，钻孔全长最小，这种情况下直线形的布置方式比较有利。
4.改造后负荷特点对钻井间距的影响[5-6]
当可利用的地埋管面积不足时，通过减小钻孔间距来满足所需的地埋管占地面积，分析此时对热泵机组性能的影响。以改造后的办公楼和负荷为其8倍的办公楼为例，地埋管布置方式采用矩形方式，由软件模拟计算可得表4。
由表4分析可知，负荷较小时，钻孔全长随着钻孔间距的减小而逐渐增大，而且增大的幅度也逐渐增大；负荷较大时，钻孔全长则先减小后增大。由软件计算可知，在采用矩形布置方式时，在钻孔个数较少（甚至只有几个）时，随着钻孔间距的减小钻孔全长增大；而钻孔个数较多时，随着钻孔间距先逐渐减小，间距小于3m以后逐渐增大，如果间距小于等于2m，间距和地埋深度比小于0.02，不满足设计要求。
因此，钻孔个数较多时，可以适当的减小钻孔的间距，但不宜小于3m，否则，随着钻孔间距的减少，钻孔之间的相互的干扰作用越来越明显，钻孔全长增加幅度越大，每米钻孔的换热效果越来越差，热泵机组的性能就越差。
5.结论
本文根据历史建筑改造后的使用性质和负荷特点，通过EED软件模拟分析地埋管布置方式和钻孔间距等方面对地源热泵换热性能的影响，得到如下结论和建议以供参考。
（1）对于该建筑，地埋管钻孔数量与建筑改造后的年负荷相关，历史建筑改造后负荷减小，地埋管钻孔数量相应减少。因此，在周边区域地埋管面积有限的情况下，改造成办公建筑更适合地源热泵系统。
（2）如果考虑不同地区的历史建筑，当建筑周围有足够可利用的地埋管面积时，需要考虑到建筑冷热负荷的三种情况，即冷热负荷平衡时，矩形布置方式供回水温差大、钻孔全长小；而以冷负荷或热负荷为主时，直线形供回水温差大、钻孔全长小，因此，根据不同的负荷特点，应采用合理的钻孔布置方式。
（3）对于该建筑，在负荷较大时，钻孔数量较多，随着钻孔间距的减小，钻孔全长先减小后增大。为节约投资，节省地埋管铺设面积，可适当的减小钻孔的间距，但不宜小于3m，否则，随着钻孔间距的减少，钻孔之间的相互的干扰作用越来越明显，反而对热泵机组的换热性能产生不利。
参考文献
[1]历史建筑节能改造地源热泵影响因素分析.
[2]EED地能设计软件的工程应用分析.
[3]地源热泵在历史性保护建筑中的应用.
[4]Optimizationofground-coupledsystemsforheatingandcoolingofbuildings.
[5]上海花园洋房历史建筑节能改造技术适用性研究.
[6]地源热泵在苏州地区适应性应用技术.