地源热泵工程设计方法与实例讲解2(完整资料).doc

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1、地源热泵工程设计方法与实例讲解2(完整资料）(可以直接使用，可编辑 优秀版资料，欢迎下载）0 引言随着我国建筑业持续发展，对建筑节能的要求越来越高,而供热系统和空调系统是建筑能耗的主要组成部分,因此，设法减小这两部分能耗意义非常显著。地源热泵供热空调系统是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的系统1。冬季通过吸收大地的能量，包括土壤、井水、湖泊等天然能源，向建筑物供热；夏季向大地释放热量，给建筑物供冷.相应地，地源热泵系统分土壤源热泵系统、地下水热泵系统和地表水热泵系统3种形式。土壤源热泵系统的核心是土壤耦合地热交换器。地下水热泵系统分为开式、闭式两种:开式是将地下水直接供到热泵机组,再将井水

2、回灌到地下；闭式是将地下水连接到板式换热器，需要二次换热.地表水热泵系统与土壤源热泵系统相似，用潜在水下并联的塑料管组成的地下水热交换器替代土壤热交换器。虽然采用地下水、地表水的热泵系统的换热性能好，能耗低，性能系数高于土壤源热泵,但由于地下水、地表水并非到处可得,且水质也不一定能满足要求，所以其使用范围受到一定限制。国外(如美国、欧洲)主要研究和应用的地源热泵系统以及我国理论研究和实验研究的重点均是土壤源热泵系统。目前缺乏系统设计数据以及较具体的设计指导,本文进行了初步探讨,以供参考.1 土壤源热泵系统设计的主要步骤(1)建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算建筑物冷热负荷计算与常规空调系统冷

3、热负荷计算方法相同，可参考有关空调系统设计手册,在此不再赘述。冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。可以由下述公式2计算：k （) kW (2）其中Q1夏季向土壤排放的热量，kW Q1夏季设计总冷负荷,kW Q-冬季从土壤吸收的热量,k Q2-冬季设计总热负荷，kW P1-设计工况下水源热泵机组的制冷系数 C2设计工况下水源热泵机组的供热系数一般地,水源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量以及制冷系数、供热系数,计算时应从样本中选用设计工况下的 COP、CO2 。若样本中无所需的设计工况,可以采用插值法计算.（2)地下热交换器设计这部分是土壤

4、源热泵系统设计的核心内容，主要包括地下热交换器形式及管材选择，管径、管长及竖井数目、间距确定,管道阻力计算及水泵选型等。(在下文将具体叙述)()其它 地下热交换器设计2。1选择热交换器形式 水平(卧式)或垂直(立式)在现场勘测结果的基础上，考虑现场可用地表面积、当地土壤类型以及钻孔费用,确定热交换器采用垂直竖井布置或水平布置方式。尽管水平布置通常是浅层埋管，可采用人工挖掘,初投资一般会便宜些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，所以在实际工程中，一般采用垂直埋管布置方式.根据埋管方式不同，垂直埋管大致有3种形式:（1)U型管（2）套管型(）单管型（详见2)。套管型的内

5、、外管中流体热交换时存在热损失。单管型的使用范围受水文地质条件的限制。U型管应用最多,管径一般在5mm以下,埋管越深,换热性能越好,资料表明4:最深的U型管埋深已达180m.U型管的典型环路有种(详见1)，其中使用最普遍的是每个竖井中布置单U型管。2。12 串联或并联地下热交换器中流体流动的回路形式有串联和并联两种，串联系统管径较大，管道费用较高,并且长度压降特性限制了系统能力。并联系统管径较小,管道费用较低，且常常布置成同程式,当每个并联环路之间流量平衡时,其换热量相同，其压降特性有利于提高系统能力.因此,实际工程一般都采用并联同程式.结合上文，即常采用单U型管并联同程的热交换器形式。22

6、选择管材一般来讲,一旦将换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，这就要求保证埋入地下管材的化学性质稳定并且耐腐蚀。常规空调系统中使用的金属管材在这方面存在严重不足，且需要埋入地下的管道的数量较多，应该优先考虑使用价格较低的管材.所以,土壤源热泵系统中一般采用塑料管材。目前最常用的是聚乙烯(PE）和聚丁烯（P)管材,它们可以弯曲或热熔形成更牢固的形状，可以保证使用50年以上;而V管材由于不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此,不推荐用于地下埋管系统。3 确定管径在实际工程中确定管径必须满足两个要求2：（1)管道要大到足够保持最小输送功率;（2）管道要小到足够使管道内保持紊流以保证流体

7、与管道内壁之间的传热。显然，上述两个要求相互矛盾，需要综合考虑。一般并联环路用小管径，集管用大管径,地下热交换器埋管常用管径有20、2mm、32m、40mm、5m,管内流速控制在1。22ms以下，对更大管径的管道，管内流速控制在2。44m/s以下或一般把各管段压力损失控制在4O/0m当量长度以下1。2.4确定竖井埋管管长地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外,还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热系数等。文献2介绍了一种计算方法共分9个步骤, 很繁琐，并且部分数据不易获得。在实际工程中，可以利用管材“换热能力来计算管长。换热能力即单位垂直埋管深度或单位管长的换热量，一般垂直埋

8、管为70110Wm(井深）,或355W/m（管长)，水平埋管为04W/m（管长)左右3.设计时可取换热能力的下限值,即/m(管长），具体计算公式如下：(）其中 Q1-竖井埋管总长， L -夏季向土壤排放的热量，k 分母“3是夏季每m管长散热量，W/m2。5 确定竖井数目及间距国外，竖井深度多数采用100m2，设计者可以在此范围内选择一个竖井深度H，代入下式计算竖井数目：(4） 其中-竖井总数，个 竖井埋管总长，m H竖井深度,m 分母“2是考虑到竖井内埋管管长约等于竖井深度的2倍。然后对计算结果进行圆整，若计算结果偏大，可以增加竖井深度,但不能太深，否则钻孔和安装成本大大增加。关于竖井间距有资

9、料指出：U型管竖井的水平间距一般为4。5m3，也有实例中提到D2的U型管，其竖井水平间距为，而N2的U型管，其竖井水平间距为3m4。若采用串联连接方式，可采用三角形布置（详见2）来节约占地面积。26计算管道压力损失在同程系统中，选择压力损失最大的热泵机组所在环路作为最不利环路进行阻力计算。可采用当量长度法，将局部阻力件转换成当量长度，和管道实际长度相加得到各不同管径管段的总当量长度，再乘以不同流量、不同管径管段每00m管道的压降，将所有管段压降相加,得出总阻力。2.7 水泵选型根据上述计算最不利环路所得的管道压力损失,再加上热泵机组、平衡阀和其他设备元件的压力损失，确定水泵的扬程,需考虑一定的

10、安全裕量。根据系统总流量和水泵扬程，选择满足要求的水泵型号及台数。2。校核管材承压能力管路最大压力应小于管材的承压能力.若不计竖井灌浆引起的静压抵消，管路所需承受的最大压力等于大气压力、重力作用静压和水泵扬程一半的总和1，即:其中-管路最大压力，Pa o-建筑物所在的当地大气压，Pa 地下埋管中流体密度，k/m3g当地重力加速度,m/s2 h-地下埋管最低点与闭式循环系统最高点的高度差,m -水泵扬程，Pa其它3。与常规空调系统类似，需在高于闭式循环系统最高点处（一般为1m）设计膨胀水箱或膨胀罐，放气阀等附件。3。 在某些商用或公用建筑物的地源热泵系统中,系统的供冷量远大于供热量，导致地下热交

11、换器十分庞大，价格昂贵，为节约投资或受可用地面积限制，地下埋管可以按照设计供热工况下最大吸热量来设计,同时增加辅助换热装置(如冷却塔+板式换热器，板式换热器主要是使建筑物内环路可以独立于冷却塔运行）承担供冷工况下超过地下埋管换热能力的那部分散热量。该方法可以降低安装费用，保证地源热泵系统具有更大的市场前景，尤其适用于改造工程. 设计举例。设计参数上海某复式住宅空调面积22m2.4. 室外设计参数夏季室外干球温度34， 湿球温度ts=282冬季室外干球温度tw4，相对湿度75%4。1。 室内设计参数夏季室内温度tn=27， 相对湿度=5冬季室内温度n=0, 相对湿度n=454.2 计算空调负荷及

12、选择主要设备参考常规空调建筑物冷热负荷的计算方法，计算得到各房间冷热负荷并选择风机盘管型号;考虑房间共用系数(取0.）,得到建筑物夏季设计总冷负荷为24.54kW,冬季设计总热符负荷为1.8kW,选择WPD072型水源热泵机组2台，本设计举例工况下的COP13.3，COP =3。3 计算地下负荷根据公式（1）、(2）计算得kW k取夏季向土壤排放的热量 Q1进行设计计算。4确定管材及埋管管径选用聚乙烯管材PE6（SR11),并联环路管径为DN20,集管管径分别为DN25、DN32、DN40、DN50，如图1所示。4。5 确定竖井埋管管长根据公式（3)计算得m4.6 确定竖井数目及间距选取竖井深

13、度50m，根据公式（4）计算得个圆整后取10个竖井，竖井间距取4.m。4.7计算地埋管压力损失参照本文2。介绍的计算方法，分别计算1234567891011111各管段的压力损失，得到各管段总压力损失为40kP。再加上连接到热泵机组的管路压力损失,以及热泵机组、平衡阀和其他设备元件的压力损失，所选水泵扬程为H2。4.校核管材承压能力上海夏季大气压力po 10530P，水的密度 =1000 kg/,当地重力加速度 =9.8m/s2，高度差50 m 重力作用静压g 494900a水泵扬程一半0。5h=7.5 2O73529 P 因此,管路最大压力 =gh+05 h=69 P（约。7Ma）聚乙烯PE

14、3（SDR11）额定承压能力为.0MPa，管材满足设计要求。结论地源热泵系统在我国长江流域及其周围地区具有广阔的应用前景,但有关影响土壤源热泵系统广泛应用的主要因素（如地下热交换器的传热强化、土壤性质等)的研究还很有限，设计时大致可以遵循以下原则：（1)若建筑物周围可利用地表面积充足，应首先考虑采用比较经济的水平埋管方式；相反，若建筑物周围可利用地表面积有限,应采用竖直U型埋管方式.（2)尽管可以采用串联、并联方式连接埋管，但并联方式采用小管径，初投资及运行费用均较低，所以在实际工程中常用,且为了保持各并联环路之间阻力平衡,最好设计成同程式。(）选择管径时,除考虑安装成本外，一般把各管段压力损

15、失控制在mH2O0（当量长度)以下,同时应使管内流动处于紊流过渡区。 参考文献：1 徐伟等.地源热泵工程技术指南北京：中国建筑工业出版社,0011 2 谢汝镛地源热泵系统的设计现代空调,20.3：337肖益民等地源热泵空调系统的设计施工方法及应用实例。现代空调，2001。3：8810 4王勇地源热泵研究(）-地下换热器性能研究:硕士学位论文。重庆：重庆建筑大学,1997 作者简介:胡建平 女 3年1月生，硕士，讲师，2033 上海市仙霞路350号，上海工程技术大学机械学院热能与动力工程系，（01) 627977-507，Email：laoyu27sohu。com或cochsincom。cn 工

16、程设计合同工程名称：工程地点：合同编号：(由设计人编填）设计证书等级:发包人：设计人:签订日期：发包人：设计人：发包人委托设计人承担*基坑支护工程设计，经双方协商一致,签订本合同.第一条本合同依据下列文件签订：.1中华人民共和国合同法、中华人民共和国建筑法.2建设工程质量管理条例、建设工程勘察设计管理条例、建设工程勘察设计市场管理规定。13国家及地方有关建设工程勘察设计管理法规和规章。第二条设计人应向发包人交付的设计资料及文件：*基坑支护工程设计施工图，捌份。第三条本合同设计费为:以基坑周长按人民币单价(大写)陆佰元每延长米（RMB:￥00元/延长米）计费;基坑坡底线周长米，设计费总价*元，大

17、写元整（含税)。设计费不含专家评审费和审图公司审图费。设计费支付进度详见下表。另：、基坑平面尺寸扩大，设计费总价不变;2、若设计人中标施工，则该合同款项费用扣除。付费次序占总设计费付费额（元）付费时间第一次付费60 提交施工图15个工作日内第二次付费20基坑完成施工个月内第三次付费20%基坑回填完成并办理完结算基坑支护设计费15个工作日内备注：每次付款设计方须提交付款申请,并附必要的证明文件供发包人审批后支付(含税）。第四条双方责任 。1发包人责任：4。1发包人变更委托设计项目、规模、条件或因提交的资料错误，或所提交资料作较大修改，以致造成设计人新增、变更或返工设计时，在新增、变更或返工设计完

18、成后，设计人提交新增、变更或返工设计的工作量和单价，经发包人和设计人协商确认后,做为增加设计费列入结算.4。2发包人应保护设计人的设计方案、资料图纸。未经设计人同意，发包人对设计人交付的设计资料及文件不得擅自修改、复制或向第三人转让或用于本合同外的项目.4。2设计人责任：.1设计人应严格按照有关工程强制性标准，国家和地方技术规范、标准、规程及发包人提出的设计要求,进行工程设计，提交质量合格的设计资料,并对其负责。42.2由于设计人设计错误造成工程质量事故损失，设计人除负责采取补救措施外，应免收受损失部分的设计费。42.3设计人交付设计资料及文件后，按规定参加有关的设计审查，并根据审查结论负责对

19、不超出原定范围的内容做必要调整补充.4.2.4设计人应保护发包人的知识产权，不得向第三人泄露。第五条设计质量标准及图纸提交时限：。1设计人须按双方约定的时限提交设计成果文件，具体时限（如方案图提交专家评审、根据专家意见修改完善后送审图公司、根据审图公司意见修改完善后送审图公司确认、提交施工图等）发包人在提交地下室设计图纸后以书面形式明确，但由于专家评审、审图等方面的需要而不受设计人控制的时间不计入该时限,发包人下达指令时要给设计人必要的准备时间.。2设计人应确保按投标方案进行深化施工图设计后，能通过专家评审及政府相关部门的审查。因发包人提供的资料不齐全或有误差，不受此条限制，当设计人已经提拱了

20、充分的依据给出合理的解释时，若专家或政府审查人员仍然坚持个人意见时除外。5.在评审过程中，专家提出的问题应在施工图及相关的专业计算书中给出必要的回答或解释。若不能解释或回答,或必须增加新的措施才能满足专家提出的要求时,其增加的费用与原投标方案同比不能超过10。5。施工图设计应满足质量监督部门的检测与监督对其控制的要求（例如：沉隆、移位、受力变形等）。5通过评审和审查的施工图设计完成后，其工程造价不得超过原投标方案报价的20.5。6发包人提供的地质勘察报告和其它资料已给揭示说明的地下埋藏情况，施工图中须有针对性的解决措施。在实施过程中不得就已经明确的上述问题再提出增加或变更设计。若施工图中的具体

21、技术措施不能解决上述问题时，设计人须重新给出可行的解决方案和措施,因发包人提供的资料不齐全或有误差,不受此条限制。7设计人应具备相应的专业设计资质，若因资质不符合要求而导致设计工作无法通过政府审查,设计人须承担违约责任。第六条违约与罚责：6.1合同生效后,若一方要求终止或解除合同,按违约处理，同时承担因违约而给守约方造成的损失。（双方协商一致同意解除合同时除外)6。发包人应按合同约定的金额和时间向设计人支付设计费,每逾期支付一天,承担应支付金额0。2%的逾期违约金,超过1天按违约处理。6。3设计人不能按约定时限提交设计文件,每逾期一天按。%减收设计费,超过15天按违约处理。6。4设计人按投标方

22、案提交的深化设计施工图若不能通过审查，视为设计人违约，因发包人提供的资料不齐全或资料误差引起时除外。65设计人提交的施工图纸必须满足设计质量标准中5。35。7条的要求，每违反一条减收设计费0.2%,当总的工程造价增加超过原投标方案的%时，视为设计人违约。第七条其他7发包人委托设计人承担全合同内容之外的工作,另行支付费用.7。2由于不可抗力因素致使合同无法履行时，双方应及时协商解决。7本合同发生争议，双方当事人应及时协商解决。也可由当地建设行政主管部门调解,调解不成时,双方当事人同意由仲裁委员会仲裁，双方当事人未在合同中约定仲裁机构，事后又未达成仲裁书面协议的，可向人民法院起诉。7.4本合同一式

23、捌份,发包人肆份,设计人肆份。5本合同经双方签字盖章后生效。双方履行完合同规定的义务后，本合同即行终止。7.6本合同未尽事宜，双方可签订补充协议.发包人名称:设计人名称：(盖章）(盖章)法定代表人或委托代理人:法定代表人：（签字)（签字）委托代理人:委托代理人：（签字)(签字）住所：住所:深圳市罗湖区宝岗路号邮政编码:邮政编码：51809电话:电话:传真：传真:开户银行:开户银行：招行深圳安联支行银行帐号:银行帐号：478002591001地源热泵地埋管施工计算方法（一）管材选择及流体介质一、管材一般来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证

24、其具有良好的化学稳定性、耐腐性.1、聚乙烯（P）和聚丁烯（B）在国外地源热泵系统中得到了广泛应用。2、PV(聚氯乙烯）管的导热性差和可塑性不好,不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用VC 管。3、为了强化地下埋管的换热,国外有的提出采用薄壁(05mm)的不锈钢钢管，但目前实际应用不多.4、管件公称压力不得小于1。Mpa，工作温度应在20范围内。5、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择。6、地埋管应能按设计要求长度成捆供应,中间不得有机械接口及金属接头。二、连接1、热熔联接（承接联接和对接联接，对于小管径常采用)2、电熔联结三、流体介质及回填料流体介质南方地区

25、：由于地温高,冬季地下埋管进水温度在0以上，因此多采用水作为工作流体；北方地区：冬季地温低，地下埋管进水温度一般均低于0,因此一般均需使用防冻液。(盐类溶液-氯化钙和氯化钠水溶液；乙二醇水溶液；酒精水溶液等）.埋管水温：1、热泵机组夏季向末端系统供冷水,设计供回水温度为712，与普通冷水机组相同.地埋管中循环水进入U管的最高温度应 7,与冷却塔进水温度相同。、热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同,在满足供热条件下,应尽量减低供热水温度，这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提高co值,并降低能耗。 地埋管中循环水冬季进水温度，以水不冻结并留安全余地为好，可取34.当然为了使地埋管换热

26、器获得更多热量,可加大循环水与大地间温差传热，然而大地的温度是不变的，因此只有将循环水温降至0以下，为此循环水必须使用防冻液,如乙二醇溶液或食盐水。但这样会提高工程造价、增加对设备的腐蚀。在严寒地区不得不这样做,而在华北地区的工程中用水就可满足要求,不一定要加防冻液。地温是恒定值,可通过测井实测。有关资料介绍某地地下约00米的地温是当地年平均气温加4左右。天津市年平均气温是12.2,实测天津市地下约100米的地温约为16，基本符合以上规律。回填材料可以选用浇铸混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料选择要兼顾工程造价、传热性能、施工方便等因素。从实际测试比较浇铸混凝土换热性能最好，但造价高、施工

27、难度大，但可结合建筑物桩基一起施工.回填沙石或碎石换热效果比较好,而且施工容易、造价低,可广泛采用。(二）埋管系统环路一、埋管方式、水平埋管水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管等形式,由于多层埋管的下层管处于一个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少,因此应用多层管的较多。(单层管最佳深度。2。0m，双层管1.6。4)近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，一种是扁平曲线状管，另一种是螺旋状管。它们的优点是使地沟长度缩短,而可埋设的管子长度增加。2 、垂直埋管根据埋管形式的不同,一般有单U形管，双U 形管，套管式管,小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管

28、,立式柱状管、蜘蛛状管等形式；按埋设深度不同分为浅埋（3m）、中埋（3180m）和深埋(8m）。1）U形管型:是在钻孔的管井内安装U 形管,一般管井直径为10015m，井深200m，U 形管径一般在50m以下。2)套管式换热器：的外管直径一般为100m，内管为15mm。其换热效率较U 形管提高167%。缺点:下管比较困难，初投资比U形管高。在套管端部与内管进、出水连接处不好处理,易泄漏，因此适用于深度30m的竖埋直管，对中埋采用此种形式宜慎重。二、地下埋管系统环路方式1、串联方式优点:一个回路具有单一流通通路，管内积存的空气容易排出;串联方式一般需采用较大直径的管子，因此对于单位长度埋管换热量

29、来讲，串联方式换热性能略高缺点：串联方式需采用较大管径的管子，因而成本较高;由于系统管径大，在冬季气温低地区,系统内需充注的防冻液（如乙醇水溶液)多；安装劳动成本增大；管路系统不能太长，否则系统阻力损失太大。2、并联方式优点:由于可用较小管径的管子，因此成本较串联方式低;所需防冻液少；安装劳动成本低。缺点：设计安装中必须特别注意确保管内流体流速较高,以充分排出空气；各并联管道的长度尽量一致(偏差应10），以保证每个并联回路有相同的流量；确保每个并联回路的进口与出口有相同的压力，使用较大管径的管子做集箱,可达到此目的。从国内外工程实践来看,中、深埋管采用并联方式者居多；浅埋管采用串联方式的多。三

30、、地埋管打孔孔径孔径:根据地质结构不同,钻孔孔径可以是100、15、20或300，天津地区地表土壤层很厚，为了钻孔、下管方便多采用30孔径。(三)地下埋管系统设计一.地下换热量计算地下换热量可以由下述公式计算:1 Q1（1+1/COP1)kWQ= Q*(11/COP2）kW其中Q1-夏季向土壤排放的热量,WQ夏季设计总冷负荷，k冬季从土壤吸收的热量,kW冬季设计总热负荷，kWCP1设计工况下水源热泵机组的制冷系数OP2设计工况下水源热泵机组的供热系数一般地，水源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量以及制冷系数、供热系数,计算时应从样本中选用设计工况下的 、。若样本中无所需

31、的设计工况,可以采用插值法计算。二、地下热交换设计1.水平埋管：确定管沟数目:埋管管长的估算:利用管材“换热能力”,即单位埋管管长的换热量。水平埋管单位管材“换热能力在0W/（管长）左右,；设计时可取换热能力的下限值，即20 。单沟单管埋管总长具体计算公式如下:=Q/0其中 埋管总长,mQ 冬季从土壤取出的热量，w分母“0”是每m 管长冬季从土壤取出的热量，/单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管布置时分别乘上0.9、0。85、。75、。 的热干扰系数(热协调系数)。确定管沟间距：为了防止埋管间的热干扰,必须保证埋管之间有一定的间距。该间距的大小与运行状况（如连续运行还是间歇运行；

32、间歇运行的开、停机比等）、埋管的布置形式（如单行布置，只有两边有热干扰;多排布置，四面均有热干扰）等等有关。建议串联每沟1管，管径1/42;串联每沟2管，1 又/又/2”。并联每沟2管, 1”又1；并联每沟6 管，管径141”.管沟间距:每沟1 管的间距12m,每沟2管的间距18m，每沟4 管间距3。6m。管沟内最上面管子的管顶到地面的的最小高度不小于1。2m.2、竖直埋管确定竖井埋管管长一般垂直单U 形管埋管的换热能力为680 W/m(井深)，垂直双U形管为80100Wm（井深）左右，设计时可取换热能力的下限值。 一般垂直埋管为7010/m(井深)，或3555W/m（管长），水平埋管为040

33、W/(管长）左右。设计时可取换热能力的下限值,即5/m（管长），双U管设计具体计算公式如下：L=Q1/25其中 L-竖井埋管总长，m1夏季向土壤排放的热量，W分母“3”是夏季每m管长散热量,W/确定竖井数目及间距国外，竖井深度多数采用10m，设计者可以在此范围内选择一个竖井深度,代入下式计算竖井数目:L/(）其中 N竖井总数，个L-竖井埋管总长，mH竖井深度,m分母“2”是考虑到竖井内埋管管长约等于竖井深度的倍。然后对计算结果进行圆整，若计算结果偏大,可以增加竖井深度，但不能太深，否则钻孔和安装成本大大增加.关于竖井间距有资料指出：U型管竖井的水平间距一般为4。5m,也有实例中提到DN25的型

34、管,其竖井水平间距为6，而DN20的型管，其竖井水平间距为3m。若采用串联连接方式，可采用三角形布置来节约占地面积。工程较小，埋管单排布置，地源热泵间歇运行,埋管间距可取3。0m;工程较大,埋管多排布置,地源热泵间歇运行,建议取间距4.;若连续运行（或停机时间较少)建议取5m注意事项、垂直地埋管换热器埋管深度应大于30m，宜为m150；钻孔间距宜为3m6m。水平管埋深应不小于.m。2、地埋管换热器水平干管坡度宜为0。3,不应小于0。2。、地埋管环路之间应并联且同程布置，两端应分别与供、回水管路集管相连接.每个环路集管连接的环路数宜相同。4、地埋管换热器宜靠近机房或以机房为中心设置.铺设供、回水

35、集管的管沟宜分开布置;供、回水集管的间距不应小于06.三、管径与流速设计1、确定管径在实际工程中确定管径必须满足两个要求：（1)管道要大到足够保持最小输送功率;（2)管道要小到足够使管道内保持紊流以保证流体与管道内壁之间的传热。显然,上述两个要求相互矛盾,需要综合考虑。一般并联环路用小管径,集管用大管径,地下热交换器埋管常用管径有2mm、5mm、mm、40mm、50mm,管内流速控制在1。22m/s以下,对更大管径的管道，管内流速控制在。44m/s以下或一般把各管段压力损失控制在4m2O/100m当量长度以下.备注： 地下埋管换热器环路压力损失限制在3050Pa/10m为好,最大不超过50k/

36、0m。同时应使管内流动处于紊流过渡区。 地下埋管系统单位冷吨(1 冷吨=3024kcal/h=3。5kW)水流量控制在0。10.1L/s。t最小管内流速（流量）:在相同管径、相同流速下，水的雷诺数最大大。所以采用C 和乙二醇水溶液时，为了保证管内的紊流流动，与水相比需采用大的流速和流量.、校核管材承压能力管路最大压力应小于管材的承压能力.若不计竖井灌浆引起的静压抵消,管路所需承受的最大压力等于大气压力、重力作用静压和水泵扬程一半的总和1，即：P=P0+g+0.5Ph其中p管路最大压力，PaP0建筑物所在的当地大气压,Pa 地下埋管中流体密度,g/m3g当地重力加速度,/s2H-地下埋管最低点与

37、闭式循环系统最高点的高度差,mPh水泵扬程，Pa3其它3。与常规空调系统类似，需在高于闭式循环系统最高点处（一般为1m)设计膨胀水箱或膨胀罐，放气阀等附件。(四)设计举例一设计参数上海某复式住宅空调面积212。1、室外设计参数夏季室外干球温度tw=3, 湿球温度ts=28。2冬季室外干球温度tw=4, 相对湿度=52、室内设计参数夏季室内温度tn7, 相对湿度n55冬季室内温度t=2, 相对湿度n=4%二计算空调负荷及选择主要设备1、参考常规空调建筑物冷热负荷的计算方法,计算得到各房间冷热负荷并选择风机盘管型号;考虑房间共用系数(取0。8)，得到建筑物夏季设计总冷负荷为24.54k，冬季设计总

38、热符负荷为138kW,选择NOOSI0TR型地源源热泵机组1台，本设计举例工况下的CP1=5。9, CP2=4.2。2、计算地下负荷根据公式（1)、（2）计算得1=Q*(+/P1）4*（11/5。9）=28。kQ=Q*（11/CO)=6.38*(11/4。)1。4k取夏季向土壤排放的热量 进行设计计算.3、确定管材及埋管管径选用聚乙烯管材PE63（R11），并联环路管径为DN20，集管管径分别为N2、DN2、DN0、N5，如图所示.4、确定竖井埋管管长根据公式(）计算得L=28。7*00/21148 m、确定竖井数目及间距选取竖井深度50m，根据公式（4）计算得N=L/(4*）=5.74个圆整

39、后取 个竖井，竖井间距取 4 m。6、计算地埋管压力损失参照本文2。6介绍的计算方法,分别计算1235-67910111各管段的压力损失，得到各管段总压力损失为4kP。再加上连接到热泵机组的管路压力损失，以及热泵机组、平衡阀和其他设备元件的压力损失，所选水泵扬程为1mH2O。7、校核管材承压能力南京夏季大气压力P=100250a，水的密度=100gm3，当地重力加速度g.8 m/s2，高度差 H50.5 m重力作用静压gH=94900 Pa水泵扬程一半 .Ph=7. mHO=73529 P因此,管路最大压力PP0+gH0.5Ph6750Pa(约7Mpa）聚乙烯E-10额定承压能力为1。6MPa

40、，管材完全满足设计要求。地源热泵施工工法一、前言地源热泵系统是随着全球性的能源危机和环境问题的出现而逐渐兴起的一门热泵技术。它是一种通过输入少量的高位能(如电），实现从浅层地能(土壤热能、地下水中的低位热能或地表水中的低位热能)向高位热能转移的热泵空调系统被称为是21世纪的一项以节能和环保为特征的最具有发展前途的空调技术。地源热泵是利用自然环境在地表层下贮存的能量，通过吸取、传送、制冷剂循环等系统升高或降低室内温度，从而为我们创造一个舒适的生活环境。二、地源热泵系统特点2.1资源可以再生利用.。2运行费用低.3机房占地面积小，并可设在地下，节省建筑空间.2。4绿色环保，系统利用地球表面的浅层地

41、热资源，没有燃烧，没有排烟及废弃物，清洁环保无任何污染。2.5自动化程度高。2。6一机多用,既可供暖，又可制冷,最大限度的利用了能源。三、适用范围可用于工厂、车站、商场、宾馆、酒店、商务办公、娱乐场所、住宅小区、别墅、蔬菜养花大棚等各类建筑。小到一、二百平米大到几十万平米,从单供暖、冷暖双供到冷暖及生活热水三供,都可以完美运行。四、工艺原理土壤源热泵是利用地下土壤、地下水温度相对稳定的特性，冬季通过消耗少量的高位能量(电能）把土壤储存的低品位热能转移到需要供暖的室内;夏季却将室内的热量转移释放到土壤中，从而达到冬季供暖、夏季制冷的目的。如图所示:五、施工工法51测量、放线及钻机就位利用全站仪或

42、经纬仪定出井位控制网，依据控制网逐一定出井位，井位误差不宜大于1m，用木桩做好醒目标示，孔间距4.5m4.5m。潜孔钻机就位后，钻杆中心必须与孔位在一条垂线上,钻机找平后四腿支稳确保钻机水平.启动空压机，待机上仪表处于正常工况后方可拧动开关送气， 管路连接处不得有漏气现象。5.2开孔钻孔直径为130m，钻孔深度12m.5成孔工艺采用液压潜孔锤钻机高压空气作为钻进动力和排渣手段。压力过大易造成孔斜，导致安装竖直地埋管困难。增加钻杆前，应在压缩空气关闭后提升动力头至顶端，让其自由落下并且无阻碍,这时方可卸开钻杆丝扣。钻进中发生不返气现象且空气压力增高时应提钻检查。孔口粉尘变多时及时增加水泵注水量,

43、尽可能使返出孔口的岩屑为片状或粒状。当粉尘较大时，采用除尘系统进行收集来减少对周围环境的影响。5.4竖直管试压及安装。4。竖直地埋管换热器插入钻孔前 做第一次水压试验.在试验压力下 稳压至少 15min,稳压后压力降不应大于 3 且无泄露现象将其密封后 在有压状态下插入钻孔完成灌浆后保压 1 小时。4.2潜孔钻机收塔离开孔口。将经过试压检验合格的地埋管放在孔口,若孔内无水可直接将地埋管在保压状态下插入钻孔 若孔内有水根据相应的水位在U 型管下部配上相应的重物再将地埋管在保压状态下插入孔内.5.5回填 垂直U型管安装完毕后，应立即用回填材料封孔,采用水泥、黄沙、膨润土按一定比例混合后采用注浆回填

44、。图-2 机械灌浆示意图5.6保护管路当每一个井打好一组管路放入井中之后剪去多余的一部分,地面或横沟底面留下五十公分左右用胶带裹好要注意保护管路系统 避免泥浆石块和其它异物进入系统造成系统堵塞影响水流量。对成孔进行编号。57水平横沟的开挖用挖掘机来操作,用挖掘机主要怕工作时挖伤挖断地下立管造成意外的不良后果.所以说工作时一定要注意避免挖机碰到管路.横沟的开挖深度满足设计要求,在室外地坪1。m以下。5。水平管连接在竖直地埋管完成后进行水平管连接采用塑料管热熔器通过管件将各个竖直地埋管连接起来形成供回水环路。具体热熔连接步骤如下：5.8.热熔器接通电源将热熔温度调节到0度。2将管材及对应管件清洗擦干。5.8。3待温度升至300度同时将管件和管材与热熔模具紧密接触加