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关于地源热泵系统的知识,一起来看看吧

文章作者:zhuobo 发布时间:2020-12-28 17:37:36 浏览次数:0

  关于地源热泵系统概况

  地源热泵空调系统是基于卡诺循环和反卡诺循环原理,利用浅层地能供热、制冷的一种新的能源利用技术,是目前世界上最先进的绿色空调系统。一般情况下,热泵系统是把地下土壤、空气和水中的热量或冷量通过热泵机组工作转移到需要热泵的地方,从而达到向建筑物提供热量和冷量的目的,同时也提供生活热水。

  地源热泵系统充分利用了地下土壤巨大的蓄热、放热功能,在冬季将来自低位热源的热量转移到需要加热或加热的地方,在夏季可将室内的余热转移到低位热源,以实现加温或制冷,每年形成一个冷热循环过程。地源热泵系统是一种利用浅层地能供热制冷的新能源利用技术,具有清洁、高效、节能等特点。

  地源热泵的优点

  有效节能,稳定可靠

  地能或地表浅层地热资源全年温度相对稳定,土壤-空气温差一般为17度,冬季较环境空气温度高,夏季较环境空气温度低,是非常好的热泵热源和空调冷源,这种温度特性使地源热泵比传统空调系统运行效率提高40%~60%,从而节约能源,节约运行成本40%~50%。地源热泵一般能耗为1 KW,用户可获得5 KW以上的热量,或4 KW以上的冷量,因此我们称之为节能空调系统。

  无污染的环境

  与空气源热泵相比,地源热泵污染物排放量减少了40%以上,与电供暖相比减少了70%以上,真正实现了节能减排。

  一机多用

  地源热泵系统既可以供热,制冷,也可以提供生活热水,一机多用,一个系统可以代替两个原有的锅炉加空调装置或系统。

  维修费用低,是非常好

  与常规系统相比,地源热泵系统运动部件较少,从而减少了维修费用,系统安装在室内,不受风吹雨打,也不受损坏,更可靠,延长寿命。

  延长使用寿命

  地下埋管采用聚乙烯和聚丙烯塑料管,地源热泵使用寿命可达50年。

  与普通空调相比使用寿命延长35年。

  节约空间

  无冷却塔、锅炉房等设备,省去了锅炉房,占用了大量的冷却塔宝贵的空间,产生了额外的经济效益,改善了环境外部形象。

  地源热泵系统的能源来源于自然能源。无任何废气、废水、废渣排放,是理想的“绿色空调”。它被视为目前可用的最环保和最高效的供暖、供冷系统。无论在严寒地区还是热带地区都可以使用。广泛应用于办公大楼,宾馆,学校,宿舍,医院,酒店,商场,别墅,住宅等。

  地源热泵专用管道

  本实用新型是针对地源热泵系统的要求,采用优质聚乙烯原料PE100,进口设备,按照 GB/T13663-2000标准,研制而成的地源热泵系统专用管道,具有良好的耐蚀性,可焊接性,抗环境应力,耐快速开裂。

  工艺要求

  实施标准

  国家于2006年初发布了地源热泵系统国标GB5036-2005,详细规定了地源热泵系统的施工和设计要求,并在附录中对地源热泵用 PE管道的尺寸进行了规定,实际上,地源热泵用 PE管道的尺寸要求与给水管材是一致的,所以可以采用 GB/T13663组织生产地源热泵用 PE

  无污染的环境

  与空气源热泵相比,地源热泵污染物排放量减少了40%以上,与电供暖相比减少了70%以上,真正实现了节能减排。

  平面布置

  水平敷设地源热泵埋地管道一般可分为水平直管敷设和水平螺旋敷设两种。

  地源热泵埋地管道采用水平埋设方式时,要求埋管的上部高度低于冻土层0.4米,下部高度不低于0.8米。

  该项目采用水平铺设方式,施工相对简单,难度较小,工程投资相对较小,但占用了大量的土地。

  我国目前平铺方式采用较少。

  纵向布局

  地下水源热泵埋地管道垂直铺设一般也可以分为垂直直管铺设和垂直螺旋铺设两种,其中直管铺设又分为单 U管、双 U管和多 U管铺设(8 U管是目前国内最常见的有16根),目前国内采用较多的铺设方式为双 U管铺设。当使用单管 U时,需要使用单管 U弯曲件和双孔固定支架。当使用双 U管时,需要双 U弯管和四孔支架固定。对应的固定支架应根据其规格尺寸和预期效果确定其支架间距,一般1-2米为宜。

  竖直铺设时,埋管深度宜大于20米,钻孔直径宜小于0.11米,孔间距宜在3~6米之间,水平主管深度宜在冻土层以下0.6米,距地面不小于1.5米。

  竖直敷设方式,占用空间较小,热交换充分,但钻孔的工程成本较高,需要与 U形弯及固定支架等相应的管件配套。

  当前国内地源热泵工程多采用双层 U形管道垂直铺设方式。

  地下热泵换热系统的设计与施工

  设计

  在设计地下管线换热系统之前,应明确待埋管道区域内各种地下管线的种类、位置和深度,预留将来地下管线需要的埋管空间,以及待埋管道区域出入重型设备的车道位置。

  地埋管换热系统设计应采用全年动态负荷计算,最小计算周期宜为一年。地源热泵系统在计算周期内的总释放热量最好与其总吸收热量相平衡。

  水平埋管式换热器不能设置任何倾斜。最高层埋管的上部应在冻土层以下0.4 m,距地面的距离不宜小于0.8 m。

  直立式地下管线换热器埋管深度宜大于20 m,钻孔直径不应小于0.11 m,换热孔间距应满足换热需要,其间距应在3~6 m以内。连通接管深度应在冻土层以下0.6米,与地面距离不宜小于1.5米。

  地埋管换热器管内流体应保持有序流动状态,水平环形集管坡度宜为0.002。

  地埋管回路两端应分别与供回水环路集管连接,并宜同程布置。供、回水环路各集管连接地埋管环数宜相等。供回水环路集管之间的距离不得小于0.6米。

  地下管换热系统应根据地质特点确定回填料的配比,回填料的导热系数不能低于井外或沟外岩土体的导热系数。

  在地下管线换热系统设计时,应根据实际选择的传热介质的水力特性进行水力计算。

  地下管线换热系统宜采用变流量设计。

  地下管线换热系统的设计应考虑地下管线换热器的承压能力,当建筑物内部系统的压力超过地下管线换热器的承压能力时,应设置中间换热器,使地下管线换热器与建筑物内部系统分离。

  地埋管换热系统宜设反冲洗系统,反冲洗流量为工作流量的2倍。

       地埋管内换热系统施工前,应具备地埋管内工程勘察资料、设计文件和施工图纸,并完成施工组织设计。

  地埋管换热系统施工前,应了解地埋管换热区现有地下管线及其他地下结构的作用和准确位置,并应进行地面清理,清除地面杂草和杂物,平整地面。

  地埋管道换热系统施工过程中,应严格检查和保护管道。

  管路连接应符合下列规定:

  埋地管道应采用热熔或电熔连接。聚乙烯管材连接应符合国家标准CJJ101 《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》的有关规定;

  直立式地埋管换热器 U形弯管接头,宜选择定型 U形弯管成品件,不宜采用直立式地埋管接头;

  直立式地埋管换热器 U形管的组对长度应满足插人钻孔后与环形集管连接的要求,组对好的 U形管的两开端,应及时密封。

  水平地埋管换热器铺设前,沟底应先铺设相当于管径厚度的细砂。地面埋管式换热器的安装应注意防止石块等重物撞击管身。管子不能有折断、扭结等问题,转弯处应平整,并采取固定措施。

  水平地埋管换热器回填料应细小、松散、均匀,且不应含石块及土块。回填压实过程应均匀,回填料应与管道接触紧密,且不得损伤管道。

  竖直地埋管换热器U形管安装应在钻孔钻好且孔壁固化后立即进行。当钻孔孔壁不牢固或者存在孔洞、洞穴等导致成孔困难时,应设护壁套管。下管过程中,U形管内宜充满水,并宜采取措施使U形管两支管处于分开状态。

  竖直地埋管换热器U形管安装完毕后,应立即灌浆回填封孔。当埋管深度超过40M时,灌浆回填应在周围临近钻孔均钻凿完毕后进行。

  竖直地埋管换热器灌浆回填料宜采用膨润土和细砂(或水泥)的混合浆或专用灌浆材料。当地埋管换热器设在密实或坚硬的岩土体中时,宜采用水泥基料灌浆回填。

  地埋管换热器安装前后均应对管道进行冲洗。

  当室外环境温度低于。℃时,不宜进行地埋管换热器的施工。

  检验与验收

    地埋管换热系统安装过程中,应进行现场检验,并应提供检验报告。检验内容应符合下列规定:

  (1) 管 材 、管件等材料应符合国家现行标准的规定;

  (2)钻 孔 、水平埋管的位置和深度、地埋管的直径、壁厚及长度均应符合设计要求;

  (3)回 填 料及其配比应符合设计要求;

  (4)水 压 试验应合格;

  (5)各 环 路流量应平衡,且应满足设计要求;

  (6)防 冻 剂和防腐剂的特性及浓度应符合设计要求;

  (7)循 环 水流量及进出水温差均应符合设计要求。

  水压试验应符合下列规定:

  试验压力:当工作压力小于等于1.OMPa时,应为工作压力的1.5倍,且不应小于0.6MPa;当工作压力大于1.0MPa时,应为工作压力加0. 5MPa。

  水压试验步骤:

  (1) 竖直地埋管换热器插人钻孔前,应做第一次水压试验 。在试验压力下 ,稳压至少15min,稳压后压力降不应大于3% ,且无泄漏现象;将其密封后,在有压状态下插人钻孔 ,完成灌浆之后保压lh。水平地埋管换热器放人沟槽前 ,应做第一次水压试验。在试验压力下,稳压至15min,稳压后压力降不应大于 3% , 且 无 泄漏 现 象。

  (2)竖 直 或 水 平 地埋 管换热器与环路集管装配完成后,回 填 前应 进 行 第 二 次 水 压 试验。在试验压力下,稳压至 少 3 0m in , 稳压 后 压 力降不应大于3%,且无泄漏 现 象 。

  (3)环 路 集 管 与机 房 分集水器连接完成后,回填前应进行第 三 次水 压 试 验 。在 试验压力下,稳压至少2h,且 无 泄 漏 现 象 。

  (4)地 埋 管 换 热系 统 全部安装完毕,且冲洗、排气及回填 完 成后 , 应 进 行 第 四次水压试验。在试验压力下,稳 压 至 少 12 h ,稳 压 后 压力降不应大于3%。

  水压试验宜采用手动泵缓慢升压,升压过程中应随时观察与检查,不得有渗漏;不得以气压试验代替水压试验。

  回填过程的检验应与安装地埋管换热器同步进行。

  主管

  主管一般采用D40-63规格,部分大型项目采用D110左右的主管。主管的压力等级一般采用1.0MPa以上,管材的相关尺寸参照PE给水管材国标GB13663。主管的长度一般根据工程的设计确定,有时由于地理位置或地质条件的限制,地埋管的铺设可能需要远离建筑物1到2公里,这时需配备较长的主管。

  主管一般供应直管,特殊情况由设计单位与生产厂家协商确定。

  为避免管道在冬季结冰,主管需埋设于冻土层以下,连接室内机组时才出地面,主管在冻土层以上的部分一般需聚苯或橡塑材料做保温处理。

  地埋管

  地埋管有D16、D20、D25、D32、D40等规格,但大多数为D25和D32规格,其中尤以D32规格居多,由于埋地深度一般达100m左右,其压力等级多为1.0MPa以上,以1.6MPa最为多见。地埋管材的相关尺寸要求也参照PE给水管材国标GB13663。地埋管材一般为盘卷形式,长度由工程设计要求决定,每根在80米到100米之间。若采用双U管形式埋设,则每个单元的管材长度还需增加3倍,一般由4根100米左右的管材通过特制的双U弯管件连接后,统一盘卷,盘卷的内径约为1米。若采用垂直螺旋埋设,盘卷的直径需根据设计单位的要求定做。

  管件

  地源热泵管道系统中埋地管采用垂直铺设时,需采用U型弯和固定支架等管件。其中U型弯的作用是保持两根管材间的连通,形成水路循环系统,目前管材与U型弯的连接一般采用电熔套筒连接。由于下井较深,井中的水对管材的浮力较大,需在U型弯头的中间部位设置一个长螺栓,施工人员利用金属杆,通过长螺栓将管材压到预定深度的水中。固定支架的作用是使埋地管材之间保持固定的距离,以免管材之间由于距离过近而影响导热效果。在井下一般每隔1米或2米需要配备1只固定支架,因此用量较大。

  一口井中如果只铺设2根管材,采用单U弯和双孔支架。如果一口井中铺设4根管材,则需采用双U弯和四孔支架。

  埋地管材与主管间一般采用热熔承插变径管件,如异径直通和异径三通,规格多为D40~D63。一个工程设计的埋地井数量越多,采用的连接管件就越多。

  主管与热泵机组或其他材料的管道的连接一般采用活接或法兰,规格多为D40~D63。

  地源热泵地埋部分打井尺寸,管材选择,管材选型及施工设计

  (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其具有良好的化学稳定性、耐腐性。

  1、聚乙烯(PE)和聚丁烯(PB)在国外地源热泵系统中得到了广泛应用。

  2、PVC(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PVC 管。

  3、为了强化地下埋管的换热,国外有的提出采用薄壁(0.5mm)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1.0Mpa,工作温度应在-20℃~50℃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: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。 (①盐类溶液——氯化钙和氯化钠水溶液;②乙二醇水溶液;③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7—12℃,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 <37℃,与冷却塔进水温度相同。

  2、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cop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3—4℃。当然为了使地埋管换热器获得更多热量,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100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

  1、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1.2~2.0m,双层管1.6~2.4m) 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,立式柱状管、蜘蛛状管等形式;按埋设深度不同分为浅埋(≤30m)、中埋(31~80m)和深埋(>80m)。

  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100~150mm,井深10~200m,U 形管径一般在φ50mm 以下。

  2)套管式换热器:的外管直径一般为100~200mm,内管为φ15~φ25mm。其换热效率较U 形管提高16.7%。缺点:⑴下管比较困难,初投资比U 形管高。⑵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:①一个回路具有单一流通通路,管内积存的空气容易排出;

  ②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来讲,串联方式换热性能略高

  缺点:①串联方式需采用较大管径的管子,因而成本较高;

  ②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;

  ③安装劳动成本增大;

  ④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:①由于可用较小管径的管子,因此成本较串联方式低;

  ②所需防冻液少;

  ③安装劳动成本低。

  缺点: ①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;

  ②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;

  ③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、地埋管打孔孔径

  孔径:

  根据地质结构不同,钻孔孔径可以是Ф100、Ф150、Ф200或Ф300,天津地区地表土壤层很厚,为了钻孔、下管方便多采用Ф300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:

  Q1'= Q1*(1+1/COP1) kW (1)

  Q2'= Q2*(1-1/COP2) 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

  Q2'——冬季从土壤吸收的热量,kW

  Q2——冬季设计总热负荷,kW

  COP1——设计工况下水源热泵机组的制冷系数

  COP2——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20~40W/m(管长)左右,;设计时可取换热能力的下限值,即20 W/m。

  单沟单管埋管总长具体计算公式如下: L=Q/20

  其中L ——埋管总长,m

  Q ——冬季从土壤取出的热量,w

  分母“20”是每m 管长冬季从土壤取出的热量,W/m

  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、0.75、0.70 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;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1/4"~2";串联每沟2 管, 1 又1/4"~1 又1/2"。并联每沟2 管, 1"~1 又1/4";并联每沟4~6 管,管径13/4"~1"。

  管沟间距:每沟1 管的间距1.2m,每沟2 管的间距1.8m,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60~80 W/m(井深),垂直双U 形管为80~100W/m(井深)左右,设计时可取换热能力的下限值。

  一般垂直埋管为70~110W/m(井深),或35~55W/m(管长),水平埋管为20~40W/m(管长)左右。

  设计时可取换热能力的下限值,即35W/m(管长),双U管设计具体计算公式如下:

  L=Q1/25 (3)

  其中 L——竖井埋管总长,m

  Q1——夏季向土壤排放的热量, W

  分母“35”是夏季每m管长散热量,W/m

  确定竖井数目及间距

  国外,竖井深度多数采用50~100m[2],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:

  N=L/(4*H) (4)

  其中 N——竖井总数,个

  L——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。

  关于竖井间距有资料指出:U型管竖井的水平间距一般为4.5m[3],也有实例中提到DN25的U型管,其竖井水平间距为6m,而DN20的U型管,其竖井水平间距为3m[4]。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。

  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4.5m;若连续运行(或停机时间较少)建议取5~6m

  注意事项

  1、垂直地埋管换热器埋管深度应大于30m,宜为60m~150m;钻孔间距宜为3m~6m。水平管埋深应不小于1.2m。

  2、地埋管换热器水平干管坡度宜为0.3%,不应小于0.2%。

  3、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、回水集管的管沟宜分开布置;供、回水集管的间距不应小于0.6m

  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20mm、25mm、32mm、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2.44m/s以下或一般把各管段压力损失控制在4mH2O/100m当量长度以下。

  备注:

  ① 地下埋管换热器环路压力损失限制在30~50kPa/100m 为好,最大不超过50kPa/100m。同时应使管内流动处于紊流过渡区。

  ② 地下埋管系统单位冷吨(1 冷吨=3024kcal/h=3.52kW)水流量控制在0.16~0.19L/s.t

  ③ 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CaCl2 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。

  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:

  P=P0+ρgH+0.5Ph

  p——管路最大压力,Pa

  P0——建筑物所在的当地大气压,Pa

  ρ——地下埋管中流体密度,kg/m3

  g——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

  Ph——水泵扬程,Pa

  3.其它

  3.1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212m2。

  1、室外设计参数

  夏季室外干球温度tw=34℃, 湿球温度ts=28.2℃

  冬季室外干球温度tw=-4℃, 相对湿度φ=75%

  2、室内设计参数

  夏季室内温度tn=27℃, 相对湿度φn=55%

  冬季室内温度tn=20℃, 相对湿度φn=45%

  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24.54kW,冬季设计总热符负荷为16.38kW,选择NOBO SI20TR型地源源热泵机组1台,本设计举例工况下的 COP1=5.9, COP2=4.2。

  2、计算地下负荷

  根据公式(1)、(2)计算得

  Q1'= Q1*(1+1/COP1)=24.54*(1+1/5.9)=28.7 kW

  Q2'= Q2*(1-1/COP2)=16.38*(1-1/4.2)=12.48 kW

  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(SDR11),并联环路管径为DN20,集管管径分别为DN25、DN32、DN40、DN50。

  4、确定竖井埋管管长

  根据公式(3)计算得

  L=28.7*1000/25=1148 m

  5、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*H)=5.74 个

  圆整后取 6 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1-2-3-4-5-6-7-8-9-10─11─11′-1′各管段的压力损失,得到各管段总压力损失为40kPa。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15mH2O。

  7、检查管道承压能力

  夏天南京P0=100250 Pa,水密度ρ=1000 kg/m3,

  局部重力加速度 g=9.8米/秒2,高度差 H=50.5米

  静压ρ gH=494900 Pa的重力波

  半升泵0.5 ph=7.5mH2O=73529 Pa

  所以管道最大压力 P=P0+ρ gH+0.5 Ph=673550 Pa (Mpa)

  PE聚乙烯管的额定承载能力为1.6 MPa,管道材料完全满足设计要求。

地源热泵系统


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