土壤源热泵统的设计与安装.ppt

地源热泵系统的设计与安装 引言 地源热泵系统共分为三种形式： 土壤源热泵是地源热泵系统的形式之一，其核心是土壤耦合地热交换器；地源热泵系统还包括地下水和地表水热泵系统。 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。 土壤源热泵系统的设计步骤 工程勘察 地源热泵系统方案设计前，应进行工程场地状况调查，并应对浅层地热能资源进行勘察。对于地埋管地源热泵系统方案设计，应对工程场区内岩土体地质条件进行勘察。 地埋管换热系统勘察应包括下列内容: 1 岩土层的结构; 2 岩土体热物性; 3 岩土体温度; 4 地下水静水位、水温、水质及分布; 5 地下水径流方向、速度; 6 冻土层厚度。 选择闭式环路系统还是土壤耦合系统？ 由于地下水的抽取和排放的限制，通常采用闭式环路土壤热交换器系统比较现实。 建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算 1.冬夏季冷热负荷 与常规空调系统冷热负荷计算方法相同。 地埋管换热系统设计应进行全年动态负荷计算，最小计算周期宜为1年。计算周期内，地源热泵系统总释热量宜与其总吸热量相平衡。 估算前必须进行建筑空调分区，确定每个分区的冷热负荷，最后获得整幢建筑的总供冷与供热负荷。详细计算请见设计手册与标准规范。 2.冬夏季换热量 可按下列公式计算： 夏季： 冬季： －夏季、冬季的换热量，kW －夏季、冬季设计总负荷， kW －设计工况下热泵机组的制冷系数和 供热系数 土壤热交换器设计 1.选择地下热交换器形式 水平式或垂直式 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，并且受可利用土地面积的限制，水平布置所占土地面积是垂直式的5~10倍，水平式占地140~350m2/冷吨，垂直式占地6~40m2/冷吨。所以在实际工程中，一般采用垂直埋管布置方式。 垂直埋管一般可分为U行管和套管两种，结构形式如下： 1.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。 2.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给水管）和聚丁烯（PB）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PVC(全名为Polyvinylchlorid，主要成份为聚氯乙烯)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水流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