地源热泵系统的特点.ppt

图8-10给出了水平地埋管换热器的一些常见布置形式。其中图(a)是双管水平式布置的图例，左边的常称为并排方式，右边的称作为上下排方式。两种排列方式可以组成单环路或双环路系统，即图示可以被看做为单环路系统的供回水断面图，也可以被看做两个平行布置的相互独立的环路断面。图(b)是四管水平式布置的图例，它可以表示双环路或四环路热交换器。图(c)表示的是双层六管水平式布置，它可以表示三环路或六环路热交换器。 图8-11给出了几种新近开发的地埋管热器形式。 2、连接方式 竖直地埋管换热器和水平地埋管换热器都有并联管路和串联管路两种形式。 并联管路竖直式热交换器与串联管路竖直式热交换器的比较结果也同样适用于并联管路水平式热交换器与串联管路水平式热交换器的比较。 采用并联还是串联取决于系统的大小，埋管深浅及安装成本的高低等因素。串联系统的主要的优点是具有单一流体通道和同一型号的管道。由于串联系统管路管径大，因此对于单位长度埋管来说，串联系统的热交换能力比并联系统的高。串联系统有许多缺点，首先采用大管径管道，管内体积大，需较多的防冻液；管道成本及安装费用高于并联系统的；管道不能太长，否则阻力损失太大且可靠性降低。目前，工程上以并联管路为主。需要说明的是：对于并联管道，在设计和制造过程中必须特别注意，应确保管内水流速较高以排走空气。此外，并联管道每个管路长度应尽量一致（偏差宜控制在10%以内），以使每个环路都有相同的流量 。 3、水平连接集管 分、集水器是防冻液从热泵到地热换热器各并联环路之间循环流动的调节控制装置。设计时应注意各并联环路间的水力平衡及有利于系统排除空气。与分、集水器相连接的各并联环路的多少，取决于竖直U形埋管与水平连接管路的连接方法、连接管件和系统的大小。 三、地埋管管材与传热介质 地埋管管材及管件应符合下列规定： 地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小的塑料管材及管件，宜采用聚乙烯管(PE80或PE100)或聚丁烯管(PB)，不宜采用聚氯乙烯 (PVC)管。管件与管材应为相同材料。 《地源热泵系统工程技术规范》中给出了地热换热器地埋管管道外径、壁厚和管道的压力级别。见表8-4和表8-5。 传热介质应以水为首选，也可选用符合下列要求的其他介质： （1）安全，腐蚀性弱，与地埋管管材无化学反应； （2）较低的冰点； （3）良好的传热特性，较低的摩擦阻力； （4）易于购买、运输和储藏。 传热介质的安全性包括毒性、易燃性及腐蚀性；良好的传热特性和较低的摩擦阻力是指传热介质具有较大的导热系数和较低的钻度。可采用的其他传热介质包括氯化钠溶液、氯化钙溶液、乙二醇溶液、丙醇溶液、丙二醇溶液、甲醇溶液、乙醇溶液、醋酸钾溶液及碳酸钾溶液。 表8-4 聚乙烯 (PE)管外径及公称壁厚 (mm) 表8-5 聚丁烯(PS)管外径及公称壁厚 (㎜) 四、地埋管管长的确定 根据所选择的地热换热器的类型、布置形式及建筑物负荷，设计计算地热换热器的管长。 首先，应确定土壤换热器容量计算所需的设计参数： 1)确定钻井参数，包括钻井的几何分布形式、钻井半径、模拟计算所需的钻井深度、钻井间距及回填材料的热导率等。 2)确定U形管参数，如管道材料、公称外径、壁厚及两支管的间距。 3)确定土壤的热物性和当地土壤的平均温度，其中土壤热物性最好使用在现场实测的等效热物性值。 4）确定循环介质的类型，如纯水或选定的某一防冻液。 5)热泵性能参数或热泵性能曲线，如热泵主机循环介质的不同入口温度值所对应的不同的制热量（或制冷量）及压缩机的功率。 然后，根据已知的设计参数按如下步骤计算土壤换热器的长度： 1)初步设计土壤换热器，包括设计土壤换热器的几何尺寸及布置方案。 2)计算钻井内热阻，根据初步设计的土壤换热器几何参数、物性参数等计算。 3）计算运行周期内孔壁的平均温度和极值温度。 4）计算循环介质的进出口温度、极值温度或平均温度。 5)调整设计参数，使循环介质进出口温度满足设计要求。 五、竖井、管沟数目及间距 对于竖直埋管形式来说，知道所需的埋管长度就可以确定钻井的深度,但还要考虑钻井数目。对于水平式埋管，要考虑确定管沟的数目。这就要由初投资和占地面积等因素来确定。 《地源热泵系统工程技术规范》中规定，竖直地埋管换热器埋管深度宜大于20m，钻孔孔径不宜小0.llm，钻孔间距应满足换热需要，间距宜为3～6m。水平连接管的深度应在冻土层以下0.6m，且距地面不宜小于1.5m。 六、管道压力损失计算与循环泵的选择 传热介质不同，其摩擦阻力也不同，水力计算应按选用的传热介质的水力特性进行计算。国内已有塑料管比摩阻均是针对水而言，对添加防冻剂的水溶液，目前尚无相应数据。为此，可参照《地源热泵系统工程技术规范》中给出的计算方