最全面的地、水源熱泵設計與施工要點

1、最全面的地、水源熱泵設計與施工要點一、土壤式地源熱泵空調系統(tǒng)設計1.水平與垂直埋管2. 地下?lián)Q熱器設計串聯(lián)方式并聯(lián)方式單一流通通路，空氣容易排除需較大直徑管子，換熱量較大，但成本高，適用于小型的系統(tǒng)?？墒褂幂^小的管徑，成本低，設計安裝必須注意保持較高的流體流速，以充分排除空氣應同程設計，各并聯(lián)管路長度一致。垂直U型埋管并聯(lián)系統(tǒng)實例認識埋管材料UPVCPBPP-RPEXABS鋁塑復合管PE/AL塑復銅管PE長期使用時溫度/4590709060HDPE60XLPE908070公稱壓力/Mpa.1.61.62.5（冷水）1.0（熱水）2.0（冷水）1.0（熱水）1.6（冷水）1.0（熱水）1.61.

2、0PH管可達2.02.01.25膨脹系統(tǒng)/（m/m·）710-51310-51110-51510-51110-52.510-51.1810-51.510-4導熱系數(shù)/（W/(m·K)）0.160.220.240.410.260.450.49彈性摸量/（N/cm2）3.51053.51051.11050.61058104膨脹力/MPa（D=32mm ,t=50,L=10m）314.817.825.3來自暖通南社整理81.5管壁厚度一般最薄最厚一般一般厚薄一般單價便宜貴貴較貴較貴較貴貴較貴外徑/mm2031516110201101663153001663155520730壽命/

3、a5050505050505050連接方式彈性密封或粘接夾緊式，熱熔連接，插接電熔合連接熱熔連接夾緊式，采用金屬或尼龍接頭粘接夾緊式，采用金屬或尼龍接頭焊接式，夾緊式夾緊式，熱熔連接，插接電熔合連接要求導熱系數(shù)大流動阻力小熱膨脹性好工作壓力符合系統(tǒng)要求工作溫度-2070價格低常見塑料管規(guī)格202252.3322.9403.7504.6635.8不同土質對換熱的影響k導熱系數(shù)W/（m·K）a擴散率106 m2/s密度kg/m3c熱容量 kJ/（kg·K）花崗巖3.51.333330.84大理石2.41.0329170.84致密濕土1.30.6521830.88致密干土0.90

4、.5220830.84輕質濕土0.90.5216671.05輕質干土0.350.2815000.84密度越大，導熱系數(shù)越大。3.埋管管徑兩個要求：滿足換熱量（管徑要大）保持管道內紊流以保證流體與管道傳熱一般并聯(lián)環(huán)路用小管徑，集管用大管徑常用管徑有：20/25/32/40/50mm管內流速控制在1.22m/s以下，對大管徑（DN50以上），流速<2.44m/s。間距：目的：防止埋管間熱干擾。工程規(guī)模小，埋管單排布置，間隙運行的，取3.0m間距；工程規(guī)模大，間隙運行的，U型豎埋管間距一般為4.5m；連續(xù)運行的，多排埋管布置，取6m間距。4.確定埋管形式類型：單U型管和雙U型管工程規(guī)模小，埋管

5、建議采用單U。工程規(guī)模大，且埋管面積不足，埋管建議采用雙U。埋管深度：水平埋管單層管最佳埋深為0.81.0m雙層管最佳埋深為1.21.9m應埋在當?shù)貎鐾辽疃纫韵逻m合間隙使用。垂直埋管鉆60m以內井深費用低；井深80m內可用普通承壓塑料管，大于80m，需用高承壓塑料管（1.62.0Mpa），成本大大增加井深50m造價比井深100米造價敵3050%淺埋（30m），中埋（3180m），深埋（80m），中埋是最多的選擇。確定埋管所需總管長經驗數(shù)據(jù)：垂直埋管70110W/m（井深，對U型管），或3555W/m管長水平埋管取2040W/m管長。暖通南社整理發(fā)布主要會出現(xiàn)的問題及解決辦法南方夏季冷負荷遠大于

6、冬季熱負荷，若采用地源熱泵將造成兩個問題：土壤熱不平衡，長期運行系統(tǒng)效果變差。按夏季冷負荷造成地熱換熱器投資巨大。解決方法土壤換熱量按冬季熱負荷的120%設計多余的冷負荷配置冷卻塔進行散熱。5.確定熱交換器換熱量按建筑物冷熱負荷計算冬夏地下?lián)Q熱量6.計算管道壓力損失各管段壓力損失<3050KPa/100M最大不超過50KPa/100M沿程阻力及局部阻力值可查表格水泵消耗功率P與熱泵容量名義冷噸之比控制在5075W/冷噸（14.221.3W/kW。7.校核管材承壓能力閉式系統(tǒng)承受最大壓力PP=P0+gh+0.5PhP0大氣壓Pa流體密度，kg/m3g重力加速度，9.8m/s2h地下埋管最低

7、點與閉式循環(huán)最高點高度差，mPh水泵揚程Pa對于埋管50m，水泵揚程40m的系統(tǒng)，最大承壓為0.76MPa。設計舉例上海某住宅空調面積212m2計算空調冷熱負荷，并考慮房間同時使用系數(shù)，總冷負荷25kW，總熱負荷17kW。選用設備能效比按3.5 計算則夏季向土壤排放熱量=25*（1+1/3.5）=32kW。1）確定管材及埋管管徑選用聚乙烯管材PE63(SDR11)，并聯(lián)環(huán)路管徑DN20，取溫差為度，則單個回路流量0.045*32*3.6/10/2.m3/h。分別計算其它集管管徑，分別是DN25,DN32,DN40,DN50（見布置圖）2）確定豎井結構按保守最小數(shù)據(jù)35W/m管長埋管總長度320

8、00/35=914m確定豎井數(shù)目及間距取豎井深度50m ,豎井數(shù)量914/2/50=9.14取整數(shù)個，豎井間距取.m3）計算壓力損失各管路為并聯(lián)同程布置，按流量查阻力表，計算任意一個管段總壓力損失為a計算熱泵機組水阻力、其它設備的阻力，所選水泵揚程為mH2O4）校核管材承壓能力P=P0+gh+0.5Ph100530+1000*9.8*50+0.5*15=668959Pa(約.MPa)在的額定承壓能力內?？偨Y地埋管換熱系統(tǒng)的設計內容應包括設計依據(jù)及計算方法地埋管方式、埋管長度及埋管間距垂直埋管鉆孔分布、數(shù)量、深度、孔徑及間距水平埋管溝槽分布、寬度、深度及管間距換熱器及集管規(guī)格、材質換熱器環(huán)路及系

9、統(tǒng)布置圖傳熱介質、防凍液及防凍溫度注：“能量樁”名詞解釋能量樁：通過在預制鋼筋混凝土方樁中埋設各形狀的管狀換熱器裝置進行承載、擋土支護、地基加固的同時，可以進行淺層低溫地熱能轉換，起到樁基和地源熱泵預成孔直接埋設管狀換熱器的雙重作用。這樣也就縮短施工工期，節(jié)約施工費用，更能有效的利用建筑物底板下的面積。二、地表水/地下水形式地源熱泵系統(tǒng)設計各種水源熱源井設計應符合當?shù)厮畡展芾聿块T的要求，設計單位應具有水文地質勘察資質熱源井設計應符合GB50296供水管井技術規(guī)范1. 可使用的必備水源條件可使用水量是否滿足（水井出水量）可利用水源溫度是否滿足可利用水源回灌是否順利（水井回灌）注：1）出、回水井輪

10、流使用提高使用壽命2）單井回灌時地下水要求十分豐富3.實際設計工況-水溫條件室內循環(huán)水溫差5可利用不同換熱器和井水換熱，具體溫差根據(jù)實際情況而定（大溫差小流量，盡量減少地下水提取、回灌量）例：井水溫度16 制冷時：利用溫差可達到16 16-32 制熱時：利用溫差可達到11 16-5 4.經驗數(shù)據(jù)井水設計和施工幾個重要參數(shù)：井水溫度：1530井距5070m，井深應確保水溫取水量在水環(huán)水量的50%100%，水質條件取水井與回灌井數(shù)量不應小于1：1水量衰減：三年衰減<20%地面沉降：三年內<5mm取水井數(shù)量=主機總制熱量*0.75/單井取熱量標準井孔直徑800mm，井管直徑500mm，深

11、85m，循環(huán)水量100T/H，水溫1020 ，取水溫差5，取熱能力580KW5.水源熱泵中央空調系統(tǒng)應用條件6.實際設計工況-水量的計算制冷時需要水量：溫差、冷量水量制熱時需要水量：溫差、熱量水量提取最大可利用溫差對所需水量提出最小要求（高峰用量）7.水源水水質8.地表水源取水地下水源取水9.地下水的處理10.地下水的回灌目的熱能再生反復利用，保護水資源及穩(wěn)定地質結構。條件取決于含水層的滲透性水質標準（建議達到下表）回灌類型無壓（回流）、負壓（真空）、加壓（正壓）?；毓嘀笜巳?、地埋管系統(tǒng)施工工藝（以下工藝及作業(yè)圖片，僅供參考，暖通南社只是引用，不對作業(yè)水平作任何評價）工程鉆孔施工工藝1.1鉆孔

12、前的準備工作1.1.1在施工前先了解并確定土壤地質條件。1.1.2確定地下綜合管線分布及設置情況，并做好明顯的標識記號。1.1.3平整土地，根據(jù)地埋管施工圖，用白灰標示具體鉆孔位置及總管坑槽位置。1.1.4確定鉆孔支架打設位置。1.1.5確定鉆孔機械電源容量及供給情況。1.1.6提供水源至鉆孔現(xiàn)場。1.2工程鉆孔1.2.1、根據(jù) 工程情況確定鉆孔的位置，鉆孔直徑不小于150mm。鉆孔深度以設計要求為準。1.2.2、每鉆完一孔前，套管必須組裝好，施鉆完畢應盡快將套管放入鉆孔中，并立即將水充滿套管，以防孔內積水使套管脫離孔底上浮，達不到預定埋設深度。1.2.3在泥漿或空氣旋轉鉆孔方式中，應沿鉆管內

13、部送入高壓空氣、水、或泥漿，并沿著鉆桿的外側將鉆屑送回地面。取出的土壤放入泥漿池中可用作灌漿材料或將其運離作業(yè)現(xiàn)場。鉆孔過程中產生的泥漿水從鉆孔位置冒出地面，在施工前應制訂好排水措施，可順地勢挖出排水溝，并在溝的末端挖一個泥漿池，鉆孔過程中產生的泥漿在泥漿池中沉淀，作為回填物使用。應注意在各個將要放置鉆機的位置不能開挖排水溝或連接各個垂直埋管的水平管溝，防止開挖的管溝被鉆機壓塌。3、雙U管換熱器預制、施工要求3.1、管道連接采用熱熔焊接方式，焊接口必須符合施工規(guī)范，注意壓接寬度；3.2、聚乙烯管的制作要求：a.烯管的連接可采用專用的熱熔設備進行熱熔連接（熱熔承插連接、熱熔對焊連接），與金屬管道

14、連接應采用法蘭連接。熱熔承插連接：b.承插連接應采用質量可靠的熱熔機具，便攜式熔接工具適用于dn63mm管道及系統(tǒng)最后連接，臺式熔接機具適用于dn63mm管道預裝備連接。c.熱工具加熱到熔接溫度260±10，插口管末端應切割平整，與軸線垂直。用筆在承口和插口上做適當?shù)臉擞?，以利于連接定位。d.熱工具的凹模熔化插口管端的外表面，凸模熔化承口的內表面。e.完畢后，迅速移走加熱模具，將插口端平直插入承口端，達到連接強度后固定接頭，自然冷卻至環(huán)境溫度。熱熔對接a. 外徑dn63mm的PE管均可采用熱熔對接方式連接，該方法經濟可靠，其接在承拉和承壓時都比管材本具有更高強度。熱熔連接溫度：200

15、210。使用該方法時，設備僅需熱熔對接機，步驟如下：b.連接管材置于焊機夾具上并夾緊；c.管材連接端并銑削連接面；d.兩對接件，使其端面錯位量不大于管道壁厚的10%；e.加熱板加熱；f.完畢，取出加熱板；g.接合兩加熱面，升壓至熔接壓力并保壓冷卻。法蘭連接：套在法蘭連接件上；法蘭連接件與PE管道連接按上述工藝處理；將法蘭盤與金屬法蘭對接。a.連接前應對管材、管件及附屬設備、閥門、儀表按設計要求進行核對，并在施工現(xiàn)場進行外觀檢查，符合要求方準使用。b.根據(jù)鉆孔深度并確定立埋管的長度，沒孔兩根。接時應使用同一生產廠家的管材和管件，如確需將不同廠家（品牌）的管材、管件連接則應經試驗證明其可靠后方準使

16、用。c.每次連接完成后，應進行外觀質量檢驗，不符合要求的必須返工。施工人員應進行上崗培訓；每次施工后，管口應臨時封堵；f.在寒冷氣候（-5以下）和大風環(huán)境下進行連接操作時，應采用保護措施或調整施工工藝參數(shù)。聚乙烯管連接的注意事項：3.3、雙U管換熱器在鉆孔內的安裝：a.鉆井深度及埋管長度必須符合設計要求，井深誤差不超過2米，保證埋管長度。b.當樁基孔做好后，可進行下管。下管時應將灌漿管和U型管一起插入孔中，直至孔底，下管時，U型管內宜充滿水。c.U型管下部端頭應設保護裝置。灌漿管端頭宜設防堵護罩，且灌漿時應能夠將其沖開。d.采用人工下管。在下管時套上粗麻繩，輔以服正機構，下管時要盡量保證同心度

17、。通過加力杠桿作用于粗麻繩上，以便下管。e.U型管兩支管間每隔2m4m應設一彈簧卡（或固定支卡），以將兩支管分開。f.在下管結束后要對管口采取有效的臨時封堵措施。4、 聚乙烯管給水管道檢漏與試壓4.1、注意事項：聚乙烯管管組對完畢，進行外觀檢查合格后，方可進行壓力試驗；試驗介質一般采用水，其溫度不宜超過40；試驗壓力應為管道系統(tǒng)工作壓力的1.5倍或設計明確規(guī)定的試驗壓力。4.2、施工過程：1.)所有管道和管道連接件必須經過檢查以防滲漏；有U型管在安裝之前必須經過壓力試驗，水平管在回填土之前也必須經過壓力試驗；2.)交換器必須進行水壓試驗，試驗壓力為管道設計工作壓力的1.5倍，或系統(tǒng)運行壓力的3

18、倍；在試驗壓力下，穩(wěn)壓1小時(4小時)，觀察其壓力降，當壓降不大于0.05MPa（0.034 MPa），則認為合格。30分鐘內不應該出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象；將測得的流量與壓降同計算結果進行比較，以判斷管路是否有堵塞現(xiàn)象。3.)水壓試驗采用手動泵緩慢升壓，升壓過程中應隨時觀察與檢查不得有滲漏 。4.)根據(jù)設計要求，把U形管底部浸入水中，檢查應無氣泡冒出，保壓4小時，氣壓應無明顯變化，檢漏完畢，放掉管內氣體，加滿水，同時做好臨時封閉，且保護接口不受破壞。5.)在鉆孔前，每個U型埋管應平直裝配起來，并包扎好防止彎曲收縮。5、樁內回填材料施工（灌漿回填）主要技術措施5.1放好埋管、灌漿前，應固定埋管，并在孔和管

19、子之間的縫隙放入一些細黃沙并用石塊等固定管口。5.2U型地埋管隨導漿管插入豎井底部，后立即導管灌漿，并用卷邊或蓋頂熔接密封U型管兩端口，以防雜物進入。5.3在回填料時要使用專用的灌注系統(tǒng)，該灌注系統(tǒng)由高速攪拌機、攪拌池、低速攪拌機及泥漿泵和管路組成。注漿時，先將填料按照設計好的比例放入調整攪拌機中攪拌23分鐘，然后排入到低速攪拌罐中攪拌。灌漿時，先將閥門打開，把漿液排入到儲漿池中，通過高壓泥漿泵注入孔內。并通過注入時泥漿的密度與溢出時漿液的密度是否相等來判斷是否停止注漿，如果相等則表示漿液已經充滿孔內，可以停止注漿。5.4灌注時，要求泥漿泵的泵壓足以使孔底的泥漿上返至地表，當上返泥漿密度與灌注材料的密度相等時，認為注漿過程結束。注漿時，必須保證注漿的連續(xù)性，否則會降低傳熱效果，影響工程質量。應使用泥漿泵通過灌漿管將混合漿灌入孔中。不得用人工的方法灌漿封孔。應根據(jù)機械灌漿的速度將灌漿管逐漸抽出，使灌漿液自下而上灌注封孔，確保鉆孔灌漿密實，無空腔。5.5灌漿材料的配比要根據(jù)與甲方及設計商定的結果進行配比。在施工時應對現(xiàn)場的填料配比進行嚴格的控制。5.6在水平埋管和系統(tǒng)試壓合格，確認無漏后，才開始回填土壤，5.7回填土首層應為至少200mm厚度的細黃沙，且確保其中無石頭及其它硬物，200mm以外用