地源熱泵的計算

目錄摘要1。1熱源51.21。1熱源51.21.31.34671。791。811111。91213141。121.1314土壤源熱泵系統(tǒng)設計的主要步132。1建筑物冷熱負荷及冬夏季地下?lián)Q熱量計算 142.2地下管道設計 14選擇管材 15確定管徑 1623確定豎井管 1624確定豎井數(shù)目及間距 172。25計算管道壓力損失………………………1726水泵選型 1727校核管材承壓力 18其它 184設計舉例…………………………19。1設計參數(shù) 204.1.1室外設計參數(shù) 214.1。2室內(nèi)設計參數(shù)…………………214。2計算空調(diào)負荷及選擇主要設備………………2143計算地下負荷 224確定管材及埋管管徑 22確定豎井埋管管長 22確定豎井數(shù)目及間距 22計算地埋管壓力損失 2248校核管材承壓能力 225參考文獻 …………………………2………摘要隨著我國建筑業(yè)持續(xù)發(fā)展，對建筑節(jié)能的要求越來越高，而供熱系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)[1]。冬季通過吸收大地的能量，相應地，地源熱泵系統(tǒng)分土壤源熱泵系統(tǒng)、地下水熱泵系統(tǒng)和地表水熱泵系統(tǒng)3土壤源熱泵系統(tǒng)的核心是土壤耦合地熱交換器.地下；閉式是將地下水連接到板式換熱器，需要二次換熱。地表水熱泵系統(tǒng)與土壤源熱泵系統(tǒng)相似,用潛在水下并聯(lián)的塑料管組成的地下水熱交換器替代土壤熱交換器。（）（如電能實現(xiàn)由低品位熱能向高11kWh4kWh地然熱泵的介紹地然熱泵的介紹"地源熱泵”的概念,最早在1912年由瑞士的專家提出，而這項技術的提出始于英、美1.1熱源地源熱泵已成功利用地下水、江河湖水、水庫水、海水、城市中水、工業(yè)尾水、坑道水1.1熱源地源熱泵已成功利用地下水、江河湖水、水庫水、海水、城市中水、工業(yè)尾水、坑道水等各類水資源以及土壤源作為地源熱泵的冷、熱源。1。2組成部分1。2組成部分端換熱介質可以是水或空氣。3主要特點（1)地源熱泵技術屬可再生能源利用技術。由于地源熱泵是利用了地球表面淺層地熱資3主要特點（1)地源熱泵技術屬可再生能源利用技術。由于地源熱泵是利用了地球表面淺層地熱資40047近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。COP4耗1KWh的能量,用戶可得到4KWh以上的熱量或冷量。［1]（3)地源熱泵環(huán)境效益顯著。其裝置的運行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物,不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量。（4)公樓、學校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖、水力平衡分配器由以上的特點可以看出，地源熱泵的技術以后可得到廣泛的應用。4形式水源/地源熱泵有開式和閉式兩種.開式系統(tǒng)：是直接利用水源進行熱量傳遞的熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)需配備防砂堵，防結垢、水質凈化等裝置.閉式系統(tǒng)：系統(tǒng)。閉式系統(tǒng)不受地下水位、水質等因素影響。1、垂直埋管-—深層土壤50-150力支持。223、地表水（如江（如取深井水）1。5可再生性地源熱泵是一種利用土壤所儲藏的太陽能資源作為冷熱源1。5可再生性地源熱泵是一種利用土壤所儲藏的太陽能資源作為冷熱源47%的太陽輻射能量，比人類每年利用的500倍還多（過土壤間接的接受太陽輻射能量）；無限的太陽能或地能成為現(xiàn)實。1。6高效節(jié)能地源熱泵機組利用土壤或水體溫度冬季為12-22℃,溫度比環(huán)境空氣溫度1。6高效節(jié)能地源熱泵機組利用土壤或水體溫度冬季為12-22℃,溫度比環(huán)境空氣溫度表一高，熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高；土壤或水體溫度夏季為18—32℃，溫30——40％,1KW4KW5KW（電、燃料）90％以上的電能或70～90%的燃料10～25℃，40普表二通中央空調(diào)的21表一:地源熱泵與其它加熱方式相比的能源消耗情況比較：比較后可得出地源熱泵是所有加熱方式中最節(jié)約能源的。表三表二:地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)各方面的特點相比:地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在各方面都比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)表現(xiàn)優(yōu)秀。表三：300平米別墅,供暖季供暖和生活熱水運行費用與其它供暖方式相比：30020042006,2151。7優(yōu)點環(huán)境和經(jīng)濟效益顯著407050％，比燃氣鍋爐的效率高出了75%。一機多用，應用廣泛地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)制冷，還可提供生活熱水，一機多用維護費用低并可無人值守地源熱泵遠程監(jiān)控系統(tǒng)污染小地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比,相當于減少38%以上，與電供暖相比，相當于減少70％以上,真正的實現(xiàn)了節(jié)能減排節(jié)能減排是減少能源浪費和降低廢氣排放更多。維護簡單壽命長地源熱泵的地下埋管選用聚乙烯和聚丙烯塑料管，壽命可達50年,要比普通空調(diào)高35年使用壽命。維持生態(tài)環(huán)境平衡節(jié)省空間濟效益，并改善了環(huán)境外部形象。飯店、商場、別墅、住宅等領域。工作原理在自然界中,水總是地源熱泵系統(tǒng)原理實現(xiàn)水由低處向高處流動，熱泵同樣可以把熱量從低溫傳遞到高溫。介質（水、空氣、土壤等）中提取4-7源熱泵只是在大地和室內(nèi)之間“轉移”能量。利用極小的電力來維持室內(nèi)所需要的溫度。千瓦的電力，將土壤或水源中4-5熱泵原理熱泵機組裝置主要有：壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器和膨脹閥四部分組成，通過讓液態(tài)工質（制冷劑或冷媒）不斷完成：蒸發(fā)（吸取環(huán)境中的熱量）→壓縮→冷凝（放出熱量）→節(jié)流系統(tǒng)的心臟；蒸發(fā)器(Evaporator）：是輸出冷量的設備，它的作用是使經(jīng)節(jié)流閥流入的制冷劑液體蒸發(fā)，以吸收被冷卻物體的熱量，達到制冷的目的；冷凝器（Condenser）：的;膨脹閥Valve)或節(jié)流閥）起到補償作熱泵分類相反制冷是需要蒸發(fā)器的冷量，冷凝器則向環(huán)境排熱，此時向環(huán)境排熱的對象稱為冷源。蒸發(fā)器冷凝器根據(jù)循環(huán)工質與環(huán)境換熱介質的不同地源熱泵供暖原理圖150－2004－6管道送入地下儲存；¨工作原理地源熱泵則是利用水與地能（左圖為開式地源熱泵系統(tǒng)。右圖為冬季地源熱泵供暖原理圖?？諝庠此赐寥涝聪到y(tǒng)類型水平式地源熱泵水平式地源熱泵2～4M小，但占地面積較大。2。垂直式地源熱泵通過垂直鉆孔將閉合換熱系統(tǒng)埋置在50M～400M深的巖土體與土壤進行冷熱交換投資較高，施工難度相對較大，但占地面積較小。3。地表水式地源熱泵4.地下水式地源熱泵地源熱泵機組通過機組內(nèi)閉式循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)過換熱器與由水泵抽取的深層地下水進行冷積有限的大型單體建筑和小型建筑群落。應用方式地源熱泵的應用方式從應用的建筑物對象可分為家用和商用兩大類，從輸送冷熱量方式可分為集中系統(tǒng)、分散系統(tǒng)和混合系統(tǒng).家用系統(tǒng)墅等戶式空調(diào)。集中系統(tǒng)集中系統(tǒng)熱泵布置在機房內(nèi)，冷熱量集中通過風道或水路分配系統(tǒng)送到各房間。分散系統(tǒng)用中央水泵,采用水環(huán)路方式將水送到各用戶作為冷熱源,用戶單獨使用自己的熱泵機混合系統(tǒng)將地源和冷卻塔或加熱鍋爐聯(lián)合使用作為冷熱源的系統(tǒng)，混合系統(tǒng)與分散系統(tǒng)非常類似，只是冷熱源系統(tǒng)增加了冷卻塔或鍋爐。1。11制冷原理1。11制冷原理//水熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝，由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，最熱交換器,以13℃以下的冷風的形式為房供冷。1。12制熱原理1。12制熱原理空氣熱交換器內(nèi)冷媒的冷以35℃以上熱風的形式向室內(nèi)供暖。1。13存在問題目前地源熱泵的技術存在的最大不足是“土壤熱不平衡"的問題1。13存在問題目前地源熱泵的技術存在的最大不足是“土壤熱不平衡"的問題。南方地區(qū)以供冷為主,常年向地下注入熱量；而北方地區(qū)冬季供暖需求大，從土壤中大量吸熱,長年運行后將導致土壤溫度失衡，影響周圍生態(tài)。土壤源熱泵系統(tǒng)設計的主要步驟2。1冊，在此不再贅述。冬夏季地下?lián)Q熱量分別是指夏季向土壤排放的熱量和冬季從土壤吸收的熱量?？梢杂上率龉絒2］計算：COP1COP2.若樣本中無所需的設計工況，可以采用插值法計算。2。2地下管道設計（）2。21 選擇管材和聚丁烯管材，它們可以彎曲或熱熔形成更牢固的形狀，可以保證使用50年以上；而PVC管材由于不易彎曲，接頭處耐壓能力差，容易導致泄漏，因此，不推薦用于地下埋管系統(tǒng)。確定管徑在實際工程中確定管徑必須滿足兩個要求［2]：（1）管道要大到足夠保持最小輸送功率；（2）20mm、25mm32mm40mm、50mm122m/s2.44m/s4mH２O/100m確定豎井埋管管長2］介紹了一種計算方法共分9個步驟，很繁瑣，并且部70～110W/m管長），20～40W/m（管長）3］。設計時可取換熱能力的下限值，即35W/m（管長），具體計算公式如下:確定豎井數(shù)目及間距國外，豎井深度多數(shù)采用50～100m[2］，H下式計算豎井數(shù)目：安裝成本大大增加。45m[3]，也有實例中提到DN25U6m,而DN20的U3m[4［2］）來節(jié)約占地面積。2。25計算管道壓力損失總當量長度,再乘以不同流量、不同管徑管段每100m管道的壓降,將所有管段壓降相加，得出總阻力。2。26水泵選型足要求的水泵型號及臺數(shù)。2.27大壓力等于大氣壓力、重力作用靜壓和水泵揚程一半的總和其它與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)類似，需在高于閉式循環(huán)系統(tǒng)最高點處（一般為1m）設計膨脹水箱或膨脹罐，放氣閥等附件。32（于改造工程[1］。4.1設計參數(shù)上海電機學院臨港校區(qū)圖書館（空調(diào)面積23700平方米）4.1.1室外設計參數(shù)夏季室外干球溫度tw＝34℃,濕球溫度ts＝28.2℃冬季室外干球溫度tw＝-4℃，相對濕度φ＝75％4。1.2室內(nèi)設計參數(shù)夏季室內(nèi)溫度tn＝27℃，相對濕度φn＝55％冬季室內(nèi)溫度tn＝20℃,相對濕度φn＝45％4。2計算空調(diào)負荷及選擇主要設備臨港校區(qū)參數(shù)1000061607533133026000015000023700170005000550014500300030006500050003000以圖書館為例：空調(diào)安裝面積=23700平方米考慮房間共用系數(shù)（取0.8），得到建筑物夏季設計總冷負荷為2400.54kW1600。38kW，選擇WPWD072200COP1＝3。3，COP2＝3。7。4。3計算地下負荷根據(jù)公式(1）、（2）計算得所以Q1'=3198KWQ2’=1195KW取夏季向土壤排放的熱量Q1＇進行設計計算。確定管材及埋管管徑選用聚乙烯管材PE63(SDR11），并聯(lián)環(huán)路管徑為DN20，集管管徑分別為DN25、DN32、DN40、DN50，如圖1所示.確定豎井埋管管長根據(jù)公式(3）計算得L=91400m確定豎井數(shù)目及間距選取豎井深度50m，根據(jù)公式(4)計算得N=914個圓整后取100個豎井,豎井間距取4。5m.計算地埋管壓力損失2.61－2－3－4－5－6－7－8－9－10―11―11′－1′各管段的壓力損失，得到各管段總壓力損失為40kPa壓力損失，以及熱泵機組、平衡閥和其他設備元件的壓力損失，所選水泵揚程為15mH2O。4。8校核管材承壓能力上海夏季大氣壓力＝100530Pa，水的密度ρ＝1000當?shù)刂亓铀俣萭＝9.8m/s2,高度差h＝50。5m重力作用靜壓ρgh＝494900Pa水泵揚程一半0.5ρh＝7.5mH2O＝73529Pa因此，管路最大壓力ｐ＝ｐo＋ρgh＋0。5ρh＝668959Pa（約0。7Mpa）聚乙烯PE63（SDR11）額定承壓能力為。0MPa，管材滿足設計要求。結論地源熱泵系統(tǒng)在）以下原則：（1)若建筑物周圍可利用地表面積有限，應采用豎直U盡管可以采用串聯(lián)、并聯(lián)方式連接埋管，但并聯(lián)方式采用小管徑，初投資及運行費用4mH2O/100m（度）5參考文獻5參考文獻：《水源熱泵機組》GB/T19409—2003《蒸