地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)與設(shè)計介紹

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)與設(shè)計介紹GROUNDSOURCEHEATPUMPSYSTEMTECHOLOGYANDDESIGN二OO四年十二月目 錄第一部分、地源熱泵工作原理第二部分、地源熱泵系統(tǒng)的分類與應(yīng)用方式第三部分、地源熱泵的方案設(shè)計一、地源熱泵（GSHP）的系統(tǒng)選型設(shè)計二、土壤熱泵系統(tǒng)（GCHP）的方案設(shè)計三、水源熱泵系統(tǒng)（GWHP）的方案設(shè)計四、地表水熱泵系統(tǒng)（SWHP）的方案設(shè)計附1、地源熱泵工程的常用技術(shù)手段一、熱泵工作原理

第一部分、地源熱泵工作原理作為自然界的現(xiàn)象，正如水由高處流向低處那樣，熱量也總是從高溫流向低溫，用著名的筑龍網(wǎng).com熱力學(xué)第二定律準(zhǔn)確表述是“熱量不也許自發(fā)由低溫傳遞到高溫。但人們可以發(fā)明機器，如同把水從低處提高到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以熱泵實質(zhì)上是一種熱量提高裝置，它自身消耗一部分能量，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘，提高溫位進行運用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低，這也是熱泵的節(jié)筑龍網(wǎng).com

熱泵與制冷的原理和系統(tǒng)設(shè)備組成及功能是同樣的，對蒸氣壓縮式熱泵（制冷）系統(tǒng)重要由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器和節(jié)流閥組成：壓縮（Compressor起著壓縮和輸送循環(huán)工質(zhì)從低溫低壓處到高溫高壓處的作用是熱（制冷）系統(tǒng)的心臟；蒸發(fā)器(Evaporator)是輸出冷量的設(shè)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，達成制冷的目的；冷凝器(Condenser)是輸出熱量的設(shè)備從蒸發(fā)器中吸取的熱量連同壓縮機消耗功所轉(zhuǎn)化的熱量在冷凝器中被冷卻介質(zhì)帶走，達成制熱的目的；膨脹閥(ExpansionValve)或節(jié)流閥(ThrottleValve)對循環(huán)工質(zhì)起到節(jié)流降壓作用，并調(diào)節(jié)進入蒸發(fā)器的循環(huán)工質(zhì)流量。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，壓縮機所消耗的功（電能）起到補償作用，使循環(huán)工質(zhì)不斷地從低溫環(huán)境中吸熱，并向高溫環(huán)境放熱，周而往復(fù)地進行循環(huán)。二、熱泵機組的分類熱泵機組是需要冷凝器的熱量，蒸發(fā)器則從環(huán)境中取熱，此時從環(huán)境取熱的對象稱為熱源；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(zhì)與環(huán)境換熱介質(zhì)的不同重要分為空氣換熱和水換熱兩種形式。這樣熱泵機組或制冷機根據(jù)與環(huán)境換熱介質(zhì)的不同可分為水—水式水—空氣式空氣—水式，和空氣—空氣式共四類。運用空氣作冷熱源的熱泵稱之為空氣源熱泵空氣源熱泵有著悠久的歷史并且其安裝和使用都很方便應(yīng)用較廣泛但由于地區(qū)空氣溫度的差別在我國典型應(yīng)用范圍是長江以南地區(qū)。在華北地區(qū)，冬季平均氣溫低于零攝氏度，空氣源熱泵不僅運營條件惡劣，穩(wěn)定性差，并且由于存在結(jié)霜問題，效率低下。運用水作冷熱源的熱泵，稱之為水源熱泵。水是一種優(yōu)良的熱源，其熱容量大，傳熱性能好，一般水源熱泵的制冷供熱效率或能力高于空氣源熱泵，但由于受水源的限制，水源熱泵的應(yīng)用范圍遠不及空氣源熱泵。三、地源熱泵工作原理及分類地源熱泵是運用水與地能（地下水、土壤或地表水）進行冷熱互換來作為熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱“取出來供應(yīng)室內(nèi)采暖此時地能“熱源夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源。地源熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)重要分三部分：室外地能換熱系統(tǒng)、水源熱泵機組和室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)。其中地源熱泵機組重要有兩種形式：水—水式或水—空氣式。三個系統(tǒng)之間靠水或空氣換熱介質(zhì)進行熱量的傳遞，水源熱泵與地能之間換熱介質(zhì)為水，與建筑物采暖空調(diào)末端換熱介質(zhì)可以是水或空氣。地源熱泵同空氣源熱泵相比，有許多優(yōu)點（1）全年溫度波動小。冬季溫度比空氣溫度高，夏季比空氣溫度低，因此地源熱泵的制熱、制冷系數(shù)要高于空氣源熱泵，一般可高于40%因此可節(jié)能和節(jié)省費用40%左右（2冬季運營不需要除霜減少了結(jié)霜和除霜的損失（3）地源有較好的蓄能作用。四、地源應(yīng)用分類地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器收集了47％的太陽能量比人類每年運用能量的500倍還多。它不受地區(qū)、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。地表淺層地?zé)豳Y源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是熱泵很好的供熱熱源和供冷冷源。筑龍網(wǎng)筑龍網(wǎng)月平均溫度隨深度的變化情況 不同深度土壤溫度季節(jié)波動情況根據(jù)ASHRAEHandbook:HVACApplications（1995的分類地源熱泵屬于地?zé)崮苜Y源（GeothermalEnergySourse）運用的一個大類，地源熱泵按照室外換熱方式不同又可分為四類1.埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)2.地下水熱泵系統(tǒng)3.單井換熱熱井4.地表水熱泵系統(tǒng)。根據(jù)循環(huán)水是否為密閉系統(tǒng)，地源又可分為閉環(huán)和開環(huán)系統(tǒng)。北歐及中歐部分國家提倡運用淺層地?zé)嵋约暗叵滦钅転榻ㄖ锾峁┒募竟┡翱照{(diào)，這些國家更為關(guān)注地下季節(jié)性蓄能應(yīng)用，地源熱泵又可以歸類于地下季節(jié)性蓄能（UndergroundThermalEnergyStorage，UTES）應(yīng)用領(lǐng)域，其中最重要的、占有絕大部分的一個應(yīng)用分支是地下埋管式蓄能（DTESorBTES）與熱泵機組壤源熱泵系統(tǒng)），如下圖所示的分類：第二部分、地源熱泵系統(tǒng)的分類與應(yīng)用方式一、地源熱泵系統(tǒng)的分類1、埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)也稱地下耦合熱泵系統(tǒng)（Ground-coupleheatpumpsGCHPs）或土壤熱互換器地源熱泵（Groundheatexchangerheatpumps），涉及一個土壤耦合地?zé)峄Q器，它或是水平地安裝在地溝中，或是以Ｕ形管狀垂直安裝在豎井之中。通過中間介質(zhì)（通常為水或者是加入防凍劑的水）作為熱載體，使中間介質(zhì)在土壤耦合地?zé)峄Q器的封閉環(huán)路中循環(huán)流動，從而實現(xiàn)與大地土壤進行熱互換的目的。1）水平埋管地源熱泵系統(tǒng)（Horizontalground-coupledheatpump）比較簡樸的方式是,當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷比較小,土壤換熱器長度比較短,可以把與單回路管子隨開挖土方施工直接埋入地下.筑龍網(wǎng)筑龍網(wǎng)當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷比較大,土壤換熱器長度比較長,就需要考慮換熱器的布置問題,常有的布置方式有以下兩種.（a）串聯(lián)式水平埋管（b）并聯(lián)式水平埋管2）垂直埋管地源熱泵系統(tǒng)（Verticalboreholeground-coupledheatpump）（a）比較簡樸的方式是,當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷比較小,土壤換熱器長度比較短,換熱器井?dāng)?shù)比較少可以直接接入機房（b）當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷比較大,土壤換熱器長度比較長,就需要考慮換熱器井群的布置問題,一般是若干口井匯集到集水器中，然后統(tǒng)一由干管接入機房。筑龍網(wǎng).com（c垂直埋管地源熱泵系統(tǒng)有一種特殊形式叫樁基換熱（或叫做能量樁EnergyPiles筑龍網(wǎng).com即在樁基里布設(shè)在換熱管道。（d地?zé)嶂悄軜?類似樁基換熱器由橋板中埋管的地源熱泵自動融雪的橋被稱為地?zé)嶂悄軜?。雪落到橋面后，這些盤管運用地?zé)釋⒀┤诨５卦礋岜玫膯涌枯斎氲谋镜貧庀髤?shù)來控制。3）螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)（slinkyground-coupledheatpump）（a）長軸水平布置的螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)（b）長軸豎直布置的螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)（盤旋布置埋管地源熱泵系統(tǒng)）（c螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)有一種特殊布置形式叫溝渠集水器式螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)有學(xué)者把它歸到多層水平埋管地源熱泵系統(tǒng)。2、 地下水熱泵系統(tǒng)（Groundwaterheatpumps,GWHPs）也就是通常所說的深井回灌式水源熱泵系統(tǒng)通過建造抽水井群將地下水抽出通過二次換熱或直接送至水源熱泵機組，經(jīng)提取熱量或釋放熱量后，由回灌井群灌回地下。無論是深井水，還是地下熱水都是熱泵的良好的低位熱源。地下水位于較深的地方，由于地層的隔熱作用，其溫度隨季節(jié)氣溫的波動很小，特別是深井水的水溫常年基本不變，對熱泵的運營十分有利。深井水的水溫一般約比本地氣溫高1~2℃通常系統(tǒng)涉及帶潛水泵的取水井和回灌井。板式熱互換器采用小溫差換熱的方式運營。單井換熱熱井（Standingcolumnwellheatpumps,SCW）也就是單管型垂直埋管地源熱泵，在國外常稱為"熱井"。這種方式下，在地下水位以上用鋼套作為護套，直徑和孔徑一致；地下水位以下為自然孔洞，不加任何固井設(shè)施。熱泵機組出水直接在孔洞上部進入，其中一部分在地下水位以下進入周邊巖土換熱，其余部分在邊壁處與巖土換熱。換熱后的流體在孔洞底部通過埋至底部的回水管被抽取作為熱泵機組供水。這一方式重要應(yīng)用于巖石地層，典型孔徑為150mm，孔深450m。3、地表水熱泵系統(tǒng)（Surface-waterheatpumps,SWHPs）：由潛在水面以下的、多重并聯(lián)的塑料管組成的地下水熱互換器取代了土壤熱互換器，它們被連接到建筑物中，并且在北方地區(qū)需要進行防凍解決。運用涉及江水、河水、湖水、水庫水以及海水作為熱泵冷熱源。4、此外，尚有一種“直接膨脹式”（Direct-Expansion，它不象上述系統(tǒng)那樣采用中間介質(zhì)水來傳遞熱量，而是直接將熱泵的蒸發(fā)器（RefrigerantinTubes）直接埋入地下進行換熱，即制冷劑直接進入地下回路進行換熱，由于取消了板式或者套管式式換熱器，換熱效率有所提高，但是由于制冷劑使用量比較大，整體經(jīng)濟性和安全性不高。二、地源熱泵應(yīng)用方式地源熱泵的應(yīng)用方式從應(yīng)用的建筑物對象可分為家用和商用兩大類，1.家用系統(tǒng)用戶使用自己的熱泵、地源和水路或風(fēng)管輸送系統(tǒng)進行冷熱供應(yīng)，多用于小型住宅，別墅等戶式空調(diào)。2.商用系統(tǒng)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)。1）集中系統(tǒng)熱泵布置在機房內(nèi)，冷熱量集中通過風(fēng)道或水路分派系統(tǒng)送到各房間。2）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組調(diào)節(jié)空氣一般用于辦公樓學(xué)校商用建筑等此系統(tǒng)可將用戶使用的冷熱量完全反映在用電上，便于計量，合用于目前的獨立熱計量規(guī)定。3）混合系統(tǒng)筑龍網(wǎng)筑龍網(wǎng).com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)增長了冷卻塔或鍋爐。南方地區(qū)，冷負(fù)荷大，熱負(fù)荷低，夏季適合聯(lián)合使用地源和冷卻塔，冬季只使用地源。北方地區(qū)，熱負(fù)荷大，冷負(fù)荷低，冬季適合聯(lián)合使用地源和鍋爐，夏季只使用地源。這樣可減少地源的容量和尺寸，節(jié)省投資。分散系統(tǒng)或混合系統(tǒng)實質(zhì)上是一種水環(huán)路熱泵空調(diào)系統(tǒng)形式。4）水環(huán)路熱泵空調(diào)系統(tǒng)水環(huán)路熱泵(Water-LoopHeatPump，簡稱WLHP)空調(diào)系統(tǒng)，它由許多臺水源熱泵空調(diào)機(WSHP)暖工況下熱泵熱源。水環(huán)路的冷熱源可以是地源，或鍋爐、冷卻塔聯(lián)合方式。夏季運營：所有或大多數(shù)機組為供冷，熱量水環(huán)路排至室外的冷源，如地源或冷卻塔。春季/秋季運營對有內(nèi)區(qū)與周邊區(qū)的建筑物會出現(xiàn)內(nèi)區(qū)需要供冷而周邊區(qū)需要供熱內(nèi)區(qū)的熱量就可被周邊區(qū)所運用，即內(nèi)區(qū)空調(diào)的排熱與周邊區(qū)熱泵供熱所需熱量接近平衡時，室外的冷熱源可以停運。這種制冷供熱同時進行，能量在建筑物內(nèi)部轉(zhuǎn)移，運營費用最少，節(jié)能效果明顯。冬季運營：所有或大多數(shù)機組為供熱，供熱源（地源或加熱源）把熱量補充到水環(huán)路。第三部分、地源熱泵的方案設(shè)計一、地源熱泵（GSH）的系統(tǒng)選型設(shè)計1.擬定建筑物的冷熱設(shè)計負(fù)荷設(shè)計負(fù)荷是用來擬定系統(tǒng)設(shè)備的大小和型號的根據(jù)設(shè)計負(fù)荷設(shè)計空氣分布系（送風(fēng)口，回風(fēng)口和風(fēng)管系統(tǒng)），設(shè)計負(fù)荷的計算必須以本地設(shè)計日的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計工況為依據(jù)。在擬定建筑物的最大負(fù)荷時，必須逐時計算出每個房間、每個區(qū)域所必需的負(fù)荷信息，并求出其中的最大值。為了進一步分析土壤熱泵系統(tǒng)的能耗情況必須對建筑物進行必要的能耗計算通常所采用的方法有：度日法，溫頻法和逐時法。度日法是最簡樸的計算方法但通常結(jié)果不抱負(fù)當(dāng)系統(tǒng)運營效率取決于室外空氣條件時，不能采用度日法計算該系統(tǒng)的能耗，例如土壤熱泵系統(tǒng)。溫頻法是將全年溫度劃分為若干組，分別計算系統(tǒng)在每個溫度組內(nèi)的能耗量。溫頻法考慮到了外空氣的影響和部分負(fù)荷工況的影響并且該方法可以通過精確劃分滿足特殊系統(tǒng)的規(guī)定。溫頻法計算能耗對于手算和計算機計算都很方便。逐時法重要是用于需要擬定大量細節(jié)的大型建筑的能耗計算，由于其計算量非常大，通常采用計算機計算。2.熱泵機組的選擇對住宅和商業(yè)系統(tǒng)來說，設(shè)備通常是一個機組模塊，一旦選定一個機組，則許多參數(shù)都是固定的，調(diào)節(jié)的余地不大。例如，土壤熱泵的設(shè)計水流量的調(diào)節(jié)范圍也是有限的。因此，系統(tǒng)的其他部分如風(fēng)機盤管系統(tǒng)或土壤換熱器以及防凍循環(huán)泵等都必須與熱泵的制熱（冷）量規(guī)定相匹配。在大型建筑熱泵系統(tǒng)內(nèi)，一般要采用二次輸送系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，中央機組的擬定應(yīng)滿足建筑物的最大負(fù)荷。而二次輸送系統(tǒng)中的空氣解決器的換熱能力應(yīng)滿足該區(qū)域的本地負(fù)荷。2.1熱泵容量的選擇：熱力循環(huán)原理表白同一熱泵不也許同時滿足冷熱兩種負(fù)荷。選擇熱泵容量的依據(jù)究竟是熱負(fù)荷還是冷負(fù)荷呢？這個問題的解決一方面要考慮人的舒適感。當(dāng)系統(tǒng)的制冷量大于冷負(fù)荷時，系統(tǒng)必須頻繁的啟動，這會導(dǎo)致盤管的平均溫度升高，同時又不能去除室內(nèi)空氣中的濕度，頻繁的循環(huán)還會減少設(shè)備的使用壽命，減少運營效率，增長制冷過程的運營費用。設(shè)備選得過大也會增長系統(tǒng)的初投資。因此，在江蘇地區(qū)選擇熱泵一般情況下應(yīng)當(dāng)以冬季熱冷負(fù)荷為依據(jù)。由于在南方地區(qū)冷負(fù)荷相對較高，而冬季的熱冷負(fù)荷相對較低，在這種情況下，設(shè)備容量的選擇可以適當(dāng)偏大，但一般不要超過熱負(fù)荷的25%。2.2熱泵性能的擬定：假定其他變量如空氣體積流量，室內(nèi)空氣溫度等保持不變，則土壤熱泵的性能取決于熱泵的進水溫度，必須擬定室外空氣和進水溫度之間的關(guān)系。進水溫度與多個因素有關(guān)，如一年的運營時間，土壤類型，土壤換熱器的類型、大小等。當(dāng)季節(jié)變化時，假如系統(tǒng)不頻繁運營，進水溫度大約和地下土壤的溫度相同。3、地源熱泵循環(huán)水的換熱量計算由于無論是土壤熱泵系統(tǒng)的土壤換熱器，水源熱泵系統(tǒng)的管井尚有地表水熱泵系統(tǒng)的地表水換熱器設(shè)計需要知道在某一特定階段內(nèi)從地下吸取的熱量或釋放到地下的熱量，即地源熱泵循環(huán)水的換熱量，通常應(yīng)滿足一年中最冷月和最熱月的規(guī)定。在供冷季節(jié)，輸入系統(tǒng)的所有能量都必須釋放到地下，這些能量涉及系統(tǒng)熱負(fù)荷、系統(tǒng)耗功量和循環(huán)水泵的耗功量。循環(huán)泵耗功量可近似為泵的耗功量與熱泵運營小時數(shù)的乘積。在供熱季節(jié)，從地下吸取的熱量等于設(shè)備的制熱量減去輸入的電功。輸入的熱量涉及壓縮機耗功量和循環(huán)水泵的耗功量。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取的熱量?？梢杂上率龉接嬎悖? 1Q′=Q1 1

? 1 ?×?1+ ?

kW （1）? CO1?22Q′=Q22

? 1 ?×?1? ?

kW （2）? CO2?1其中Q′——夏季向淺層地表排放的熱量，kW，1′

1——夏季設(shè)計總冷負(fù)荷，kWQ2——冬季從淺層地表吸取的熱量，kW，

2——冬季設(shè)計總熱負(fù)荷，kWCO1——設(shè)計工況下水-水熱泵機組的制冷系數(shù)CO2——設(shè)計工況下水-水熱泵機組的供熱系數(shù)一般地水-水熱泵的產(chǎn)品樣本中都給出不同進出水溫度下的制冷量制熱量以及制冷系數(shù)、供熱系數(shù)計算時應(yīng)從樣本中選用設(shè)計工況下的CO1、CO2若樣本中無所需的設(shè)計工況可以采用插值法計算。4、選擇室內(nèi)末端系統(tǒng)地板采暖方式，全空氣系統(tǒng)等。通常采用風(fēng)機盤管系統(tǒng)時，空氣分布系統(tǒng)的設(shè)計重要考慮以下三個方面：（1）選擇安裝風(fēng)管的最佳位置；（2）根據(jù)室內(nèi)的得熱量/熱損失計算來選擇并擬定空氣分布器和回風(fēng)格柵的位置；（3）根據(jù)熱泵的風(fēng)量和靜壓力，布置風(fēng)管的走向，擬定風(fēng)管的尺寸。室內(nèi)末端系統(tǒng)一般采用既能供熱又能供冷，因此設(shè)計時必須兩者兼顧。一個不能提供舒適性環(huán)境的系統(tǒng)運營時效率必然很低。土壤熱泵系統(tǒng)通常采用兩種類型的送風(fēng)系統(tǒng)：地板四周下送風(fēng)系統(tǒng)和吊頂上送風(fēng)系統(tǒng)。對于只有一層的建筑來說，熱泵系統(tǒng)的送風(fēng)裝置的抱負(fù)安裝位置就是沿房間外墻地板或四周的地板。這種送風(fēng)方式是解決過的空氣形成一股垂直向上分散的氣流，這使系統(tǒng)無論在冬季還是夏季都能保證良好的氣流分布和良好的舒適感。地板下送風(fēng)系統(tǒng)通常采用吊頂回風(fēng)或上回風(fēng)方式回風(fēng)。上回風(fēng)系統(tǒng)中，頂棚周邊的熱空氣由于虹吸作用被吸入回風(fēng)管內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)開始運行時冷空氣從地板下向上流動，并充滿整個房間。由于在制冷運營期間，將最熱的空氣返回系統(tǒng)，故系統(tǒng)的效率較高。由于通過土壤熱泵系統(tǒng)解決的空氣比空氣源熱泵解決的空氣溫度高，但比從鍋爐出來的空氣溫度要低為了保證能有一個舒適的環(huán)境設(shè)計的風(fēng)管和散流器應(yīng)能向室內(nèi)送入足夠的風(fēng)量。5、其他注意事項1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（一般為1m設(shè)計膨脹水箱或膨脹罐，放氣閥等附件。2）在某些商用或公用建筑物的土壤熱泵系統(tǒng)中，系統(tǒng)的供冷量遠大于供熱量，導(dǎo)致地下熱互換器十分龐大，價格昂貴，為節(jié)約投資或受可用地面積限制，地下埋管可以按照設(shè)計供熱工況下最大吸熱量來設(shè)計，同時增長輔助換熱裝置（如冷卻塔＋板式換熱器，板式換熱器重要是使建筑物內(nèi)環(huán)路可以獨立于冷卻塔運營）承擔(dān)供冷工況下超過地下埋管換熱能力的那部分散熱量。該方法可以減少安裝費用，保證土壤熱泵系統(tǒng)具有更大的市場前景，特別合用于改造工程。地下埋管換熱器是地源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，是土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容，其選擇的形式是否合理，設(shè)計的是否對的，關(guān)系到整個地源熱泵系統(tǒng)能否滿足規(guī)定和正常使用。地下埋管換熱器設(shè)計重要涉及地下熱互換器形式及管材選擇，管徑、管長及豎井?dāng)?shù)目、間距擬定，管道阻力計算及水泵選型等。對于給定的建筑場地條件應(yīng)盡量使設(shè)計在滿足運營需要的同時成本最低。土壤換熱器的選型重要涉及以下幾個方面：1、土壤換熱器埋管的布置型式目前地源熱泵地下埋管換熱器重要有兩種布置型式，即水平埋管和垂直埋管。選擇方式主筑龍網(wǎng).com要取決于場地大小、本地土壤類型以及挖掘成本，假如場地足夠大且無堅硬巖石，則水平式較筑龍網(wǎng).com實際工程中往往在現(xiàn)場勘測結(jié)果的基礎(chǔ)上，考慮現(xiàn)場可用地表面積、本地土壤類型以及鉆孔費用，擬定熱互換器采用垂直豎井布置或水平布置方式。盡管水平布置通常是淺層埋管，可采用人工挖掘，初投資一般會便宜些，但它的換熱性能比豎埋管小很多，并且往往受可運用土地面積的限制，故一般采用垂直埋管布置方式。1.1水平埋管水平埋管重要有單溝單管、單溝雙管、單溝二層雙管、單溝二層四管、單溝二層六管等形式由于多層埋管的下層管處在一個較穩(wěn)定的溫度場換熱效率好于單層并且占地面積較少，因此應(yīng)用多層管的較多。近年來國外又新開發(fā)了兩種水平埋管形式，一種是扁平曲線狀管，另一種是螺旋狀管。它們的優(yōu)點是使地溝長度縮短，而可埋設(shè)的管子長度增長。管路的埋設(shè)視巖土情況，可采用挖溝或大面積開挖方法，在商用建筑的施工中常借助水利工程相關(guān)施工機械如開渠機等。筑龍網(wǎng)w從國內(nèi)實際工程經(jīng)驗看中，單層管最佳深度1.2～2.0，雙層管1.6～2.4，但無論任何情筑龍網(wǎng)w況均應(yīng)埋在本地冰凍線以下。由于水平管埋深較淺，其埋管換熱器性能不如垂直埋管，并且施工時，占用場地大，在實際使用中，往往是單層與多層互相搭配；螺旋管優(yōu)于直管，但不易施工。由于淺埋水平管受地面溫度影響大，地下巖土冬夏熱平衡好，因此合用于單季使用的情況（如歐洲只用于冬季供暖和生活熱水供應(yīng)對冬夏冷暖聯(lián)供系統(tǒng)使用者很少位于美國北方一工程水平埋管系統(tǒng)的典型實例顯示，地下埋管換熱器有效換熱量70kW，系統(tǒng)液體的流量為13.63/h(38L/s)24個循環(huán)回路12條溝溝間距1.5每個回路的換熱負(fù)荷2.92k液體流量0.573/h(0.158L/s)單位換熱量的液體流量為0.1953/hk（3.25L/ik可運用的地面積是83×30=2490m2。1.2垂直埋管根據(jù)埋管形式的不同一般有單U形管雙U形管套管式管小直徑螺旋盤管和大直徑螺旋盤管立式柱狀管蜘蛛狀管等形式按埋設(shè)深度不同分為淺（≤30中（31～80）和深埋（>80。目前使用最多的是單U形管（Single-U-pipe，雙U形管（Double-U-pipe，簡樸套管式管（SipleCoaxialipe，下面作一簡述。1U形管型是在鉆孔的管井內(nèi)安裝U形管一般管井直徑為100～150m井深10~200，U形管徑一般在φ50mm以下（重要是流量不宜過大所限。由于其施工簡樸，換熱性能較好，承壓高管路接頭少不易泄漏等因素目前應(yīng)用最多如美國加州斯托克斯大學(xué)供應(yīng)了48萬2空調(diào)建筑的地源熱泵系統(tǒng)，有390個深度超過120m的地下埋管，據(jù)介紹，采用這種地源熱泵系統(tǒng)較常規(guī)空調(diào)每年可節(jié)約各種費用45.5萬美元其中能量費用33萬美元節(jié)電25%節(jié)約燃料費70%。國外有的工程把U形管捆扎在樁基的鋼筋網(wǎng)架上，然后澆灌混凝土，不占用地面，這種技術(shù)稱為樁基換熱器或是能量樁。也有直接在建筑物框架內(nèi)直接埋設(shè)布置管道，作為厚板埋管工程（ebeddedpipeworkslab）的一個應(yīng)用。筑龍如瑞士某工廠地源熱泵系統(tǒng)從600個樁基中吸取熱量或冷量，用于2萬平方米建筑物的供筑龍暖和制冷。2）套管式換熱器的外管直徑一般為100～200m，內(nèi)管為φ15～φ25ｍｍ。由于增大了管外壁與巖土的換熱面積，因此其單位井深的換熱量高，根據(jù)文獻實驗結(jié)果，其換熱效率較U形管提高16.7%。其缺陷是套管直徑及鉆孔直徑較大，下管比較困難，初投資比U形管高。在套管端部與內(nèi)管進、出水連接處不好解決，易泄漏，因此合用于深度≤30m的豎埋直管，對中埋采用此種形式宜慎重。為防止漏水，套管端部封頭部分宜由工廠加工制作，現(xiàn)場安裝，以保證嚴(yán)密性。2、土壤換熱器的埋管深度水平埋管埋設(shè)情況比較簡樸，前面已述。關(guān)于豎直埋管的埋設(shè)深度應(yīng)根據(jù)本地地質(zhì)情況，工程及場地的大小，投資及使用的鉆機性能等情況綜合考慮。結(jié)合國情與工程實踐，其中有幾點應(yīng)注意到：①鉆井深60m以內(nèi)井深的鉆機成本少，費用低，假如大于60，其鉆機成本會提高②井深80m以內(nèi)可用國產(chǎn)普通型承（承壓1.0MPa塑料管如深度大于80需采用高承壓塑料管，其成本大大增長；③據(jù)比較，井深50m的造價比100m的要低30%～%。上述是針對地面中央機房而言，假如采用分室型的水源熱泵系統(tǒng)還要考慮建筑高度的影響。一般來講淺埋管優(yōu)點是投資少成本低鉆機規(guī)定不高可使用普通承（0.6～1.0MPa）的塑料管由于受地面溫度影響一般地下巖土冬夏熱平衡性較好其缺陷是占用場地面積大，管路接頭多，埋管換熱效率較中深埋者低。深埋管優(yōu)點是：占用場地面積小，地下巖土溫度穩(wěn)定，換熱效率高，單位管長換熱量大，管路接頭少其缺陷是投資大成本高需采用高承（1.6～2.0MPa塑料管鉆機性能規(guī)定高由于深層巖土溫度場受地面溫度影響很小因此必須注意冬季吸熱量和夏季排熱量的平衡，否則將影響地源熱泵的長期使用效果。在國外，有的采用在系統(tǒng)中加裝冷卻塔和輔助加熱的措施，幫助地下巖土實現(xiàn)熱平衡。中埋管介于淺、深埋兩者之間，塑料管可用普通承壓型的。從記錄的國內(nèi)外工程實例看，中埋的地源熱泵占多數(shù)。在實際工程中采用水平式還是垂直式埋管、垂直式埋管深度多大，取決于場地大小、本地巖土類型及挖掘成本。如場地足夠大且無堅硬巖石，則水平式較經(jīng)濟，假如采用布管機進行多管布置還可減少場地占用面積。當(dāng)場地面積有限時則應(yīng)采用垂直式埋管，很多情況下這是唯一選擇，假如場地中有堅硬的巖石，則必須更換專用的鉆巖石的鉆頭。3、地下埋管系統(tǒng)環(huán)路方式3.1 串聯(lián)方式和并聯(lián)方式在串聯(lián)系統(tǒng)中，幾個井（水平管為管溝）只有一個流通通路；并聯(lián)方式是一個井（管溝）有一個流通通路，數(shù)個井有數(shù)個流通通路，美國北方一典型的并聯(lián)系統(tǒng)，地下埋管換熱器換熱量70k孔間距4.5與建筑物邊界間距3占地面積為45×15=6752在同樣埋管的換熱量下，垂直埋管比水平埋管換熱器占地面積少73%左右。串聯(lián)方式的優(yōu)點是：①一個回路具有單一流通通路，管內(nèi)積存的空氣容易排出；②串聯(lián)方式一般需采用較大直徑的管子，因此對于單位長度埋管換熱量來講，串聯(lián)方式換熱性能略高于并聯(lián)方式其缺陷是①串聯(lián)方式需采用較大管徑的管子因而成本較高②由于系統(tǒng)管徑大，在冬季氣溫低地區(qū)，系統(tǒng)內(nèi)需充注的防凍液（如乙醇水溶液）多；③安裝勞動成本增大；④管路系統(tǒng)不能太長，否則系統(tǒng)阻力損失太大。并聯(lián)方式的優(yōu)點是：①由于可用較小管徑的管子，因此成本較串聯(lián)方式低；②所需防凍液少；③安裝勞動成本低。其缺陷是：①設(shè)計安裝中必須特別注意保證管內(nèi)流體流速較高，以充分排出空氣；②各并聯(lián)管道的長度盡量一致（偏差應(yīng)≤10%，以保證每個并聯(lián)回路有相同的流量；③保證每個并聯(lián)回路的進口與出口有相同的壓力，使用較大管徑的管子做集箱，可達成此目的。從國內(nèi)外工程實踐來看，中、深埋管采用并聯(lián)方式者居多；淺埋管采用串聯(lián)方式的多。3.2 同程式和異程式根據(jù)分派管和總管的布置方式，有同程式和異程式系統(tǒng)。在同程式系統(tǒng)中，流體流過各埋管的流程相同，因此各埋管的流動阻力、流體流量和換熱量比較均勻。異程式系統(tǒng)中流體通過各埋管的路程不同，因此各個埋管的阻力不相同，導(dǎo)致分派給每個埋管的流體流量也不均衡，使得各埋管的換熱量不均勻，不利于發(fā)揮各埋管的換熱效果。實際工程中采用同程式者居多。布置成同程式時，當(dāng)每個并聯(lián)環(huán)路之間流量平衡時，其換熱量相同，其壓降特性有助于提高系統(tǒng)能力。4 土壤換熱器的埋管材料4.1 管材選擇一般來講，一旦將地下埋管系統(tǒng)換熱器埋入地下后，基本不也許進行維修或更換，因此地下的管材應(yīng)一方面要保證其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性耐腐性60年代以前地下埋管多用金屬管，雖然它的傳熱性能好但耐腐蝕性差使用10～20年就已腐蝕壞嚴(yán)重減少了地源熱泵的使用壽命，因此也阻礙了地源熱泵的發(fā)展。地下埋管系統(tǒng)換熱器需要埋入地下的管道的數(shù)量較多，多半優(yōu)先考慮使用價格較低的管材。70年代，性價比優(yōu)異的樹脂管材出現(xiàn)，克服了金屬管的缺點，大大促進了地源熱泵的發(fā)展。由于聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管柔韌性好，強度高，而且可以通過熱熔合形成比管子自身強度更好的連接接頭，可以在額定溫度和壓力工況下保證使用50年以上因此在國外地源熱泵系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用由于PV（聚氯乙烯管的導(dǎo)熱性差和可塑性不好，不易彎曲，接頭處耐壓能力差，容易導(dǎo)致泄漏，因此在地源熱泵系統(tǒng)中不推薦用PVC管。為了強化地下埋管的換熱，國外有的提出采用薄壁（0.5m）的不銹鋼鋼管，但目前實際應(yīng)用不多。4.2 選擇埋管種類應(yīng)注意的問題1）了解制造商提供管子所屬“管子體系該管子是由何種樹脂制作而成抵抗環(huán)境應(yīng)力致裂的能力，有關(guān)管子材料說明和安裝方法（PE材料按照國際上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)劃分為五個等級PE32級PE40級PE63級PE80級和PE100級用于地源熱泵管道PE管的生產(chǎn)為高密度聚乙烯HDPE，其等級是PE80、PE100兩種。2）應(yīng)選擇導(dǎo)熱系數(shù)大流動阻力小熱膨脹性好工作壓力符合系統(tǒng)規(guī)定工作溫度-20～70℃，售價相應(yīng)較低的管材。3）在保證規(guī)定情況下，選擇的管材管壁盡量薄，配套用管件不應(yīng)選擇金屬的，最佳選用相同材料或工程塑料尼龍等材料制造的管件。4）應(yīng)規(guī)定廠家提供管子阻力計算用的圖、表或相應(yīng)的數(shù)據(jù)。5）能按用戶規(guī)定的管子長度，成捆供應(yīng)，以減少埋管接頭數(shù)量。6）選用管子時注意管子的外徑內(nèi)徑及厚度一般常用的塑料管規(guī)格為：3/4"(φ2×2.3，di=20.4)25.4m即1"(φ32×2.9di=26.2)31.75m即1又1/4"(40×3.7di=32.6)38.1mm，即1又1/2"(φ50×4.6,di=40.8)；50.8m，即2"(φ63×8，di=51.4。4.3管件與連接1）常見的各種管件見下圖筑龍網(wǎng)筑龍網(wǎng).com2）管群的常用連接方式見下圖3管子聯(lián)接方法有熱熔聯(lián)接和電熔聯(lián)（采用這兩種連接方式的優(yōu)點是接口處的強度甚至比管材自身的強度更高），前者由于價格優(yōu)勢被經(jīng)常采用又可以分為兩種：承接聯(lián)接和對接聯(lián)接，對于小管徑常采用前者。5 擬定埋管管長與埋管間距地下熱互換器長度的擬定除了已擬定的系統(tǒng)布置和管材外，還需要有本地的土壤技術(shù)資料，如地下溫度、傳熱系數(shù)等（可以通過熱響應(yīng)實驗測得。5.1 水平埋管：擬定管溝數(shù)目及間距在方案設(shè)計階段中可以運用管“換熱能力來估算埋管管長換熱能力即單位埋管管長的換熱量水平埋管單位管“換熱能力在20～40W/（管長左右設(shè)計時可取換熱能力的下限值，單溝單管埋管總長具體計算公式如下：其中L——埋管總長，m′1——冬季從土壤取出的熱量，Kw，分母“20”是每m管長冬季從土壤取出的熱量，W/m單溝雙管單溝二層雙管單溝二層四管單溝二層六管布置時分別乘上0.90.850.75、0.70的熱干擾系（熱協(xié)調(diào)系數(shù)視現(xiàn)場情況和工程大小埋管可沿建筑物周邊布置成任意形狀，如線形、方形、矩形、圓弧形等等。但為了防止埋管間的熱干擾，必須保證埋管之間有一定的間距。該間距的大小與運營狀況（如連續(xù)運營還是間歇運營；間歇運營的開、停機比等、埋管的布置形式（如單行布置，只有兩邊有熱干擾；多排布置，四周均有熱干擾）等等有關(guān)。建議串聯(lián)每溝1管管徑31.75~50.8m即1又1/4"～2串聯(lián)每溝2管管徑31.75~38.1mm，即1又1/4～1又1/2。并聯(lián)每溝2管徑25.4~31.75m即1"～1又/并聯(lián)每溝4～6管管徑19.05~25.4m，即3/4"～1。面管子的管頂?shù)降孛娴牡淖钚「叨炔恍∮?.2。5.2垂直埋管：擬定豎井?dāng)?shù)目及間距在垂直埋管換熱器的方案設(shè)計階段中，也可以運用管材“換熱能力”來估算埋管管長。這時換熱能力即單位垂直埋管深度換熱量，一般垂直單U形管埋管為60～80W/m(井深)，垂直雙U形管為80～100W/m(井深)左右，設(shè)計時可取換熱能力的下限值。垂直雙U形管埋管總長具體計算公式如下其中L——埋管總長，m′1——冬季從土壤取出的熱量，Kw，分母“80”是每m管長冬季從土壤取出的熱量，W/m國外，豎井深度多數(shù)采用50～100m，設(shè)計者可以在此范圍內(nèi)選擇一個豎井深度H，代入下式計算豎井?dāng)?shù)目:N=L/（4*H）其中N——豎井總數(shù)，個；L——豎井埋管總長，m；H——豎井深度，m然后對計算結(jié)果進行圓整，若計算結(jié)果偏大，可以增長豎井深度，但不能太深，否則鉆孔和安裝成本大大增長。根據(jù)多種GSHP傳熱模型的計算機模擬計算長期間歇運營的垂直埋管地源熱泵間距3m左右較適合一般僅考慮?。ǘ韭竦乇P管的間距取4放（夏季埋地盤管間距約為5，綜合考慮冬夏工況，U形管埋地?fù)Q熱器管間距應(yīng)大于5。關(guān)于豎井間距我們的工程實際經(jīng)驗是：工程較小，埋管單排布置，地源熱泵間歇運營，埋管間距可取3.0工程較大埋管多排布置地源熱泵間歇運營建議取間距4.5若連續(xù)運營的管群至少間隔為6.0米以（若采用串聯(lián)連接方式可采用三角形布置來節(jié)約占地面積。當(dāng)然從換熱角度分析間距大熱干擾少對換熱有好處但占地面積大埋管造價也有所增長。6 埋管系統(tǒng)的管徑選擇及水力和換熱計算6.1管徑的選擇原則在選擇和設(shè)計管徑時應(yīng)考慮如下問題：①從運營費上考慮管徑越大越好以減少泵的輸送功率減少平時的運營費②從初投資上考慮管徑不能太大必須保證管內(nèi)流體處在紊流（Re≥2100以增長流體與塑料管壁的換熱系數(shù)③系統(tǒng)環(huán)路長度不要太長④不同的流體對阻力和換熱都有影響，因此選擇管徑時應(yīng)特別加以注意。而在實際工程中擬定管徑必須滿足兩個規(guī)定（1管道要大到足夠保持最小輸送功率（2）管道要小到足夠使管道內(nèi)保持紊流以保證流體與管道內(nèi)壁之間的傳熱。顯然，上述兩個規(guī)定相互矛盾，需要綜合考慮。一般并聯(lián)環(huán)路用小管徑，集管用大管徑，地下熱互換器埋管常用管徑有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管內(nèi)流速控制在1.22m/s以下（經(jīng)驗數(shù)字是0.3-1.0m/s之間）,對更大管徑的管道，管內(nèi)流速控制在2.44m/s以下或一般把各管段壓力損失控制在4mH2O/100m當(dāng)量長度以下。6.2 埋管內(nèi)工作流體在國內(nèi)南方地區(qū)由于地溫高冬季地下埋管進水溫度在0℃以上因此多采用水作為工作流體；北方地區(qū)，冬季地溫低，地下埋管進水溫度一般均低于0℃，因此一般均需使用防凍液。防凍液一般應(yīng)具有使用安全、無毒、無腐蝕性、導(dǎo)熱性好、成本低、壽命長等特點。目前應(yīng)用較多的有：①鹽類溶液——氯化鈣和氯化鈉水溶液；②乙二醇水溶液；③酒精水溶液等。一般來說，鹽溶液具有安全、無毒、無污染、導(dǎo)熱性能好、價格低、使用壽命長等優(yōu)點，其缺陷是系統(tǒng)有空氣存在時，對大部分金屬具有腐蝕性。在對的選用管材、部件和系統(tǒng)內(nèi)空氣被排除干凈的情況下，鹽溶液是一種很好的防凍液。乙二醇水溶液相對安全、無腐蝕性，具有較好的導(dǎo)熱性能，價格適中，但使用壽命有限，且有毒。酒精水溶液具有無腐蝕性、較好的導(dǎo)熱性、價格適中、使用壽命長等優(yōu)點，缺陷是有爆炸性和毒性。在使用酒精之前應(yīng)用水將其稀釋，以減少其爆炸的也許性，由于其無腐蝕性，作為防凍液很受歡迎。6.5有關(guān)水流量和壓力損失6.5.1計算管道壓力損失在同程系統(tǒng)中，選擇壓力損失最大的熱泵機組所在環(huán)路作為最不利環(huán)路進行阻力計算。可采用當(dāng)量長度法，將局部阻力件轉(zhuǎn)換成當(dāng)量長度，和管道實際長度相加得到各不同管徑管段的總當(dāng)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。6.5.2水泵選型根據(jù)上述計算最不利環(huán)路所得的管道壓力損失，再加上熱泵機組、平衡閥和其他設(shè)備元件的壓力損失，擬定水泵的揚程，需考慮一定的安全裕量。根據(jù)系統(tǒng)總流量和水泵揚程，選擇滿足規(guī)定的水泵型號及臺數(shù)。6.5.3校核管材承壓能力管路最大壓力應(yīng)小于管材的承壓能力。若不計豎井灌漿引起的靜壓抵消，管路所需承受的最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（0.5ph這個數(shù)字比較保守）即：p=p0+gh+0.5ph其中p——管路最大壓力，Pa，p0——建筑物所在的本地大氣壓，Pa?——地下埋管中流體密度，kg/m3，? g——本地重力加速度，m/s2h——地下埋管最低點與閉式循環(huán)系統(tǒng)最高點的高度差，m，h ph——水泵揚程，Pa6.5.4土壤換熱器的選型計算其他注意事項①地下埋管換熱器環(huán)路壓力損失限制在30～50kPa/100m為好，最大不超過50kPa/100。②地下埋管系統(tǒng)單位冷噸（1冷噸=3024kcal/h=3.52kW）水流量控制在0.16～0.19L/s·t（0.045～0.054L/s·kW或2.7～3.24L/in·k）為好，大于0.19L/s·t（3.24L/i·k，泵的消耗功率顯著上升。③循環(huán)水泵消耗功率P與熱泵容量名義冷噸之比控制在50～75/熱泵能力冷噸（14.2～21.3/k）為好。④最小管內(nèi)流速（流量：在相同管徑、相同流速下，其雷諾數(shù)大小依次為水、CaCl2水溶液、乙二醇水溶液，其臨界流速比為1：2.12：2.45。說明采用CaCl2和乙二醇水溶液時，為了保證管內(nèi)的紊流流動，與水相比需采用大的流速和流量。⑤不同流體管內(nèi)換熱系數(shù)aw(w/m2k)計算相同流速相同管徑下水的換熱系數(shù)最大。其大小排序為水CaCl2水溶液乙二醇水溶液其具體比值與管徑和流速有關(guān)其大小比值約為1：0.47～0.62：0.41～0.56。⑥管路沿程阻力hf（kPa/100m）計算：由于地下埋管換熱器內(nèi)流動一般均在紊流或紊流光（過渡區(qū)內(nèi)即2100<Re<105在此范圍內(nèi)根據(jù)λ可用布拉修斯公式計算在相同管徑、相同流量下，CaCl2水溶液的hf為水的1.44倍；乙二醇水溶液的hf為水的1.28倍。7、其他工程建議1.室外環(huán)路埋管的深度和長度重要取決于本地土壤的導(dǎo)熱系數(shù)。土壤的導(dǎo)熱系數(shù)范圍通常介于0.6～1.（w/m.k之間導(dǎo)熱系數(shù)為1.6的土壤被認(rèn)為是極好的土壤盡量避免在土壤導(dǎo)熱系數(shù)低于1.2的場合使用土壤熱泵，由于土壤的傳熱效果太差會使得系統(tǒng)的初投資過高。2鉆孔是豎埋管換熱器施工中最重要的工序鉆孔機械一般可采用中淺孔巖心鉆機鉆孔的孔徑一般為200m（單U型管150mm左右鉆孔施工前應(yīng)對埋管場地的地質(zhì)狀況進行了解特別應(yīng)注意是否有地下管線及其準(zhǔn)確位置。應(yīng)對地面進行清理，鏟除地面雜草、雜物和浮土，平整地面，擬定鉆孔的具體位置。鉆孔過程中產(chǎn)生的泥漿水從鉆孔位置冒出地面，施工前制定好排水措施，在排水溝的末端挖一個泥漿池，對鉆孔過程中產(chǎn)生的泥漿在泥漿池中沉淀。3下管是工程的關(guān)鍵之一由于下管的深度決定采用熱量總量的多少所以必須保證下管的深度（一般是將預(yù)先裝配好的埋管上面標(biāo)好相應(yīng)的深度記號，再運到施工現(xiàn)場）。下管一般采用人力下管與機械下管相結(jié)合的方式，在施工過程中，由于孔內(nèi)情況復(fù)雜，下管時也許碰到很大的阻力?？梢圆捎孟旅娴姆椒ㄟM行下管：在PVC管上套上粗麻繩，輔以扶正機構(gòu)，通過加力杠桿作用于粗麻繩上以便下管實踐證明該方法行之有效一般可增長下管l0～20m此外一種經(jīng)常采用的方法是用專用的下管器具直接用鉆機下管。4.為了使熱互換器具有更好的傳熱性常選用特殊物質(zhì)制成的專用灌注材（專用配方回填料）進行注漿。灌注時規(guī)定泥漿泵有足夠的泵壓，保證泥漿上返至地表。同時注漿也必須連續(xù)，否則會減少傳熱效果。注漿管與U型管一并下入孔內(nèi)進行注漿。當(dāng)上返泥漿密度與灌注材料的密度相等時，注漿過程結(jié)束?；靥钗镏胁坏糜写罅降念w粒，回填過程必須緩慢進行，以保證充實度，減少傳熱熱阻。初期回填材料使用鉆孔時取出的本地原裝土壤通過篩分（去掉其中的礫石和石塊）回填，但是往往影響傳熱效果。5.為防止泄漏的發(fā)生，U型管換熱器應(yīng)盡量采用成卷供應(yīng)的管材，以運用單根管制作成一個埋管單元，減少連接管件。在回填之前應(yīng)對埋管進行試壓。確認(rèn)無泄露現(xiàn)象后方可進行回境，試壓壓力值一般為管路流體正常工作壓力的1.5倍。假如有泄漏發(fā)生，則必須再進行現(xiàn)場補接。6.鉆孔完畢后孔洞內(nèi)有大量積水，由于水的浮力影響，將對放管導(dǎo)致一定的困難；并且由于水中具有大量的泥沙，泥沙沉積會減少孔洞的有效深度。為此，每鉆完一孔，應(yīng)及時把U型管放入并采用防止上浮的固定措施。在安裝過程中，應(yīng)注意保持套管的內(nèi)外管同軸度和U型管進出水管的距離。7.系統(tǒng)安裝完畢，應(yīng)進行清洗、排污，確認(rèn)管內(nèi)無雜質(zhì)后，方可灌水。三、水源熱泵系統(tǒng)（GWHP）的方案設(shè)計一、地下水系統(tǒng)設(shè)計原則假如有足夠的地下水量、水質(zhì)較好，有開采手段，本地規(guī)定又允許，就可考慮應(yīng)用此系統(tǒng)，下面介紹一些基本原則：1）水井流量的規(guī)定由計算出來的最大得熱量和最大釋熱量擬定；2）地下水系統(tǒng)應(yīng)使用板式熱互換器進行水井水和建筑物循環(huán)水熱互換；3）對一個開放式系統(tǒng)，建筑物最佳是低層結(jié)構(gòu)以便減少水泵耗能；4）假如選擇一個帶有板式熱互換器的閉式地下水系統(tǒng)，建筑物的高度就不必考慮；5）在寒冷地區(qū)，地下水系統(tǒng)的井水側(cè)管道應(yīng)保溫，系統(tǒng)側(cè)的循環(huán)水路規(guī)定防凍；6）對于地下水系統(tǒng)的投資效益比，較大的建筑物比小的建筑物好，由于地下水供回井的投資并不隨系統(tǒng)容量的增長而呈線性上升；7）對于熱泵選擇的進水溫度取決于深井水的水溫平均水溫，深井水的水溫一般約比本地氣溫高1~2℃我國東北北部地區(qū)深井水水溫約為4℃中部地區(qū)約為12℃南部地區(qū)約為12~14℃；華北地區(qū)深井水水溫約為15~19℃；華東地區(qū)深井水的水溫約為19~20℃；西北地區(qū)淺井水水溫約為16~18℃；深井水水溫約為18~20℃；中南地區(qū)淺井水水溫約為20~21℃。南京市深井水的水溫在18℃左右二、管井的設(shè)計環(huán)節(jié)一般情況下、管井設(shè)計大體可循下列環(huán)節(jié)進行：1、搜集設(shè)計資料和現(xiàn)場勘察設(shè)計資料是設(shè)計的基礎(chǔ)與依據(jù)，對的可靠的資料特別是水文地質(zhì)資料是保證地下水系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量的先決條件。現(xiàn)場查勘(踏勘)不僅是收集資料的補充手段,也是管井設(shè)計前期工作的一個重要環(huán)節(jié).其目的是了解和核對現(xiàn)有水文地質(zhì)及其他現(xiàn)場條件資料,發(fā)現(xiàn)問題,初步選擇并位及醞釀系統(tǒng)布置方案,按設(shè)計階段任務(wù)提出進一步的水文地質(zhì)勘察規(guī)定或其他現(xiàn)場工作規(guī)定.2根據(jù)含水層的埋藏條件厚度巖性水力狀況及施工條,初步擬定管井的型式構(gòu)造及取水設(shè)備型式.同時根據(jù)地下水位、流向、補給條件和地形地物情況,考慮并群布置方案.3按理論公式或經(jīng)驗公式擬定管井的出水量和水位下降值,并在此基礎(chǔ)上結(jié)合技術(shù)規(guī)定設(shè)備和施工條件,擬定取水設(shè)備.如為井群系統(tǒng),應(yīng)考慮井群互阻影響,必要時應(yīng)進行井群互阻計算,擬定管井?dāng)?shù)目、井距、井群布置方案.此外,須設(shè)立一定數(shù)量的備用井,其數(shù)量約為10%生產(chǎn)井?dāng)?shù).4根據(jù)上述計算成果進行管井構(gòu)造設(shè)計,涉及井室井壁管過濾器沉淀管填礫層等的構(gòu)造、(長度或口徑)或出水量,以保持含水層的滲留穩(wěn)定性.過濾器的尺寸應(yīng)滿足下列規(guī)定:F=πL，≧Q/f式中 F-過濾器的表面積,㎡,如過濾器外有填礫層,則應(yīng)以填礫層外圍表面積計算;D-過濾器的外徑，m,當(dāng)有填礫層時，應(yīng)以填礫層外徑計算；L-過濾器工作部分長度m，對于無壓含水層中過濾器，則L=La-ΔS，此處，La為過濾器實際長度ΔS為水躍（水躍值是井壁內(nèi)外動水位差值其值只要與地下水通過過濾器外圍反過濾層，過濾器進水孔及在過濾器內(nèi)流動的水頭損失有關(guān)）通常用下列經(jīng)驗公式計算：式中Q-井的出水量，m3/d;S-井的水位下降值，m；F-過濾器的表面積,㎡a-與過濾器構(gòu)造有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)對于完整井可近似地取包網(wǎng)和填礫過濾器a=0.15～0.25，條孔和纏絲過濾器a=0.06～0.08。對于非完整井，ΔS值可按井的補完整限度，按上面公式求得的數(shù)值增長25%～50%。在理論公式中井的水位下降（S0系指井外壁的水位下降值而言故在計算無壓含水層中過濾器的表面積時應(yīng)從過濾器的實際長度中減去ΔS。此外在井的運營過程中由于過濾器及其周邊反濾層被堵塞往往使值迅速增長因此，ΔS值的變化也是指示井的運營狀態(tài)的一個重要參數(shù)。三、管井的設(shè)計其他注意問題1.管井結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及井口、井壁管、過濾器和沉淀管的設(shè)計。2.井孔必須保證井管的安裝井管必須保證抽水設(shè)備的正常工作泵段以上頂角傾斜安裝長軸深井泵時不得超過1°安裝潛水電泵時不得超過2°泵段以下每百米項角傾斜不得超過2°，方位角不能突變。3.管井深度設(shè)計應(yīng)根據(jù)需水量和擬開采含水（組段的埋深厚度水質(zhì)富水性及其出水能力等因素綜合擬定。4井孔和井管直徑可按以下方法擬定井孔直徑除應(yīng)能下入井壁管和濾水管外還應(yīng)滿足圍填濾料的規(guī)定。井孔終孔直徑較井管外徑大：采用非填礫過濾器時，應(yīng)大于100mm；采用填礫過濾器時，中、粗砂含水層中應(yīng)大于200mm，粉、細砂含水層中應(yīng)大于300mm。5.井壁管和濾水管根據(jù)井深水質(zhì)技術(shù)和經(jīng)濟條件等選用鋼管鑄鐵管鋼筋混凝土管塑料管、混凝土管、無砂混凝土管等管材。各種管材的適宜深度應(yīng)按表1的規(guī)定取值。金屬井管扎。表1 各種管材適宜深度表管材類型鋼管鑄鐵管鋼筋混凝土管塑料管混凝土管無砂混凝土管適宜深度（）＞400200～400150～200≤150≤100≤1006.過濾器根據(jù)含水層巖性進行選擇，過濾器設(shè)計應(yīng)涉及填礫過濾器和非填礫過濾器的設(shè)計。7.過濾器安裝位置的上下偏差不得超過300mm采用填礫過濾器的管井井管應(yīng)位于井孔中心。下井管時要安裝井管扶正器其外徑比并孔直徑小30～50m根據(jù)井深和井管類型擬定扶正器的數(shù)量一般間隔3～20m安裝一組每井至少安裝2組無砂混凝土管并與混凝土管井扶正器的數(shù)量應(yīng)適當(dāng)增長。8.井管底部一般應(yīng)座落在堅實的基礎(chǔ)上，若下部孔段廢棄不用時，必須用卵石或碎石填實。9.填礫石濾料必須按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定嚴(yán)格篩選，不合格的顆粒含量不得超過15％。濾料除按設(shè)計備妥外，還要準(zhǔn)備一定的余量。10管外封閉中濾料項部至井口段，采用粘土球或粘土塊封閉3～5，剩余部分可用粘土填實；井口周邊，淺井可用一般粘土夯實，厚度不小于200mm；中、深井可用粘土球或水泥漿封閉，厚度一般不小于300mm。對不良含水層或非計劃開采段，一般采用粘土球封閉，粘土球應(yīng)用優(yōu)質(zhì)粘土制成直徑為25～30m以半干為宜投入前應(yīng)取非孔內(nèi)的泥漿做浸泡實驗如水壓較大或規(guī)定較高時可用水泥漿或水泥砂漿封閉選用的隔水層單層厚度應(yīng)不小于5封閉位置應(yīng)超過擬封閉含水層上、下各不少于5。四、水井口裝置的設(shè)計水井口裝置是水井工程的重要部分。在設(shè)計時，重要考慮了以下事項：①設(shè)回流管。在自流回灌井中，供回水管分開使用；②設(shè)排污管。在井水回?fù)P時，保證污水順暢排放；③為防止氣氛對回灌水導(dǎo)致污染，應(yīng)阻止大量氣氛混入回灌水中。蝶閥1,2為水源水回灌所設(shè),水源水泵啟動時,蝶閥1打開,蝶閥2關(guān)閉;反之則相反。蝶閥3為回?fù)P排污時用。對于成井后井水中含砂量超過國家有關(guān)規(guī)定和標(biāo),

在實際運營中,會使水源水系統(tǒng)的閥門、管件換熱器等設(shè)備或附件導(dǎo)致堵塞,進而會妨礙系統(tǒng)的正常運營必須在系統(tǒng)中布置除砂器進行除砂除砂器的特點是:體積小,除砂效率高,可在不間斷供水情況下清除水中的砂粒建議采用旋流式除砂器。六、機房系統(tǒng)的設(shè)計1、機房水系統(tǒng)下圖為一典型的雙井水源熱泵的機房水系統(tǒng)，其他水源熱泵的機房水系統(tǒng)的設(shè)計類似。水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是靠水路上閥門的切換來實現(xiàn)冷熱工況的轉(zhuǎn)換,在機房系統(tǒng)中,共設(shè)有時,1,3,5,7閥門關(guān)閉泣,4,6,8閥門打開。機房水系統(tǒng)重要涉及水源水循環(huán)系統(tǒng)、中間循環(huán)水系統(tǒng)、冷熱水循環(huán)系統(tǒng)。2、中間循環(huán)水系統(tǒng)中間循環(huán)水系統(tǒng)涉及鐵板式換熱器、中間循環(huán)水泵、中間穩(wěn)壓補水裝置、管路和閥門。由于水源水含鹽量較高,為了減少水源水對機組的危害,在水源水系統(tǒng)與水源熱泵中央空調(diào)機組之間增設(shè)鐵板式換熱器。筑龍網(wǎng)ww3筑龍網(wǎng)ww空調(diào)機房系統(tǒng)應(yīng)考慮穩(wěn)壓補水裝置水源水系統(tǒng)與冷熱循環(huán)水系統(tǒng)可以共用了一套穩(wěn)壓補水裝置,實際運營效果良好。四、地表水熱泵系統(tǒng)（SWHP）的方案設(shè)計一、地下水系統(tǒng)設(shè)計原則地表水熱泵系統(tǒng)換熱器設(shè)計與制作自身不是很復(fù)雜，關(guān)鍵是掌握對的的設(shè)計方法。假如條件許可采用地表水換熱器方式無疑是最節(jié)省投資的選擇。但是也正由于它需要足夠面積足夠深度的水域，而限制了它的使用。但對于臨海臨湖臨江面水的建筑仍然是最佳選擇。1）可運用人工營造的大型人工水體（人工湖、池塘、水庫）作為換熱體；2）地表水的表面面積和深度分別為每冷（3.516KW不小于280m2和大于1.8m以滿足供冷設(shè)計工況下的得熱量和供熱設(shè)計工況下的釋熱量，經(jīng)驗表白，換熱器至少置在1.5米以下；網(wǎng).com3冬天地表水的平均溫度會顯著下降，雖然表面冰層有很好的熱阻效應(yīng)在我國北方地區(qū)地表水熱泵系統(tǒng)熱互換器側(cè)的網(wǎng).com4）對于熱泵選擇的進水溫度取決于熱交換器所在水層的水溫平均溫度，供熱時從北方的-1.1（防凍液到南方的12.8℃,供冷時從北方的26.7℃以下到南方的35℃以上（美國）二、地表水換熱器設(shè)計1、地表水換熱器單元環(huán)路設(shè)計地表水換熱器單元環(huán)路編織方式一般分為兩大類：捆扎式與非捆扎式，前者在實際工程上應(yīng)用比較多，由于根據(jù)經(jīng)驗，以上兩種編織方式在正常水溫條件下每米盤管的散熱量均約為25-40W左右捆扎式的環(huán)路盤管又可以根據(jù)定位（spacer的不同進一步分為分離（嚴(yán)格講是層分離）的捆扎式環(huán)路盤管或未分離的捆扎式環(huán)路盤管，具體編制方式見下圖。2、地表水熱互換器的盤管管材長度計算一般來說，地表水換熱器生產(chǎn)廠家或是專業(yè)公司一般按照美國E推薦標(biāo)準(zhǔn)在5ft(1.524)*5ft的正方形PVC架子上編制如下表的地表水換熱器單元環(huán)路表中給出三種不同單位冷/熱負(fù)荷所需盤管長度（ft/TH）的地表水換熱器的設(shè)計進水溫度。本地表水介于表中地表水溫度之間時，可以通過叉值法估算出其相應(yīng)的進水溫度。最常用的編制方式是300ft/T（顯然，在實際應(yīng)用中，熱互換器盤管越短成本越低。地表水熱互換器盤管的長度取決于供冷工況時水環(huán)路的最大散熱量或者供暖工況時水環(huán)路的最大散熱量，根據(jù)單位冷/熱負(fù)荷所需盤管長度可得到合適的設(shè)計進水溫度（低于00t要采用必要的防凍措施），然后根據(jù)建筑負(fù)荷計算出來循環(huán)水的換熱量，可以計算出地表水熱互換器熱互換器所需盤管的總長度。不同長度地表水熱互換器盤管的設(shè)計進水溫度熱互換器盤管美國的北部地區(qū)地表平均水溫美國的南部地區(qū)冬季45t夏季1.00t冬季1.00t夏季2.50t供熱工況10ft/TH無推薦值——3.9t/390F——20ft/TH0t320F——5.6t/420F——30ft/TH1.7t/400F——7.2t/450F——制冷工況10ft/TH——2060t690F——3670t980F20ft/TH——1780t640F——3380t930F30ft/TH——150/90F——311t880F假設(shè)：20%乙烯乙二醇，3gpm(0.68m2/h),SDR11HDPE設(shè)計流量決定了地表水源和建筑物之間的距離以及系統(tǒng)預(yù)算費用中熱互換器的費用假如認(rèn)為可行，才干進一步進行方案設(shè)計。3、地表水熱互換器盤管的構(gòu)造與流程設(shè)計擬定了熱互換器盤管的總長度后還需要進一步設(shè)計熱互換器盤管的構(gòu)造與流程，即使用多少個等長的盤管（環(huán)路數(shù)量）及如何把盤管連接到集水干管；此外還需要考慮根據(jù)現(xiàn)有水體如何布置環(huán)路。1、地表水換熱器環(huán)路數(shù)量熱互換器盤管的總長度除以地表水換熱器單元環(huán)路的長度即得地表水換熱器環(huán)路組數(shù)；2、環(huán)路盤管連接到集水干管的方式見下圖根據(jù)經(jīng)驗，環(huán)行盤管組與組的布置間距