地源熱泵設(shè)計(地埋管)教學(xué)課件PPT.ppt

1、地源熱泵系統(tǒng),地源熱泵系統(tǒng)的組成,地源熱泵機組,水循環(huán)系統(tǒng),地下熱交換器,控制系統(tǒng),土壤溫度隨深度變化示意圖,月份,0,10,20,30,40,0,40,80,120,160,200,240,280,320,360,地 表,2 FT（0.6m,5 FT (1.5m,12 FT (3.6m,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12,天數(shù),地源熱泵 普通空調(diào)系統(tǒng),對于制冷來說，地源熱泵與常規(guī)冷水機組最大的區(qū)別是：空調(diào)系統(tǒng)的冷卻水冷卻變?yōu)榈叵滤蛲寥览鋮s。 制熱和生活熱水供應(yīng)時，地源熱泵系統(tǒng)可以替代鍋爐,地源熱泵系統(tǒng)的組成,室外地能換熱系統(tǒng) 土壤源 地下水 地表水 水源熱泵機組 室內(nèi)采暖

2、空調(diào)末端,什么是地源熱泵,地源熱泵是一種利用地 表或地下淺層地熱等低 溫低位熱能資源，并采 用熱泵原理，通過少量,的高位電能輸入，實現(xiàn)既能供熱又能制冷、低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù),地下水換熱系統(tǒng)（ground water system） 與地下水進行熱交換的地熱能交換系統(tǒng)，分為直接地下 水換熱系統(tǒng)和間接地下水換熱系統(tǒng)。投資最小、需回灌、有污垢,直接地下水換熱系統(tǒng) 由抽水井取出的地下水，經(jīng)處理后直接流經(jīng)水源熱泵機組熱交換后返回地下同一含水層的地下水換熱系統(tǒng)。 間接地下水換熱系統(tǒng) 由抽水井取出的地下水經(jīng)中間換熱器熱交換后返回地下同一含水層的地下水換熱系統(tǒng),一、巖土熱物性參數(shù),巖土體類型、熱特

3、性、熱傳導(dǎo)性、含水率、密度、溫度等是影響地埋管換熱系統(tǒng)性能的主要因素。就地表而言，垂直地表土方向的導(dǎo)熱性大于水平方向的導(dǎo)熱性，巖土的熱物性參數(shù)可參見表1。 表1 巖土熱物性參數(shù),表1 巖土熱物性參數(shù),表1 巖土熱物性參數(shù),二、地埋管管材,地埋管管材及管件應(yīng)符合設(shè)計要求，且應(yīng)具有質(zhì)量檢驗報告和出廠合格證。 地埋管管材及管件應(yīng)采用相同材料，且應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)大、流動阻力小等質(zhì)量特性，一般采用高密度聚乙烯管（PE80或PE100）或聚丁烯管（PB），不宜采用聚氯乙烯（PVC）管。 地埋管質(zhì)量應(yīng)符合國家現(xiàn)行標準中的各項規(guī)定。聚乙烯管應(yīng)符合給水用聚乙烯（PE）管材GB/J13663的

4、要求；聚丁烯管應(yīng)符合冷熱水用聚丁烯（PB）管道系統(tǒng)GB/T194732的要求。管材的公稱壓力及使用溫度應(yīng)滿足設(shè)計要求，且管材的公稱壓力不宜小于1.0MPa。地埋管外徑及壁厚可按表2、表3的規(guī)定選用,表2 聚乙烯（PE）管外徑及公稱壁厚（mm,表3 聚丁烯（PB）管外徑及公稱壁厚（mm,二、地埋管管材,埋地管道應(yīng)采用熱熔或電熔連接。聚乙烯管道的連接應(yīng)符合國家現(xiàn)行標準埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程（CJJ101）的有關(guān)規(guī)定。 地埋管宜根據(jù)設(shè)計中選用的管材長度由廠家成捆供貨，以減少埋管接頭數(shù)量。豎直地埋管U形管的組對長度應(yīng)能滿足插入鉆孔后與水平環(huán)路集管連接的要求。組對好的U形管的兩接頭部位應(yīng)及時密封

5、。 豎直地埋管換熱器的U形管接頭，宜選用定型的U形彎頭成品件，不宜采用直管道煨制彎頭，有條件時宜由生產(chǎn)廠家將彎頭或定型連接件與U形管連接好，成套供貨,三、地埋管水力計算,地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)根據(jù)實際選用的傳熱介質(zhì)的水力特性進行水力計算。國內(nèi)目前塑料管的比摩阻均是以水為傳熱介質(zhì)，對添加防凍劑的水溶液均無相應(yīng)數(shù)據(jù)，水力計算時可按地源熱泵工程技術(shù)指南（Ground-source heat pump engineering manual）推薦的方法進行。 1) 確定管內(nèi)流體的流量、公稱直徑和流體特性。 2) 根據(jù)公稱直徑，確定地埋管的內(nèi)徑。 計算地埋管的斷面面積： 式中 地埋管的斷面面積（ ）； 地

6、埋管的內(nèi)徑（m,三、地埋管水力計算,4) 計算管內(nèi)流體的流速: 式中 V 管內(nèi)流體的流速（m/s）； G 管內(nèi)流體的流量（ ）。 5) 計算管內(nèi)流體的雷諾數(shù)，應(yīng)該大于2300以確保紊流： 式中 管內(nèi)流體的雷諾數(shù)； 管內(nèi)流體的密度（ ）； 管內(nèi)流體的動力黏度（,三、地埋管水力計算,6) 計算管段的沿程阻力 ： 式中 計算管段的沿程阻力（Pa）； 計算管段單位管長的沿程阻力（Pa/m）； 計算管段的長度（m）。 7) 計算管段的局部阻力： 式中 計算管段的局部阻力（Pa）； 計算管段管件的當量長度（m）。 管件的當量長度可按表4計算,表4 管件當量長度表,三、地埋管水力計算,8) 計算管段的總阻力

7、 ： 式中 計算管段的總阻力（Pa）。 在相同管徑、相同流速下，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。為了保持管內(nèi)的紊流流動，CaCl2水溶液、乙二醇水溶液需采用比水大的流速和流量。 在相同管徑、相同流速下，水的換熱系統(tǒng)最大，其大小依次為：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：1：0.470.62：0.410.56,三、地埋管水力計算,由于地埋管換熱器內(nèi)傳熱介質(zhì)的流動一般均在紊流或紊流光滑（過渡）區(qū)內(nèi)，即2300Re 。在此范圍內(nèi)，在相同管徑、相同流速下，CaCl2水溶液、乙二醇水溶液管路沿程阻力

8、為水的1.44倍和1.28倍。 一般來說，地埋管換熱器的環(huán)路壓力損失宜控制在3050KPa/100m，最大不超過50 KPa/100m。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。 地埋管最不利環(huán)路的壓力損失，再加上熱泵機組、平衡閥和其它設(shè)備管件的壓力損失，并考慮一定的安全裕量，即可確定地埋管側(cè)循環(huán)水泵的揚程。根據(jù)系統(tǒng)總流量和水泵揚程，選擇滿足要求的水泵型號和臺數(shù),四、地埋管換熱系統(tǒng)的其他要求,地埋管換熱器施工過程中，應(yīng)嚴格檢查并做好管材保護工作。當室外環(huán)境溫度低于0時，不宜進行地埋管換熱器的施工。 地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮地埋管換熱器的承壓能力，地埋管換熱器

9、的承壓能力可按下式計算確定： 其中 管路最大壓力（Pa）； 地埋管中流體密度（ ）； 重力加速度（ ）； 地埋管最低點與閉式循環(huán)系統(tǒng)最高點的高度差(m)； 水泵揚程（m,四、地埋管換熱系統(tǒng)的其他要求,若建筑物內(nèi)系統(tǒng)壓力超過地埋管換熱器的承壓能力時，應(yīng)設(shè)中間換熱器，以滿足地埋管換熱器的承壓要求。 地埋管換熱器的傳熱介質(zhì)一般為水，在有可能凍結(jié)的地區(qū)，應(yīng)在水中添加防凍劑。添加防凍劑后的傳熱介質(zhì)的冰點宜比設(shè)計最低運行水溫低35，以防止管路結(jié)冰。 選擇防凍劑時，應(yīng)同時考慮防凍劑對管材與管件的腐蝕性，防凍劑的安全性、經(jīng)濟性及其換熱特性。目前應(yīng)用較多的防凍劑主要有： 1) 鹽類溶液：氯化鈣和氯化鈉水溶液； 2) 乙二醇水溶液：乙烯基乙二醇和丙烯基乙二醇水溶液； 3) 酒精水溶液：甲醇、異丙基、乙醛水溶液； 4) 鉀鹽水溶液：醋酸鉀和碳酸鉀水溶液,四、地埋管換熱系統(tǒng)的其他要求,添加的防凍劑的類型、濃度及有效期應(yīng)在水系統(tǒng)充注閥處注明。 地埋管換熱系統(tǒng)應(yīng)設(shè)自動充液及泄漏報警系統(tǒng)。一般應(yīng)在分水器或集水器上預(yù)留充液管，在系統(tǒng)循環(huán)回路上設(shè)開式膨脹水箱或閉式穩(wěn)壓灌