上海市XX某高樓地源熱泵設(shè)計(jì)

1、上海市xx某高樓地源熱泵設(shè)計(jì)一、熱泵系統(tǒng)運(yùn)行原理圖二、設(shè)計(jì)選型圖紙為上海市xx某高樓。該建筑物是一幢五層高的高樓，層高5.1m,總建筑面積約為15000m²。該學(xué)校處在上海市，本建筑所在地區(qū)，地下約80m以上的地層，為粉質(zhì)粘土、粘土和砂礫堆積層，沒(méi)有堅(jiān)硬的巖石層，較適于地下?lián)Q熱器的安置.選用土壤源熱泵作為空調(diào)系統(tǒng)冷熱源的設(shè)計(jì)方案1、建筑物冷熱負(fù)荷及冬夏季地下?lián)Q熱量計(jì)算氣象資料（上海）1室外設(shè)計(jì)參數(shù)冬季空調(diào)：1.2，夏季空調(diào):34.6，夏季空調(diào)室外計(jì)算濕球：28.2，冬季空調(diào)室外計(jì)算相對(duì)濕度：74%。2室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)冬季為：1822，夏季為：24283深井取水設(shè)計(jì)參數(shù)井水取水量調(diào)節(jié)水池儲(chǔ)

2、水量井水溫度設(shè)計(jì)計(jì)算冬季井水溫度設(shè)計(jì)計(jì)算夏季井水溫度160t/小時(shí)800t24.52425 建筑物冷熱負(fù)荷計(jì)算與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計(jì)算方法相同，可參考有關(guān)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)，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?計(jì)算： kw （1） kw （2）其中夏季向土壤排放的熱量，kw夏季設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷，kw冬季從土壤吸收的熱量，kw冬季設(shè)計(jì)總熱負(fù)荷，kw設(shè)計(jì)工況下水源熱泵機(jī)組的制冷系數(shù)設(shè)計(jì)工況下水源熱泵機(jī)組的供熱系數(shù)一般地，水源熱泵機(jī)組的產(chǎn)品樣本中都給出不同進(jìn)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(jì)算時(shí)應(yīng)從樣本中選用設(shè)計(jì)工況下的、

3、。若樣本中無(wú)所需的設(shè)計(jì)工況，可以采用插值法計(jì)算。根據(jù)圖紙求得建筑物總冷負(fù)荷：674kw；建筑物冷負(fù)荷指標(biāo):103 w/m2；建筑物總熱負(fù)荷:665 kw ；建筑物熱指標(biāo):99w/m2 。q1=678×(1+1/5.3)=805.9kw；q2=625×(1-1/4.3)=481kw2、地埋管的選取 地下熱交換的性能和質(zhì)量是保證地源熱泵系統(tǒng)長(zhǎng)期的穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵。一旦將換熱器埋入地下后，基本不可能進(jìn)行維修或更換，這就要求保證埋入地下管材的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并且耐腐蝕。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中使用的金屬管材在這方面存在嚴(yán)重不足，且需要埋入地下的管道的數(shù)量較多，應(yīng)該優(yōu)先考慮使用價(jià)格較低的管材。

4、所以，土壤源熱泵系統(tǒng)中一般采用塑料管材。目前最常用的是聚乙烯（pe）和聚丁烯（pb）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(dǎo)致泄漏，因此，不推薦用于地下埋管系統(tǒng)。本系統(tǒng)綜合場(chǎng)地和費(fèi)用等各方面的考慮，采用立式雙管同程系統(tǒng)。3、確定管徑在實(shí)際工程中確定管徑必須滿足兩個(gè)要求：（）管道要大到足夠保持最小輸送功率；（）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。顯然以上兩點(diǎn)矛盾，需要綜合考慮。一般并聯(lián)管路用小管徑，集管用大管徑，地埋管常用的管徑有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管內(nèi)流速控制在0

5、.6 m/s以下，對(duì)更大的管道，管內(nèi)流速控制在2.0m/s以下或把管道壓力損失控制在4mh20/100m當(dāng)量長(zhǎng)度以下。選用聚乙烯管材pe63（sdr11），并聯(lián)環(huán)路管徑為dn25，集管管徑分別為dn32、dn40、dn50、dn 70、dn 80、dn 100、dn 110、dn 140。4、 確定豎井埋管管長(zhǎng) 地下熱交換器長(zhǎng)度的確定除了已確定的系統(tǒng)布置和管材外，還需要有當(dāng)?shù)氐耐寥兰夹g(shù)資料，如地下溫度、傳熱系數(shù)等。文獻(xiàn)2介紹了一種計(jì)算方法共分9個(gè)步驟, 很繁瑣，并且部分?jǐn)?shù)據(jù)不易獲得。在實(shí)際工程中，可以利用管材“換熱能力”來(lái)計(jì)算管長(zhǎng)。換熱能力即單位垂直埋管深度或單位管長(zhǎng)的換熱量，一般垂直埋管為7

6、0110w/m(井深)，或3555w/m(管長(zhǎng))，水平埋管為2040w/m（管長(zhǎng)）左右3。設(shè)計(jì)時(shí)可取換熱能力的下限值，即35w/m（管長(zhǎng)），具體計(jì)算公式如下： （3）其中豎井埋管總長(zhǎng)，m夏季向土壤排放的熱量，kw分母“35”是夏季每m管長(zhǎng)散熱量，w/m最低進(jìn)口流體溫度下熱泵機(jī)組的的制熱性能系數(shù)也根據(jù)熱泵機(jī)組數(shù)據(jù)而確定。不小于當(dāng)?shù)囟臼彝鈿鉁卦偌由?.4。根據(jù)空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)手冊(cè)，武漢市的冬季室外氣溫為-5，這里確定為-1，符合土壤源熱泵系統(tǒng)對(duì)最低進(jìn)口流體溫度的要求。經(jīng)計(jì)算得=17156.3m5、 確定豎井?dāng)?shù)目及間距 國(guó)外，豎井深度多數(shù)采用50100m2，設(shè)計(jì)者可以在此范圍內(nèi)選擇一個(gè)豎井深度h，代入

7、下式計(jì)算豎井?dāng)?shù)目: （4）其中豎井總數(shù)，個(gè)豎井埋管總長(zhǎng)，m豎井深度，m 分母“2”是考慮到豎井內(nèi)埋管管長(zhǎng)約等于豎井深度的2倍。然后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行圓整，若計(jì)算結(jié)果偏大，可以增加豎井深度，但不能太深，否則鉆孔和安裝成本大大增加。 關(guān)于豎井間距有資料指出：u型管豎井的水平間距一般為4.5m3，也有實(shí)例中提到dn25的u型管，其豎井水平間距為6m，而dn20的u型管，其豎井水平間距為3m4。若采用串聯(lián)連接方式，可采用三角形布置（詳見(jiàn)2）來(lái)節(jié)約占地面積。可計(jì)算得孔深為86m.6、 計(jì)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(jī)組所在環(huán)路作為最不利環(huán)路進(jìn)行阻力計(jì)算。可采用當(dāng)量長(zhǎng)度法，將局部阻力件轉(zhuǎn)

8、換成當(dāng)量長(zhǎng)度，和管道實(shí)際長(zhǎng)度相加得到各不同管徑管段的總當(dāng)量長(zhǎng)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。7、 水泵選型 熱泵的選擇計(jì)算:總冷量=維護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷新風(fēng)冷負(fù)荷=669kw 總熱量=維護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷新風(fēng)熱負(fù)荷=613kw由于夏天采用冷卻塔加熱泵的形式，所以選熱泵時(shí)應(yīng)根據(jù)冬天的熱負(fù)荷。可選兩臺(tái)gshp430。gshp430性能參數(shù)：制冷量：430kw;制熱量519kw；輸入功率：制冷：81.13kw; 制熱：117kw容量調(diào)節(jié)范圍：25%-100%蒸發(fā)器性能參數(shù)：水管尺寸：dn125;制冷實(shí)用工況冷卻水流量：84.2m3/h制熱實(shí)用工況熱源水流量：

9、48m3/h冷凝器性能參數(shù)：水管尺寸：dn125制冷實(shí)用工況冷卻水流量：50m3/h制熱實(shí)用工況熱源水流量：86m3/h機(jī)組阻力：45000pa1.地下盤(pán)管循環(huán)水泵： 冷卻水流量：q=w/（4.2×）式中：w地下盤(pán)管承擔(dān)的冷負(fù)荷，由前計(jì)算可得805kw 由所選機(jī)組決定，在這為100c 計(jì)算可得q為19kg/s系統(tǒng)總阻力：p=地下盤(pán)管沿程阻力+熱泵機(jī)組阻力=61+45=106kpa水泵揚(yáng)程：p=1.2p=127.2kpa =12.7mh20;水泵水量: q=1.2q=82 m3/h選三臺(tái)蘇州制泵公司的klw50-125（i）a：流量29 m3/h；揚(yáng)程14.4m;電功率2.2kw2.冷

10、卻水循環(huán)水泵： 水流量：q=w/（4.2×）式中：w冷卻塔承擔(dān)的冷負(fù)荷，由冬夏兩季的負(fù)荷差可得324 kw 由所選冷卻塔決定，在這為50c 計(jì)算可得q=54 m3/h 水泵揚(yáng)程為：冷卻塔系統(tǒng)的沿程阻力x1.2=8582x1.2=10298.4pa 水泵流量為：54x1.2=64.8 m3/h 選擇兩臺(tái)北京制泵公司生產(chǎn)的kql 80/300-30/2：流量32.5 m3/h；揚(yáng)程9m; 電功率2.2kw8 冷卻塔型號(hào)根據(jù)參考文獻(xiàn)得冷卻塔流量計(jì)算公式 gt =q/ t cp 式中：q冷卻塔需處理的冷負(fù)荷 在本系統(tǒng)中為冬夏兩季地下盤(pán)管承擔(dān)負(fù)荷之差。 q=324kw cp水的定壓比熱 4.1

11、74 kj/kg.0ct冷卻塔進(jìn)出水溫差 6 0c根據(jù)參考文獻(xiàn)的公式 可計(jì)算得冷卻塔的流量為15kg/s根據(jù)流冷卻塔的選型與冷卻塔的循環(huán)水量gt (m3/h) ,冷卻塔進(jìn)水溫度t1,進(jìn)出水溫差t,室外濕球溫度t選金日冷卻水塔低噪音型。根據(jù)流量，由于武漢的濕球溫度為28，選kln70（空調(diào)型）9、 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(jì)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(yáng)程一半的總和1，即： 其中管路最大壓力，pa建筑物所在的當(dāng)?shù)卮髿鈮海琾a地下埋管中流體密度，kg/m3 當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，m/s2地下埋管最低點(diǎn)與閉式循環(huán)系統(tǒng)最高點(diǎn)的高

12、度差，m水泵揚(yáng)程，pa經(jīng)計(jì)算本設(shè)計(jì)符合要求。三、 可行性分析（1）地源熱泵的環(huán)保性沒(méi)有尾氣排放,不污染大氣，噪音低，能耗小，使用壽命長(zhǎng)，不消耗水資源。（2）地源熱泵的經(jīng)濟(jì)性地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)總投資為每平方米投資為290元左右,采用大地的能量來(lái)作為供熱的能源,運(yùn)行費(fèi)用省。（3）地源熱泵的穩(wěn)定性大地收集了47%的太陽(yáng)能量,是取之不盡、用之不竭的廉價(jià)能源,大地土壤的溫度(10米以下)常年恒溫,溫度恒定在13-15之間，使用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)就可以在夏天制冷時(shí),把熱量排到地下貯存起來(lái),冬天供熱時(shí),再把熱量取出來(lái)使用，因此,地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)耗電功率小,不受環(huán)境空氣環(huán)境溫度的影響,穩(wěn)定性特別好。四、參考文獻(xiàn)：1 蔣能照，劉道平.水源·地源&#