最全面的地、水源熱泵設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)

1、最全面的地、水源熱泵設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)一、土壤式地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.水平與垂直埋管2. 地下?lián)Q熱器設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)安裝必須注意保持較高的流體流速，以充分排除空氣應(yīng)同程設(shè)計(jì)，各并聯(lián)管路長(zhǎng)度一致。垂直U型埋管并聯(lián)系統(tǒng)實(shí)例認(rèn)識(shí)埋管材料UPVCPBPP-RPEXABS鋁塑復(fù)合管PE/AL塑復(fù)銅管PE長(zhǎng)期使用時(shí)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(dá)2.02.01.25膨脹系統(tǒng)/（m/m·）710-51310-51110-51510-51110-52.510-51.1810-51.510-4導(dǎo)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(lái)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(jià)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(dǎo)熱系數(shù)大流動(dòng)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(jià)格低常見塑料管規(guī)格202252.3322.9403.7504.6635.8不同土質(zhì)對(duì)換熱的影響k導(dǎo)熱系數(shù)W/（m·K）a擴(kuò)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(zhì)濕土0.90.5216671.05輕質(zhì)干土0.350.2815000.84密度越大，導(dǎo)熱系數(shù)越大。3.埋管管徑兩個(gè)要求：滿足換熱量（管徑要大）保持管道內(nèi)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(nèi)流速控制在1.22m/s以下，對(duì)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(yùn)行的，取3.0m間距；工程規(guī)模大，間隙運(yùn)行的，U型豎埋管間距一般為4.5m；連續(xù)運(yùn)行的，多排埋管布置，取6m間距。4.確定埋管形式類型：?jiǎn)蜺型管和雙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(yīng)埋在當(dāng)?shù)貎鐾辽疃纫韵逻m合間隙使用。垂直埋管鉆60m以內(nèi)井深費(fèi)用低；井深80m內(nèi)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(jià)比井深100米造價(jià)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(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：垂直埋管70110W/m（井深，對(duì)U型管），或3555W/m管長(zhǎng)水平埋管取2040W/m管長(zhǎng)。暖通南社整理發(fā)布主要會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題及解決辦法南方夏季冷負(fù)荷遠(yuǎn)大于

6、冬季熱負(fù)荷，若采用地源熱泵將造成兩個(gè)問(wèn)題：土壤熱不平衡，長(zhǎng)期運(yùn)行系統(tǒng)效果變差。按夏季冷負(fù)荷造成地?zé)釗Q熱器投資巨大。解決方法土壤換熱量按冬季熱負(fù)荷的120%設(shè)計(jì)多余的冷負(fù)荷配置冷卻塔進(jìn)行散熱。5.確定熱交換器換熱量按建筑物冷熱負(fù)荷計(jì)算冬夏地下?lián)Q熱量6.計(jì)算管道壓力損失各管段壓力損失<3050KPa/100M最大不超過(guò)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(diǎn)與閉式循環(huán)最高點(diǎn)高度差，mPh水泵揚(yáng)程Pa對(duì)于埋管50m，水泵揚(yáng)程40m的系統(tǒng)，最大承壓為0.76MPa。設(shè)計(jì)舉例上海某住宅空調(diào)面積212m2計(jì)算空調(diào)冷熱負(fù)荷，并考慮房間同時(shí)使用系數(shù)，總冷負(fù)荷25kW，總熱負(fù)荷17kW。選用設(shè)備能效比按3.5 計(jì)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(gè)回路流量0.045*32*3.6/10/2.m3/h。分別計(jì)算其它集管管徑，分別是DN25,DN32,DN40,DN50（見布置圖）2）確定豎井結(jié)構(gòu)按保守最小數(shù)據(jù)35W/m管長(zhǎng)埋管總長(zhǎng)度320

8、00/35=914m確定豎井?dāng)?shù)目及間距取豎井深度50m ,豎井?dāng)?shù)量914/2/50=9.14取整數(shù)個(gè)，豎井間距取.m3）計(jì)算壓力損失各管路為并聯(lián)同程布置，按流量查阻力表，計(jì)算任意一個(gè)管段總壓力損失為a計(jì)算熱泵機(jī)組水阻力、其它設(shè)備的阻力，所選水泵揚(yáng)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(nèi)。總結(jié)地埋管換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)包括設(shè)計(jì)依據(jù)及計(jì)算方法地埋管方式、埋管長(zhǎng)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(zhì)換熱器環(huán)路及系

9、統(tǒng)布置圖傳熱介質(zhì)、防凍液及防凍溫度注：“能量樁”名詞解釋能量樁：通過(guò)在預(yù)制鋼筋混凝土方樁中埋設(shè)各形狀的管狀換熱器裝置進(jìn)行承載、擋土支護(hù)、地基加固的同時(shí)，可以進(jìn)行淺層低溫地?zé)崮苻D(zhuǎn)換，起到樁基和地源熱泵預(yù)成孔直接埋設(shè)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(fèi)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(shè)計(jì)各種水源熱源井設(shè)計(jì)應(yīng)符合當(dāng)?shù)厮畡?wù)管理部門的要求，設(shè)計(jì)單位應(yīng)具有水文地質(zhì)勘察資質(zhì)熱源井設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB50296供水管井技術(shù)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(shí)地下水要求十分豐富3.實(shí)際設(shè)計(jì)工況-水溫條件室內(nèi)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(shí)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(shí)：利用溫差可達(dá)到16 16-32 制熱時(shí)：利用溫差可達(dá)到11 16-5 4.經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)井水設(shè)計(jì)和施工幾個(gè)重要參數(shù)：井水溫度：1530井距5070m，井深應(yīng)確保水溫取水量在水環(huán)水量的50%100%，水質(zhì)條件取水井與回灌井?dāng)?shù)量不應(yīng)小于1：1水量衰減：三年衰減<20%地面沉降：三年內(nèi)<5mm取水井?dāng)?shù)量=主機(jī)總制熱量*0.75/單井取熱量標(biāo)準(zhǔn)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(diào)系統(tǒng)應(yīng)用條件6.實(shí)際設(shè)計(jì)工況-水量的計(jì)算制冷時(shí)需要水量：溫差、冷量水量制熱時(shí)需要水量：溫差、熱量水量提取最大可利用溫差對(duì)所需水量提出最小要求（高峰用量）7.水源水水質(zhì)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(fù)利用，保護(hù)水資源及穩(wěn)定地質(zhì)結(jié)構(gòu)。條件取決于含水層的滲透性水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（建議達(dá)到下表）回灌類型無(wú)壓（回流）、負(fù)壓（真空）、加壓（正壓）。回灌指標(biāo)三、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(duì)作業(yè)水平作任何評(píng)價(jià)）工程鉆孔施工工藝1.1鉆孔

12、前的準(zhǔn)備工作1.1.1在施工前先了解并確定土壤地質(zhì)條件。1.1.2確定地下綜合管線分布及設(shè)置情況，并做好明顯的標(biāo)識(shí)記號(hào)。1.1.3平整土地，根據(jù)地埋管施工圖，用白灰標(biāo)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(shè)位置。1.1.5確定鉆孔機(jī)械電源容量及供給情況。1.1.6提供水源至鉆孔現(xiàn)場(chǎng)。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(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)。1.2.2、每鉆完一孔前，套管必須組裝好，施鉆完畢應(yīng)盡快將套管放入鉆孔中，并立即將水充滿套管，以防孔內(nèi)積水使套管脫離孔底上浮，達(dá)不到預(yù)定埋設(shè)深度。1.2.3在泥漿或空氣旋轉(zhuǎn)鉆孔方式中，應(yīng)沿鉆管內(nèi)

13、部送入高壓空氣、水、或泥漿，并沿著鉆桿的外側(cè)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?qū)⑵溥\(yùn)離作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。鉆孔過(guò)程中產(chǎn)生的泥漿水從鉆孔位置冒出地面，在施工前應(yīng)制訂好排水措施，可順地勢(shì)挖出排水溝，并在溝的末端挖一個(gè)泥漿池，鉆孔過(guò)程中產(chǎn)生的泥漿在泥漿池中沉淀，作為回填物使用。應(yīng)注意在各個(gè)將要放置鉆機(jī)的位置不能開挖排水溝或連接各個(gè)垂直埋管的水平管溝，防止開挖的管溝被鉆機(jī)壓塌。3、雙U管換熱器預(yù)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(shè)備進(jìn)行熱熔連接（熱熔承插連接、熱熔對(duì)焊連接），與金屬管道

14、連接應(yīng)采用法蘭連接。熱熔承插連接：b.承插連接應(yīng)采用質(zhì)量可靠的熱熔機(jī)具，便攜式熔接工具適用于dn63mm管道及系統(tǒng)最后連接，臺(tái)式熔接機(jī)具適用于dn63mm管道預(yù)裝備連接。c.熱工具加熱到熔接溫度260±10，插口管末端應(yīng)切割平整，與軸線垂直。用筆在承口和插口上做適當(dāng)?shù)臉?biāo)記，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(nèi)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(dá)到連接強(qiáng)度后固定接頭，自然冷卻至環(huán)境溫度。熱熔對(duì)接a. 外徑dn63mm的PE管均可采用熱熔對(duì)接方式連接，該方法經(jīng)濟(jì)可靠，其接在承拉和承壓時(shí)都比管材本具有更高強(qiáng)度。熱熔連接溫度：200

15、210。使用該方法時(shí)，設(shè)備僅需熱熔對(duì)接機(jī)，步驟如下：b.連接管材置于焊機(jī)夾具上并夾緊；c.管材連接端并銑削連接面；d.兩對(duì)接件，使其端面錯(cuò)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(duì)接。a.連接前應(yīng)對(duì)管材、管件及附屬設(shè)備、閥門、儀表按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行核對(duì)，并在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行外觀檢查，符合要求方準(zhǔn)使用。b.根據(jù)鉆孔深度并確定立埋管的長(zhǎng)度，沒(méi)孔兩根。接時(shí)應(yīng)使用同一生產(chǎn)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(yīng)經(jīng)試驗(yàn)證明其可靠后方準(zhǔn)使

16、用。c.每次連接完成后，應(yīng)進(jìn)行外觀質(zhì)量檢驗(yàn)，不符合要求的必須返工。施工人員應(yīng)進(jìn)行上崗培訓(xùn)；每次施工后，管口應(yīng)臨時(shí)封堵；f.在寒冷氣候（-5以下）和大風(fēng)環(huán)境下進(jìn)行連接操作時(shí)，應(yīng)采用保護(hù)措施或調(diào)整施工工藝參數(shù)。聚乙烯管連接的注意事項(xiàng)：3.3、雙U管換熱器在鉆孔內(nèi)的安裝：a.鉆井深度及埋管長(zhǎng)度必須符合設(shè)計(jì)要求，井深誤差不超過(guò)2米，保證埋管長(zhǎng)度。b.當(dāng)樁基孔做好后，可進(jìn)行下管。下管時(shí)應(yīng)將灌漿管和U型管一起插入孔中，直至孔底，下管時(shí)，U型管內(nèi)宜充滿水。c.U型管下部端頭應(yīng)設(shè)保護(hù)裝置。灌漿管端頭宜設(shè)防堵護(hù)罩，且灌漿時(shí)應(yīng)能夠?qū)⑵錄_開。d.采用人工下管。在下管時(shí)套上粗麻繩，輔以服正機(jī)構(gòu)，下管時(shí)要盡量保證同心度

17、。通過(guò)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(yīng)設(shè)一彈簧卡（或固定支卡），以將兩支管分開。f.在下管結(jié)束后要對(duì)管口采取有效的臨時(shí)封堵措施。4、 聚乙烯管給水管道檢漏與試壓4.1、注意事項(xiàng)：聚乙烯管管組對(duì)完畢，進(jìn)行外觀檢查合格后，方可進(jìn)行壓力試驗(yàn)；試驗(yàn)介質(zhì)一般采用水，其溫度不宜超過(guò)40；試驗(yàn)壓力應(yīng)為管道系統(tǒng)工作壓力的1.5倍或設(shè)計(jì)明確規(guī)定的試驗(yàn)壓力。4.2、施工過(guò)程：1.)所有管道和管道連接件必須經(jīng)過(guò)檢查以防滲漏；有U型管在安裝之前必須經(jīng)過(guò)壓力試驗(yàn)，水平管在回填土之前也必須經(jīng)過(guò)壓力試驗(yàn)；2.)交換器必須進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為管道設(shè)計(jì)工作壓力的1.5倍，或系統(tǒng)運(yùn)行壓力的3

18、倍；在試驗(yàn)壓力下，穩(wěn)壓1小時(shí)(4小時(shí))，觀察其壓力降，當(dāng)壓降不大于0.05MPa（0.034 MPa），則認(rèn)為合格。30分鐘內(nèi)不應(yīng)該出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象；將測(cè)得的流量與壓降同計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，以判斷管路是否有堵塞現(xiàn)象。3.)水壓試驗(yàn)采用手動(dòng)泵緩慢升壓，升壓過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)觀察與檢查不得有滲漏 。4.)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，把U形管底部浸入水中，檢查應(yīng)無(wú)氣泡冒出，保壓4小時(shí)，氣壓應(yīng)無(wú)明顯變化，檢漏完畢，放掉管內(nèi)氣體，加滿水，同時(shí)做好臨時(shí)封閉，且保護(hù)接口不受破壞。5.)在鉆孔前，每個(gè)U型埋管應(yīng)平直裝配起來(lái)，并包扎好防止彎曲收縮。5、樁內(nèi)回填材料施工（灌漿回填）主要技術(shù)措施5.1放好埋管、灌漿前，應(yīng)固定埋管，并在孔和管

19、子之間的縫隙放入一些細(xì)黃沙并用石塊等固定管口。5.2U型地埋管隨導(dǎo)漿管插入豎井底部，后立即導(dǎo)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(jìn)入。5.3在回填料時(shí)要使用專用的灌注系統(tǒng)，該灌注系統(tǒng)由高速攪拌機(jī)、攪拌池、低速攪拌機(jī)及泥漿泵和管路組成。注漿時(shí)，先將填料按照設(shè)計(jì)好的比例放入調(diào)整攪拌機(jī)中攪拌23分鐘，然后排入到低速攪拌罐中攪拌。灌漿時(shí)，先將閥門打開，把漿液排入到儲(chǔ)漿池中，通過(guò)高壓泥漿泵注入孔內(nèi)。并通過(guò)注入時(shí)泥漿的密度與溢出時(shí)漿液的密度是否相等來(lái)判斷是否停止注漿，如果相等則表示漿液已經(jīng)充滿孔內(nèi)，可以停止注漿。5.4灌注時(shí)，要求泥漿泵的泵壓足以使孔底的泥漿上返至地表，當(dāng)上返泥漿密度與灌注材料的密度相等時(shí)，認(rèn)為注漿過(guò)程結(jié)束。注漿時(shí)，必須保證注漿的連續(xù)性，否則會(huì)降低傳熱效果，影響工程質(zhì)量。應(yīng)使用泥漿泵通過(guò)灌漿管將混合漿灌入孔中。不得用人工的方法灌漿封孔。應(yīng)根據(jù)機(jī)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(shí)，無(wú)空腔。5.5灌漿材料的配比要根據(jù)與甲方及設(shè)計(jì)商定的結(jié)果進(jìn)行配比。在施工時(shí)應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的填料配比進(jìn)行嚴(yán)格的控制。5.6在水平埋管和系統(tǒng)試壓合格，確認(rèn)無(wú)漏后，才開始回填土壤，5.7回填土首層應(yīng)為至少200mm厚度的細(xì)黃沙，且確保其中無(wú)石頭及其它硬物，200mm以外用