地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計及計算

1、第三章 地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計及計算一說到設(shè)計， 人們往往想到的是工程技術(shù)人員的計算和繪圖， 當(dāng) 然這些都屬于設(shè)計領(lǐng)域里的工作， 而尋找解決問題的途徑， 也是設(shè)計 任務(wù)之一。 設(shè)計本身包括尋找解決問題的途徑， 所以它不限于事先構(gòu) 思，更不排斥實踐，而應(yīng)是思維活動與實踐活動的統(tǒng)一?？照{(diào)設(shè)計的 任務(wù)及目的，就是把現(xiàn)有能效高的設(shè)備組織好、使用好、充分發(fā)揮它 們的作用。現(xiàn)代空調(diào)系統(tǒng)的不斷發(fā)展使建筑物內(nèi)的設(shè)施日益增多和復(fù)雜， 這 對改善人們的生活和工作環(huán)境有著積極作用， 但同時也帶來了由于系 統(tǒng)設(shè)計、工程施工和運行管理不當(dāng)而造成對自然環(huán)境和人體健康有害 的因素。所以反過來力求解決這些問題就成為一種主要的推動

2、力， 促 使空調(diào)技術(shù)更進(jìn)一步向前發(fā)展。 目前，建筑節(jié)能的重要性越來越引起 人們的關(guān)注。從建筑設(shè)計方面來看，提高隔熱保溫性能，采用合理的 朝向，增設(shè)必要的遮陽等可以減少空調(diào)負(fù)荷，降低能耗。對于確定的 空調(diào)負(fù)荷， 提高設(shè)備的效率和優(yōu)化運行過程提供相應(yīng)的硬件軟件， 都 成為降低能耗的關(guān)健。空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計一般采用工況設(shè)計法，是以夏季和冬季室外空 氣設(shè)計參數(shù)為依據(jù)的典型工況進(jìn)行計算，并且是按最不利情況考慮， 按照設(shè)備的額定工況選擇指標(biāo)。所以，設(shè)備選型較大。空調(diào)設(shè)備經(jīng)常 處于部分負(fù)荷狀態(tài)下運行， 必須要求設(shè)備在部分負(fù)荷運行時也能高效 率運行。避免負(fù)荷變化了， 而設(shè)備不能作相應(yīng)調(diào)節(jié)，出現(xiàn)大馬拉小車 的現(xiàn)象；

3、或設(shè)備也能 調(diào)節(jié)負(fù)荷，但調(diào)節(jié)性能差，耗能指標(biāo)落后。因此，設(shè)計的任務(wù)就是要用先進(jìn)的自控技術(shù)將空調(diào)全工況下的性能調(diào)整到最佳程度，這就是所謂的過程設(shè)計方法。一、中央空調(diào)設(shè)計主要參考以下的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)1、通用設(shè)計規(guī)范1) 采曖通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范( GB50019-2003(2003 年版)；2) 采暖通風(fēng)及至氣調(diào)節(jié)制圖標(biāo)準(zhǔn)( GBJ11488)3) 建筑設(shè)計防火規(guī)范( GBJ11687)4) 高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范( GBJ004595)5) 民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) (采暖居住建筑部分) (JGJ26-95)2專用設(shè)計規(guī)范：1) 宿舍建筑設(shè)計規(guī)范( JGJ36-87)2) 住宅設(shè)計規(guī)范( GB500

4、96-99)3) 辦公建筑設(shè)計規(guī)范( JG6789)4) 旅館建筑設(shè)計規(guī)范( JGJ67-89)5) 旅游旅館建筑熱土與空氣調(diào)節(jié)節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)( GB50189-93)6) 地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范( JGJ1422004)7) 地面輻射供暖技術(shù)規(guī)范( GB503662005)8) 其它專用設(shè)計規(guī)范3專用設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)圖集：1) 暖通空調(diào)標(biāo)準(zhǔn)圖集2) 暖通空調(diào)設(shè)計選用手冊(上、下冊)3) 、其它有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)二、空調(diào)冷、熱負(fù)荷計算空調(diào)負(fù)荷是指為保持室內(nèi)空氣設(shè)計條件，單位時間內(nèi)室內(nèi)空氣 輸入或排出的熱量，前者稱為熱負(fù)荷，后者稱為冷負(fù)荷。熱負(fù)荷、冷 負(fù)荷與濕負(fù)荷的計算以室外氣象參數(shù)和室內(nèi)要求保持的空氣參數(shù)為 依

5、據(jù)。冷熱負(fù)荷的計算是空調(diào)工程設(shè)計中最基礎(chǔ)的計算工作，負(fù)荷計 算的準(zhǔn)確性直接影響到建筑的能耗， 工程的投資費用和整個系統(tǒng)的運 行費用及使用效果。在設(shè)計時，一定堅持對建筑物作負(fù)荷分析計算，只有認(rèn)真的負(fù) 荷分析計算， 才有熱泵機(jī)組合理的選型和正確土壤換器的設(shè)計。 建筑 冷熱負(fù)荷的分析計算依據(jù)：建筑物類型、地理位置、環(huán)境條件、外圍 結(jié)構(gòu)、建筑物功能、人員狀況、新風(fēng)量等?？刹捎媚芎姆治鲕浖M(jìn)行 適當(dāng)?shù)貎?yōu)化分析，減少不必要的負(fù)荷浪費。設(shè)計院通常采用負(fù)荷逐時計算法， 專業(yè)公司通常采用經(jīng)驗估算。 1、室外空氣參數(shù)的確定：室外的計算參數(shù)取值的大小，將會直接影響室內(nèi)空氣狀態(tài)和空調(diào)運行費用。除有特殊要外，一律按規(guī)范

6、中的規(guī)定。2、室內(nèi)空氣參數(shù)的確定室內(nèi)計算參數(shù)的確定，除了考慮所提出的一定必要外，空調(diào)房 間的負(fù)荷要考慮下列因素： 照明和設(shè)備散熱量、 人體散熱量和散濕量、 新風(fēng)的熱量和濕量。 還應(yīng)根據(jù)室外氣溫、 經(jīng)濟(jì)條件和節(jié)能要求進(jìn)行綜 合考慮各種建筑物室內(nèi)空氣計算參數(shù)按國家標(biāo)準(zhǔn) 采暖通風(fēng)與空氣調(diào) 節(jié)設(shè)計規(guī)范( GB50019-2003)的具體規(guī)定。3、冷、熱負(fù)荷的計算負(fù)荷包括：圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱、外窗太陽輻射、人體散熱、照明散 熱、室內(nèi)物品的散熱、空氣的滲入帶來的熱量等形成的冷負(fù)荷。冷負(fù)荷的計算1)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱引起的冷負(fù)荷：其中： F 外墻、屋頂?shù)挠嬎忝娣e m2，K外墻、屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù) W/m2.k ， 查表外

7、墻、屋頂?shù)睦湄?fù)荷溫度的逐時值 ，查表。2)、玻璃窗的冷負(fù)荷，. 傳熱引起的冷負(fù)荷：其中：窗口面積 m2，玻璃窗的傳熱系數(shù) W/m2.k ，查表t n 室內(nèi)設(shè)計溫度 ，tt玻璃窗的冷負(fù)荷溫度的逐時值 ，查表。. 玻璃窗日射引起的冷負(fù)荷其中： 玻璃窗對太陽輻射直射的吸收率， 玻璃窗對太陽輻射散射的吸收率， 直射太陽輻射強(qiáng)度 W/m2， 散射太陽輻射強(qiáng)度 W/m2， 玻璃吸收太陽輻射熱傳向室內(nèi)的比率，一般取 0.3193 ）電熱設(shè)備發(fā)熱引起的冷負(fù)荷4 ）室內(nèi)濕源形成的濕負(fù)荷. 人體散濕、熱形成的冷負(fù)荷，人體散熱與性別、 年齡、衣著、活動強(qiáng)度以及環(huán)境條件等各種因 素有關(guān)，在人體散出的熱量中， 輻射約占

8、 40%，對流約占 20%，其余 40%.則為潛熱。. 工藝設(shè)備散濕： 隨著工藝流程可能有各種材料表面蒸發(fā)水汽或泄漏， 其散濕量確 定方法視具體情況而定，可從有關(guān)資料查出。5）冷、熱負(fù)荷的估算： 在初步設(shè)計階段， 由于設(shè)計基本數(shù)據(jù)不是很完備， 所以一般是采 用負(fù)荷指標(biāo)估算冷熱負(fù)荷 , 目的是為了做投資預(yù)算的依據(jù)。a、建筑面積估算法不同地區(qū)建筑物的冷熱指標(biāo)估算：b、不同用途的建筑物冷負(fù)荷概算指標(biāo) . 空調(diào)的熱負(fù)荷熱負(fù)荷包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱， 外窗的散熱以及室內(nèi)設(shè)施的吸熱等形成 的熱負(fù)荷。一般建筑的熱負(fù)荷量隨地質(zhì)不同有所差異，在我國四、五 類區(qū)域，熱負(fù)荷均略小于冷負(fù)荷。 . 空調(diào)濕熱負(fù)荷濕空氣是由干

9、空氣和水蒸汽所組成的，在工程計算上定 0時干 空氣的焓及飽和水的為 0，則在溫度 T 時干空氣的 可表示為：室內(nèi)濕源包括人體散濕和工藝設(shè)備的散濕。 人的散濕量大約隨人 的活動程度，輕微活動中等勞動重度勞動散濕量逐漸增加 100250400g/h 。三、能量采集系統(tǒng)的設(shè)計(一)水源熱泵系統(tǒng)：1、水源熱泵水井的確定 如果考慮使用地下水水源熱泵系統(tǒng)， 首先應(yīng)與當(dāng)?shù)卣挠嘘P(guān)管 理部門聯(lián)系，爭取得到他們的支持，允許使用地下水，然后再按照以 下步驟工作：1) 委托當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)管理單位對水文地質(zhì)進(jìn)行調(diào)查， 在當(dāng)?shù)乜?查部門進(jìn)行勘查的總結(jié)資料的基礎(chǔ)上，對地下水源進(jìn)行估測、評定， 以表明所選的地點是否是安裝地

10、下水系統(tǒng)的理想地點。2) 對水文地質(zhì)條件復(fù)雜并且當(dāng)?shù)貨]有進(jìn)行勘查工作的地區(qū)，就 需要向當(dāng)?shù)氐目辈椴块T提出勘查要求， 由有資格的水文地質(zhì)工作者對 當(dāng)?shù)毓┧突毓嗑M(jìn)行預(yù)期估測， 提供滿足系統(tǒng)峰值流量要求的方 案，并建議井的設(shè)置， 包括水井的數(shù)量、 間距和供水井回灌井的直徑、 深度。3) 當(dāng)?shù)貨]有做正規(guī)的勘查，但有零散的鉆井檔案，而且水文地 質(zhì)條件簡單，或用水量不大的情況時，可不進(jìn)行全面的勘查工作，但 是在大面積建筑物水源熱泵系統(tǒng)工程確定方案以前， 必須做水文地質(zhì) 鉆探。通過鉆探可以更直接而且較準(zhǔn)確地了解含水層的埋藏深度、 厚 度、巖性、分布情況、 水位和水質(zhì)等。 利用鉆井抽水試驗， 注水試驗，

11、 從而確定含水層的富水性和水文地質(zhì)參數(shù)，譬如給水度，導(dǎo)水系數(shù)， 滲透系數(shù)，儲水系數(shù)，水位傳導(dǎo)系數(shù)，補(bǔ)給系數(shù)及越流系數(shù)等。對地 下水儲存量、補(bǔ)給量、容水量和水質(zhì)的評估，選定滿足系統(tǒng)峰值流量要求的最佳方案4) 將方案報有關(guān)管理部門審批，取得合理開鑿地下水許可證。2、水井的設(shè)計 水井的設(shè)計將由有經(jīng)驗有資格的水文地質(zhì)工作者完成。1) 根據(jù)地下水總的取水量，確定單井的預(yù)期功能和容量、抽水 井的取水量、抽水井的動態(tài)水位和回灌井回灌點。2) 井的位置要選在穩(wěn)定型水源地，確定井的幾何尺寸、鉆井?dāng)?shù) 量、井間距及井的具體定位。3) 大水量用水時，要進(jìn)行井群的干擾計算，將結(jié)果與設(shè)計的總 水量、控制點的降深、回灌點的

12、要求進(jìn)行比較，盡量滿足要求。4) 井套管的選材、灌漿和回填材料的確定。5) 地下水輸送系統(tǒng)的排氣，防止水錘發(fā)生，消除氧氣腐蝕，避 免水井間的虹吸作用等。6) 地下水系統(tǒng)是否允許供水井和回灌井在運行過程中互換。7) 在進(jìn)行定期的維護(hù)避免出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象的條件下，回灌井的回 灌量不能超出同一井供水量的 2/3 。3、地下水資源的保護(hù)1) 盡量減少水源熱泵機(jī)組對地下水的需求量。 采用熱泵機(jī)組最低 允許進(jìn)液溫度與最高允許進(jìn)液溫度之間溫度大的機(jī)組， 充分利用地下 水的能量， 相應(yīng)減少地下水的應(yīng)用量。2) 增設(shè)地下水流程中的過濾、除砂、重力沉淀設(shè)施，使回灌水清 潔，避免回灌井的堵塞，擴(kuò)大回灌量。3）抽水井和回

13、灌井的深度必須在同一含水層， 杜絕不同水質(zhì)的水 層相互連通，防止被污染的潛水與其他承壓水混合。4）如果水源熱泵系統(tǒng)所確定的水源是已經(jīng)被污染的水層， 可用物 理化學(xué)法和生物凈化法對污染的地下水進(jìn)行凈化， 降低地下水的污 染程度。4、舉例說明北京某辦公樓，建筑面積 10000平方米，坐落在北京海淀區(qū)四季 青鎮(zhèn)杏石口路，四季青鎮(zhèn)單井取水量為 80立方/ 小時，回水量為 70立 方/ 小時?，F(xiàn)項目業(yè)主想采用 水源熱泵系統(tǒng) 冬天供暖、夏天制冷，請 為業(yè)主計算應(yīng)該打多少口井？（ 二） 地源熱泵系統(tǒng)地源熱泵中央空調(diào)地?zé)峤粨Q系統(tǒng)可分為垂直式與水平式兩種。 在 選擇地?zé)峤粨Q器的形式時必須對建筑物的功能、 環(huán)境和

14、土質(zhì)水文做清 楚的了解，和詳細(xì)的調(diào)研后，方可確定地?zé)峤粨Q器形式。1 水平式埋管（水平式）水平式埋管方式的優(yōu)點是在 軟土層造價低，但受外界氣候影響。 水平式埋管的方式可分為單層和雙層，如圖：單溝多管和雙溝多管。多選用 32 的PE 管。水平平鋪，單溝單回路每延米管長換熱量 34W/M。雙回路換熱量 25W/M。四回路換熱量 20W/M。六回路換熱量 16W/M。不同地區(qū)有所差別。2、垂直式埋管（立式）垂直式埋管就是在地面向深處鉆孔， 將U 型管安裝在井孔里， 將 孔填實，根據(jù)每孔實裝 U 型管的數(shù)量可分為單 U 型、雙U 型和多U 型。 鉆孔直徑與孔間距離單U 型 孔徑5080mm孔 間 45m

15、雙U 型 孔徑100 150mm孔 間 56m多U 型 孔徑200 250mm孔 間 6米以上 鉆孔深度空調(diào)系統(tǒng)分為單狀態(tài)運行和兩種狀態(tài)運行， 單狀態(tài)運行和兩種狀 態(tài)運行時間差大的土壤換熱器的鉆孔深度宜為 40 60m。兩種狀態(tài)運 行時間差小的土壤換熱器的鉆孔深度宜 100m 以下。熱泵系統(tǒng)兩種狀 態(tài)運行時間較為平衡的土壤換熱器的鉆孔深度宜為 150m以下3、現(xiàn)場的調(diào)查與分析在決定采用地源熱泵系統(tǒng)地?zé)峤粨Q器的形式之前， 應(yīng)收集有關(guān)資 料并對工程施工現(xiàn)場實際情況進(jìn)行準(zhǔn)確的掌握，這就是現(xiàn)場勘測。1）仔細(xì)閱讀計劃建設(shè)的建筑物設(shè)計文件，掌握建設(shè)的規(guī)劃、規(guī) 模、建筑物的用途，并了解在施工期間所有當(dāng)?shù)匾?guī)章

16、制度、政策性條 例、地區(qū)性法規(guī)， 以減少施工干擾 。2）確定建筑物業(yè)主擁有的 地表使用面積大小和地形 ，建筑物所 在的方位、結(jié)構(gòu)、路邊附屬設(shè)備、地下公用設(shè)施、市政管道位置以及 地下廢棄的設(shè)施，以避免因潛在因素造成不必要的損失，影響施工。3）查閱有關(guān)水文資料，包括地質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖土的質(zhì)量深度等，對 現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)研分析，做出現(xiàn)場對采用地源熱泵系統(tǒng)的適應(yīng)性評估。4、地址勘察 選用地源熱泵系統(tǒng)后的第一件工作就是對現(xiàn)場地質(zhì)的勘測， 包括 松散土層的厚度、密度、砂型、含水量、巖床的深度、巖床的結(jié)構(gòu)。1） 鉆井勘測孔 雖然大部分地區(qū)是適合安裝地源熱泵的， 有時候現(xiàn)場也許會因為 一些特殊情況，需增大鉆孔設(shè)備容量、增

17、加鉆進(jìn)難度，加大了成孔成 本。在工程開始前，對現(xiàn)場情況的勘測，避免了在施工時可能遇到的 潛在復(fù)雜問題，并且使用實際測量數(shù)據(jù)比使用假設(shè)數(shù)據(jù)更可以提高設(shè) 計者在設(shè)計上的可靠性和準(zhǔn)確性，同時也為工藝設(shè)計提供所需的資 料，以便選擇最合適的鉆孔挖掘設(shè)備和鉆井鉆具。對于建筑面積小于 3000m2 的建筑，建議使用一個測試井。對于大型建筑物至少使用 2 個測試井對于地耦管水平式熱交換器， 挖一個 35m 的深坑就能實現(xiàn)， 對 靠近地表處土質(zhì)狀況是否有巨石存在也能做一定了解。 而對于垂直式 熱交換器，就需要鉆勘探孔，并按有關(guān)規(guī)定格式做好記錄。2） 地下巖土熱物性參數(shù)的檢測 地下巖土的熱物性參數(shù)是地源熱泵土壤換

18、熱器設(shè)計中重要的依 據(jù)。習(xí)慣的方法是根據(jù)所了解的現(xiàn)場地質(zhì)資料， 憑經(jīng)驗假設(shè)一些系數(shù) 進(jìn)行設(shè)計計算， 況且地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜， 影響土壤導(dǎo)熱系數(shù)的因素 諸多，導(dǎo)致計算的地耦管的長度與實際長度有一定的偏差， 有時甚至 相差很大， 因此現(xiàn)場的實際勘測是非常必要的。 實際準(zhǔn)確的熱物性參 數(shù)可保證設(shè)計的可靠， 是土壤換熱器不會出現(xiàn)負(fù)荷不足或規(guī)模過大現(xiàn) 象。為了能更準(zhǔn)確的為設(shè)計者提供可靠的設(shè)計依據(jù)， 應(yīng)在現(xiàn)場按預(yù)計 的深度鉆孔， 并按確定的工藝完成一個獨立的單孔換熱器， 再用專用 巖土熱物性測量儀作仔細(xì)測量， 記錄換熱器環(huán)路中水的流量、 進(jìn)出水 的溫度、運行時間等相關(guān)數(shù)據(jù)和每延米孔深或每延米管長的換熱量

19、（W/m）。5、勘測報告1）、勘測數(shù)據(jù)的計算勘測孔的鉆孔， U 型管的安裝，孔的回填均按設(shè)計方案，不得隨 意更改。 如需改變方案必須經(jīng)設(shè)計者簽字同意后方可執(zhí)行。 根據(jù)勘測 孔的實測數(shù)據(jù)，驗證設(shè)計計算的結(jié)果。1、勘測孔換熱能力換熱量 = 流量×介質(zhì)比熱×（進(jìn)液溫度回液溫度）÷ 0.86 （kW） 其中：流量 （kg） ，比熱（ kcal/kg ·），溫度（）。2、U 型管的阻力 = 進(jìn)液壓力 回液壓力3、確定 U 型管的最小流量和最低流速 保持最佳換熱量單位時間內(nèi)的最小流量和最低流速， 為選定水泵 提供依據(jù)。2）勘測報告內(nèi)容根據(jù)調(diào)查、 勘測寫出水文地質(zhì)勘測

20、與評估報告， 為設(shè)計提供可靠 依據(jù)，其內(nèi)容如下：1、建筑物業(yè)主擁有使用權(quán)的土地面積、 范圍以及規(guī)劃設(shè)計方案； 2土地表面的現(xiàn)有建筑的結(jié)構(gòu)、用途等，是否有其它的高架設(shè) 施；3地面的公共設(shè)施、相關(guān)設(shè)施的位置和地下設(shè)施的用途、位置、 深度等；4收集到的地質(zhì)資料和做出的評估； 5鉆探勘測孔是掌握工程現(xiàn)場土壤熱工特性的重要手段之一， 闡明鉆孔設(shè)備、鉆井方法、鉆井工具，勘測孔的孔深、孔徑， U 型管 的數(shù)量、直徑、長度，回填料的配制以及回填設(shè)備。6 U 型管內(nèi)的介質(zhì)、流量、流速、進(jìn)液溫度、回液溫度，寫明 測量結(jié)果，附有測量記錄數(shù)據(jù)。6、地源熱泵土壤換熱器的設(shè)計垂直埋管技術(shù)是國際土壤源熱泵組織所推薦的， 特

21、別適合于場地 比較緊張的城市地區(qū)。工程上最多的是 U 型管換熱器。關(guān)于垂直埋管換熱器傳熱分析數(shù)值計算的論文很多， 而且計算方 法各不相同， 在應(yīng)用方面較少有通用性。 本節(jié)主要闡述的是垂直式換 熱器的設(shè)計計算。但是，因為垂直埋管換熱器傳熱問題影響因素眾多， 涉及空間范圍大，計算時又很難查找有關(guān)可靠參考數(shù)據(jù)。所以，在當(dāng) 前的計算條件下用數(shù)值計算方法直接進(jìn)行實際工程的設(shè)計計算還有 一定的難度。目前，在實際工程中廣泛采用最大負(fù)荷估算法。設(shè)計計 算是為了保證在地埋管換熱器的壽命周期中， 循環(huán)介質(zhì)的溫度變化都 在設(shè)計要求的范圍之內(nèi)。1）換熱器換熱量的確定查閱被選用的熱泵機(jī)組的樣冊， 統(tǒng)計出夏季空調(diào)運行所需

22、要的機(jī) 組制冷量之和 Q冷以及冬季采暖運行所需要的機(jī)組吸熱量之和 Q熱，查 出機(jī)組制冷運行和制熱運行的能效系數(shù) EER 和 COP。夏季制冷時，土壤換熱器向大地排放的熱量為：冬季制熱時，土壤換熱器從大地吸收的熱量為：從實踐中得到， 在地質(zhì)情況相同的條件下， 熱泵機(jī)組允許的最低 和最高進(jìn)液溫度是確定熱交換器地耦管長度的主要因素。 如果以允許 最低進(jìn)液溫度為確定因素， 熱交換器的長度由吸熱負(fù)荷確定； 如果以 允許最高進(jìn)液溫度為確定因素， 熱交換器的長度由放熱負(fù)荷確定。 在 實際中，溫度只會達(dá)到最低或最高溫度限制值中的一個。 降低機(jī)組的 最高溫度允許值或升高機(jī)組最低溫度允許值，都要增加地耦管的長 度

23、。2）換熱器地耦管的選材常用的塑料管 UPVC、PB、PP-R、PEX、ABC、PVC、PE 中，地耦管 換熱器采用 PE 管。選用的PE 管材要具備以下要求：a 耐腐蝕性能好：聚乙烯 PE 管，耐化學(xué)介質(zhì)的腐蝕，無電化學(xué)腐蝕，保證地耦管使用 50 年以上；b 良好的柔性、延展性：聚乙烯 PE 管是一種高柔性管材，其斷裂伸長率一般超過 500%； c 流體阻力?。壕垡蚁?PE 管內(nèi)壁光滑，絕對粗糙度 K 值不超過 0.01mm，是鋼的20。內(nèi)壁光滑，使壁內(nèi)不易結(jié)垢，流體磨擦阻力??；d 優(yōu)良的撓屈性：聚乙烯 PE 管小于 50 的較長的管可盤卷供應(yīng)，減少接頭；e 較好的耐沖擊性：聚乙烯 PE 管

24、耐沖擊強(qiáng)度高，不易破裂；f 導(dǎo)熱系數(shù)高：聚乙烯 PE 管導(dǎo)熱系數(shù)大于 0.42W/m·；(土壤源換熱器專用管 導(dǎo)熱系數(shù)大于 0.65W/m·)；g 良好的施工性能：聚乙烯PE 管材(1) 尺寸規(guī)格目前，國內(nèi)已有口徑 25 400。(2) 顏色A、GBl5558.1 規(guī)定，燃?xì)庥镁垡蚁┕艿赖念伾珵辄S色或黑色加 黃條；B、GB13663 規(guī)定，給水用聚乙烯規(guī)定為藍(lán)色或黑色加藍(lán)條(3) 長度長度一般為 12 米根(標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為6、9、12 米根) ，小口徑管 可盤卷(4) 性能指標(biāo)短期靜液壓強(qiáng)度：在 20、環(huán)向應(yīng)力 9MPa 下，韌性破壞時間應(yīng)大于 100 小時 在80、環(huán)向應(yīng)力

25、4.6MPa 下，脆性破壞時間應(yīng)大于 165 小時 熱穩(wěn)定性：在 200下，應(yīng)大于 20 分鐘耐應(yīng)力開裂：在 80、環(huán)向應(yīng)力 4MPa 下，應(yīng)不小于 170 小時 壓縮復(fù)原在 80、環(huán)向應(yīng)力 4MPa 下，應(yīng)大于 170 小時 縱向回縮率：在 110下，應(yīng)不大于 3斷裂延伸率：應(yīng)大于 350(5) 壓力等級對于水管道，是按原材料的不同等級 (PElOO、PE80、PE63 等) 、 標(biāo)準(zhǔn)尺寸比 (SDR)給出的。MOP：最大允許工作壓力MRS：材料的最小要求強(qiáng)度SDR：標(biāo)準(zhǔn)尺寸比管件的分類 根據(jù)管件的生產(chǎn)方式不同， 可將管件分為注射管件及焊接管件 兩大類。大部分管件都可用注射成型的方法制造。但

26、對于一些壁厚、 體積、重量都較大的管件，可采用焊接的方法制造。 根據(jù)施工方法、用途的不同，可將聚乙烯管件分為電熱熔管件、 熱熔對接管件、承插管件、鋼塑轉(zhuǎn)換接頭等類型。A、電熱熔管件：電熱熔管件在制作工藝過程中， 將電熱絲布置于管件的內(nèi)表面， 施工時將管子與管件配合后用專用的加熱控制電源將管件中的電熱 絲通電加熱， 使管件與管材的接觸表面熔化結(jié)合， 冷卻后使管件與管 材牢固、密封地結(jié)合在一起。由于施工快捷方便，焊接效果好，電熱 熔管件是目前世界上聚乙烯管材連接件中應(yīng)用最為廣泛的一種。 此種 管件的缺點是制造成本較高。B、熱熔對接管件： 熱熔對接管件是指適用于熱板對接焊的管件。C、熱熔承插管件：熱

27、熔承插管件是用于承插焊連接的管件。一般口徑較小，主要 用于 32以下管件。D、鋼塑轉(zhuǎn)換接頭： 鋼塑轉(zhuǎn)換是實現(xiàn)鋼管向塑管、塑管向鋼管轉(zhuǎn)換的專用管件。 按工程習(xí)慣，聚乙烯管道系統(tǒng)的管件又可分為：套筒、彎頭、 三通、鞍型、三通、變徑、法蘭、鋼塑轉(zhuǎn)換等。管件的性能：A短期靜液壓強(qiáng)度： 在20、環(huán)向應(yīng)力 9MPa 下，韌性破壞時間應(yīng)大于 100 小時 在 80、環(huán)向應(yīng)力 4.6MPa 下。脆性破壞時間應(yīng)大于 165 小時 B熱穩(wěn)定性：在 200下，應(yīng)大于 20 分鐘 C加熱伸縮：管件外徑及長度變化不超過 5，管件外形不允 許有明顯變化。 聚乙烯 PE 球閥PE 球閥是聚乙烯管網(wǎng)系統(tǒng)中不可缺少的控制元件。

28、 它開啟、 關(guān) 閉的力矩小，閥門無腐蝕，不需維護(hù)和維修，使用壽命 50 年，聚乙 烯管網(wǎng)系統(tǒng)的完整性提高。 整體式的閥體，免除了泄漏的可能， PE 球 閥與PE 管道連接時，無需設(shè)置閥門井，直埋施工，閥體兩端的直口 可使用對接焊或電熔焊方便的連接。聚乙烯PE 管管質(zhì)輕，焊接工藝簡單， 管件與管材在材質(zhì)上同一 性，實現(xiàn)了管件與管材焊接的一體的化。 其接口的抗拉強(qiáng)度和爆破強(qiáng) 度均高于管材本身，有效抵抗內(nèi)壓力產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力和軸應(yīng)力。（三）能量采集水系統(tǒng)的承壓在一般情況下，地埋管換熱器最低處是最高壓力點，系統(tǒng)停止 運行時，等于系統(tǒng)的靜水壓力的差與大氣壓力之和，系統(tǒng)啟動的瞬間，最低處壓力等于靜水壓力的差

29、、大氣壓與水 泵全壓之和，系統(tǒng)正常運行時，最低處壓力等于靜水壓力的差、水泵全壓的 一半與大氣壓力之和，PE 管的壓力等級管路所需承受的最大壓力等于大氣壓力、 U 型管內(nèi)外液體重力作用靜壓差和水泵揚程總和。 選用的管材允許工作壓力應(yīng)大于管路的 最大壓力。在 20輸送水的最大允許工作壓力： 0.4 MPa.、 0.6 MPa、 0.8 MPa 、1.0 MPa 、 1.25 MPa、 1.6 MPa 。（四）地耦管管徑的選擇 在管流量部分，在工程中管徑的選擇既能使管道保持最小的輸 送功率， 又能夠使管道內(nèi)保持紊流， 提高循環(huán)液體和管道內(nèi)壁之間的 放熱系數(shù)。選擇管徑時必須滿足幾個原則：一是管道要大到

30、足夠保持泵最小輸送功率，減少運行費用； 二是管道要小到足夠使管道內(nèi)保持紊流以保證循環(huán)液體和管內(nèi) 壁之間的傳熱；三是系統(tǒng)環(huán)路的長度不要過長。地耦管的管徑選擇要考慮到按 U 型管的所需長度，成盤供應(yīng)， 以減少埋管接頭數(shù)量，所需管件能低價供應(yīng)，降低工程成本。所以目前采用較多的地 耦管直徑為 PE100-SDR11- 32 和PE100-SDR13.6- 32。地耦管換熱系統(tǒng)管路的壓力損失主要在集路管，所以集路管管 徑應(yīng)適當(dāng)大一點，多采用 PE100 （或PE80）-SDR1113.6 。集路管的管徑、流量、阻力：從眾多工程項目施工中得到：地耦管的管徑在 25mm 50mm 時，以PE100-SDR1

31、3.6-32（GB/T13663-2000） 為最佳。在換熱器的換 熱量小的工程中，在保證質(zhì)量的條件下，盡量選用薄壁管，以提高換 熱效果。孔深 60m 以內(nèi)用，壁厚可選 2.4mm 的聚乙烯管（公稱壓力 1.25 ）；孔深200m 以內(nèi)用，壁厚為3.0mm 的聚乙烯管（公稱壓力 1.6 ）。影響地耦管長度的因素有換熱器的換熱量、管的材質(zhì)、土壤的結(jié)構(gòu)、埋管的形式以及連接方法等。（四）地耦管管長的計算：管井冋填料PE管 d32×3 I I=I I I=I I =| I I=I I 1 q 八夕： , :二 . 覚二; :曲I4y§Ie r 3:=I 11= IBII ZTI &

32、quot;Xs;I-二：< - / . ：* :. =IIl=/ I1 1L管 IX m；Q換熱量W：T3周|1；1上壤淋度：r2PE管外半徑111；q每延米管長的換熱晟WZnio_ 2××Z×(l-T3)1 I r3 In + In 1 rl 2 rlJt IPE管管壁導(dǎo)熱系數(shù)W/1H °C； 入2土壤導(dǎo)熱系數(shù)w/m °C；Tl管中流體溫度；IlPE管內(nèi)半徑m；r3成孔半徑111：單孔單管管的長度可按以下公式計算:（五）、地耦管換熱器的鉆孔數(shù)量和孔的深度 鉆孔數(shù)量和深度要根據(jù)建筑物周圍可使用面積， 建筑物對中央空 調(diào)的使用要求，土地的土

33、壤結(jié)構(gòu)， PE 管的材質(zhì)以及鉆孔設(shè)備等來確 定。在使用面積足夠大的條件下鉆孔數(shù)量加大，鉆孔深度可在 40m 80m，淺孔可降低材料成本，減少鉆孔費用。它適合單一運行狀態(tài)的 空調(diào)系統(tǒng)， 因為埋管周圍的地表淺層溫度平衡速度快， 但淺層埋管土 壤溫度波動大。 地源熱泵系統(tǒng)的換熱器埋管在條件允許時， 盡量采用 100m 200m 深孔埋管，因為大地溫度隨地區(qū)和季節(jié)不同的溫差在更 深處消失，熱泵的兩種運行狀態(tài)基本能使埋管的局部區(qū)域維持溫度的 平衡。根據(jù)地耦管的長度、埋管的形式和鉆孔深度，很容易就能 確定鉆孔數(shù)量。1鉆孔的數(shù)量可用估算法：（Hq文章介紹一般取 3550 W/m，不同地區(qū)在不同工況時，雙 U 管實 際測量記錄為：50