地源熱泵的計(jì)算

目錄摘要1。1熱源51.21。1熱源51.21.31.34671。791。811111。91213141。121.1314土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要步132。1建筑物冷熱負(fù)荷及冬夏季地下?lián)Q熱量計(jì)算 142.2地下管道設(shè)計(jì) 14選擇管材 15確定管徑 1623確定豎井管 1624確定豎井?dāng)?shù)目及間距 172。25計(jì)算管道壓力損失………………………1726水泵選型 1727校核管材承壓力 18其它 184設(shè)計(jì)舉例…………………………19。1設(shè)計(jì)參數(shù) 204.1.1室外設(shè)計(jì)參數(shù) 214.1。2室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)…………………214。2計(jì)算空調(diào)負(fù)荷及選擇主要設(shè)備………………2143計(jì)算地下負(fù)荷 224確定管材及埋管管徑 22確定豎井埋管管長 22確定豎井?dāng)?shù)目及間距 22計(jì)算地埋管壓力損失 2248校核管材承壓能力 225參考文獻(xiàn) …………………………2………摘要隨著我國建筑業(yè)持續(xù)發(fā)展，對建筑節(jié)能的要求越來越高，而供熱系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)[1]。冬季通過吸收大地的能量，相應(yīng)地，地源熱泵系統(tǒng)分土壤源熱泵系統(tǒng)、地下水熱泵系統(tǒng)和地表水熱泵系統(tǒng)3土壤源熱泵系統(tǒng)的核心是土壤耦合地?zé)峤粨Q器.地下；閉式是將地下水連接到板式換熱器，需要二次換熱。地表水熱泵系統(tǒng)與土壤源熱泵系統(tǒng)相似,用潛在水下并聯(lián)的塑料管組成的地下水熱交換器替代土壤熱交換器。（）（如電能實(shí)現(xiàn)由低品位熱能向高11kWh4kWh地然熱泵的介紹地然熱泵的介紹"地源熱泵”的概念,最早在1912年由瑞士的專家提出，而這項(xiàng)技術(shù)的提出始于英、美1.1熱源地源熱泵已成功利用地下水、江河湖水、水庫水、海水、城市中水、工業(yè)尾水、坑道水1.1熱源地源熱泵已成功利用地下水、江河湖水、水庫水、海水、城市中水、工業(yè)尾水、坑道水等各類水資源以及土壤源作為地源熱泵的冷、熱源。1。2組成部分1。2組成部分端換熱介質(zhì)可以是水或空氣。3主要特點(diǎn)（1)地源熱泵技術(shù)屬可再生能源利用技術(shù)。由于地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y3主要特點(diǎn)（1)地源熱泵技術(shù)屬可再生能源利用技術(shù)。由于地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y40047近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。COP4耗1KWh的能量,用戶可得到4KWh以上的熱量或冷量。［1]（3)地源熱泵環(huán)境效益顯著。其裝置的運(yùn)行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物,不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。（4)公樓、學(xué)校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖、水力平衡分配器由以上的特點(diǎn)可以看出，地源熱泵的技術(shù)以后可得到廣泛的應(yīng)用。4形式水源/地源熱泵有開式和閉式兩種.開式系統(tǒng)：是直接利用水源進(jìn)行熱量傳遞的熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)需配備防砂堵，防結(jié)垢、水質(zhì)凈化等裝置.閉式系統(tǒng)：系統(tǒng)。閉式系統(tǒng)不受地下水位、水質(zhì)等因素影響。1、垂直埋管-—深層土壤50-150力支持。223、地表水（如江（如取深井水）1。5可再生性地源熱泵是一種利用土壤所儲(chǔ)藏的太陽能資源作為冷熱源1。5可再生性地源熱泵是一種利用土壤所儲(chǔ)藏的太陽能資源作為冷熱源47%的太陽輻射能量，比人類每年利用的500倍還多（過土壤間接的接受太陽輻射能量）；無限的太陽能或地能成為現(xiàn)實(shí)。1。6高效節(jié)能地源熱泵機(jī)組利用土壤或水體溫度冬季為12-22℃,溫度比環(huán)境空氣溫度1。6高效節(jié)能地源熱泵機(jī)組利用土壤或水體溫度冬季為12-22℃,溫度比環(huán)境空氣溫度表一高，熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高；土壤或水體溫度夏季為18—32℃，溫30——40％,1KW4KW5KW（電、燃料）90％以上的電能或70～90%的燃料10～25℃，40普表二通中央空調(diào)的21表一:地源熱泵與其它加熱方式相比的能源消耗情況比較：比較后可得出地源熱泵是所有加熱方式中最節(jié)約能源的。表三表二:地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)各方面的特點(diǎn)相比:地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在各方面都比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)表現(xiàn)優(yōu)秀。表三：300平米別墅,供暖季供暖和生活熱水運(yùn)行費(fèi)用與其它供暖方式相比：30020042006,2151。7優(yōu)點(diǎn)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益顯著407050％，比燃?xì)忮仩t的效率高出了75%。一機(jī)多用，應(yīng)用廣泛地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)制冷，還可提供生活熱水，一機(jī)多用維護(hù)費(fèi)用低并可無人值守地源熱泵遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)污染小地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比,相當(dāng)于減少38%以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70％以上,真正的實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排節(jié)能減排是減少能源浪費(fèi)和降低廢氣排放更多。維護(hù)簡單壽命長地源熱泵的地下埋管選用聚乙烯和聚丙烯塑料管，壽命可達(dá)50年,要比普通空調(diào)高35年使用壽命。維持生態(tài)環(huán)境平衡節(jié)省空間濟(jì)效益，并改善了環(huán)境外部形象。飯店、商場、別墅、住宅等領(lǐng)域。工作原理在自然界中,水總是地源熱泵系統(tǒng)原理實(shí)現(xiàn)水由低處向高處流動(dòng)，熱泵同樣可以把熱量從低溫傳遞到高溫。介質(zhì)（水、空氣、土壤等）中提取4-7源熱泵只是在大地和室內(nèi)之間“轉(zhuǎn)移”能量。利用極小的電力來維持室內(nèi)所需要的溫度。千瓦的電力，將土壤或水源中4-5熱泵原理熱泵機(jī)組裝置主要有：壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和膨脹閥四部分組成，通過讓液態(tài)工質(zhì)（制冷劑或冷媒）不斷完成：蒸發(fā)（吸取環(huán)境中的熱量）→壓縮→冷凝（放出熱量）→節(jié)流系統(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(dá)到制冷的目的；冷凝器（Condenser）：的;膨脹閥Valve)或節(jié)流閥）起到補(bǔ)償作熱泵分類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(shí)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)的不同地源熱泵供暖原理圖150－2004－6管道送入地下儲(chǔ)存；¨工作原理地源熱泵則是利用水與地能（左圖為開式地源熱泵系統(tǒng)。右圖為冬季地源熱泵供暖原理圖。空氣源水源土壤源系統(tǒng)類型水平式地源熱泵水平式地源熱泵2～4M小，但占地面積較大。2。垂直式地源熱泵通過垂直鉆孔將閉合換熱系統(tǒng)埋置在50M～400M深的巖土體與土壤進(jìn)行冷熱交換投資較高，施工難度相對較大，但占地面積較小。3。地表水式地源熱泵4.地下水式地源熱泵地源熱泵機(jī)組通過機(jī)組內(nèi)閉式循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)過換熱器與由水泵抽取的深層地下水進(jìn)行冷積有限的大型單體建筑和小型建筑群落。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，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).家用系統(tǒng)墅等戶式空調(diào)。集中系統(tǒng)集中系統(tǒng)熱泵布置在機(jī)房內(nèi)，冷熱量集中通過風(fēng)道或水路分配系統(tǒng)送到各房間。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(dú)使用自己的熱泵機(jī)混合系統(tǒng)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)增加了冷卻塔或鍋爐。1。11制冷原理1。11制冷原理//水熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝，由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，最熱交換器,以13℃以下的冷風(fēng)的形式為房供冷。1。12制熱原理1。12制熱原理空氣熱交換器內(nèi)冷媒的冷以35℃以上熱風(fēng)的形式向室內(nèi)供暖。1。13存在問題目前地源熱泵的技術(shù)存在的最大不足是“土壤熱不平衡"的問題1。13存在問題目前地源熱泵的技術(shù)存在的最大不足是“土壤熱不平衡"的問題。南方地區(qū)以供冷為主,常年向地下注入熱量；而北方地區(qū)冬季供暖需求大，從土壤中大量吸熱,長年運(yùn)行后將導(dǎo)致土壤溫度失衡，影響周圍生態(tài)。土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要步驟2。1冊，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絒2］計(jì)算：COP1COP2.若樣本中無所需的設(shè)計(jì)工況，可以采用插值法計(jì)算。2。2地下管道設(shè)計(jì)（）2。21 選擇管材和聚丁烯管材，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)。確定管徑在實(shí)際工程中確定管徑必須滿足兩個(gè)要求［2]：（1）管道要大到足夠保持最小輸送功率；（2）20mm、25mm32mm40mm、50mm122m/s2.44m/s4mH２O/100m確定豎井埋管管長2］介紹了一種計(jì)算方法共分9個(gè)步驟，很繁瑣，并且部70～110W/m管長），20～40W/m（管長）3］。設(shè)計(jì)時(shí)可取換熱能力的下限值，即35W/m（管長），具體計(jì)算公式如下:確定豎井?dāng)?shù)目及間距國外，豎井深度多數(shù)采用50～100m[2］，H下式計(jì)算豎井?dāng)?shù)目：安裝成本大大增加。45m[3]，也有實(shí)例中提到DN25U6m,而DN20的U3m[4［2］）來節(jié)約占地面積。2。25計(jì)算管道壓力損失總當(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。2。26水泵選型足要求的水泵型號及臺(tái)數(shù)。2.27大壓力等于大氣壓力、重力作用靜壓和水泵揚(yáng)程一半的總和其它與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)類似，需在高于閉式循環(huán)系統(tǒng)最高點(diǎn)處（一般為1m）設(shè)計(jì)膨脹水箱或膨脹罐，放氣閥等附件。32（于改造工程[1］。4.1設(shè)計(jì)參數(shù)上海電機(jī)學(xué)院臨港校區(qū)圖書館（空調(diào)面積23700平方米）4.1.1室外設(shè)計(jì)參數(shù)夏季室外干球溫度tw＝34℃,濕球溫度ts＝28.2℃冬季室外干球溫度tw＝-4℃，相對濕度φ＝75％4。1.2室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)夏季室內(nèi)溫度tn＝27℃，相對濕度φn＝55％冬季室內(nèi)溫度tn＝20℃,相對濕度φn＝45％4。2計(jì)算空調(diào)負(fù)荷及選擇主要設(shè)備臨港校區(qū)參數(shù)1000061607533133026000015000023700170005000550014500300030006500050003000以圖書館為例：空調(diào)安裝面積=23700平方米考慮房間共用系數(shù)（取0.8），得到建筑物夏季設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷為2400.54kW1600。38kW，選擇WPWD072200COP1＝3。3，COP2＝3。7。4。3計(jì)算地下負(fù)荷根據(jù)公式(1）、（2）計(jì)算得所以Q1'=3198KWQ2’=1195KW取夏季向土壤排放的熱量Q1＇進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。確定管材及埋管管徑選用聚乙烯管材PE63(SDR11），并聯(lián)環(huán)路管徑為DN20，集管管徑分別為DN25、DN32、DN40、DN50，如圖1所示.確定豎井埋管管長根據(jù)公式(3）計(jì)算得L=91400m確定豎井?dāng)?shù)目及間距選取豎井深度50m，根據(jù)公式(4)計(jì)算得N=914個(gè)圓整后取100個(gè)豎井,豎井間距取4。5m.計(jì)算地埋管壓力損失2.61－2－3－4－5－6－7－8－9－10―11―11′－1′各管段的壓力損失，得到各管段總壓力損失為40kPa壓力損失，以及熱泵機(jī)組、平衡閥和其他設(shè)備元件的壓力損失，所選水泵揚(yáng)程為15mH2O。4。8校核管材承壓能力上海夏季大氣壓力＝100530Pa，水的密度ρ＝1000當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.8m/s2,高度差h＝50。5m重力作用靜壓ρgh＝494900Pa水泵揚(yáng)程一半0.5ρh＝7.5mH2O＝73529Pa因此，管路最大壓力ｐ＝ｐo＋ρgh＋0。5ρh＝668959Pa（約0。7Mpa）聚乙烯PE63（SDR11）額定承壓能力為。0MPa，管材滿足設(shè)計(jì)要求。結(jié)論地源熱泵系統(tǒng)在）以下原則：（1)若建筑物周圍可利用地表面積有限，應(yīng)采用豎直U盡管可以采用串聯(lián)、并聯(lián)方式連接埋管，但并聯(lián)方式采用小管徑，初投資及運(yùn)行費(fèi)用4mH2O/100m（度）5參考文獻(xiàn)5參考文獻(xiàn)：《水源熱泵機(jī)組》GB/T19409—2003《蒸