土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計方法步驟

土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計方法步驟摘要：本文主要介紹了土壤源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計方法和步驟，重點論述了地下熱交換器的設(shè)計過程。并舉例加以說明。關(guān)鍵字：土壤源熱泵系統(tǒng)地下熱交換器隨著我國建筑業(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)是建筑能耗的主要組成部分，因此，設(shè)法減小這兩部分能耗意義非常顯著。地源熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)是一種使用可再生能源的高效節(jié)能、環(huán)保型的系統(tǒng)[1]。冬季通過吸收大地的能量，包括土壤、井水、湖泊等天然能源，向建筑物供熱；夏季向大地釋放熱量，給建筑物供冷。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種形式。土壤源熱泵系統(tǒng)的核心是土壤耦合地?zé)峤粨Q器。地下水熱泵系統(tǒng)分為開式、閉式兩種：開式是將地下水直接供到熱泵機組，再將井水回灌到地下；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。雖然采用地下水、地表水的熱泵系統(tǒng)的換熱性能好，能耗低，性能系數(shù)高于土壤源熱泵，但由于地下水、地表水并非到處可得，且水質(zhì)也不一定能滿足要求，所以其使用范圍受到一定限制。國外（如美國、歐洲）主要研究和應(yīng)用的地源熱泵系統(tǒng)以及我國理論研究和實驗研究的重點均是土壤源熱泵系統(tǒng)。目前缺乏系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)以及較具體的設(shè)計指導(dǎo)，本文進行了初步探討，以供參考。1土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計的主要步驟（1）建筑物冷熱負(fù)荷及冬夏季地下?lián)Q熱量計算建筑物冷熱負(fù)荷計算與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計算方法相同，可參考有關(guān)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計手冊，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]計算：kW（1）kW（2）其中Q1＇——夏季向土壤排放的熱量，kWQ1——夏季設(shè)計總冷負(fù)荷，kWQ2＇——冬季從土壤吸收的熱量，kWQ2——冬季設(shè)計總熱負(fù)荷，kWCOP1——設(shè)計工況下水源熱泵機組的制冷系數(shù)COP2——設(shè)計工況下水源熱泵機組的供熱系數(shù)一般地，水源熱泵機組的產(chǎn)品樣本中都給出不同進出水溫度下的制冷量、制熱量以及制冷系數(shù)、供熱系數(shù)，計算時應(yīng)從樣本中選用設(shè)計工況下的COP1、COP2。若樣本中無所需的設(shè)計工況，可以采用插值法計算。橫（煎份2欠）地下熱惜交換器設(shè)即計樓濾這部分是博土壤源熱融泵系統(tǒng)設(shè)崗計的核心溫內(nèi)容，主根要包括地貧下熱交換杜器形式及富管材選擇異，管徑、況管長及豎燙井?dāng)?shù)目、羽間距確定機，管道阻辭力計算及丸水泵選型饞等。（在競下文將具炒體敘述涌）屆削（濃琴3福）其真它挨優(yōu)2莖毅地下熱交鐮換器設(shè)來計勾董2.1卡波選擇熱交凍換器形明式炒賤2.1.泛1趟狗水平（臥槳式）或垂張直（立式俘）嫩科在現(xiàn)場勘么測結(jié)果的加基礎(chǔ)上，帝考慮現(xiàn)場慮可用地表兔面積、當(dāng)話地土壤類悶型以及鉆掏孔費用，妖確定熱交赴換器采用醋垂直豎井田布置或水館平布置方煤式。盡管誠水平布置戲通常是淺圍層埋管，鍛可采用人煮工挖掘，咽初投資一摸般會便宜適些，但它通的換熱性泳能比豎埋衫管小很委多鹽[3趨]輩，并且往消往受可利滲用土地面臂積的限制班，所以在讀實際工程者中，一般塌采用垂直削埋管布置剖方式賓。咽綱根據(jù)埋管悶方式不同苗，垂直埋塑管大致尤有虜碧3或種形式：陸（鳴1北）餐U丟型管柜（幻2嶼）套管型均（類3劉）單管型潑（詳護見撥[2旺]驕）。套管逗型的內(nèi)、預(yù)外管中流崗體熱交換她時存在熱涂損失。單患管型的使療用范圍受吩水文地質(zhì)魂條件的限欲制夠。防U蚊型管應(yīng)用類最多，管淚徑一般榜在骨50m府m法以下，埋旅管越深，典換熱性能雖越好，資駱料表像明循[4辯]則：最深哪的討U妻型管埋深妨已毛達(dá)哈180腐m刷。幫U鄰型管的典府型環(huán)路章有蛇3丈種（詳貫見故[1符]塊），其中辭使用最普權(quán)遍的是每佳個豎井中久布置燦單隱U煉型管釣。憤拌2.1.赴2約搖串聯(lián)或并復(fù)聯(lián)獲翅地下熱交因換器中流稱體流動的滑回路形式行有串聯(lián)和報并聯(lián)兩種術(shù)，串聯(lián)系庫統(tǒng)管徑較號大，管道含費用較高襲，并且長挺度壓降特臘性限制了葬系統(tǒng)能力拍。并聯(lián)系拆統(tǒng)管徑較榴小，管道站費用較低飛，且常常節(jié)布置成同嚴(yán)程式，當(dāng)菌每個并聯(lián)烤環(huán)路之間濫流量平衡宋時，其換玩熱量相同沾，其壓降酷特性有利負(fù)于提高系跟統(tǒng)能力。捎因此，實飾際工程一奪般都采用荒并聯(lián)同程忍式。結(jié)合錫上文，即望常采用滅單負(fù)舊U憂型管并聯(lián)景同程的熱騰交換器形簽式高。倡值2.2個榜選擇管因材嗓美一般來講期，一旦將墓換熱器埋源入地下后蝶，基本不詞可能進行搶維修或更處換，這就族要求保證革埋入地下睬管材的化樓學(xué)性質(zhì)穩(wěn)塌定并且耐持腐蝕。常廚規(guī)空調(diào)系番統(tǒng)中使用晚的金屬管扭材在這方南面存在嚴(yán)吩重不足，以且需要埋速入地下的階管道的數(shù)預(yù)量較多，槳應(yīng)該優(yōu)先后考慮使用魂價格較低患的管材。錦所以，土牙壤源熱泵僻系統(tǒng)中一皮般采用塑稀料管材。獸目前最常中用的是聚離乙烯即（逢P(guān)市E嗽）和聚丁非烯市（俗P沙B枯）管材，吃它們可以充彎曲或熱隙熔形成更韻牢固的形量狀，可以忌保證使萍用萍5脆0炮年以上；結(jié)而宗PV伍C澆管材由于隊不易彎曲拋，接頭處栽耐壓能力婦差，容易辰導(dǎo)致泄漏鹿，因此，抬不推薦用丸于地下埋岡管系統(tǒng)汽。排免2.3夠耽確定管堡徑廚棟在實際工序程中確定恢管徑必須絞滿足兩個偵要存求俘[2奏]緒：亞（船1例）管道要領(lǐng)大到足夠輕保持最小朱輸送功率吸；柴（欠2網(wǎng)）管道要吹小到足夠盞使管道內(nèi)看保持紊流爸以保證流夏體與管道被內(nèi)壁之間提的傳熱。登顯然，上扇述兩個要箱求相互矛葡盾，需要銹綜合考慮趙。一般并萍聯(lián)環(huán)路用權(quán)小管徑，膨集管用大扯管徑，地槍下熱交換雹器埋管常漠用管徑膜有蜻20m斧m嘴、甲25m糞m式、心32m然m呢、斥40m叔m愧、挺50m哨m靜，管內(nèi)流奏速控制復(fù)在跨1.22織m/角s玉以居下集,康對更大管形徑的管道娃，管內(nèi)流牲速控制椒在災(zāi)2.44餃m/盯s播以下或一像般把各管斃段壓力損填失控制胃在舞4m跟H輕２務(wù)O/10仆0摧m失當(dāng)量長度蔥以急下弓[1壤]米。境協(xié)2.4捏牙確定豎井于埋管管碧長落四地下熱交錫換器長度雀的確定除篩了已確定霧的系統(tǒng)布暢置和管材板外，還需辟要有當(dāng)?shù)亓５耐寥兰即敌g(shù)資料，更如地下溫盲度、傳熱膝系數(shù)等。井文喚獻創(chuàng)[2困]糞介紹了一徐種計算方茂法共太分巷9致個步池驟轟,新位很繁瑣，洪并且部分啊數(shù)據(jù)不易姥獲得。在齒實際工程辛中，可以配利用管的材趣“墳換熱能非力憂”姜來計算管明長。換熱童能力即單候位垂直埋凍管深度或參單位管長咳的換熱量裳，一般垂型直埋管拜為棟7女0藝～習(xí)110W肉/m事(廈井止深市)勾，頭或京3犁5血～迷55W/飛m捧(償管抽長炒)獨，水平埋允管宇為角2緞0散～劇40W/答m咳（管長）副左來右繭[3沈]邀。梳裝設(shè)計時可渣取換熱能訴力的下限都值，竊即芽35W/穩(wěn)m性（管長）削，具體計課算公式如督下慘：泥迅（副3等）饑兇其講中潑Q鍬1借＇齊—仇—夢豎井埋管毫總長貸，逐m密L恭債—羅—笨夏季向土炭壤排放的洞熱量藝，殿kW徒分慨母紐“聚3房5漫”腔是夏季錄每暑m繡管長散熱彈量散，仰W/m魔2.5仰皂確定豎井閥數(shù)目及間援距名釣國外，豎糠井深度多臣數(shù)采演用肅5近0澆～磨100m遭[2鏡]砌，設(shè)計者幼可以在此稅范圍內(nèi)選仆擇一個豎跡井深拖度猛H籠，代入下悟式計算豎頑井?dāng)?shù)腔目繪:膀（飛4倚）好草其稼中績騙N棄—味—念豎井總數(shù)滿，堆個訓(xùn)椅L慎—啞—撐豎井埋管化總長絲，頓m羞H裳—板—巷豎井深度即，耳m這分課母氣“僑2茂”嬸是考慮到矮豎井內(nèi)埋笛管管長約迅等于豎井川深度切的垃2市倍盆。競澡然后對計檔算結(jié)果進叨行圓整，浪若計算結(jié)覆果偏大，徑可以增加團豎井深度熄，但不能勿太深，否濾則鉆孔和典安裝成本伴大大增加袍。緣詳關(guān)于豎井諒間距有資廈料指出把：渡卡U慚型管豎井印的水平間覺距一般臂為不4.5m樹[3卷]察，也有實閑例中提紙到俗DN2廊5敵的蜻U依型管，其范豎井水平偏間距鳴為懸6頓m開，膨而池DN2逢0飲的侵U束型管，其貫豎井水平捎間距唯為固3m[4崇]批。若采用臘串聯(lián)連接鉛方式，可會采用三角耳形布置（蓬詳財見形[2座]紹）來節(jié)約倉占地面積挪。乳伶2.6驚野計算管道甲壓力損緣失抗煉在同程系批統(tǒng)中，選風(fēng)擇壓力損情失最大的區(qū)熱泵機組潔所在環(huán)路左作為最不喬利環(huán)路進截行阻力計鳳算?？刹衫τ卯?dāng)量長咽度法，將嬸局部阻力撕件轉(zhuǎn)換成嚴(yán)當(dāng)量長度儀，和管道仔實際長度燦相加得到星各不同管期徑管段的瓦總當(dāng)量度臟，再乘以妹不同流量公、不同管壞徑管段思每壞100接m輩管道的壓賞降，將所夾有管段壓解降相加，鬼得出總阻化力治。古深2.7攝而水泵選蝶型鳴帶根據(jù)上述域計算最不秘利環(huán)路所高得的管道鑼壓力損失嘆，再加上抽熱泵機組井、平衡閥棄和其他設(shè)輕備元件的竄壓力損失爺，確定水悅泵的揚程建，需考慮圓一定的安滅全裕量。湯根據(jù)系統(tǒng)暫總流量和呈水泵揚程粘，選擇滿亡足要求的昌水泵型號樓及臺數(shù)幻。阻事２集.8弱市校核管材扯承壓能嚼力厚感管路最大款壓力應(yīng)小篩于管材的熄承壓能力歸。若不計勸豎井灌漿例引起的靜罩壓抵消，付管路所需鉗承受的最舞大壓力等躁于大氣壓遵力、重力扣作用靜壓毯和水泵揚渣程一半的皆總炊和申[1后]逼，即奇：終鈔其中院ｐ蜂肺—娛—采管路最大環(huán)壓力穗，皂Pa每餅ｐ基０區(qū)—清—既建筑物所群在的當(dāng)?shù)仃J大氣壓挪，冤Pa糾ρ—偵—謝地下埋管逮中流體密值度祥，頸kg/m凍3敏g幼思—祥—迷當(dāng)?shù)刂亓﹀a加速度顧，仁m/s2窩揉h倘—宵—著地下埋管蕩最低點與織閉式循環(huán)棒系統(tǒng)最高仙點的高度遭差順，煌m鑰ρ坡h受—婦—通水泵揚程副，貸Pa雙3妹尊其虧它穴蛾3.1址披與常規(guī)空竿調(diào)系統(tǒng)類府似，需在衰高于閉式舍循環(huán)系統(tǒng)鋼最高點處踩（一般近為灣1拖m族）設(shè)計膨依脹水箱或需膨脹罐，燒放氣閥等江附件艙。色害3.2穩(wěn)朵在某些商彎用或公用捷建筑物的冠地源熱泵滔系統(tǒng)中，饅系統(tǒng)的供解冷量遠(yuǎn)大慧于供熱量也，導(dǎo)致地術(shù)下熱交換嗎器十分龐歪大，價格貞昂貴，為恒節(jié)約投資蜂或受可用類地面積限灶制，地下僅埋管可以丈按照設(shè)計挽供熱工況憤下最大吸英熱量來設(shè)醋計，同時逼增加輔助葛換熱裝置鐮（如冷卻疑塔＋板式梁換熱器，儲板式換熱忙器主要是粗使建筑物杜內(nèi)環(huán)路可漏以獨立于君冷卻塔運蠟行）承擔(dān)帖供冷工況濁下超過地椅下埋管換轎熱能力的耍那部分散清熱量。該春方法可以省降低安裝毀費用，保臺證地源熱侄泵系統(tǒng)具齊有更大的如市場前景順，尤其適京用于改造凱工光程候[1曬]聲。用悼4逝沖設(shè)計舉炒例服腐4.1其頓設(shè)計參污數(shù)含貧上海某復(fù)咳式住宅空上調(diào)面促積眉212要m后2黨。夾攜4.1.暖1創(chuàng)談室外設(shè)計由參界數(shù)乒壟夏季室外蜂干球溫列度奧t礙w暴＝岔3機4槽℃必,唐筍濕球溫榜度嘉t件s毒＝寧28.極2仔℃露便冬季室外聲干球溫巖度令t含w新＝輛-萬4毫℃妖,妄堤相對濕逼度屯φ能＝從7軟5豎％腳斗4.1.魚2撇謠室內(nèi)設(shè)計員參探數(shù)衡半夏季室內(nèi)嫁溫縱度康t師n侄＝法2駕7忙℃清,炮朽相對濕前度牢φ洞n伴＝敵5戲5圣％果婦冬季室內(nèi)仇溫趕度盞t展n預(yù)＝倍2潤0掛℃航,界悔相對濕滔度唐φ較n待＝蒙4于5楊％聽最4.2名些計算空調(diào)著負(fù)荷及選搭擇主要設(shè)各備銀濱參考常規(guī)呢空調(diào)建筑瞧物冷熱負(fù)剖荷的計算乏方法，計渡算得到各圣房間冷熱妖負(fù)荷并選拆擇風(fēng)機盤雞管型號；版考慮房間磚共用系數(shù)芽（盈取架0.傲8物），得到貫建筑物夏他季設(shè)計總僵冷負(fù)荷召為識24.5屋4k蛙W取，冬季設(shè)脈計總熱符傭負(fù)荷背為東16.3周8k啄W含，選自擇哲WPWD雀07猜2鋒型水源熱澆泵機陳組慎2濤臺，本設(shè)碌計舉例工狐況下腿的調(diào)COP禮1臥＝發(fā)3.寺3鋪，泛COP2寸洗＝蝕3.襖7唉。仙猜4.3煤社計算地下近負(fù)到荷劈程根據(jù)公式探（謊令1棗）、零（葛2曾）計算填得涉kWkW探取夏季向歪土壤排放孤的熱虜量揭Q1撲放＇進行設(shè)意計計算虛。斬4.4嚇旬確定管材覆及埋管管偽徑霧稈選用聚乙妹烯管層材墨PE6尊3煎（稈SDR1烤1?。⒙?lián)屠環(huán)路管徑興為顫DN2虹0亦，集管管扎徑分別姐為陡DN2芬5熟、待DN3授2享、匙DN4譽0嘆、豎DN5軌0蠻，如秩圖劣1京所示宇。等布4.5乘盛確定豎井朱埋管管計長仙震根據(jù)公式赴（鄰福3營）計算貓得繳m賺4.6孝慨確定豎井駐數(shù)目及間忽距也亞選取豎井疲深呈度查50膛m親，根據(jù)公癥式于（焦4違）計算悶得鄭個揮圓整后什取具1漏0首個豎井，筐豎井間距挪取殊4.5木m系。啊臟4.7調(diào)武計算地埋酸管壓力損仗失棍吩參照本扇文鏈2.威6理介紹的計裕算方法，岡分別計弄算粗1嗎－告2紋－獵3鎮(zhèn)－蝕4噸－緩5耐－害6扶－鏟7演－吩8嚴(yán)－脹9-1烤0葡―思1杯1摸―抵1申1夠′承－渡1鳴′載各管段的療壓力損失紋，得到各俯管段總壓翠力損失屆為魄40kP似a讀。再加上葬連接到熱為泵機組的鑰管路壓力類損失，以訓(xùn)及熱泵機仙組、平衡書閥和其他年設(shè)備元件勵的壓力損錫失，所選另水泵揚程支為僑15mH粗2鞭O厚。膨裁4.8勵著校核管材丙承壓能脈力枯朽上海夏季遼大氣壓力各ｐ裝０宜夢＝跳100疏530抵P參a疏，水的密黎度減唯ρ贏＝蔑1000幫kg/兔m河3累，分吹當(dāng)?shù)刂亓f加速啞度敵g彩速＝輔9.8秀m/s基2橋，高度屆差穩(wěn)h遵＝歉50.5拾m屯重力作用湖靜鑼壓忌ρ倆g