廣州大冷熱源工程講義08地源熱泵系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法

8地源熱泵系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法8.1.1地源熱泵系統(tǒng)的分類(lèi)源熱泵系統(tǒng)，也稱(chēng)地耦合系統(tǒng)或土壤源地源熱泵系統(tǒng)。地表水系統(tǒng)中的地表水是一個(gè)廣義概念，包括河流、湖泊、海水、中水或達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的污水、廢水等。地表水系統(tǒng)和地下水系統(tǒng)由于涉及到開(kāi)采利用地表水或地下水，有些地區(qū)可能受到當(dāng)?shù)卣叻ㄒ?guī)的限制。三種地源熱泵系統(tǒng)的表8-18.1.2地源熱泵系統(tǒng)組成及工作原理地源熱泵系統(tǒng)主要由地表淺層地能采集系統(tǒng)、熱泵機(jī)組、建筑物空調(diào)采暖系統(tǒng)和控制系統(tǒng)四部（1）淺層地能采集系統(tǒng)是指通過(guò)水循環(huán)或含有防凍劑的水溶液循環(huán)將巖土體或地下水、地表水中的熱量或冷量采集出來(lái)并輸送給水源熱泵機(jī)組的換熱系統(tǒng)；通常分為地埋管換熱系統(tǒng)、地下8.1.3地源熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn)高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高40%，見(jiàn)表表8-2％）＝％）＝33%×（1-5％）＝0.31％）＝％）＝33%×（1-5％）＝0.31％）＝％）＝％）＝％）＝33%×（1-5％）＝0.31％）＝％）＝33%×（1-5％）＝0.31％，來(lái)的鍋爐加制冷機(jī)兩套裝置或系統(tǒng)?？蓱?yīng)用于賓館、商場(chǎng)、辦公樓、學(xué)校等8.1.4土壤源地源熱泵系統(tǒng)土壤源地源熱泵系統(tǒng)是以土壤為熱源和熱匯。它是利用地下土壤的溫度相對(duì)穩(wěn)定的特性，通過(guò)方；同時(shí)可以提供生活熱水，是一種高效、節(jié)能的空調(diào)裝置。系統(tǒng)中最主要的設(shè)備之一是室外地表水平式埋管埋深通常在1.2～3.0m，如果埋深太淺，埋管周?chē)寥罍囟纫资艿厣峡諝鉁囟炔▌?dòng)6根管子。管溝長(zhǎng)度取決于土壤狀態(tài)和管溝內(nèi)管子的數(shù)量與長(zhǎng)度。根據(jù)埋管形式可分為水平式埋管材料抗腐蝕性能較差、使用壽命短、造價(jià)相對(duì)較高等缺陷?，F(xiàn)在的地埋管埋換熱器一般采用與土壤度，這說(shuō)明無(wú)論夏季還是冬季，都非常適用于空調(diào)系統(tǒng)。土壤源地源熱泵機(jī)組不因外界空氣的變化8.1.5地下水地源熱泵系統(tǒng)按照地下水是否直接作為熱泵的冷卻介質(zhì)，可以將地下水源熱泵系統(tǒng)分為閉式環(huán)路（間接）地閉式環(huán)路地下水系統(tǒng)中，熱交換器把地下水和熱泵機(jī)組隔開(kāi)，熱交換器采用小溫差換熱的方式開(kāi)式地下水熱泵系統(tǒng)是將地下水經(jīng)處理后直接供給并聯(lián)連接的每臺(tái)熱泵，與熱泵中的循環(huán)工質(zhì)成。由于地下水中含雜質(zhì)，易將管道堵塞，甚至腐蝕損壞，所以地下水源熱泵適用于系統(tǒng)設(shè)備、管①一地下水換熱系統(tǒng)；②一水源熱泵機(jī)組；③一熱媒或冷媒管路系統(tǒng)；1-生產(chǎn)井群；2-回灌井群；3-潛水泵；4-除砂設(shè)備；5-板式換熱器；6次水管路定壓裝置；9-二次水循環(huán)泵；10-二次水環(huán)路補(bǔ)水閥；11-生產(chǎn)井轉(zhuǎn)換閥門(mén)組；12-回水井轉(zhuǎn)排污與泄水閥；14-排污與回?fù)P閥；15-熱媒或冷媒循環(huán)泵；16-熱媒或冷媒管路系統(tǒng)定壓裝置；1系統(tǒng)補(bǔ)水閥；18-補(bǔ)給水泵；19-補(bǔ)給水箱；20-水處理設(shè)備；21-分水缸；22-集水器；23-（2）經(jīng)濟(jì)性。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于淺井（60m）的地下水源熱泵不論容量大小，都是經(jīng)濟(jì)的；而安熱泵應(yīng)用較多的原因。地下水源熱泵的維護(hù)費(fèi)用雖然高于土壤源熱泵，但與傳統(tǒng)的冷水機(jī)組加燃?xì)饽壳埃瑖?guó)內(nèi)地下水源熱泵系統(tǒng)按回灌方式可分為兩種類(lèi)型：同井回另一部分是高壓回水區(qū)。當(dāng)潛水泵運(yùn)行時(shí)，地下水被抽至井口換熱器中，與熱泵低溫水換熱、釋放熱量后，再由同井返回到回水區(qū)。異井回灌熱泵技術(shù)是地下水源熱泵最早的形式。取水和回水在不地表水源熱泵系統(tǒng)通過(guò)直接或間接換熱的方式，利用包括江、河、湖、水庫(kù)水以及海水作為熱泵的冷熱源。在制熱的時(shí)候以水作為熱源，在制冷的時(shí)候以水作為排熱源。地表水的性質(zhì)直接影響表8-3弱可弱可15~30℃,夏季高,冬季低弱強(qiáng)弱開(kāi)式系統(tǒng)是直接將地表水經(jīng)處理后引入熱泵機(jī)組或板式換熱器，換熱后排回原水體中。閉式系統(tǒng)是將中間換熱裝置放置在具有一定深度的水體底部，通過(guò)中間換熱裝置內(nèi)的循環(huán)介質(zhì)與水體進(jìn)行除了具有地源熱泵系統(tǒng)一般特點(diǎn)以外，在冬季應(yīng)用地表水源熱泵系統(tǒng)還能避免空氣源熱泵冬季如果水體較深，水體底部的溫度較低，夏季可以直接利用水體底部的低溫水對(duì)新風(fēng)或空調(diào)房間的回由于需要將地表水提升到一定的高度，因此開(kāi)式系統(tǒng)的水泵揚(yáng)程較高。另外，因開(kāi)式系統(tǒng)是直閉式系統(tǒng)容量一般比較小，通常與水—空氣熱泵機(jī)組相連接。由于不需要將地表水提升到較高的高度，閉式系統(tǒng)循環(huán)水泵的揚(yáng)程低于開(kāi)式系統(tǒng)。雖然閉式系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)垢的可能性小，但是盤(pán)管的(2)地表水溫受周?chē)諝鉁囟扔绊懞艽?，尤其在取水點(diǎn)不夠深的時(shí)候更是4℃,如果采用開(kāi)式系統(tǒng)，主機(jī)就有結(jié)冰的危險(xiǎn)。冬季可利用建筑物本身或附近的中水熱量來(lái)預(yù)熱地表水。也可增加輔助熱源預(yù)熱地表水或在供(4)大規(guī)模應(yīng)用時(shí)，水體溫度以及生態(tài)環(huán)境的影響未經(jīng)過(guò)測(cè)試。1988年6月水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定：中華人民共和國(guó)領(lǐng)域內(nèi)江、河、湖泊、水庫(kù)等具有適用功能的地面水水(1)適用于夏季有供冷需要，冬季有供暖要求，而且冬季水溫不過(guò)低的區(qū)8.2.1地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)增加施工難度及初投資，而松軟巖土體的地質(zhì)變形對(duì)地埋管換熱器也會(huì)產(chǎn)生不利影響。為此，工程計(jì)，并必須采取可靠回灌措施，確保置換冷量或熱量后的地下水全部回灌到同一含水層，不得對(duì)地低位熱源也會(huì)有很大差異，這些因素都會(huì)對(duì)地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)影響。如地埋管系統(tǒng)，巖土體熱地源熱泵系統(tǒng)的綜合效益，或由于受客觀條件限制，地源熱泵熱源不能滿足供熱或供冷要求時(shí)，通常采用輔助冷熱源與地源熱泵系統(tǒng)相結(jié)合的混合式系統(tǒng)。確定輔助冷熱源的過(guò)程，也就是方案優(yōu)化建筑物的空調(diào)負(fù)荷是確定室外地能換熱系統(tǒng)負(fù)荷、選擇水源熱泵機(jī)組和末端采暖空調(diào)裝置的基空調(diào)負(fù)荷包括冷負(fù)荷和熱負(fù)荷。冷負(fù)荷計(jì)算方法與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相同。熱負(fù)荷計(jì)算方法與采暖系統(tǒng)大致相同，只是采用冬季空調(diào)室外計(jì)算溫度來(lái)代替采暖室外計(jì)算溫度；冷風(fēng)滲透熱負(fù)荷由新風(fēng)由于空調(diào)分區(qū)的峰值負(fù)荷并不同時(shí)發(fā)生，應(yīng)將不同時(shí)刻分區(qū)負(fù)荷之和的峰值作為整體負(fù)荷。分區(qū)峰值負(fù)荷用于選擇各區(qū)的水源熱泵機(jī)組和末端裝置，整體負(fù)荷用于選擇整個(gè)系統(tǒng)的水源熱泵機(jī)組地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要知道在一定階段內(nèi)室外地能換熱系統(tǒng)吸取的熱量或釋放的熱量，即室外地能換熱系統(tǒng)負(fù)荷。室外地能換熱系統(tǒng)負(fù)荷應(yīng)滿足地源熱泵系統(tǒng)實(shí)際最大釋熱量和最大吸熱量的要最大釋熱量和最大吸熱量分別發(fā)生在與建筑物的最大冷負(fù)荷和最大熱負(fù)荷相對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。計(jì)算在決定是否使用地源熱泵以及是采用地下水、地表水系統(tǒng)還是土壤熱交換系統(tǒng)之前，應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)一旦確定有大量地表水源可以使用且地理位置便利，那么就應(yīng)該把它作為系統(tǒng)的熱源和冷源進(jìn)行調(diào)研、勘察。應(yīng)當(dāng)充分估計(jì)環(huán)境對(duì)地表水吸收和排放熱量的影響。水溫是否在能夠接受的范圍內(nèi)必須先對(duì)水文地質(zhì)進(jìn)行調(diào)查。如果選擇的地下水不能支持地?zé)峤粨Q系統(tǒng)，那么就要求對(duì)其地質(zhì)水質(zhì)量是否適合系統(tǒng)安裝。如果地下水已經(jīng)被污染，那么應(yīng)證明情況并提出報(bào)告，以便于地源熱泵而對(duì)于豎直式地?zé)峤粨Q器系統(tǒng)，需要鉆勘探孔。地下水系統(tǒng)需要勘測(cè)井。如果采用何種系統(tǒng)形式還未決定下來(lái)，那么應(yīng)選擇勘測(cè)井的方法，因?yàn)樗梢詽M足任何一種系統(tǒng)形式的需要。即使這些勘測(cè)當(dāng)?shù)叵滤到y(tǒng)供給的建筑面積小于3000m2時(shí)，只需設(shè)一個(gè)勘測(cè)井。對(duì)于更大的建筑，則至少設(shè)⑤進(jìn)行鉆孔工作時(shí)必須有一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的地質(zhì)專(zhuān)家監(jiān)督，并且他應(yīng)當(dāng)保證在整個(gè)鉆孔過(guò)程中都在不僅包括在不同情況下的井深，鉆井過(guò)程中貫穿的土壤和巖石的類(lèi)型以及每個(gè)在鉆井過(guò)程中遇到的⑧通過(guò)對(duì)在抽水測(cè)試期間和測(cè)試井開(kāi)發(fā)后得到水樣的收集和分析，評(píng)估現(xiàn)有水的質(zhì)量并確定其⑨水樣分析應(yīng)當(dāng)包括對(duì)飲用水雜質(zhì)和大腸桿菌等級(jí)的檢測(cè)，和對(duì)會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響的細(xì)菌的鑒定(包括鐵銹、溶解礦石、PH值、硬度和其他有機(jī)成分)。應(yīng)根據(jù)前面對(duì)當(dāng)?shù)睾椭堍菡撌鲆陨弦蛩貙?duì)地源熱泵和地?zé)峤粨Q器產(chǎn)生的影響，并確定當(dāng)?shù)厥欠襁m合安裝這兩種系統(tǒng)中⑧對(duì)設(shè)置抽水井的建議，例如井的直徑、井的深度、井間距，為了達(dá)到額定流量而應(yīng)保證的供水井的數(shù)量，灌漿所采用的方法和材料，將雜質(zhì)減小到最小的方法。地質(zhì)專(zhuān)家應(yīng)當(dāng)指出當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)從物理角度上講，勘測(cè)井與測(cè)試井在本質(zhì)上是相同的；但他們的用途是不同的。測(cè)試井提供了設(shè)計(jì)和安裝豎直式地?zé)峤粨Q器系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)，這比勘測(cè)井所提供的數(shù)據(jù)更能決定地下水源的可用那么它所采集的地下水樣不但能夠保證反映最初的地下水質(zhì)量，而且能夠長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量地下溫度和③對(duì)于每一個(gè)沒(méi)有用于灌漿的豎直式熱交換器上的測(cè)試井，必需設(shè)置地質(zhì)專(zhuān)家設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)井或在地?zé)峤粨Q器設(shè)計(jì)之前，測(cè)試坑能夠提供對(duì)一些地下的狀況。對(duì)于靠近地表處存在的巨大巖石也會(huì)受到當(dāng)?shù)赝临|(zhì)的狀況和土質(zhì)熱力性質(zhì)影響，這些性質(zhì)參數(shù)可通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)的勘測(cè)和在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)收集的土樣進(jìn)行的測(cè)試得到。測(cè)試坑應(yīng)盡量開(kāi)鑿的小一些，并且開(kāi)鑿工作應(yīng)在技師或地質(zhì)專(zhuān)家的監(jiān)當(dāng)一個(gè)豎直式熱交換器系統(tǒng)只滿足10000m2任何時(shí)候地下水狀況都與系統(tǒng)密切相關(guān)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需要了解水質(zhì)的狀況，以便于選擇合適的除了設(shè)計(jì)時(shí)考慮到的因素，對(duì)水質(zhì)的評(píng)估還應(yīng)提供有關(guān)對(duì)法律條款的說(shuō)明。在地源熱泵系統(tǒng)安裝之即使水處理能夠使地下水對(duì)整個(gè)系統(tǒng)無(wú)害，但是因?qū)Ψ祷氐叵碌乃龅奶幚矶a(chǎn)生的環(huán)境影響也設(shè)計(jì)時(shí)首先要收集和確定設(shè)計(jì)所需的初始數(shù)據(jù)，包括當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)和土壤的性質(zhì)以及傳熱特性、選用的熱泵的特性、建筑供熱和供冷的負(fù)荷、選用的管材的特性等。由基于能量分析的溫頻法計(jì)算得到空調(diào)系統(tǒng)的冷熱負(fù)荷，然后根據(jù)最冷的一月份熱負(fù)荷和最熱的七月份冷負(fù)荷分別計(jì)算出冬、夏連接形式。選擇水平或垂直系統(tǒng)是根據(jù)可利用的土地、當(dāng)?shù)赝寥赖乃牡刭|(zhì)條件和挖掘費(fèi)用而定。如果有大量的土地而且沒(méi)有堅(jiān)硬的巖石，應(yīng)該考慮經(jīng)濟(jì)的水平式系統(tǒng)?？紤]到我國(guó)人多地少的實(shí)際情況，在大多數(shù)情況下豎直埋管方式是唯一的選擇。采用豎直埋管的土壤換熱器時(shí)，每個(gè)鉆井中可3、選擇換熱器管材。目前主要采用的是高密度聚乙烯（HDPE管徑（內(nèi)徑）通常采用20~路。為使各支管間的水力平衡，應(yīng)采用并聯(lián)同程對(duì)稱(chēng)布置。為有利于系統(tǒng)排除空氣，在水平供、回一方面經(jīng)濟(jì)性較好，回時(shí)，也可避免因吸熱與釋熱不平衡引起土壤體溫度的逐年降低或升高。全年在現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定熱交換器是采用豎直地埋管形式還是水平地埋管形式，現(xiàn)場(chǎng)可用地表面積是一個(gè)需要考慮的因素。當(dāng)可利用地表面積較大，淺層巖土體的溫度及熱物性受氣候、雨水、埋設(shè)深度影響較小時(shí)，宜采用水平地埋管換熱器。否則，宜采用豎直地埋管換熱器。豎直地器的地面面積是唯一的限制。如果地下熱交換器盤(pán)管和建筑物內(nèi)管路間沒(méi)有用熱交換器隔開(kāi)，豎直地埋管換熱器將被限制在一定高度內(nèi)的建筑物中使用。超過(guò)這個(gè)高度，系統(tǒng)靜壓將可能超過(guò)地下埋管的最大額定承壓能力。這是在未考慮地下水的靜壓抵消作用時(shí)，如果考慮靜壓抵消后，豎直地埋管換熱器可以在更高的建筑物中使用。工程上應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算以驗(yàn)證系統(tǒng)靜壓在管路最大額定承壓在應(yīng)用中還需要考慮豎直式或水平式熱交換器區(qū)域的預(yù)定位置。熱交換器的位置也會(huì)影響系統(tǒng)的性能。例如，位于瀝青表面下的水平式熱交換器與位于草地或森林平面下的熱交換器相比，根據(jù)當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件的不同，其夏季運(yùn)行溫度可以較高，冬季運(yùn)行溫度可以較低。這要?dú)w因于瀝青表經(jīng)過(guò)恰當(dāng)選型后，水平式系統(tǒng)或豎直式系統(tǒng)的性能相當(dāng)。也就是說(shuō)兩種系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用近似相接。另一種構(gòu)造方式是每個(gè)堅(jiān)井中布置兩根U多數(shù)情況下各豎井間的相互熱干擾和長(zhǎng)時(shí)間后的熱積聚可以忽略不計(jì)，也可以保證此后確定的豎井雜，運(yùn)行中水泵的功耗也相應(yīng)增加。因此一用的管道數(shù)量多而增加的費(fèi)用。這種情況下，左邊的常稱(chēng)為并排方式，右邊的稱(chēng)作為上下排方式。兩種排列方式即圖示可以被看做為單環(huán)路系統(tǒng)的供回水?dāng)嗝鎴D，也可以被看做兩個(gè)平行布置的相互獨(dú)立的環(huán)路斷面。圖(b)是四管水平式布置的圖例，它可以表示雙環(huán)路或四環(huán)路熱交換器。圖(c)表示的是雙層六豎直地埋管換熱器和水平地埋管換熱器都有并聯(lián)管路和串聯(lián)管路兩種形式。并聯(lián)管路豎直式熱交換器與串聯(lián)管路豎直式熱交換器相比，U形管管徑可以更小，從而可以降低管路費(fèi)用、防凍液費(fèi)用，由于較小的管路更容易制作，人工費(fèi)用并聯(lián)管路豎直式熱交換器與串聯(lián)管路豎直式熱交換器的比較結(jié)果也同樣適用于并聯(lián)管路水平式采用并聯(lián)還是串聯(lián)取決于系統(tǒng)的大小，埋管深淺及安裝成本的高低等因素。串聯(lián)系統(tǒng)的主要的優(yōu)點(diǎn)是具有單一流體通道和同一型號(hào)的管道。由于串聯(lián)系統(tǒng)管路管徑大，因此對(duì)于單位長(zhǎng)度埋管來(lái)分、集水器是防凍液從熱泵到地?zé)釗Q熱器各并聯(lián)環(huán)路之間循環(huán)流動(dòng)的調(diào)節(jié)控制裝置。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意各并聯(lián)環(huán)路間的水力平衡及有利于系統(tǒng)排除空氣。與分、集水器相連接的各并聯(lián)環(huán)路的多少，地埋管管材的選擇，對(duì)初裝費(fèi)、維護(hù)費(fèi)用、水泵揚(yáng)程和熱泵的性能等都有影響。地埋管及管件應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，且應(yīng)具有質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告和生產(chǎn)廠的合格地埋管應(yīng)采用化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)大、流動(dòng)阻力小的塑料管材及管件，宜采用聚乙烯地埋管質(zhì)量應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的各項(xiàng)規(guī)定。管材的公稱(chēng)壓力及使用溫度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，傳熱介質(zhì)的安全性包括毒性、易燃性及腐蝕性；良好的傳熱特性和較低的摩擦阻力是指?jìng)鳠峤橘|(zhì)具有較大的導(dǎo)熱系數(shù)和較低的鉆度?？刹捎玫钠渌麄鳠峤橘|(zhì)包括氯化鈉溶液、氯化鈣溶液、乙二）；地埋管換熱系統(tǒng)的金屬部件應(yīng)與防凍劑兼容。這些金屬部件包括循環(huán)泵及其法蘭、金屬管傳感部件等與防凍劑接觸的所有金屬部件。同時(shí)，應(yīng)考慮防凍劑的安全性、經(jīng)濟(jì)性及其對(duì)換熱的影根據(jù)所選擇的地?zé)釗Q熱器的類(lèi)型、布置形式及建筑物負(fù)荷，設(shè)計(jì)計(jì)算地?zé)釗Q熱器的管長(zhǎng)。與傳根據(jù)所選擇的土壤換熱器的類(lèi)型及布置形式，設(shè)計(jì)計(jì)算換熱器的管長(zhǎng)。但迄今為止土壤換熱器土壤換熱器的容量。在換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，環(huán)路集管作為安全裕量一般不包括在換熱器長(zhǎng)度內(nèi)。但3)確定土壤的熱物性和當(dāng)?shù)赝寥赖钠骄鶞囟?，其中土壤熱物性最好使用在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的等效熱物5)熱泵性能參數(shù)或熱泵性能曲線，如熱泵主機(jī)循環(huán)介質(zhì)的不同入口溫度值所對(duì)應(yīng)的不同的制熱《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，豎直地埋管換熱器埋管深度宜大于20m，鉆孔孔徑不傳熱介質(zhì)不同，其摩擦阻力也不同，水力計(jì)算應(yīng)按選用的傳熱介質(zhì)的水力特性進(jìn)行計(jì)算。國(guó)內(nèi)校核地埋管換熱器最下端管道的重力作用靜壓是否在其耐壓范圍內(nèi)。熱交換器最下端管道的重力作用靜壓由循環(huán)系統(tǒng)最高點(diǎn)對(duì)該點(diǎn)的重力作用壓力加上作用在環(huán)路最高點(diǎn)的所有正壓決定，如果該靜壓超出管道耐壓極限，則需換用耐壓極限更高的管道或用板式熱交換器將土壤熱交換器與建筑環(huán)路分開(kāi)?，F(xiàn)場(chǎng)地下水的靜壓雖然可以起到抵消管內(nèi)作用靜壓的作用，但除非確認(rèn)地下水水位很穩(wěn)系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》中土壤換熱器的計(jì)算方法基本參考了此種方法。該方法是北美確定地下土壤換確定土壤換熱器尺寸的依據(jù)，使用能量分析的溫頻法計(jì)算季節(jié)性能系數(shù)和能耗。該能量分析只適用于民用建筑。該模型考慮了多根鉆井之間的熱干擾及地表面的影響。但沒(méi)有考慮熱泵機(jī)組的間歇運(yùn)行工況，沒(méi)有考慮灌漿材料的熱影響，沒(méi)有考慮管內(nèi)的對(duì)流換熱熱阻，不能直接計(jì)算出熱泵機(jī)組的2、土壤換熱器管壁熱阻U形土壤換熱器的該法建議熱泵冬季供熱最低進(jìn)液溫度要高出當(dāng)?shù)刈罾涫彝鈿鉁?1.1～4.4℃,夏季制冷最大進(jìn)液溫度以37.8℃作為初始近似值。根據(jù)最高和最低進(jìn)液（8-7）（8-9）假設(shè)值與計(jì)算值差的絕對(duì)值大于0.1℃,則對(duì)Tmin或Tmax重新假設(shè)，重復(fù)①一③程序直到得到合適線源理論為基礎(chǔ)，建立了線熱源到周?chē)寥离S時(shí)間變化的溫度分布傳熱模型，是一種線源解析計(jì)算法；后者是以改進(jìn)的柱熱源理論為基礎(chǔ)，建立了土壤換熱器（柱熱源）到周?chē)寥离S時(shí)間變化的溫它具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、取材容易、施工方便、使用年限長(zhǎng)，容積大能兼起調(diào)節(jié)水量作用等優(yōu)點(diǎn)。但大口輻射井是由集水井與若干呈輻射狀鋪設(shè)的水平集水管（輻射管）組合而成。集水井用來(lái)匯集從往往由于水文地質(zhì)條件的不同，常常影響到回灌量大小的不同。對(duì)于砂粒較粗的含水層，由于(1)回灌水的水質(zhì)對(duì)于回灌水的水質(zhì)，要求是好于或等于原地下水水質(zhì)，域性地下水水質(zhì)污染。實(shí)際上，地下水經(jīng)過(guò)水源熱泵機(jī)組或板式換熱器后，只是交換了熱量，水質(zhì)(2)回灌類(lèi)型、回灌量根據(jù)工程場(chǎng)地的實(shí)際情況，可采用地面滲入補(bǔ)給、誘灌等方法。無(wú)壓自流回灌適用于含水層滲透性好、井中有回灌水位和靜止水位差。真空負(fù)壓回灌適一個(gè)回灌年度內(nèi)，回灌水位和單位回灌量變化都不大。在礫卵石含水層中，單位回灌量一般為單位出水量的80%以上；在粗砂含水層中，回灌量是出水量的507(3)真空回灌真空回灌適用于地下水位埋藏較深，滲透性良好的含水層。此時(shí)由于重力作用井管內(nèi)水迅速下降，在管內(nèi)的水面與控制閥之間造成真空度（圖8-14b(4)重力回灌重力回灌是依靠自然重力進(jìn)行回灌，又稱(chēng)無(wú)壓自流回灌。此抽水區(qū)局部形成漏斗。回灌的回灌水在水頭壓力的驅(qū)動(dòng)下，從井的四周往抽水區(qū)滲透，因此單井抽多井更容易解決水的回灌問(wèn)題，同時(shí)還有占地面積小的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，單井回灌技術(shù)一般適在閉式地下水源熱泵系統(tǒng)中常采用板式換熱器作為地下水和水源熱泵冷卻水的熱交換器。板式T運(yùn)行的溫度范圍越大則地下水水泵出水量越低。實(shí)際選擇的溫度對(duì)地下水的水量需求有巨大影ρwlcwlGwlCaf3/s；cwl)；)。②計(jì)算循環(huán)水側(cè)進(jìn)水溫度Twl'Tapp③選擇換熱器循環(huán)水側(cè)出水與地下水側(cè)回水的逼近溫差(ΔT一般在1~3°C。appgw④計(jì)算地下水側(cè)回水溫度T'gwT=T?ΔTgwwlapp'gw'gwgwgw'ΔT=T?TgwgwgwgwgwgwT——板式換熱器地下水側(cè)進(jìn)水溫度，當(dāng)?shù)氐叵滤罡邷囟龋寥榔骄鶞囟瓤勺鳛榈叵耮wgwgwgwρgwcgwΔTgwcgw)。ΔTwl=QHρwlcwlGwlCaf②計(jì)算循環(huán)水側(cè)的進(jìn)水溫度Twl'wlwlwlT=wlwlwl③計(jì)算地下水側(cè)的進(jìn)水溫度。選擇換熱器循環(huán)水側(cè)出水與地下水側(cè)回水的逼近溫差(ΔTappT=T+ΔTgwwlappΔΔ'ΔT=T?TgwgwgwgwgwgwgwQHQHgwρgwgwρgwcgwΔTgw熱交換器循環(huán)水側(cè)的阻力損失將在后文中用來(lái)進(jìn)行建筑物內(nèi)水泵的選型，地下水流量要被用來(lái)求所需的水井?dāng)?shù)量多一個(gè)。供水井的出水能力應(yīng)該在所有的供水井同時(shí)進(jìn)行泵出試驗(yàn)時(shí)確定，由于水井之間水位下降的相互干擾，此時(shí)得到的井群出水量低于每個(gè)井單獨(dú)進(jìn)行泵出試驗(yàn)得到的試驗(yàn)流水泵的揚(yáng)程為季節(jié)性水泵最低吸水平面到地下水循環(huán)系統(tǒng)管道的最高點(diǎn)的垂直高度、污水井中回水立管的垂直淹沒(méi)高度、井泵和進(jìn)入污水池的回水立管之間的管道阻力與虹吸作用產(chǎn)生的壓頭的水泵的揚(yáng)程為季節(jié)性水泵最低吸水平面到地下水循環(huán)系統(tǒng)管道的最高點(diǎn)的垂直高度與井泵和進(jìn)水泵的揚(yáng)程為運(yùn)行期間供水井季節(jié)性水泵最低吸水平面至回灌井最高的水平面的垂直高度、回灌井中回水立管的垂直淹沒(méi)高度、井泵和回灌井中的回水立管之間的管道摩擦阻力、閥門(mén)的背壓與（3）如果地下水溫度預(yù)計(jì)會(huì)達(dá)到10℃或者在建筑物核心區(qū)要求冷卻塔等散熱裝置全年運(yùn)行或經(jīng)驗(yàn)表明在低溫地下水系統(tǒng)中，存在腐蝕和結(jié)垢的潛在可能性，使用開(kāi)式地下水熱泵系統(tǒng)時(shí)應(yīng)開(kāi)式地下水系統(tǒng)的定壓由井泵和隔膜式膨脹罐來(lái)完成。在供水管上設(shè)置電磁閥或電動(dòng)閥用于控力，這樣也可以防止熱交換器結(jié)垢。為了解決一些腐蝕問(wèn)題，推薦使用銅鎳合金熱交換器。但是當(dāng)流量一般在0.34～0.45kg／h之然后選擇供、回水管道末端的最小管徑，根據(jù)供、回水管線上策—個(gè)或最后一個(gè)機(jī)組的較大水流量確定這個(gè)管道末端的管徑，并且阻力損失小于39Pa／m。兩末端之間管段的管徑在每個(gè)熱泵處改變（10）確定回水立管管徑。如果回水立管沒(méi)有排氣管，選擇適當(dāng)?shù)墓懿牟⒏鶕?jù)每個(gè)管段流量確定管徑，而每個(gè)管段流量是根據(jù)在此之前講述的最大流速或阻力損失的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定的。如果回水立（11）選擇局部阻力附件。根據(jù)需要選擇堵頭、三通管、異徑三通、兩異徑管段之間的轉(zhuǎn)接頭（12）計(jì)算開(kāi)式系統(tǒng)并聯(lián)管路的阻力損失。選擇從隔膜式膨脹罐內(nèi)側(cè)到回水立管(如果排氣)或（13）計(jì)算隔膜式膨脹罐出口側(cè)的壓頭。同閉式環(huán)路地下水系統(tǒng)一樣，壓頭取決于排水系統(tǒng)的該壓頭等于膨脹罐到開(kāi)式系統(tǒng)供、排水管最高點(diǎn)的垂直距離，運(yùn)行期間回水立管出口的垂直淹沒(méi)高度，上面計(jì)算得出的并聯(lián)管路最大壓力損失，具有最大壓力損失的熱交換器的熱泵的阻力損失該壓頭等于從膨脹罐到開(kāi)式系統(tǒng)供、排水管最高點(diǎn)的垂直距離，膨脹罐到回水立管末端之間并深度，并聯(lián)管路中從膨脹罐至回灌井中的排水口之間管段的最大摩擦阻力，具有最大壓力損失的熱（14）選擇膨脹罐。膨脹罐的壓力下限等于隔膜式膨脹罐的出口側(cè)計(jì)算所得的壓頭，其主要取決于上面描述的三種設(shè)計(jì)方案。膨脹罐的最小容積的數(shù)值為設(shè)計(jì)水流量的數(shù)值的兩倍。膨脹罐的壓（15）選擇潛水泵及回灌井與膨脹罐之間的管道尺寸。潛水泵的揚(yáng)程是供水井預(yù)計(jì)的水泵最低抽水水面與膨脹罐的垂直高度和膨脹罐壓力上限之和。根據(jù)井的水流量和上面計(jì)算得出的從膨脹罐確定從潛水泵到隔膜式膨脹罐之間管道的管徑后，計(jì)算這段管道的壓力損失，這個(gè)壓力損失就失。依據(jù)這個(gè)最大的阻力損失及適當(dāng)?shù)木髁靠蛇x出最小的標(biāo)準(zhǔn)管徑，其阻力損失應(yīng)小于最大阻供水干管的水流量是總設(shè)計(jì)水流量而不是單個(gè)井的水流量。對(duì)于這部分管道的最大阻力損失應(yīng)（16）開(kāi)式系統(tǒng)管道保溫層的厚度計(jì)算。依據(jù)以下幾個(gè)參數(shù)選定：選擇的保溫層類(lèi)型、環(huán)路的地表水系統(tǒng)分開(kāi)式和閉式兩種，開(kāi)式系統(tǒng)類(lèi)似于地下水系統(tǒng)，閉式系統(tǒng)類(lèi)似于地埋管系統(tǒng)。但與地埋管系統(tǒng)相比，地表水系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是沒(méi)有鉆孔或挖掘費(fèi)用，投資相對(duì)低；缺點(diǎn)是設(shè)在公共②水量評(píng)價(jià)?？紤]到機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，以及周?chē)闆r的限制，所有機(jī)組全工況運(yùn)行下，應(yīng)能③水質(zhì)評(píng)價(jià)。地表水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家Ⅲ類(lèi)水及以上標(biāo)準(zhǔn)，可以直接進(jìn)入水源熱泵機(jī)組主機(jī)。由于水中富有腐蝕、結(jié)垢等離子，因而地表水與換熱器進(jìn)行熱交換時(shí)，必須處理好控制腐蝕、結(jié)垢和水的水體，理應(yīng)成為地表水系統(tǒng)的首選低位熱源。但海水對(duì)設(shè)備的腐蝕性成為海水源熱泵發(fā)展的一個(gè)瓶頸。為此《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》中特別對(duì)海水源系統(tǒng)作了如下規(guī)定“當(dāng)?shù)乇硭w為海水開(kāi)式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是取、排水口和取水構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)。通常情況下，取排水口的布置原則是上游深層取水，下游淺層排水；在湖泊、水庫(kù)水體中，取水口和排水口之間還應(yīng)相隔一定的距離，從水源地向水源熱泵機(jī)房供水，需要建設(shè)取水構(gòu)筑物。按水源種類(lèi)的不同，地表水取水構(gòu)筑物式兩種?；顒?dòng)式地表水取水構(gòu)筑物有浮船式和活動(dòng)纜車(chē)式。較常用其種類(lèi)較多，但一般都包括進(jìn)水口、導(dǎo)水管（或水平集水管）和集水井，地表水取水構(gòu)筑物受水源②岸邊固定泵站取水形式。在圩堤外坡上修建固定井筒式泵站，取水機(jī)泵、電控設(shè)備均設(shè)在泵站內(nèi)。該泵站必須滿足最低設(shè)計(jì)水位下的生產(chǎn)要求，同時(shí)又要滿足最高洪水位下的防洪安全。如圖③堤后泵站取水形式。把取水頭部設(shè)在堤外江中,滿足設(shè)計(jì)取水要求,泵站設(shè)在堤后平臺(tái)上。泵①泵船取水構(gòu)筑物的優(yōu)點(diǎn)是能夠最大限度地適應(yīng)水位漲落，但是若地表水水位變幅較大，則管②岸邊固定泵站取水構(gòu)筑物取水的最大優(yōu)點(diǎn)是操作管理較泵船取水方便，但岸邊固定泵站侵占③堤后泵站式取水構(gòu)筑物最大優(yōu)點(diǎn)是操作管理較岸邊固定泵站更方便，又無(wú)侵占航道之憂（建房為??；并且堤后、堤外建筑物施工相互獨(dú)立，可同時(shí)進(jìn)行，工期較短。但埋設(shè)穿堤引水管道，需在夏季制冷時(shí)，由于地表水的溫度總是低于空氣溫度，機(jī)組運(yùn)行效率比較高。冷卻水側(cè)流量應(yīng)與土壤源熱泵系統(tǒng)相同，閉式地表水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是換熱器的設(shè)計(jì)。湖水的溫度變化當(dāng)湖水有足夠的深度時(shí)，湖水溫度存在分層現(xiàn)象，當(dāng)水深超過(guò)10m時(shí)，夏季時(shí)湖底部水溫幾乎在冬季，湖水表面的溫度最低，而湖底部的水溫一般比水面高3～5℃,可作為熱泵機(jī)組的良好熱源，特別是當(dāng)湖面結(jié)冰以后，冰作為一個(gè)天然的保溫層