地源热泵设计(地埋管).

地源热泵系统地源热泵系统的组成地源热泵机组水循环系统地下热交换器控制系统土壤温度随深度变化示意图月份01020304004080120160200240280320360地表2FT（0.6m)5FT(1.5m)12FT(3.6m)123456789101112天数地源热泵普通空调系统对于制冷来说，地源热泵与常规冷水机组最大的区别是：空调系统的冷却水冷却变为地下水或土壤冷却。制热和生活热水供应时，地源热泵系统可以替代锅炉。地源热泵系统的组成①室外地能换热系统•土壤源•地下水•地表水②水源热泵机组③室内采暖空调末端①②③什么是地源热泵地源热泵是一种利用地表或地下浅层地热等低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现既能供热又能制冷、低位热能向高位热能转移的一种技术。地下水换热系统（groundwatersystem）与地下水进行热交换的地热能交换系统，分为直接地下水换热系统和间接地下水换热系统。投资最小、需回灌、有污垢直接地下水换热系统由抽水井取出的地下水，经处理后直接流经水源热泵机组热交换后返回地下同一含水层的地下水换热系统。间接地下水换热系统由抽水井取出的地下水经中间换热器热交换后返回地下同一含水层的地下水换热系统。一、岩土热物性参数•岩土体类型、热特性、热传导性、含水率、密度、温度等是影响地埋管换热系统性能的主要因素。就地表而言，垂直地表土方向的导热性大于水平方向的导热性，岩土的热物性参数可参见表1。表1岩土热物性参数序号岩土名称天然含水量密度导热系数导温系数比热容(%)(kg/m3)(W/m.K)(m2/h)(kJ/kg.K)1粉土16.315900.630.001291.112粉土22.919201.260.001581.53粉土26.921301.790.002641.154粉土25.318501.450.001781.595粉土2619301.610.002221.356粘性土26.319901.410.001641.567粘性土1920001.20.001521.428粘性土29.820501.660.001711.719粘性土30.121101.630.001971.41C导热系数比热容序号岩土名称天然含水量密度导热系数导温系数比热容(%)(kg/m3)(W/m.K)(m2/h)(kJ/kg.K)10粘性土2721701.550.001831.4111粘性土2920201.690.001841.6412粘性土31.421401.850.002231.413粘性土2020901.190.001361.5114细砂22.118001.60.002091.5315细砂11.115700.730.001651.0216细砂5.513100.640.00176117细砂814200.650.001960.8418细砂16.114600.860.00211.0119中砂714900.790.002010.9520中砂13.815101.060.002550.9921粗砂12.412601.060.002851.0622砾砂8.919501.410.002810.9323砾砂5.316001.040.00280.8424粗砾砂23.321301.880.002281.3925粗砾砂21.922001.750.001881.5226圆砾9.518601.440.003180.8827圆砾10.518300.940.001980.93表1岩土热物性参数C序号岩土名称天然含水量密度导热系数导温系数比热容(%)(kg/m3)(W/m.K)(m2/h)(kJ/kg.K)28卵石+砂9.818401.620.003580.8929砂岩－22501.840.00350.8430石灰岩－27003.140.00460.9131石灰岩－22501.280.002450.8432石灰岩－20001.160.002270.9233石灰岩－17000.930.002140.9234大理石+花岗岩－30003.60.005170.8435大理石+花岗岩－28003.450.004870.9136花岗岩－27003.140.00460.9137石灰质凝灰岩－13000.520.001570.9238灰质页岩－17600.830.001661.02表1岩土热物性参数C二、地埋管管材1.地埋管管材及管件应符合设计要求，且应具有质量检验报告和出厂合格证。2.地埋管管材及管件应采用相同材料，且应具有化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小等质量特性，一般采用高密度聚乙烯管（PE80或PE100）或聚丁烯管（PB），不宜采用聚氯乙烯（PVC）管。3.地埋管质量应符合国家现行标准中的各项规定。聚乙烯管应符合《给水用聚乙烯（PE）管材》GB/J13663的要求；聚丁烯管应符合《冷热水用聚丁烯（PB）管道系统》GB/T194732的要求。管材的公称压力及使用温度应满足设计要求，且管材的公称压力不宜小于1.0MPa。地埋管外径及壁厚可按表2、表3的规定选用。公称外径dn平均外径公称壁厚/材料等级最小最大公称压力1.0MPa1.25MPa1.6MPa202020.3－－－252525.3－2.3+0.5/PE80－323232.3－3.0+0.5/PE803.0+0.5/PE100404040.4－3.7+0.6/PE803.7+0.6/PE100505050.5－4.6+0.7/PE804.6+0.7/PE100636363.64.7+0.8/PE804.7+0.8/PE1005.8+0.9/PE100757575.74.5+0.7/PE1005.6+0.9/PE1006.8+1.1/PE100909090.95.4+0.9/PE1006.7+1.1/PE1008.2+1.3/PE1001101101116.6+1.1/PE1008.1+1.3/PE10010.0+1.5/PE100125125126.27.4+1.2/PE1009.2+1.4/PE10011.4+1.8/PE100140140141.38.3+1.3/PE10010.3+1.6/PE10012.7+2.0/PE100160160161.59.5+1.5/PE10011.8+1.8/PE10014.6+2.2/PE100180180181.710.7+1.7/PE10013.3+2.0/PE10016.4+3.2/PE100200200201.811.9+1.8/PE10014.7+2.3/PE10018.2+3.6/PE100225225227.113.4+2.1/PE10016.6+3.3/PE10020.5+4.0/PE100250250252.314.8+2.3/PE10018.4+3.6/PE10022.7+4.5/PE100280280282.616.6+3.3/PE10020.6+4.1/PE10025.4+5.0/PE100315315317.918.7+3.7/PE10023.2+4.6/PE10028.6+5.7/PE100355355358.221.1+4.2/PE10026.1+5.2/PE10032.2+6.4/PE100400400403.623.7+4.7/PE10029.4+5.8/PE10036.3+7.2/PE100表2聚乙烯（PE）管外径及公称壁厚（mm）公称外径dn平均外径公称壁厚最小最大202020.31.9+0.3252525.32.3+0.4323232.32.9+0.4404040.43.7+0.55049.950.54.6+0.6636363.65.8+0.7757575.76.8+0.8909090.98.2+1.011011011110.0+1.1125125126.211.4+1.3140140141.312.7+1.4160160161.514.6+1.6表3聚丁烯（PB）管外径及公称壁厚（mm）二、地埋管管材4.埋地管道应采用热熔或电熔连接。聚乙烯管道的连接应符合国家现行标准《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ101）的有关规定。5.地埋管宜根据设计中选用的管材长度由厂家成捆供货，以减少埋管接头数量。竖直地埋管U形管的组对长度应能满足插入钻孔后与水平环路集管连接的要求。组对好的U形管的两接头部位应及时密封。6.竖直地埋管换热器的U形管接头，宜选用定型的U形弯头成品件，不宜采用直管道煨制弯头，有条件时宜由生产厂家将弯头或定型连接件与U形管连接好，成套供货。三、地埋管水力计算1.地埋管换热系统设计时应根据实际选用的传热介质的水力特性进行水力计算。国内目前塑料管的比摩阻均是以水为传热介质，对添加防冻剂的水溶液均无相应数据，水力计算时可按《地源热泵工程技术指南》（Ground-sourceheatpumpengineeringmanual）推荐的方法进行。1)确定管内流体的流量、公称直径和流体特性。2)根据公称直径，确定地埋管的内径。3)计算地埋管的断面面积：式中——地埋管的断面面积（）；——地埋管的内径（m）。24jdAAjd2m三、地埋管水力计算4)计算管内流体的流速:式中V——管内流体的流速（m/s）；G——管内流体的流量（）。5)计算管内流体的雷诺数，应该大于2300以确保紊流：式中——管内流体的雷诺数；——管内流体的密度（）；——管内流体的动力黏度（）AGV3600jeVdReRhm/33/mkg2/.msN三、地埋管水力计算6)计算管段的沿程阻力：式中——计算管段的沿程阻力（Pa）；——计算管段单位管长的沿程阻力（Pa/m）；——计算管段的长度（m）。7)计算管段的局部阻力：式中——计算管段的局部阻力（Pa）；——计算管段管件的当量长度（m）。管件的当量长度可按表4计算。yP75.125.125.075.0158.0VdPjdLPPdyyPdPLjdjLPPjPjL名义管径弯头的当量长度（m）T形三通的当量长度（m）90°标准型90°长半径型45°标准型180°标准型旁流三通直流三通直流三通后缩小1/4直流三通后缩小1/23/8″DN100.40.30.20.70.80.30.40.41/2″DN120.50.30.20.80.90.30.40.53/4″DN200.60.40.311.20.40.60.61″DN250.80.50.41.31.50.50.70.85/4″DN3210.70.51.72.10.70.913/2″DN401.20.80.61.92.40.81.11.22″DN501.510.82.53.111.41.55/2″DN631.81.313.13.71.31.71.83″DN752.31.51.23.74.61.52.12.37/2″DN902.71.81.44.65.51.82.42.74″DN1103.121.65.26.422.73.15″DN12542.526.47.62.53.746″DN1604.93.12.47.69.23.14.34.98″DN2006.143.110.112.245.56.1表4管件当量长度表三、地埋管水力计算8)计算管段的总阻力：式中——计算管段的总阻力（Pa）。2.在相同管径、相同流速下，雷诺数大小依次为：水、CaCl2水溶液、乙二醇水溶液，其临界流速比为：1：2.12：2.45。为了保持管内的紊流流动，CaCl2水溶液、乙二醇水溶液需采用比水大的流速和流量。3.在相同管径、相同流速下，水的换热系统最大，其大小依次为：水、CaCl2水溶液、乙二醇水溶液，其具体比值与管径和流速有关，其大小比值约为：1：0.47～0.62：0.41～0.56zPjyzPPPzP三、地埋管水力计算4.由于地埋管换热器内传热介质的流动一般均在紊流或紊流光滑（过渡）区内，即2300Re。在此范围内，在相同管径、相同流速下，CaCl2水溶液、乙二醇水溶液管路沿程阻力为水的1.44倍