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                地源热泵地埋管计较方式
                添加时候: 2017-04-13

                地源热泵地埋部门设计


                (一)管材选择及流体介质

                一萄丝脊航、管材

                一般来讲,一旦将地下埋管系统换热器埋进地下后,根基不成能进行维修或改换,是以地下的管材应起首要包管其具有杰出的化学不变性萄丝脊航、耐腐性 

                1萄丝脊航、聚乙烯(PE)和聚丁烯(PB)在国外埠源热泵系统中获得了普遍应用 

                2萄丝脊航、PVC(聚氯乙烯)管的导热性差和可塑性欠好,不易弯曲,接头处耐压能力差,轻易导致泄露,是以在地源热泵系统中不保举用PVC 管 

                3萄丝脊航、为了强化地下埋管的换热,国外有的提出采用薄壁(0.5mm)的不锈钢 钢管,但今朝现实应用未几 

                4萄丝脊航、管件公称压力不得小于1.0Mpa,工作温度应在-20℃~50℃规模内 

                5萄丝脊航、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择   
                6萄丝脊航、地埋管应能按设计要求长度成捆供给,中心不得有机械接口及金属接头 

                 

                二萄丝脊航、毗连

                1萄丝脊航、热熔联接(承接联接和对接联接,对于小管径常采用)

                2萄丝脊航、电熔联络

                 

                三萄丝脊航、流体介质及回填料

                流体介质

                南边地域:因为地温高,冬季地下埋管进水温度在0℃以上,是以多采用水作为工作流体;

                北方地域:冬季地温低,地下埋管进水温度一般均低于0℃,是以一般均需利用防冻液  (①盐类溶液——氯化钙和氯化钠水溶液;②乙二醇水溶液;③酒精水溶液等) 

                 

                埋管水温:

                1萄丝脊航、热泵机组夏日向结尾系统供冷水,设计供回水温度为7—12℃,与通俗冷水机组不异  地埋管中轮回水进进U管的最高温度应 <37℃,与冷却塔进水温度不异 

                2萄丝脊航、热泵机组冬季向结尾系统供水温度与常规空调分歧,在知足供热前提下,应尽量减低供热水温度,如许可改善热泵机组运行工况萄丝脊航、减小压缩比萄丝脊航、进步cop值,并降低能耗   地埋管中轮回水冬季进水温度,以水不冻结并留平安余地为好,可取3—4℃  当然为了使地埋管换热器获得更多热量,可加年夜轮回水与年夜地间温差传热,然而年夜地的温度是不变的,是以只有将轮回水温降至0℃以下,为此轮回水必需利用防冻液,如乙二醇溶液或食盐水  但如许会进步工程造价萄丝脊航、增添对设备的侵蚀  在严冷地域不得不如许做,而在华北地域的工程顶用水就可知足要求,纷歧定要加防冻液  地温是恒定值,可经由过程测井实测  有关资料先容某地地下约100米的地温是本地年均匀气温加4℃摆布  天津市年均匀气温是12.2℃,实测天津市地下约100米的地温约为16℃,根基合适以上纪律 

                 

                回填材料

                可以选用浇铸混凝土萄丝脊航、回填沙石散料或回填泥土等  材料选摘要兼顾工程造价萄丝脊航、传热机能萄丝脊航、施工便利等身分  从现实测试比力浇铸混凝土换热机能最好,但造价高萄丝脊航、施工难度年夜,但可连系建筑物桩基一路施工  回填沙石或碎石换热结果比力好,并且施工轻易萄丝脊航、造价低,可普遍采用   

                 

                 

                 

                (二)埋管系统环路

                一萄丝脊航、埋管体例

                 

                1萄丝脊航、程度埋管

                程度埋管首要有单沟单管萄丝脊航、单沟双管萄丝脊航、单沟二层双管萄丝脊航、单沟二层四管萄丝脊航、单沟二层六管等形式,因为多层埋管的基层管处于一个较不变的温度场,换热效率好于单层,并且占地面积较少,是以应用多层管的较多  (单层管最佳深度1.2~2.0m,双层管1.6~2.4m)

                近年来国外又新开辟了两种程度埋管形式,一种是扁平曲线状管,另一种是螺旋状管  它们的长处是使地沟长度缩短,而可埋设的管子长度增添 

                2 萄丝脊航、垂直埋管

                按照埋管形式的分歧,一般有单U 形管,双U 形管,套管式管,小直径螺旋盘管和年夜直径螺旋盘管,立式柱状管萄丝脊航、蜘蛛状管等形式;按埋设深度分歧分为浅埋(≤30m)萄丝脊航、中埋(31~80m)和深埋(>80m) 

                1)U 形管型:是在钻孔的管井内安装U 形管,一般管井直径为100~150mm,井深10~200m,U 形管径一般在φ50mm 以下 

                2)套管式换热器:的外管直径一般为100~200mm,内管为φ15~φ25mm  其换热效率较U 形管进步16.7%  错误谬误:⑴下管比力坚苦,初投资比U 形管高  ⑵在套管端部与内管进萄丝脊航、出水毗连处欠益处置,易泄露,是以合用于深度≤30m 的竖埋直管,对中埋采用此种形式宜稳重 

                 

                二萄丝脊航、地下埋管系统环路体例

                 

                1萄丝脊航、串联体例

                长处:①一个回路具有单一畅通通路,管内积压的空气轻易排出;

                ②串联体例一般需采用较年夜直径的管子,是以对于单元长度埋管换热量来讲,串联体例换热机能略高

                错误谬误:①串联体例需采用较年夜管径的管子,因而本钱较高;

                ②因为系统管径年夜,在冬季气温低地域,系统内需充注的防冻液(如乙醇水溶液)多;

                ③安装劳动本钱增年夜;

                ④管路系统不克不及太长,不然系统阻力损掉太年夜 

                2萄丝脊航、并联体例

                长处:①因为可用较小管径的管子,是以本钱较串联体例低;

                ②所需防冻液少;

                ③安装劳动本钱低 

                错误谬误:

                ①设计安装中必需特殊留意确保管内流体流速较高,以充实排出空气;

                ②各并联管道的长度尽量一致(误差应≤10%),以包管每个并联回路有不异的流量;

                ③确保每个并联回路的入口与出口有不异的压力,利用较年夜管径的管子做集箱,可达到此目标 

                从国表里工程实践来看,中萄丝脊航、深埋管采用并联体例者居多;浅埋管采用串联体例的多

                 

                三萄丝脊航、地埋管打孔孔径

                 

                孔径:

                按照地质布局分歧,钻孔孔径可所以Ф100萄丝脊航、Ф150萄丝脊航、Ф200或Ф300,天津地域地表泥土层很厚,为了钻孔萄丝脊航、下管便利多采用Ф300孔径 

                 

                (三)地下埋管系统设计

                 

                一.地下换热量计较

                 

                地下换热量可以由下述公式计较:

                Q1'= Q1*(1+1/COP1) kW (1)

                Q2'= Q2*(1-1/COP2) kW (2)

                此中Q1'——夏日向泥土排放的热量,kW

                Q1——夏日设计总冷负荷,kW

                Q2'——冬季从泥土接收的热量,kW

                Q2——冬季设计总热负荷,kW

                COP1——设计工况下水源热泵机组的制冷系数

                COP2——设计工况下水源热泵机组的供热系数

                一般地,水源热泵机组的产物样本中都给出分歧进出水温度下的制冷量萄丝脊航、制热量以及制冷系数萄丝脊航、供热系数,计较时应从样本中选用设计工况下的 萄丝脊航、   若样本中无所需的设计工况,可以采用插值法计较 

                 

                二萄丝脊航、地下热互换设计

                 

                1.程度埋管:

                确定管沟数量:

                埋管管长的估算:操纵管材“换热能力”,即单元埋管管长的换热量  程度埋管单元管材“换热能力”在20~40W/m(管长)摆布,;设计时可取换热能力的下限值,即20 W/m 

                单沟单管埋管总长具体计较公式如下: L=Q/20

                此中L ——埋管总长,m

                Q ——冬季从泥土掏出的热量,w

                分母“20”是每m 管长冬季从泥土掏出的热量,W/m

                单沟双管萄丝脊航、单沟二层双管萄丝脊航、单沟二层四管萄丝脊航、单沟二层六管安插时别离乘上0.9萄丝脊航、0.85萄丝脊航、0.75萄丝脊航、0.70 的热干扰系数(热协调系数) 

                确定管沟间距:

                为了防止埋管间的热干扰,必需包管埋管之间有必然的间距  该间距的巨细与运行状况(如持续运行仍是间歇运行;间歇运行的开萄丝脊航、停机比等)萄丝脊航、埋管的安插形式(如单行安插,只有双方有热干扰;多排安插,四面均有热干扰)等等有关 

                建议串联每沟1 管,管径1/4"~2";串联每沟2 管, 1 又1/4"~1 又1/2"  并联每沟2 管, 1"~1 又1/4";并联每沟4~6 管,管径13/4"~1" 

                管沟间距:每沟1 管的间距1.2m,每沟2 管的间距1.8m,每沟4 管间距3.6m  管沟内最上面管子的管顶到地面的的最小高度不小于1.2m 

                2萄丝脊航、竖直埋管

                确定竖井埋管管长

                一般垂直单U 形管埋管的换热能力为60~80 W/m(井深),垂直双U 形管为80~100W/m(井深)摆布,设计时可取换热能力的下限值 

                一般垂直埋管为70~110W/m(井深),或35~55W/m(管长),程度埋管为20~40W/m(管长)摆布 

                设计时可取换热能力的下限值,即35W/m(管长),双U管设计具体计较公式如下:

                L=Q1/25 (3)

                此中 L——竖井埋管总长,m

                Q1——夏日向泥土排放的热量, W

                分母“35”是夏日每m管长散热量,W/m

                确定竖井数量及间距

                国外,竖井深度大都采用50~100m[2],设计者可以在此规模内选择一个竖井深度H,代进下式计较竖井数量:

                N=L/(4*H) (4)

                此中 N——竖井总数,个

                L——竖井埋管总长,m

                H——竖井深度,m

                分母“2”是考虑到竖井内埋管管长约即是竖井深度的2倍 

                然后对计较成果进行圆整,若计较成果偏年夜,可以增添竖井深度,但不克不及太深,不然钻孔和安装本钱年夜年夜增添 

                关于竖井间距有资料指出:U型管竖井的程度间距一般为4.5m[3],也有实例中提到DN25的U型管,其竖井程度间距为6m,而DN20的U型管,其竖井程度间距为3m[4]  若采用串联毗连体例,可采用三角形安插(详见[2])来节约占地面积 

                工程较小,埋管单排安插,地源热泵间歇运行,埋管间距可取3.0m;工程较年夜,埋管多排安插,地源热泵间歇运行,建议取间距4.5m;若持续运行(或停机时候较少)建议取5~6m

                 

                留意事项

                1萄丝脊航、垂直地埋管换热器埋管深度应年夜于30m,宜为60m~150m;钻孔间距宜为3m~6m  程度管埋深应不小于1.2m   

                2萄丝脊航、地埋管换热器程度干管坡度宜为0.3%,不该小于0.2%   

                3萄丝脊航、地埋管环路之间应并联且同程安插,两头应别离与供萄丝脊航、回水管路集管相毗连  每个环路集管毗连的环路数宜不异   

                4萄丝脊航、地埋管换热器宜接近机房或以机房为中间设置  展设供萄丝脊航、回水集管的管沟宜分隔安插;供萄丝脊航、回水集管的间距不该小于0.6m 

                 

                三萄丝脊航、管径与流速设计

                 

                1萄丝脊航、确定管径 

                在现实工程中确定管径必需知足两个要求:

                (1)管道要年夜到足够连结最小输送功率;

                (2)管道要小到足够使管道内连结紊流以包管流体与管道内壁之间的传热 

                显然,上述两个要求彼此矛盾,需要综合考虑  一般并联环路用小管径,集管用年夜管径,地下热互换器埋管常用管径有20mm萄丝脊航、25mm萄丝脊航、32mm萄丝脊航、40mm萄丝脊航、50mm,管内流速节制在1.22m/s以下,对更年夜管径的管道,管内流速节制在2.44m/s以下或一般把各管段压力损掉节制在4mH2O/100m当量长度以下   

                备注:

                ① 地下埋管换热器环路压力损掉限制在30~50kPa/100m 为好,最年夜不跨越50kPa/100m  同时应使管内活动处于紊流过渡区 

                ② 地下埋管系统单元冷吨(1 冷吨=3024kcal/h=3.52kW)水流量节制在0.16~0.19L/s.t

                ③ 最小管内流速(流量):在不异管径萄丝脊航、不异流速下,水的雷诺数最年夜年夜  所以采用CaCl2 和乙二醇水溶液时,为了包管管内的紊流活动,与水比拟需采用年夜的流速和流量 

                2萄丝脊航、校核管材承压能力

                管路最年夜压力应小于管材的承压能力  若不计竖井灌浆引起的静压抵消,管路所需承受的最年夜压力即是年夜气压力萄丝脊航、重力感化静压和水泵扬程一半的总和[1],即:

                P=P0+ρgH+0.5Ph

                此中 p——管路最年夜压力,Pa

                P0——建筑物地点确本地年夜气压,Pa

                ρ——地下埋管中流体密度,kg/m3

                g——本地重力加快度,m/s2

                H——地下埋管最低点与闭式轮回系统最高点的高度差,m

                Ph——水泵扬程,Pa

                3其它

                3.1与常规空调系统近似,需在高于闭式轮回系统最高点处(一般为1m)设计膨胀水箱或膨胀罐,放气阀等附件 

                 

                (四)设计举例

                 

                一.设计参数

                 

                上海某复式室第空调面积212m2 

                1萄丝脊航、室外设计参数

                夏日室外干球温度tw=34℃, 湿球温度ts=28.2℃

                冬季室外干球温度tw=-4℃, 相对湿度φ=75%

                2萄丝脊航、室内设计参数

                夏日室内温度tn=27℃, 相对湿度φn=55%

                冬季室内温度tn=20℃, 相对湿度φn=45%

                 

                二.计较空调负荷及选择首要设备

                 

                1萄丝脊航、参考常规空调建筑物冷热负荷的计较方式,

                计较获得各房间冷热负荷并选择风机盘管型号;考虑房间共用系数(取0.8),获得建筑物夏日设计总冷负荷为24.54kW,冬季设计总热符负荷为16.38kW,选择NOBO SI20TR型地源源热泵机组1台,本设计举例工况下的 COP1=5.9, COP2=4.2 

                2萄丝脊航、计较地下负荷

                按照公式(1)萄丝脊航、(2)计较得

                Q1'= Q1*(1+1/COP1)=24.54*(1+1/5.9)=28.7 kW

                Q2'= Q2*(1-1/COP2)=16.38*(1-1/4.2)=12.48 kW 

                取夏日向泥土排放的热量 进行设计计较 

                3萄丝脊航、确定管材及埋管管径

                选用聚乙烯管材PE63(SDR11),并联环路管径为DN20,集管管径别离为DN25萄丝脊航、DN32萄丝脊航、DN40萄丝脊航、DN50,如图1所示 

                4萄丝脊航、确定竖井埋管管长

                按照公式(3)计较得

                L=28.7*1000/25=1148 m

                5萄丝脊航、确定竖井数量及间距

                拔取竖井深度50m,按照公式(4)计较得

                N=L/(4*H)=5.74 个

                圆整后取 6 个竖井,竖井间距取 4 m 

                6萄丝脊航、计较地埋管压力损掉

                参照本文2.6先容的计较方式,别离计较1-2-3-4-5-6-7-8-9-10─11─11′-1′各管段的压力损掉,获得各管段总压力损掉为40kPa  再加上毗连到热泵机组的管路压力损掉,以及热泵机组萄丝脊航、均衡阀和其他设备元件的压力损掉,所选水泵扬程为15mH2O 

                7萄丝脊航、校核管材承压能力

                南京夏日年夜气压力 P0=100250 Pa,水的密度 ρ=1000 kg/m3,

                本地重力加快度 g=9.8 m/s2, 高度差 H=50.5 m

                重力感化静压 ρgH=494900 Pa

                水泵扬程一半 0.5Ph=7.5 mH2O=73529 Pa

                是以,管路最年夜压力 P=P0+ρgH+0.5Ph=673550Pa(约0.7Mpa)

                聚乙烯PE-100额定承压能力为1.6MPa,管材完全知足设计要求