水地源机组设计培训资料

1、水地源机组设计培训弗德里希冷冻设备（杭州）有限公司FEDRICH -Since 1883 源自美国百年专业品质 水/地源热泵设备分类水/地源热泵设备冷热风型(水风)分体式机组整体式机组小型机组模块组合式全热回收式整体式大型机组螺杆式(干式)离心式螺杆式(满液)全热回收型冷热水型(水水)热水机组高温热水机组活塞式 分类冷热风型（水风）小型分体/整体式冷热风型优点 1、公摊能耗只有水泵，能实现分户计量，可用于综合市场等； 2、没有机房，节省面积； 3、用冷却塔系统时造价低； 4、可以同时制冷/制热。缺点 1、机组数量多，维护量大； 2、主机装于天花板内，噪音大； 3、能效相对低； 4、用冷却塔系统

2、时需辅助热源。 分类冷热风型（水风）小型分体/整体式冷热风型整体式分体式 分类冷热风型（水风）客户关注问题要点小型分体/整体式冷热风型 噪声噪声和振动的原因：1、系统设计/选型是否适当2、安装是否适当3、机组本身的问题 分类冷热风型（水风）客户关注问题要点维护过滤器清洗，维护复杂水系统分配均匀问题：同程管路+分路流量开关采用开式冷却塔系统的水质问题：采用同轴螺旋套管换热器主机数量多的管理：自控系统 分类冷热水型（小型）小型水水机组适用于别墅及小型商业用途一般与热水联合使用组合方式灵活 分类冷热水型（涡旋）全热回收机组全热回收是指夏季时某个时间内将室内吸收的全部热量用于制造生活热水，当生活热水温

3、度达到一定温度后再切换将吸收的热量排放到土壤或者地下水中。全热回收机组有两个大小接近的冷凝器，一个用于制生活热水、一个用于标准冷凝。全热回收热量在同温度工况下与制热量相当。优点：热回收量大，任何季节都可单独制造热水。缺点：频繁切换，系统复杂，冬季需要轮流进行制热水或采暖。 分类冷热水型（涡旋）供冷采暖+热水 独立系统全热回收系统全热回收+标准机功能和运行两台机组，一台提供空调供冷采暖，一台提供生活热水全年保证空调供冷，采暖和提供生活热水需两种机组组合达到一台机组，大部分时间可提供空调采暖和生活热水冬季：空调采暖与生活热水不能同时使用夏季： 空调负荷低，机组卸载时，不能提供生活热水一台机组就可达

4、到1两台机组，一台提供供冷采暖，另一台提供空调采暖和生活热水全年保证空调供冷，采暖和提供生活热水水泵如果用于需集中供水或大别墅时，两台机组共用源水水泵，源水水流量会加大，水泵功率也会加大，功耗增加源水流量不会加大适合集中供水，源水流量不会加大经济性分析独立系统，系统不会相互影响，能效稳定，运行较经济。空调和热回收是用一个氟路系统，相互影响较大.夏季开空调时热回收采暖，系统冷凝温度比正常运行提高近20度，整机能耗增加20%以上，由于空调机的功率远远大于热水机的功率，虽然节省了热水机的功耗，但是整机运行功耗增加，总的运行费用可能增加。过度季节，直接采暖，功耗与独立系统相近。冬季采暖与热水不能同时提

5、供，单独运行采暖或热水，功耗与独立系统相近。控制系统1.控制简单，供冷采暖+热水两套独立控制，稳定性高手工操作控制复杂，输出点多，故障率高可自动切换控制复杂检修1. 系统管路简单，维修便利2. 可以对空调和热水机分别检修。3. 空调分两个系统，某个系统故障时，另一个系统可正常运行。，1.系统管路复杂，维修不便。2.机组无法分别检修。3.故障时空调和热水无法使用。可以做到一用一备，一台机组故障，另一台机组继续运行保障空调与热水 分类冷热水型（涡旋）模块机组适用于会所、办公楼等中小型商业建筑拼装简便，可扩充多系统多级能量调节可按区域楼层设置 分类冷热水型（涡旋）单热水机组循环加热式/直热式 55及

6、以下北方高温式6585 分类冷热水型（螺杆）干式/满液式机组适用于大型公用商业建筑；单台2500kW以下为宜 分类冷热水型（螺杆）地源热泵的工作原理（夏季）取水井回灌井地源热泵的工作原理（冬季）取水井回灌井地源热泵的分类地源热泵系统经济性分析 下面以生产10000Kcal（大卡）热量时，用煤、电、热泵、燃气、油等采暖方式所需费用，作一个简单的比较。 从以上的比较可以看出：地源热泵机组耗能比燃煤费用高，但比燃油，燃气和用电加热费用低。地源热泵机组采用地能做热源，在供热时省去了锅炉房，节省建筑初投资，避免排烟污染。地源热泵机组在制冷时省去冷却塔，避免了噪音及霉菌污染。综述：地源热泵机组采用一次能源

7、（天然能源），与应用2次能源相比，环保，节能效果明显。何种情况下适合使用地源热泵？地埋管地源热泵有合适的地质条件（土壤的温度、传热性能等等）有足够的埋管空间成熟的埋管、回填技术地下水地源热泵有合适的水质条件（温度、洁净度、腐蚀性等）和水文地质条件（水层深度、厚度等）可用水量满足热泵系统要求地下水回灌顺利地表水地源热泵合适的水温和流量（河水）或容量（湖水）开式系统：能对地表水进行合适的处理（除砂、过滤、杀菌灭藻、净化）闭式系统：合理的换热盘管的设计、放置地点地埋管地源热泵系统设计要点地埋管换热系统勘察 地埋管地源热泵系统方案设计前，应对工程现场区内岩土体地质条件进行勘察，勘察应包括下列内容：岩土

8、层的结构岩土体热物性岩土体温度地下水静水位、水温、水质及分布地下水径流方向、速度冻土层厚度 岩土体的特性对地埋管换热器施工进度与初投资有很大影响。所以，工程勘察完成后，应对地埋管换热系统实施的可行性及经济性进行评估。地埋管换热系统设计总释热量与总吸热量要平衡 地源热泵系统的最大释热量要与建筑设计冷负荷相对应，最大吸热量要与建筑设计热负荷相对应：最大释热量冷负荷（11/EER）循环水输送过程得热量水泵释放热量最大吸热量热负荷（11/COP）循环水输送过程失热量水泵释放热量 地埋管换热系统的设计要进行全年动态负荷计算，最小计算周期宜为1年。 最大释热量和最大吸热量相差不大的工程，应分别计算供热与供

9、冷工况下地埋管换热器的长度，取其大者，确定地埋管换热器。 当两者相差较大时，宜通过技术经济比较，采用辅助散热（例如冷却塔）或辅助供热（例如锅炉）的方式来解决，这就是所谓的复合型系统。地埋管换热系统设计总释热量与总吸热量要平衡 吸热量释热量 土壤的温度不断降低热泵系统夏季制冷效率有所提高但是冬季制热效率大大降低，甚至不能向土壤吸热冬季采用供热锅炉补充，减少从土壤吸取的热量地埋管换热系统设计复合系统能从设计上保证地埋管换热器的换热平衡初投资比全部采用地埋管系统要少所需埋管数量和地表面积都比全部采用地埋管系统要少系统控制比全部采用地埋管系统要复杂地埋管换热系统设计埋管方式的确定 埋管方式应根据可使用

10、地面面积、工程勘察结果及挖掘成本等因素来确定：水平埋管可利用地表面积较大，浅层岩土体的温度及热物性受气候、雨水、埋设深度影响较小竖直埋管可利用地表面积较小，浅层岩土体的温度及热物性受气候、雨水、埋设深度影响较大桩埋没有合适的室外用地时，利用建筑物的混凝土基桩埋设，即将U形管捆扎在基桩的钢筋网架上，然后浇灌混凝土，使U形管固定在基桩内地埋管换热系统设计埋管方式的确定目前，竖直埋管由于占地面积小，且埋管技术成熟，因此在国内应用最为广泛地埋管换热系统设计传热介质的选用 传热介质以水为首选，在有可能冻结的地区，应在传热介质中添加防冻剂，添加防冻剂后的传热介质的冰点宜比系统设计最低运行水温低35。可选的

11、防冻剂包括：盐类：氯化钙和氯化钠乙二醇（15%配比）酒精钾盐溶液地埋管换热系统设计地埋管管材的选用 地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小的塑料管材及管件，宜采用聚乙烯管（PE80或PE100）或聚丁烯管（PB），不宜采用聚氯乙稀（PVC）管。管件与管材应为相同材料。 不得宜采出厂已久的管材，宜采用刚刚制造出的管材。聚乙烯管应符合给水用聚乙烯（PE）管材GB/T 13663的要求；聚丁烯管应符合冷热水用聚丁烯（PB）管道系统GB/T 19473.2的要求。地埋管换热系统设计回填材料水平地埋管换热器 回填料应细小、松散、均匀，且不应含石块及土块。回填压实过程应均匀，回填料应与管

12、道接触紧密，且不得损伤管道。竖直地埋管换热器 灌浆回填料宜采用膨润土和细砂（或水泥）的混合浆或专业灌浆材料（膨润土的比例宜为46）。 钻孔时取出的泥砂浆凝固后如收缩很小时，也可用作灌浆材料。 当地埋管换热器设在密实或坚硬的岩土体中时，宜采用水泥基料灌浆回填。以防止孔隙水因冻结膨胀损坏膨润土灌浆材料而导致管道被挤压节流。U形管安装完毕后，应立即灌浆回填封孔，隔离含水层灌浆时，应保证灌浆的连续性，应根据机械灌浆的速度将灌浆管逐渐抽出，使灌浆液自下而上灌注封孔，确保钻孔灌浆密实，无空隙，否则会降低传热效果，影响工程质量。地下水地源热泵系统设计要点地下水地源热泵系统设计地下水换热系统勘察 地下水地源热

13、泵系统方案设计前，应根据地源热泵系统对水量、水温和水质的要求，对工程场区的水文地质条件进行勘察：地下水类型含水层岩性、分布、埋深及厚度含水层的富水性和渗透性地下水径流方向、速度和水力坡度地下水水温及其分布地下水水质地下水水位动态变化地下水地源热泵系统设计水文地质试验 地下水地源热泵系统勘察应进行水文地质试验：抽水试验（稳定延续12小时，出水量不小于设计出水量，降深不大于5米）回灌试验（稳定延续36小时以上，回灌量应大于设计回灌量）测量出水水温取分层水样并化验分析分层水质水流方向试验渗透系数计算地下水地源热泵系统设计水井的设计 水井的设计应符合现行国家标准供水管井技术规范GB 50296的相关规

14、定，并应包含下列内容：水井抽水量和回灌量、水温和水质水井数量、井位分布及取水层位井管配置及管材选用，抽灌设备选择井身结构、填砾位置、滤料规格及止水材料抽水试验和回灌试验要求及措施井口装置及附属设施地下水地源热泵系统设计水质要求 直接进入水源热泵机组的地下水水质应满足以下要求： 当水质达不到要求时，应进行处理。经过处理后仍达不到规定时，应在地下水与水源热泵之间加设中间换热器。 对于腐蚀性及硬度高的水源，应设置抗腐蚀的不锈钢换热器或钛板换热器。 在使用海水时，建议在进入换热器前增加氯气处理装置以防止藻类在换热器内部滋生。含砂量pH值CaO矿化度ClSO42Fe2H2S1/200,0006.58.5

15、200mg/L3g/L100mg/L200mg/L1mg/L0.5mg/L地下水地源热泵系统设计水质问题及解决措施地下水地源热泵系统设计要点取水形式尺 寸深 度(m)适 用 范 围 出 水 量 (m3/d)地下水类型地下水埋深含水层厚度水文地质特征管井井径50100mm；150600mm井深201000 m,常用300 m 以内潜水，承压水，裂隙水，溶洞水200m以内,常用70m以内大于5m或有多层含水层适用于任何砂、卵石、砾石地层及构造裂隙、岩溶裂隙地带单井出水量500-6000m3/d,最大可达2-3万m3/d大口井井径210m,常用48m井深在20m以内,常用615m潜水，承压水一般在1

16、0m以内一般为5-15m砂、卵石、砾石地层，渗透系数最好在20m/d以上单井出水量500-1万m3/d,最大为2-3万m3/d辐射井集水井直径46m,辐射管直径50-300mm，常用75150mm集水井井深312m潜水，承压水埋深12m以内,辐射管距降水层应大于1m一般大于2m补给良好的中粗砂、砾石层，但不可含有飘砾单井为50003万m3/d,最大为3.1万m3/d渗渠直径为4501500mm,常用为6001000mm埋深10 m 以内，常用46 m潜水，河床渗透水一般埋深8m以内一般为46m补给良好的中粗砂、砾石、卵石层一般为1030m3/d.m,最大为50-100m3/d.m地下水地源热泵

17、系统设计回灌地下水通过回灌井全部送回原来的取水层，要求从哪层取水必须再回灌到哪层，这样做可以避免污染含水层和维持同一含水层储量，保护地质结构和地热能资源。地下水必须全部回灌，不得用于取水等其他用途。一般为了保证回灌效果，抽水井与回灌井比例不小于1：2 一般来说，水井应具有长时间抽水和回灌的双重功能，即抽水井与回灌井可以互相转换。回灌主要有3种形式：自流回灌：适用于渗透性极好的含水层真空回灌：适用于低水位和渗透性好的含水层，目前国内大多数系统都采用这种回灌方式压力回灌：适用于高水位和渗透性差的含水层地下水地源热泵系统设计回灌井堵塞及解决方法水源热泵系统设计要点回扬 回扬是目前国内最常用的清洗回灌

18、井的方法为预防和处理管井堵塞主要采用回扬的方法，所谓回扬即在回灌井中开泵抽排水中堵塞物。每口回灌井回扬次数和回扬持续时间主要由含水层颗粒大小和渗透性而定。在岩溶裂隙含水层进行管井回灌，长期不回扬，回灌能力仍能维持；在松散粗大颗粒含水层进行管井回灌，回扬时间约一周12次；在中、细颗粒含水层里进行管井回灌，回扬间隔时间应进一缩短，每天应12次。在回灌过程中，掌握适当回扬次数和时间，才能获得好的回灌效果，如果怕回扬多占时间，少回扬甚至不回扬，结果管井和含水层受堵，反而得不偿失。回扬持续时间以浑水出完，见到清水为止。对细颗粒含水层来说，回扬尤为重要。实验证实：在几次回灌之间进行回扬与连续回灌不进行回扬

19、相比，前者能恢复回灌水位，保证回灌井正常工作。水源热泵系统设计要点节能设计 节能措施回灌水温总的来说，供回水温差越小，机组的效率越高，但同时水流量增加，泵功耗也增加。因此回灌水温要依据地下水资源的量确定：单井出水量大，打井方便时则可适当降低回灌温度。水侧节能器若地下水板式换热器中出水温度低于空调设定温度，则可以直接用其冷却空调区域，节省压缩机能耗，在北方地下水温度较低的地区可以使用；变频调速采用变频调节水泵转速，以降低水消耗量以及水泵的能耗。最低水源温度目前常见的设计最低供水温度为15，一般的随着供水温度的提高，机组效率会增加，因此在一些极端的条件下，使的供水温度比较低，可在系统中设置预加热器

20、，确保机组大部分时间运行在较高的效率下。内部热回收特别的当内部同时出现冷热负荷时，系统可转化为传统的水环路系统而省却了地下水消耗以及泵耗，特别是在北方地区。其它传统系统中的一二次泵、新风预处理、排风能量回收等方式都可以使用。地表水地源热泵系统设计要点地表水地源热泵系统设计地表水的范围湖水河流海水中水达到国家排放标准的污水、废水地表水地源热泵系统设计地表水换热系统勘察 地表水地源热泵系统方案设计前，应根据地源热泵系统对水量、水温和水质的要求，对工程场区的水文地质条件进行勘察：地表水水源性质、水面用途、深度、面积及其分布不同深度的地表水水温、水位动态变化地表水流速和流量动态变化地表水水质及其动态变

21、化地表水利用状况地表水取水和回水的适宜地点及路线地表水地源热泵系统设计开式系统 开式地表水换热系统：地表水在循环泵的驱动下，经处理后直接流经水源热泵机组或通过中间换热器进行热交换。为避免热短路，取水口应远离回水口，并宜位于回水口上游取水口应设置污物过滤装置从保障水源热泵机组正常运行的角度，地表水尽可能不直接进入水源热泵机组。直接进入水源热泵机组的地表水水质应符合以下规定含砂量pH值CaO矿化度ClSO42Fe2H2S1/200,0006.58.5200mg/L3g/L100mg/L200mg/L1mg/L0.5mg/L地表水地源热泵系统设计闭式系统 闭式地表水换热系统：将封闭的换热盘管按照特定

22、的排列方法放入具有一定深度的地表水体中，传热介质通过换热管管壁与地表水进行热交换的系统。地表水换热盘管应牢固安装在水体底部为了防止风浪、结冰及船舶可能对其造成的损害，要求地表水的最低水位与换热盘管距离不应小于1.5米。最低水位指近20年每年最低水位的平均值换热盘管设置处水体的静压应在换热盘管的承压范围内打井数目计算打孔数目附录热水负荷计算表1.0.1 竖直地埋管换热器的热阻计算宜符合下列要求： 1 传热介质与U形管内壁的对流换热热阻可按下式计算： 式中Rf传热介质与U形管内壁的对流换热热阻（mKW） diU形管的内径（m） K传热介质与U形管内壁的对流换热系数附录 竖直地埋管换热器的设计计算

23、KdRip1f= 2 U形管的管壁热阻可按下列公式计算： （B.0.1-2） （B.0.1-3） 式中RpeU形管的管壁热阻(mKW)； pU形管导热系数 d0U形管的外径（m）； deU形管的当量直径（m）； 对单U形管， n =2；对双U形管， n =4。附录 竖直地埋管换热器的设计计算3 钻孔灌浆回填材料的热阻可按下式计算： （ B.0.1-4） 式中Rb钻孔灌浆回填材料的热阻（mKW）； b灌浆材料导热系数； db钻孔的直径（m）。附录 竖直地埋管换热器的设计计算4 地层热阻：即从孔壁到无穷远处的热阻可按下列公式计算：对于单个钻孔：附录 竖直地埋管换热器的设计计算对于多个钻孔：式中Rs地层热阻（mKW）； I指数积分公式，可按公式（B