地源热泵地埋管设计

Word版本，下载可自由编辑地源热泵地埋管设计地源热泵地埋管设计是怎样的？有哪些材质？请看我编辑的文章。

管材挑选及流体介质

一、管材

普通来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不行能举行修理或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性。

1、聚乙烯和聚丁烯在国外地源热泵系统中得到了广泛应用。

2、PVC管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接头处耐压能力差，简单导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推举用PVC管。

3、为了强化地下埋管的换热，国外有些提出采纳薄壁的不锈钢钢管，但目前实际应用不多。

4、管件公称压力不得小于1.0Mpa，工作温度应在-20℃～50℃范围内。

5、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍挑选。

6、地埋管应能按设计要求长度成捆供给，中间不得有机械接口及金属接头。

二、衔接

1、热熔联接

2、电熔联结

三、流体介质及回填料

流体介质

南方地区：因为地温高，冬季地下埋管进水温度在0℃以上，因此多采纳水作为工作流体；

北方地区：冬季地温低，地下埋管进水温度普通均低于0℃，因此普通均需使用防冻液。

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埋管水温：

1、热泵机组夏季向末端系统供冷水，设计供回水温度为7—12℃，与一般冷水机组相同。地埋管中循环水进入U管的最高温度应37℃，与冷却塔进水温度相同。

2、热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同，在满足供热条件下，应尽量减低供热水温度，这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提升cop值，并降低能耗。地埋管中循环水冬季进水温度，以水不冻结并留平安余地为好，可取3—4℃。

固然为了使地埋管换热器获得更多热量，可加大循环水与大地间温差传热，然而大地的温度是不变的，因此惟独将循环水温降至0℃以下，为此循环水必需使用防冻液，如乙二醇溶液或食盐水。但这样会提升工程造价、增强对设备的腐蚀。在寒冷地区不得不这样做，而在华北地区的工程中用水就可满足要求，不一定要加防冻液。

地温是恒定值，可利用测井实测。有关资料介绍某地地下约100米的地温是当地年平均气温加4℃左右。天津市年平均气温是12.2℃，实测天津市地下约100米的地温约为16℃，基本符合以上逻辑。

回填材料

可以选用浇铸混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料挑选要兼顾工程造价、传热性能、施工便利等因素。从实际测试比较浇铸混凝土换热性能最好，但造价高、施工难度大，但可结合建造物桩基一起施工。回填沙石或碎石换热效果比较好，而且施工简单、造价低，可广泛采纳。

埋管系统环路

一、埋管方式

1、水平埋管

水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管等形式，因为多层埋管的下层管处于一个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。

近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，一种是扁平曲线状管，另一种是螺旋状管。它们的优点是使地沟长度缩短，而可埋设的管子长度增强。

2、垂直埋管

按照埋管形式的不同，普通有单U形管，双U形管，套管式管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，立式柱状管、蜘蛛状管等形式；按埋设深度不同分为浅埋、中埋和深埋。

1）U形管型：是在钻孔的管井内安装U形管，普通管井直径为100～150mm，井深10~200m，U形管径普通在φ50mm以下。

2）套管式换热器：的外管直径普通为100～200mm，内管为φ15～φ25ｍｍ。其换热效率较U形管提升16.7%。缺点：⑴下管比较困难，初投资比U形管高。⑵在套管端部与内管进、出水衔接处不益处理，易泄漏，因此适用于深度≤30m的竖埋直管，对中埋采纳此种形式宜慎重。

二、地下埋管系统环路方式

1、串联方式

优点：①一个回路具有单一流通通路，管内积存的空气简单排出；

②串联方式普通需采纳较大直径的管子，因此对于单位长度埋管换热量来讲，串联方式换热性能略高

缺点：①串联方式需采纳较大管径的管子，因而成本较高；

②因为系统管径大，在冬季气温低地区，系统内需充注的防冻液多；

③安装劳动成本增大；

④管路系统不能太长，否则系统阻力损失太大。

2、并联方式

优点：①因为可用较小管径的管子，因此成本较串联方式低；

②所需防冻液少；

③安装劳动成本低。

缺点：①设计安装中必需特殊注重确保管内流体流速较高，以充分排出空气；

②各并联管道的长度尽量全都，以保证每个并联回路有相同的流量；

③确保每个并联回路的进口与出口有相同的压力，使用较大管径的管子做集箱，可达到此目的。

从国内外工程实践来看，中、深埋管采纳并联方式者居多；浅埋管采纳串联方式的多种。

三、地埋管打孔孔径

孔径：按照地质结构不同，钻孔孔径可以是Ф100、Ф150、Ф200或Ф300，天津地区地表土壤层很厚，为了钻孔、下管便利多采纳Ф300孔径。

地下埋管系统设计

一．地下换热量计算

地下换热量可以由下述公式计算：

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

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

其中Q1——夏季向土壤排放的热量，kW

Q1——夏季设计总冷负荷，kW

Q2——冬季从土壤汲取的热量，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

普通地，水源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量以及制冷系数、供热系数，计算时应从样本中选用设计工况下的。若样本中无所需的设计工况，可以采纳插值法计算。

二、地下热交换设计

1.水平埋管：

确定管沟数目:

埋管管长的估算：通过管材“换热能力”，即单位埋管管长的换热量。水平埋管单位管材“换热能力”在20～40W/m左右，；设计时可取换热能力的下限值，即20W/m。

单沟单管埋管总长详细计算公式如下：L=Q/20

其中L——埋管总长,m

Q——冬季从土壤取出的热量，w

分母“20”是每m管长冬季从土壤取出的热量，W/m

单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管布置时分离乘上0.9、0.85、0.75、0.70的热干扰系数。

确定管沟间距：

为了防止埋管间的热干扰，必需保证埋管之间有一定的间距。该间距的大小与运行情况、埋管的布置形式等等有关。

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、竖直埋管

确定竖井埋管管长

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

普通垂直埋管为70～110W/m(井深)，或35～55W/m(管长)，水平埋管为20～40W/m左右。

设计时可取换热能力的下限值，即35W/m，双U管设计详细计算公式如下：

L=Q1/25

其中L——竖井埋管总长，m

Q1——夏季向土壤排放的热量，W

分母“35”是夏季每m管长散热量，W/m

确定竖井数目及间距

国外，竖井深度多数采纳50～100m，设计者可以在此范围内挑选一个竖井深度H，代入下式计算竖井数目:

N=L/(4*H)

其中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等于竖井深度的2倍。

然后对计算结果举行圆整，若计算结果偏大，可以增强竖井深度，但不能太深，否则钻孔和安装成本大大增强。

关于竖井间距有资料指出：U型管竖井的水平间距普通为4.5m，也有实例中提到DN25的U型管，其竖井水平间距为6m，而DN2