地源热泵设计方案及运行费用分析实例

1、地源热泵设计方案及运行费用分析实例 时间:2006-2-19 9:24:58 作者:天津大学机械工程学院热能工程系朱强汪健生 浏览次数:4666 摘要：本文对津晋高速公路津港收费站地源热泵系统的设计进行了分析与计算，并对系统的实际运行费用进行了分析。与以空气作为热源的一般空调器在相同的供热、供冷负荷下运行相比，地源热泵系统具有显著的节能效果。关键词：热泵供热制冷引言地源热泵作为热泵技术应用的一个新的分支，由于其节能和优越的环保性能，近年来正在得到广泛的应用。地源热泵是利用土壤的良好蓄热及蓄冷特性进行的热力学逆循环的一种工程应用；在冬季供热时，热泵系统通过预埋在地下的管道将储存在地下的热通过传热

2、介质吸收，作为逆循环中的低温热源，由热泵完成逆循环并向热用户提供热量；在夏季供冷时，利用地下环境温度较低的特点使制冷系统中的冷凝温度降低，从而提高系统的制冷系数，与冷凝器直接与空气环境进行热交换的普通空调器制冷相比，有一定的节能效果。由于地源热泵系统在运行工作过程中除驱动热泵的动力外，无需其他热源或动力，而驱动热泵的动力主要是电能。因此，如不考虑电能的来源，地源热泵系统是城市供热及供冷的一种清洁能源，它不需要建立一般城市供热所需的锅炉房，同样也不存在由于燃料燃烧（燃煤、燃油）而带来的城市环境污染问题，可以实现冷热联供。此外，在实际使用中，对于一些受客观条件限制而无法采用其他供热、供冷方式的场所

3、，如高速公路收费站、人员设备相对较少的科考站、边防哨所，地源热泵则更体现出其特有的优越性；基于以上特点，本文对津港高速公路收费站地源热泵系统的设计及实际运行效果进行了系统分析。一、地源热泵系统负荷计算11热泵系统负荷计算津晋高速公路天津段自天津起至大港，全长35公里，建有三个收费站。津港收费站包括综合楼、综合楼附属用房及7个收费亭。其中综合楼建筑面积为744m2；综合楼附属餐厅为80m2；7个收费亭合计建筑面积47m2；津港收费站合计总建筑面积为871m2。根据天津气候条件及收费站建筑物的土建围护结构，本设计采用了ASHRAE推荐提供的CLF冷负荷系数法计算收费站建筑负荷；地源热泵系统在制冷工

4、况时，蒸发器温度为712，冷凝器温度为3035，室内温度25。其中收费站综合楼和附属用房的供冷负荷为120Wm2，收费亭供冷负荷为220Wm2。据此，津港收费站供冷最大负荷合计为113KW，津港收费站埋地换热器放热最大负荷合计为146KW。热负荷计算，本设计采用了ASHRAE推荐提供的方法计算收费站建筑热负荷，地源热泵系统在制热工况时，冷凝器温度为4550，蒸发器温度为26，室内温度为18。其中收费站综合楼和附属用房的供热负荷为100wm2，收费亭供负荷为120Wm2。由此可以计算出津港收费站最大供热负荷为92KW。12室内末端系统设计津港收费站需要供热、制冷的房间位置相对比较集中，功能比较单

5、一。根据津港收费站现场的实际情况，地源热泵系统为集中空调系统，附属用房单独设计热泵机房，室内末端系统设计采用风机盘管系统，以达到每个房间要求的空调温度。13室外埋管系统设计根据该建筑的实际情况设计地源热泵系统应以达到夏季制冷、冬季供热的要求，津港高速公路收费站地源热泵系统的室外埋管系统采用垂直U型埋管方式。根据埋地换热器放热最大负荷计算，采用垂直U型埋管方式需打井45口，井深100米。室外垂直埋管占地面积最小需要300平米，收费站的实际占地面积完全可以满足施工要求。此外，在埋管场地上还可建停车场、装饰或植树绿化等设施；对地面实际有效使用面积并无影响。地源热泵系统工作简图如图1所示，冬季供热和夏

6、季供冷时，地源热泵系统通过控制四通阀可以实现冬、夏两季不同工况的转换。二、津港收费站地源热泵空调系统运行费用夏季空调运行100天，每天24小时运行。冬季空调运行120天，每天24小时运行。室内空调循环水泵功率为3KW，室外空调循环水泵3KW，热泵机组两台，单台机组电功率133KW，运行系数049，根据有关实际运行情况及室内外参数情况，对系统在冬、夏两季的耗电量和运行费用进行了分析计算，结果如表1所示。电价计算时按峰、谷、平计算，其中：峰电价：08933（元kwh），时间：8：0011：0018：0023：00谷电价：02873（元kwh），时间：23：007：00平电价：05793（元/kwh

7、)，时间：11：0018：007：008：00根据现场实测数据，地源热泵系统在夏季制冷工况工作时，Cop=450；在冬季供热工况工作时，Cop=41。在同样的供热和制冷负荷条件下，如采用普通的空调器进行冬季供热和夏季制冷，其中在供热工况时，普通空调器的性能系数为22，而在制冷工况时，制冷系数为29，在此条件下，运行费用为：冬季供热：71057元，夏季制冷55175元；全年共计元。与此相比，地源热泵可节约费用约63。三、结论通过对津晋津高速公路津港收费站地源热泵系统的分析，本文得出以下结论：1由于采用了地下埋管换热器，使地源热泵系统在冬季供热时的COP值增加，本文实测可达45，这是由于冬季工况工

8、作时，地下温度比环境温度高，从而使地源热泵系统的蒸发温度提高，导致系统的COP值增加。2地源热泵系统在夏季供冷时，由于地下温度低于环境温度，使热泵系统的冷凝温度降低，导致系统的制冷系数提高，高于普通空调器的制冷系数。3与以空气作为热源的普通空调器相比，在满足相同的冷、热负荷条件下，地源热泵系统可节省运行费用65左右。4由于地源热泵系统无需消耗燃料，使用便捷；可以有效改进局部环境，对环境保护有积极的促进作用。地埋管地源热泵系统方案设计2011-11-18 10:08:31来源：中国热力网一般规定 1.在进行地埋管地源热泵系统方案设计前，应进行工程场地状况调查，并应对浅层地热能资源和工程场区内岩土

9、体地质条件进行勘察。2.应根据工程勘察结果评估地埋管换热系统实施的可行性及经济性 设计原则 1.当有合适的浅层地热能资源且经过技术经济比较可以利用时，应优先采用地埋管地源热泵系统。2.在现场工程勘察结果的基础上，综合现场可用地表面积、岩土类型和热物性参数以及钻孔费用等因素，确定地埋管换热器采用水平埋管还是竖直埋管方式。3.地埋管换热系统设计应进行全年动态负荷计算，最小计算周期不得小于1年，在此计算周期内，地源热泵系统总释热量宜与其总吸热量相平衡。4.最大释热量和最大吸热量相差不大的工程，应分别按供冷与供热工况进行地埋管换热器的长度计算，并取其较大者确定地埋管换热器的长度；当两者相差较大时，宜进

10、行技术经济比较，通过增加辅助热源或增加冷却塔辅助散热的措施来解决5.最大释热量和最大吸热量相差较大时，还可以通过水源热泵机组间歇运行来调节；也可以采用热回收机组，降低供冷季节的释热量，增大供暖季节的吸热量。6.地埋管换热器宜以机房为中心或靠近机房设置，其埋管敷设位置应远离水井，水渠及室外排水设置。7.地埋管水源热泵机组性能应符合现行国家标准水源热泵机组（GB/T19409-2003）的相关规定，且应满足地埋管地源热泵系统运行参数的要求。 设计要点 1.地埋管换热系统工程勘察应包括以下内容：岩土层的结构及分布、岩土体的热物性参数、岩土体的温度分布；地下水温度、静水位、径流方向、流速、水质及分布；

11、冻土层的厚度。2.地埋管地源热泵系统通过竖直或水平地埋管换热器与岩土体进行热交换，在地下10m以下的土壤温度基本上不随外界环境和季节变化而变化，且约高于当年年平均气温2。3.地埋管换热器设计计算宜根据现场实测岩土体及回填料的热物性参数、测试井的吸放热特性参数，采用专用软件进行。垂直地埋管换热器的设计可按地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2005）附录B给出的方法进行计算。4.地埋管换热器计算时，环路集管不应包括在地埋管换热器长度内。5.水平地埋管换热器可不设坡度敷设。最上层埋管顶部应在冻土层以下0.4m，且距地面不宜小于0.8m。单层管最佳埋设深度为1.22.0m，双层管为1.62.4

12、m。6.竖直埋管换热器埋管深度宜大于20m，钻孔孔径宜大于0.11m，为满足换热需要，钻孔间距应通过计算确定，一般宜为46m。水平环路集管距地面不宜小于1.5m，且应在冻土层以下0.6m。7.为确保地埋管换热器及时排气和强化换热，地埋管换热器内流体应保持紊流状态，单U形管不宜小于0.6m/s，双U形管不宜小于0.4m/s，水平环路集管应敷设不小于0.002的坡度。 8.竖直地埋管环路两端应分别与水平供、回水环路集管相连接，且宜同程布置，为平衡各环路的水流量和降低其压力损失,每对水平供、回水环路集管连接的竖直地埋管环路数宜相等。水平供、回水环路集管的间距不宜小于0.6m。 9.竖直地埋管环路也可

13、采取分、集水器联接的方式，一定数量的地埋管环路供、回水管分别接入相应的分、集水器，分、集水器宜有平衡和调节各地埋管环路流量的措施。10.地埋管换热器的传热介质一般为水，在有可能冻结的地区，应在水中添加防冻剂。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。11.地埋管换热系统宜采用变流量设计，以充分降低系统运行能耗。 12.在水源热泵机组外进行冷、热转换的地埋管地源热泵系统应在水系统管路上设置冬、夏季节的功能转换阀门，转换阀门应性能可靠，严密不漏，并作出明显标识。 13.地埋管地源热泵系统在供冷、供热的同时，宜利用地源热泵系统的热回收功能提供（或预热）生活热水，不足部分由其

14、他方式补充。生活热水的制备可以采用制冷剂环路加热或水路加热的方式。生活热水的供应，应按照现行国家标准建筑给水排水设计规范（GB50015-2003）的规定执行。14.建筑物内系统循环水泵的流量，应按地源热泵机组蒸发器和冷凝器额定流量的较大值确定，水泵扬程为管路、管件、末端设备、地源热泵机组蒸发器或冷凝器（选取较大值）的阻力之和。 地源热泵工程设计方法与实例2010/7/2/9:48【慧聪热泵网】随着我国建筑业持续发展，对建筑节能的要求越来越高，而供热系统和空调系统是建筑能耗的主要组成部分，因此，设法减小这两部分能耗意义非常显著。地源热泵供热空调系统是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的系统1

15、。冬季通过吸收大地的能量，包括土壤、井水、湖泊等天然能源，向建筑物供热；夏季向大地释放热量，给建筑物供冷。相应的，地源热泵系统分土壤源热泵系统、地下水热泵系统和地表水热泵系统3种形式。 土壤源热泵系统的核心是土壤耦合地热交换器。 地下水热泵系统分为开式、闭式两种：开式是将地下水直接供到热泵机组，再将井水回灌到地下；闭式是将地下水连接到板式换热器，需要二次换热。 地表水热泵系统与土壤源热泵系统相似，用潜在水下并联的塑料管组成的地下水热交换器替代土壤热交换器。 虽然采用地下水、地表水的热泵系统的换热性能好，能耗低，性能系数高于土壤源热泵，但由于地下水、地表水并非到处可得，且水质也不一定能满足要求，

16、所以其使用范围受到一定限制。国外（如美国、欧洲）主要研究和应用的地源热泵系统以及我国理论研究和实验研究的重点均是土壤源热泵系统。目前缺乏系统设计数据以及较具体的设计指导，本文进行了初步探讨，以供参考。 1土壤源热泵系统设计的主要步骤（1）建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算 建筑物冷热负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算方法相同，可参考有关空调系统设计手册，在此不再赘述。 冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。可以由下述公式2计算： kW（1） kW（2） 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冬季从土壤吸收的热量，kW Q2-冬季设

17、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COP1、COP2。若样本中无所需的设计工况，可以采用插值法计算。 （2）地下热交换器设计 这部分是土壤源热泵系统设计的核心内容，主要包括地下热交换器形式及管材选择，管径、管长及竖井数目、间距确定，管道阻力计算及水泵选型等。（在下文将具体叙述） （3）其它 2地下热交换器设计2.1选择热交换器形式 2.1.1水平（卧式）或垂直（立式） 在现场勘测结果的基础上，考虑现

18、场可用地表面积、当地土壤类型以及钻孔费用，确定热交换器采用垂直竖井布置或水平布置方式。尽管水平布置通常是浅层埋管，可采用人工挖掘，初投资一般会便宜些，但它的换热性能比竖埋管小很多3，并且往往受可利用土地面积的限制，所以在实际工程中，一般采用垂直埋管布置方式。 根据埋管方式不同，垂直埋管大致有3种形式：（1）U型管（2）套管型（3）单管型（详见2）。套管型的内、外管中流体热交换时存在热损失。单管型的使用范围受水文地质条件的限制。U型管应用最多，管径一般在50mm以下，埋管越深，换热性能越好，资料表明4：最深的U型管埋深已达180m。U型管的典型环路有3种（详见1），其中使用最普遍的是每个竖井中布

19、置单U型管。 2.1.2串联或并联 地下热交换器中流体流动的回路形式有串联和并联两种，串联系统管径较大，管道费用较高，并且长度压降特性限制了系统能力。并联系统管径较小，管道费用较低，且常常布置成同程式，当每个并联环路之间流量平衡时，其换热量相同，其压降特性有利于提高系统能力。因此，实际工程一般都采用并联同程式。结合上文，即常采用单U型管并联同程的热交换器形式。 2.2选择管材 一般来讲，一旦将换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，这就要求保证埋入地下管材的化学性质稳定并且耐腐蚀。常规空调系统中使用的金属管材在这方面存在严重不足，且需要埋入地下的管道的数量较多，应该优先考虑使用价格较低的管

20、材。所以，土壤源热泵系统中一般采用塑料管材。目前最常用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材，它们可以弯曲或热熔形成更牢固的形状，可以保证使用50年以上；而PVC管材由于不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此，不推荐用于地下埋管系统。 2.3确定管径 在实际工程中确定管径必须满足两个要求2：（1）管道要大到足够保持最小输送功率；（2）管道要小到足够使管道内保持紊流以保证流体与管道内壁之间的传热。显然，上述两个要求相互矛盾，需要综合考虑。一般并联环路用小管径，集管用大管径，地下热交换器埋管常用管径有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管内流速控制在1.22m/s以下,对更大

21、管径的管道，管内流速控制在2.44m/s以下或一般把各管段压力损失控制在4mHO/100m当量长度以下1。 2.4确定竖井埋管管长 地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热系数等。文献2介绍了一种计算方法共分9个步骤,很繁琐，并且部分数据不易获得。在实际工程中，可以利用管材“换热能力”来计算管长。换热能力即单位垂直埋管深度或单位管长的换热量，一般垂直埋管为70110W/m(井深)，或3555W/m(管长)，水平埋管为2040W/m（管长）左右3。 设计时可取换热能力的下限值，即35W/m（管长），具体计算公式如下： （3） 其中Q1竖井埋

22、管总长，m L-夏季向土壤排放的热量，kW 分母“35”是夏季每m管长散热量，W/m 2.5确定竖井数目及间距 国外，竖井深度多数采用50100m2，设计者可以在此范围内选择一个竖井深度H，代入下式计算竖井数目: （4） 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。 然后对计算结果进行圆整，若计算结果偏大，可以增加竖井深度，但不能太深，否则钻孔和安装成本大大增加。 关于竖井间距有资料指出：U型管竖井的水平间距一般为4.5m3，也有实例中提到DN25的U型管，其竖井水平间距为6m，而DN20的U型管，其竖井水平间距为3m4。

23、若采用串联连接方式，可采用三角形布置（详见2）来节约占地面积。 2.6计算管道压力损失 在同程系统中，选择压力损失最大的热泵机组所在环路作为最不利环路进行阻力计算。可采用当量长度法，将局部阻力件转换成当量长度，和管道实际长度相加得到各不同管径管段的总当量长度，再乘以不同流量、不同管径管段每100m管道的压降，将所有管段压降相加，得出总阻力。 2.7水泵选型 根据上述计算最不利环路所得的管道压力损失，再加上热泵机组、平衡阀和其他设备元件的压力损失，确定水泵的扬程，需考虑一定的安全裕量。根据系统总流量和水泵扬程，选择满足要求的水泵型号及台数。 2.8校核管材承压能力 管路最大压力应小于管材的承压能

24、力。若不计竖井灌浆引起的静压抵消，管路所需承受的最大压力等于大气压力、重力作用静压和水泵扬程一半的总和1，即： 其中管路最大压力，Pa o-建筑物所在的当地大气压，Pa 地下埋管中流体密度，kg/m3 g-当地重力加速度，m/s2 h-地下埋管最低点与闭式循环系统最高点的高度差，m h-水泵扬程，Pa 3其它3.1与常规空调系统类似，需在高于闭式循环系统最高点处（一般为1m）设计膨胀水箱或膨胀罐，放气阀等附件。 3.2在某些商用或公用建筑物的地源热泵系统中，系统的供冷量远大于供热量，导致地下热交换器十分庞大，价格昂贵，为节约投资或受可用地面积限制，地下埋管可以按照设计供热工况下最大吸热量来设计

25、，同时增加辅助换热装置（如冷却塔板式换热器，板式换热器主要是使建筑物内环路可以独立于冷却塔运行）承担供冷工况下超过地下埋管换热能力的那部分散热量。该方法可以降低安装费用，保证地源热泵系统具有更大的市场前景，尤其适用于改造工程1。 4设计举例4.1设计参数 上海某复式住宅空调面积212m2。 4.1.1室外设计参数 夏季室外干球温度tw34,湿球温度ts28.2 冬季室外干球温度tw-4,相对湿度75 4.1.2室内设计参数 夏季室内温度tn27,相对湿度n55 冬季室内温度tn20,相对湿度n45 4.2计算空调负荷及选择主要设备 参考常规空调建筑物冷热负荷的计算方法，计算得到各房间冷热负荷并

26、选择风机盘管型号；考虑房间共用系数（取0.8），得到建筑物夏季设计总冷负荷为24.54kW，冬季设计总热符负荷为16.38kW，选择WPWD072型水源热泵机组2台，本设计举例工况下的COP13.3，COP23.7。 4.3计算地下负荷 根据公式（1）、（2）计算得 kW kW 取夏季向土壤排放的热量Q1进行设计计算。 4.4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，集管管径分别为DN25、DN32、DN40、DN50，如图1所示。 4.5确定竖井埋管管长 根据公式（3）计算得 m 4.6确定竖井数目及间距 选取竖井深度50m，根据公式（4）计算得 个

27、圆整后取10个竖井，竖井间距取4.5m。 4.7计算地埋管压力损失 参照本文2.6介绍的计算方法，分别计算1234567891011111各管段的压力损失，得到各管段总压力损失为40kPa。再加上连接到热泵机组的管路压力损失，以及热泵机组、平衡阀和其他设备元件的压力损失，所选水泵扬程为15mH2O。 4.8校核管材承压能力 上海夏季大气压力oPa，水的密度1000kg/m， 当地重力加速度g9.8m/s2，高度差h50.5m 重力作用静压ghPa 水泵扬程一半0.5h7.5mH2O73529Pa 因此，管路最大压力ogh0.5hPa（约0.7Mpa） 聚乙烯PE63（SDR11）额定承压能力为

28、1.0MPa，管材满足设计要求。 5结论地源热泵系统在我国长江流域及其周围地区具有广阔的应用前景，但有关影响土壤源热泵系统广泛应用的主要因素（如地下热交换器的传热强化、土壤性质等）的研究还很有限，设计时大致可以遵循以下原则： （1）若建筑物周围可利用地表面积充足，应首先考虑采用比较经济的水平埋管方式；相反，若建筑物周围可利用地表面积有限，应采用竖直U型埋管方式。 （2）尽管可以采用串联、并联方式连接埋管，但并联方式采用小管径，初投资及运行费用均较低，所以在实际工程中常用，且为了保持各并联环路之间阻力平衡，最好设计成同程式。 （3）选择管径时，除考虑安装成本外，一般把各管段压力损失控制在4mH2

29、O/100m（当量长度）以下，同时应使管内流动处于紊流过渡区。 地源热泵地埋管计算方法 更新：2011-10-13 来源： 作者： 阅读：680 评论：0条摘要： 一般来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，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。 地埋部分设计（一）管材选择及流体介质一、管材一般来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，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（PE）和聚丁烯（PB）在国外地源热泵系统中得到了广泛应用。2、PVC（聚氯乙烯）管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接

30、头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用PVC 管。3、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-2050范围内。5、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择。6、地埋管应能按设计要求长度成捆供应，中间不得有机械接口及金属接头。二、连接1、热熔联接（承接联接和对接联接，对于小管径常采用）2、电熔联结三、流体介质及回填料流体介质南方地区：由于地温高，冬季地下埋管进水温度在0以上，因此多采用水作为工作流体；北方地区：冬季地温低，地下埋管进水温度一般均低于0，因此一般均需使用防冻液

31、。（盐类溶液-氯化钙和氯化钠水溶液；乙二醇水溶液；酒精水溶液等）。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，与普通冷水机组相同。地埋管中循环水进入U管的最高温度应 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100150mm，井深10200m，U 形管径一般在50mm 以下。2）套管式换热器：的外管直径一般为100200mm，内管为1525。其换热效率较U 形管提高16.7%。缺点：下管比较困难，初投资比U 形管高。在套管端部与内管进、出水连接处不好处理，易泄漏，因此适用于深度30m 的竖埋直管，对中埋采用此种形式宜慎重。二、地下埋管系统环

32、路方式1、串联方式优点：一个回路具有单一流通通路，管内积存的空气容易排出；串联方式一般需采用较大直径的管子，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：串联方式需采用较大管径的管子，因而成本较高；由于系统管径大，在冬季气温低地区，系统内需充注的防冻液（如乙醇水溶液）多；安装劳动成本增大；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：由于可用较小管径的管子，因此成本较串联方式低；所需防冻液少；安装劳动成本低。缺点：设计安装中必须特别注意确保管内流体流速较高，以充分排出空气；各并联管道的长度尽量一致（偏差应10%），以保证每个并联回路有相同的流量；确保每个并联回路的进口与

33、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、深埋管采用并联方式者居多；浅埋管采用串联方式的多三、地埋管打孔孔径孔径：根据地质结构不同，钻孔孔径可以是100、150、200或300，天津地区地表土壤层很厚，为了钻孔、下管方便多采用300孔径。（三）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 （1）Q2= Q2*(1-1/COP2) kW （2）其中Q1-夏季向土壤排放的热量，kWQ1-夏季设计总冷负荷，kWQ2-冬季从土壤吸收的热量，kWQ2-冬季设计总热负荷，kWCOP1-设计工况下水源热泵机组

34、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，可以采用插值法计算。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：利用管材“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2040W/m（管长）左右，；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算公式如下： L=Q/20其中L -埋管总长，mQ -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

35、双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管布置时分别乘上0.9、0.85、0.75、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，必须保证埋管之间有一定的间距。该间距的大小与运行状况（如连续运行还是间歇运行；间歇运行的开、停机比等）、埋管的布置形式（如单行布置，只有两边有热干扰；多排布置，四面均有热干扰）等等有关。建议串联每沟1 管，管径1/42；串联每沟2 管， 1 又1/41 又1/2。并联每沟2 管， 11 又1/4；并联每沟46 管，管径13/41。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

36、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一般垂直单U 形管埋管的换热能力为6080 W/m(井深)，垂直双U 形管为80100W/m(井深)左右，设计时可取换热能力的下限值。一般垂直埋管为70110W/m(井深)，或3555W/m(管长)，水平埋管为2040W/m（管长）左右。设计时可取换热能力的下限值，即35W/m（管长），双U管设计具体计算公式如下：L=Q1/25 （3）其中 L-竖井埋管总长，mQ1-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，竖井深度多数采用50100m2，设计者可以在此范围内选择一个竖井深度H，代

37、入下式计算竖井数目:N=L/(4*H) （4）其中 N-竖井总数，个L-竖井埋管总长，mH-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。然后对计算结果进行圆整，若计算结果偏大，可以增加竖井深度，但不能太深，否则钻孔和安装成本大大增加。关于竖井间距有资料指出：U型管竖井的水平间距一般为4.5m3，也有实例中提到DN25的U型管，其竖井水平间距为6m，而DN20的U型管，其竖井水平间距为3m4。若采用串联连接方式，可采用三角形布置（详见2）来节约占地面积。工程较小，埋管单排布置，地源热泵间歇运行，埋管间距可取3.0m；工程较大，埋管多排布置，地源热泵间歇运行，建议取间距4.5

38、m；若连续运行（或停机时间较少）建议取56m注意事项1、垂直地埋管换热器埋管深度应大于30m，宜为60m150m；钻孔间距宜为3m6m。水平管埋深应不小于1.2m。2、地埋管换热器水平干管坡度宜为0.3%，不应小于0.2%。3、地埋管环路之间应并联且同程布置，两端应分别与供、回水管路集管相连接。每个环路集管连接的环路数宜相同。4、地埋管换热器宜靠近机房或以机房为中心设置。铺设供、回水集管的管沟宜分开布置；供、回水集管的间距不应小于0.6m。三、管径与流速设计1、确定管径在实际工程中确定管径必须满足两个要求：（1）管道要大到足够保持最小输送功率；（2）管道要小到足够使管道内保持紊流以保证流体与管道内壁之间的传热。显然，上述两个要求相互矛盾，需要综合考虑。一般并联环路用小管径，集管用大管径，地下热交换器埋管常用管径有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管内流速控制在1.22m/s以下,对更大管径的管道，管内流速控制在2.44m/s以下或一般把各管段压力损失控制在4mHO/100m当量长度以下。备注： 地下埋管换热器环路压力损失限制在3050kPa/100m 为好，最大不超过50kPa/100m。同时应使