1、地源热泵工程设计方法,内容简介,一、地源热泵简介 二、土壤源热泵的主要优势 三、土壤源热泵系统设计的主要步骤,地源热泵,土壤源热泵(地埋管) 地表水热泵(湖水海水等) 地下水热泵(井水),一、地源热泵简介 是水源热泵的一种形式，它利用水与地能进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源的空调系统,地源热泵型式1：土壤源热泵,将土壤热交换器安装在地下，通过中间介质作为冷热载体，使其在土壤热交换器的封闭环路中循环流动，从而实现与大地进行热交换的目的。,由潜在水面以下的、多重并联的塑料管组成的地下水热交换器取代了土壤热交换器，利用包括江水、河水、湖水、水库水以及海水作为热泵冷热源,地源热泵型式2：地表水热泵,
2、地源热泵型式3：地下水热泵,通常所说的深井回灌式水源热泵系统。通过潜水泵将地下水抽出，通过二次换热或直接送至水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，灌回地下,地源热泵的优势,1、双重功效 2、运行节能 3、稳定可靠、维护费用低 4、不存在除霜问题,二、土壤源热泵的主要优势,1、双重功效 2、运行节能 3、稳定可靠、维护费用低 4、不存在除霜问题 5、闭式循环，利于环保 6、不受地下水资源的限制，利于推广,三、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 （2）地下热交换器设计,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
3、：同常规空调系统相同 冬夏季地下换热量：,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冬季设计总热负荷，kW COP1设计工况下热泵机组的制冷系数 COP2设计工况下热泵机组的供热系数,（2）地下热交换器设计,地下热交换器形式 管材选择 管径 总管长 竖井数目 间距确定 管道阻力计算 水泵选型 管材校核,地下热交换器形式,水平埋管和垂直埋管 串联和并联 同程和异程,1、选择热交换器形式：水平埋管和垂直埋管,水平埋管：换热管水平地安装在地沟中,1、选择热交换器形式：水平埋管和垂直埋管,垂直埋管：换热管垂直安装在竖井中,水平埋管和垂直埋管的
4、比较,水平埋管：投资小，但换热性能差 ，并且往往受土地面积的限制 在实际工程中，一般采用垂直埋管布置方式。,埋管的布置方式：串联和并联,串联,并联,串联和并联的比较,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，且各并联环路之间容易达到流量平衡时，热力效果均衡,同程或异程,同程：各个并联环路的管路总长度相等,异程：各个并联环路的管路总长度不等,同程、异程的比较,同程：各个回路水阻力相等，水力稳定性好，流量分配均匀 异程：管路系统简单，投资小，但流量分配、调节性差,垂直埋管的分类（按埋管方式）,（1）U型管：应用最多 （2）套管型：内、外管中
5、流体热交换时存在热损失,推荐： 垂直U型管并联同程,2、选择管材,耐腐蚀 价格较低,最常用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材,3、确定管径,管道要大到足够保持最小输送功率 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 并联环路用小管径，集管用大管径,常用管径：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,确定管径：经验数据,4、确定埋管总管长,换热能力：单位垂直埋管深度或单位管长的换热量 总管长=换热量/换热能力,垂直埋管：70
6、110W/m(井深)，或3555W/m(管长) 水平埋管：2040W/m（管长）,5、确定井数目及间距,井的水平间距:4.5m,N=L/（2xH）,N竖井总数，个 L竖井埋管总长，m H竖井深度，m （50100）,6、计算管道阻力:当量长度法,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。,7、水泵选型,水泵扬程= （管道阻力+设备阻力）X安全系数,8、校核管材承压能力, 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 Ph水泵扬程，Pa,总结：设计步骤,地下热交换器形式 管材：(PE或PB） 管径：（控制流速） 总管长（换热量/换热能力） 竖井数目（总管长、井深） 间距确定（4.5m） 管道阻力计算(当量长度法） 水泵选型（扬程、流量） 管材校核,THANK YOU!,四、工程实例,集中系统 分散系统 混合系统,地源热泵的应用方式,集中系统和分散系统,混合系统,混合系统,
