地源热泵地埋管初步设计(洛阳宏图)
地源热泵设计方案
地源热泵设计方案1. 简介地源热泵系统是一种利用地下热能进行暖通空调的系统设备。
利用地下能源进行换热，实现冷热源的集中供应与分布传输，以提供建筑内的低温供暖、高温供热和空调制冷等功能。
本文将详细介绍地源热泵系统的设计方案，包括系统原理、设备选型、管道布局和系统优势等。
2. 系统原理地源热泵系统利用地下稳定的地温作为能源来源，通过地热换热器取得地热，再通过热泵机组对地热进行加工，实现室内供热与制冷。
其工作原理可分为以下几个步骤：•地热获取：通过埋设在地下的地热换热器，以管道的形式将地热传递到热泵机组。
•热泵循环：通过热泵机组，将地热转化为室内供热或制冷的热能。
•室内传递：将加工后的热能通过系统中的水循环泵，送至室内的暖通设备（暖气片、空调机组等）。
•室内回水：将传递过热能的水回收，再次循环利用。
3. 设备选型在地源热泵系统的设计中，设备的选型是至关重要的。
以下是几个需要考虑的方面：•地热换热器：需要选择性能稳定、散热效果好的地热换热器，如垂直地埋管、水井式地热换热器等。
•热泵机组：选取合适的热泵机组，应考虑制冷、供热量、制冷剂和能效比等因素，以满足实际使用需求。
•暖通设备：根据不同需求，选择合适的暖通设备，如暖气片、空调机组等。
4. 管道布局在地源热泵系统的设计中，管道布局对系统的运行效果有着重要的影响。
以下是几个需要注意的方面：•地热换热器的埋设深度：应考虑地下温度变化规律，合理选择地热换热器的埋设深度，一般在1.5-3米之间。
•管道尺寸和布局：根据热量传递的需要，选择合适尺寸的管道，并合理布局管道，避免过长的管道造成的热能损失。
•水循环泵的设置：根据实际需求，配置适当容量的水循环泵，确保热能的高效传递。
5. 系统优势地源热泵系统相比传统的供暖方式有着许多优势。
以下是几个主要的优点：•环境友好：地源热泵系统利用可再生的地下热能作为能源，并且与室内无直接排放物质，对环境无污染。
•节能高效：地源热泵系统利用地下稳定的地温进行供热与制冷，能效比较高，比传统的供暖方式节能约30%。
地源热泵地埋管换热器形式与布置方法
地源热泵地埋管换热器形式与布置方法摘要：地热源热泵空调供热系统的能效比可达3-5，是效益最显著的节能技术之一，地源热泵空调供热技术早在上一世纪50年代开始再欧美得到应用，在上一世纪90年代开始在中国应用。
地埋管地源热泵系统是引用最广泛的地源热泵系统形式。
但是一般建筑占地面积有限，建筑用地红线范围以内，建筑地下室之外的地埋管换热井布置面积相当有限。
要充分挖掘建筑可再生能源利用资源，必须利用建筑物下空间。
文章介绍地源热泵系统地埋管换热器形式，安全设计要点，应用案例。
指出正确的地埋管换热系统设计与施工方法，与建筑结构专业的协调配合，可以在充分利用建筑地热资源同时，不影响结构与建筑物防水安全。
一、地源热泵系统地埋管管换热器地源热泵系统是指以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。
根据热源体的性质，地源热泵系统可以分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统与地表水地源热泵系统。
地埋管地源热泵系统是使用性最广泛的地源热泵系统形式。
地埋管地源热泵系统根据地埋管换热器布置方式不同分为水平埋管式与垂直埋管式，当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、埋设深度影响较小时，宜采用水平地埋管换热器。
否则，宜采用竖直地埋管换热器。
图1为常见的水平地埋管换热器形式，图2为新近开发的水平地埋管换热器形式，图3为竖直地埋管换热器形式。
a单或双环路 b 双或四环路 c三或六环路图1 几种常见的水平地埋管换热器形式A垂直排圈式 b水平排圈式 c水平螺旋式图2 几种水平地埋管换热器形式a单U形管b双U形管c小直径螺旋盘管d大直径螺旋盘管e立柱状 f蜘蛛状 g套管式图3 竖直地埋管换热器形式在没有合适的室外用地时，竖直地埋管换热器还可以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，多称之为“能量桩”。
地埋管换热器根据换热单元不同又可分为单U型换热器、双U型换热器、W 型换热器等。
地埋管地源热泵原理及施工技术
地埋管地源热泵原理及施工技术地埋管地源热泵是一种利用地下土壤或地下水体温度进行供暖与制冷的热泵系统。
它通过在地下安装一定长度的管道，利用地下土壤或地下水体温度相对恒定的特点，将低温的能量转化为高温热能或低温冷能。
地埋管地源热泵不仅具有环保节能的优点，而且运行稳定可靠，适用范围广泛，成为现代建筑节能技术的重要组成部分。
地源换热：地下土壤或地下水体温度相对恒定，夏季地下温度低于室内温度，冬季地下温度高于室内温度。
通过地下埋设的管道，将地下的低温或高温能量传递给热泵系统。
热泵循环：热泵通过工作介质的循环流动，将低温能量转化为高温供暖或低温制冷的热能。
在冬季，热泵将地下的低温能量通过蒸发器吸收，压缩后，通过冷凝器释放出高温的热能供暖室内；在夏季，热泵将地下的高温能量通过蒸发器吸收，压缩后，通过冷凝器释放出低温的冷能制冷室内。
建筑供能：通过供暖和制冷系统，将高温或低温的能量传递给建筑物，实现室温调节。
供暖系统可以采用地板辐射或风机盘管，将热量散发给室内空气；制冷系统可以采用空调机组或风机盘管，将冷量散发给室内空气。
地下管道的敷设是地埋管地源热泵系统的关键。
首先需要选择合适的管材和管型，一般采用耐寒、耐腐蚀的PE材料或PVC材料管道，以及不锈钢或铜镀锌管道。
其次，需要根据建筑物的需求和地下土壤的特征，设计合理的管道布局和管道长度。
一般要求管道深埋于地下1.5-2米，管道间距大约为2-3米。
最后，要保证管道的质量和安全性，防止泄漏和渗漏，避免地下管道的破损和堵塞。
热泵系统的安装包括热泵主机和附属设备的安装。
热泵主机一般由压缩机、蒸发器、冷凝器和控制系统组成，需要选择合适的机型和规格。
附属设备包括水泵、水箱、阀门等，用于热泵循环系统的补充和控制。
安装时要注意设备的位置和布局，保证通风散热和维修便利。
室内供能系统的建设包括供暖系统和制冷系统的建设。
供暖系统可以采用地板辐射或风机盘管的方式，需要按照室内空间和热量需求进行设计和布置。
关于地埋管地源热泵系统的设计
粤 ｝ ２ ） ｉ ） Ｃ Ｈ Ｐ — Ｂ Ｉ — ｚ 一 １ ￣ Ｄ Ｃ Ｈ Ｐ — Ｂ Ｉ — Ｚ － ｊ ｌ ＊ 斟
根 据空 调 负荷 计 算 ， 空 调计 算 冷负 荷 为３ ３ ７ １ ｋ Ｗ， 热负 荷 为２ １ ３ ６ ｋ Ｗ。采用 三 台 土壤 源 热泵 机 组 。一 台为标 准 机 组 ， 标 准工 态运 行 ； 两 台为 全 热 回收 机 型， 其 中一 台夏 季 热 回 收运 行 提 供 生 活热 水 （ １ ０ ０ ０ Ｋ Ｗ） ， 另 一 台 日常 标 准 工 态
１ 、 地 埋管 地源 热泵 空调 系统 概述
地 源热 泵 系 统是 以岩 土 体 、 地 下 水 或 地表 水 为 低 温 热源 ， 由水 源 热泵 机 组、 地 热 能交 换 系统 、 建筑 物 内 系统组 成 的供 热 空调 系统 。 根 据地 热 能交换 系 统形 式 的 不 同 ， 地 源 热泵 系 统 分 为地 埋 管 地 源热 泵 系 统 、 地 下水 地 源 热泵 系 统 和地 表水 地 源热 泵 系统 。 地埋 管 地源 热 泵系 统 的传 热介 质 是通 过 竖直 或水 平 埋管 换 热器 与 岩土 体进 行 热交 换 。
能对建筑物实现 ， 这是一项同时具备节能和环保的新型可再生能源技术。
注： １ 、 冷却 塔 不运 行 ， 仅 地 埋管 系 统 提供 冷 却 水 时 ， 阀 门开 启状 态 为 ： 关
闭 阀门 １ ２ 、 １ ２ ’ ； 开启 阀 门 １ １ 、 １ １ ‘ 。
２ 、 冷 却塔 运行 时 ， 有 冷 却塔 提供 部 分冷 却水 ， 阀门 开启 状态 为 ： 开启 阀门
１ ２ 、 １ ２ ’ ； 关 闭 阀门 １ １ 、 １ １ ’ 。
综合楼大型地源热泵系统cad设计图
地埋管地源热泵的设计
浅谈地埋管地源热泵的设计摘要:本文将论述地埋管地源热泵系统的设计体要点。
关键词：“卡诺循环”“制热系数”“单口井换热量”“换热热阻”中图分类号： th3 文献标识码： a 文章编号：1.引言近年来，地埋管地源热泵系统在建筑工程中得到广泛应用。
一提到地埋管地源热泵系统，人们立刻想到“节能”、“环保”、“绿色”、“减排”，但是根据工程回访（京津地区），很多业主反应地埋管地源热泵系统没有想象中的那么节能。
本文将追根溯源，讨论地埋管地源热泵系统为什么节能，怎样才能节能，提出建筑物地埋管地源热泵系统比传统空调系统经济节能是靠精细、合理、优化的设计来保证的。
2.地埋管地源热泵系统的概念地埋管地源热泵系统是一种以大地作为冷、热源，以水溶液作为媒介，通过垂直或水平封闭管路与大地交换热量，并把交换的热量提供给地源热泵机组，维持地源热泵机组正常工作，向建筑物供冷或供热的集中空调系统。
在冬季，地埋热泵系统通过埋在地下的封闭管道（亦称地下换热系统）从大地收集自然界热量，而后由环路中的循环水溶液把热量带到室内，再由室内的地源热泵系统提升热的品位，把热量释放到室内。
在夏季，为达到给室内降温目的，地源热泵系统将从室内吸收的多余热量排入水溶液环路中，再经过地下换热系统，讲多余热量释放给大地。
在一年里，对大地而言，冬季大地在放热，夏季大地在蓄热，这种独特的工况使地埋管地源热泵系统成为跨季节的蓄能空调系统。
3.热泵原理和根本优势地埋管地源热泵系统首先是一种热泵技术。
热泵技术的基本原理基于卡诺循环，它采用电能（或其它方式）驱动，耗功n,从低温热源中吸取热量q’，并通过高温热源输送热量q，我们把输送的热量与驱动热泵消耗的功之比称为制热系数，即。
我国火力发电网输送到用户的综合效率为33%左右，理论上只要工程中地源热泵制热系数>3.3 , 热泵供暖对一次能源的利用率>1.0。
实际上，大多数情况下，地源热泵制热系数是可以达到 3.0~3.5 的。
地埋管地源热泵系统
地埋管地源热泵系统土壤源热泵为保证地下换热器系统的长期有效运行要求地下换热器系统一年中的取热和排热相平衡。
对冷、热负荷的平衡采取了以下措施解决：根据11页计算热泵机组全年从土壤吸热量11808MW,根据小区实际特点6.1利用毛细管回热在浦东雅典二期工程室外墙面和楼顶铺设毛细管网，分集水器40个，由4.3*0.8mmPP聚乙烯毛细管组成间距10mm的网栅，用乳胶将10mm边角保温板沿墙粘贴，粘贴平整，搭接严密, 在找平层上铺设保温层2cm厚聚苯保温板，在保温层上铺设铝箔纸, 在铝箔纸上铺设一层Ф2mm钢丝网，间距100×100mm，然后将毛细管固定在钢丝网上，填充C15以上砼，并于砼中掺入适量防龟裂剂。
浦东雅典小区二期计算铺设毛细管网总面积约为5500㎡，依照太原市年太阳辐射总量为5442.8兆焦耳/平方米~5652.18兆焦耳/平方米计算，年采集热能约为8288MW5500×5442.8≈29935400×106（焦耳）≈29935400×106÷4.2≈7127476×106（卡）≈7127476000（大卡）≈7127476000÷860≈8287763（千瓦）≈8288（MW）×0.4≈3315(MW)按照浦东雅典二期工程采暖期供暖150天，每天24小时计算，总面积约145025㎡，浦东雅典二期工程采暖期需要11808MW，太阳辐射年采集热能约为8288MW，由于年采集热能有限.又不能达到100%利用，我们按照40%的储存量计算是3315MW，由于夏季天气炎热，我们可以采用井水直通方式提取热能储存到地下，这样不紧大大的提高了能量的采集，同时也拟补了部分回热问题，而且夏季使用毛细管采集能量不但可以为冬季采暖储存能量，由于采集能量的过程中使得周围空气温度变低这样也使得室内空气变的凉爽清新。
6.2利用观赏池回热我们利用夏季地面人工观赏池提取热能，在小区内我们还设计了几处总面积约为1000㎡深1m的观赏池，在七、八、九月份也可以进行换热，我们选择3台水泵，扬程32m，观赏池内铺设PE-100聚乙烯管，管径DN50，间距1.25m，观赏池内主管线与地埋管主管线对接，进行换热，并使用温度控制器，电动阀门进行监控，据我们统计在夏季每天12小时换热以每100吨水（温差5度）采集500KW的热量计算每天循环3次：1000×3×90×500÷100＝1350MW整个夏天（按90天计算）可以采集1350MW的热能。
地源热泵系统之地埋管换热器设计与实施要点26
当Q空/N4.5时，说明热泵机组能效比还可以，地埋管换热器系统设计合格，否则需要检查系统，考虑增加地埋管管井及地埋管，以保证系统低耗运行。
5结束语
地源热泵系统设计与施工的优劣决定了系统运行的高效与否及后期维保费用的高低，优秀的系统设计及施工应完善好当中的每个环节，确保万无一失。
2工程设计
2.1影响换热器设计的因素及换热器的主要应用分类
地埋管换热器传热的过程是换热器中流动的工质与岩土体的换热，整个换热过程属于非稳态蓄热换热，换热器与岩土体的换热效率与岩土体的物性系数有关，换热器的传热系数和传热温差（循环工质的平均温度与岩土温度的差值）随时间和空间而变化；换热器的结构的结构布置与换热负荷对交换效果有较大影响；循环液进出口温度的设定、地热换热器面积、热泵机组的换热性能均有较大影响。
（3）应考虑冻土层及由于天气季节变化、交通运输等外界因素的影响确定水平层埋管深度，水平埋设时，水平主管顶部距防冻层高度不应小于0.6m，距地面不应小于1.5m。
（4）回填料的特性
回填料的特性包含：渗流特性、力学特性和传热特性。渗流特性包括渗透系数，随温度的升高而降低，一般取值1.58*cm/s；力学特性研究回填料与U形管之间的结合力、回填料的弹性模量、剪切模量、泊松比。但须考虑有利与泥浆泵的可泵性，当硅砂的含量达到70%时，膨润土基灌浆的导热系数可达2.08—2.42W/m·K。地下水位常年保持较高，地下水流较好的地区，易在灌浆材料中增加膨润土的比例，膨润土在饱水状态下吸水膨胀，可使灌浆材料与钻孔孔壁以及换热管道密切接触，有效降低接触热阻，提升换热效率。
地源热泵系统之地埋管换热器设计与实施要点
摘要：地源热泵系统利用利用热量相对稳定的大地（土壤、地层、地下水）介质作为热源，夏季将室内的热量通过空调系统工质转移到地下；冬季将土壤中的低品位热量通过系统工质转移到室内的一套稳态热泵空调系统。
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地埋管初步设计（洛阳宏图宾馆）
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1 概况
本工程夏季总冷负荷为613.0kW，冬季总热负荷为382.4kW。
选择贝莱特GSHP地源热泵机组系列GSHP310Ⅱ型2台，其性能参数如下：
制冷工况（夏季）：
制冷量310kW，电功率N=59kW，EER=5.1；
冷凝器进/出水温度：30℃/35℃;
蒸发器进/出水温度：12℃/7℃;
制热工况（冬季）：
制热量394kW，电功率N=88kW，COP=4.2；
冷凝器进水温度：40℃
蒸发器进水温度：15℃
蒸发器阻力45kPa,冷凝器阻力45kPa。
夏季总冷负荷 QL=613.0kW
冬季总热负荷 QR=382.4kW
循环水量： GL=0.86QL/△t=0.86*613.0/(12-7)=105.4m3/h
根据《实用供热空调设计手册（第二版）》式30.4.1和式30.4.2则：
（1）地埋管系统最大释热量：QL，max= QL×（1+1/EER）=613.0*（1+1/5.1）=773.2kW
（2）地埋管系统最大吸热量：QR，max= QR×（1- 1/COP）=382.4* (1-1/4.2)=291.4kW
2 地埋管换热器的设计
2.2 确定地埋管换热器的形式
根据洛阳地质及环境条件，确定采用竖埋管形式，设计单孔深度为100米, 孔管径Ф160mm,双“U ”
型PE100埋管，管径Ф32mm.
图1 双“ U”型管联结方式
制冷量310kW，电功率N=59kW，EER=5.1
制热量394kW，电功率N=88kW，COP=4.2
根据《实用供热空调设计手册（第二版）》式30.4.15和式30.4.16，则：
空调侧水量：
地热侧水量：
2. 2 地下热交换器设计
2. 2. 1 确定埋管管长
地下热交换器长度的确定除了和系统布置形式及管材有关外，还需要有当地的土壤技术资料，如
地下温度、传热系数等。
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70W/ m～110W/ m（ 井深），或35W/ m～55W/ m（管长），水平埋管为20W/ m～40W/ m（管长）
左右，双U埋管换热量一般为单U埋管的1. 25～1. 3倍[陈捷.北京市某研发楼地源热泵空调系统设计]。
计算埋管长度，取换热能力值为45W/ m，通过公式：
L= QL，max× 1000/（q× 1. 25）
=773.2× 1000/（45× 1. 25）=13745.8m≈13750m
其中：L——双U埋管长度，m；
Q
L，max
——夏季向土壤排放的热量，kW;
q——单位管长的换热量,W/m.
2. 2. 2 确定竖井数目及间距
国外竖井深度多数采用50m～100m[，本工程竖井深度定为100m，通过公式计算可得：
N=L/（2× H）=13750/（2× 100）=68.85≈70个
其中：N——竖井个数，个；
L——双U埋管长度，m；
H——竖井深度，m。
根据《地源热泵系统工程技术规范》4. 3. 8 条，竖井钻孔间距应满足换需求，间距宜为3m～6m，根据本工程
地形地貌以及管路水利平衡，确定钻孔间距为5m，布置3 对供回水集管，每对集管对应24 个φ 160mm的孔，共计
72个孔。
3 地下侧水力计算
地埋管换热器管内的介质，应保持为紊流流动状态（Re>2300）；通常，管内介质的流速v宜采用：单U型管v
≥0.6m/s；双U型管v≥0.4m/s。水平环路集管的坡度，不应小于2‰。[《实用供热空调设计手册（第二版）》]
管径选取及水力计算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
4mH2O/100m当量长度以下。
(1) 确定地热管接管方式为同程式并联管，地下换热器管内流速为：
V=126.9/[72*2*3600*(3.14*0.013^2)]=0.46m/s
满足紊流状态。
本工程从总地源侧分、集水器中分出3对DN100 的供回水管，在经下一级的分、集管再分出6 对DN50 的供回
水管，连接埋入竖井的DN32双U管。
每个U管内流量g=Gd/(2*N)=126.9/(2*72)=0.88m3/h
查
《实用供热空调设计手册（第二版）》聚乙烯塑料管的单位长度摩擦压力损失表（表30.4-9），并采
用局部阻力当量长度法计算局部阻力，计算
室外地埋管最不利环路如下：
序号 流量(m^3/h) 管径(mm) 管长(m) ν(m/s) R(Pa/m) △Py(Pa) 局阻当量长度（m） △Pj(Pa) △Py+△
Pj(Pa)
1 0.88 32 200 0.46 145 29000 1.7+2.1=3.8 551 29551
注：180°标准弯头当量长度（φ32）为1.7m，旁流三通当量长度（φ32）为2.1m。
室内管水力计算
采用流速法计算，取
《实用供热空调设计手册（第二版）》表26.5-11中流速推荐值，如下，
冷却水管道水流速度推荐值
循环干管（mm） DN≤250 250
室内冷却管水力计算表
序号 流量(m^3/h) 管径 管长(m) ν(m/s) R(Pa/m) △Py(Pa) ξ 动压(Pa) △Pj(Pa)
△Py+△
Pj(Pa)
1 126.9 DN150 20 1.844 233.0 4660.9 10.0 1690.9 16909.3 21570.2
2 42.3 DN100 10 1.331 199.6 1996.1 10.0 881.4 8813.7 10809.8
小计 30 6657.0 10.0 25723.0 32380.0
选择地源侧管路中的最不利环路，计算其压力损失作为选取地源侧水泵扬程的依据。
PZ=PW+PN=29.6+(45+2*32.4)=139.4kPa
其中：PZ——最不利环路总压力损失，kPa；
Pw——最不利环路室外埋管压力损失，kPa；
PN——最不利环路室内管路压力损失（包括热泵机组的管路压力损失，以及热泵机组、阀门和其他设备元件的压
力损失等），MPa。
因此水泵扬程设计值为：H=PZ× 1. 1=139.4kPa× 1. 1=153.3kPa=15.4mH2O
选用两台泵，则水泵流量G=1.1×Gd/2=1.1×126.9/2=69.8m3/h
3. 2管道的承压
管路最大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[ 5]，即：
P=PO+ρ gh+0. 5P
h
其中：P—— 管路最大压力，Pa；
Po——建筑物所在的当地大气压，Pa；
ρ ——地下埋管中流体密度，kg/ m3；
g——当地重力加速度，m/ s 2；
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。
该工程地源侧为闭式定压系统，采用自动补水定压泵为系统补水定压，膨胀水箱定压值为0. 25MPa。因此管道
的承压为：
P=PO+ρ gh+0. 5P
h
=0. 25+1000× 9. 8× 100/ 10^6+0. 5× 0. 153=1. 307MPa
上式中的PO此时为膨胀水箱定压值。
3. 3 选择管材
地源热泵系统一般采用塑料管材。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。根据上述计算的管路最大压力为1. 307MPa，参考《地源热泵系统工程技术规范》附录A，
选择承压能力为1. 60MPa 的聚乙烯（PE100）管材。
参考文献
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[2] 郭二宝，宣玲娟，李岚. 土壤源热泵在合肥某工程中的应用 [J].制冷技术.2009,37（11）:70-74
[3] 陈捷，王松. 北京市某研发楼地源热泵空调系统设计[J].广西城镇建设.2008,05:89-91