地源热泵地下环路的设计方法
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%。
地源热泵地下热交换设计
一、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20～40W/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1/4"～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。
二、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。
一般垂直埋管为70～110W/m(井深)，或35～55W/m(管长)，水平埋管为20～40W/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=Q1/35 （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50～100m[2]，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: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。
地源热泵工程设计方法与实例讲解
地源热泵工程设计方法与实例讲解摘要：本文主要介绍了土壤源热泵系统的设计方法和步骤，重点论述了地下热交换器的设计过程。
并举例加以说明。
关键词：土壤源热泵热交换器0 引言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]。
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。
相应地，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，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，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 。
地源热泵空调系统地下结构处理措施
建 立 了 一 个 ｙ 向 均 为 ８ｍ 的 壳 ， 方 四周 边 界 条 件 为 简 支 ， 约 束 ３个 方 向 的 位 移 。 底 板 完 全 自 由 以及 仅 约 仅 槽
束 ３轴位 移来 模拟 槽底 土 的约束 。 面 内均 布 ３ ０ 平 ５ ｍｍ
壳 ， 分 割 为 ０５ｍ 以 提 高 模 拟 精 度 。在 离 壳 边 ２ｍ 位 壳 ． 置 开 槽 ， 槽 尺 寸 为 ２ｍ 宽 ４ｍ 长 ， 个 壳 单 元 施 加 均 开 每 布 荷 载 ４ｋ ／ Ｎ ｍ ，模 拟 分 析 开 槽 后 地 下 室 底 板 受 力 特
１８根 地 埋 管 ，８根 桩 埋 管 。 桩 埋 管 预 埋 在 工 程 桩 内 ， ０ ８
通过 桩身 与周 围土壤 进行 热交 换 。每根 桩 内预埋 桩埋
管 （ ０Ｐ Ｃ管 ） ４ Ｖ ４根 ， 防 止 灌 注 桩 浇 筑 混 凝 土 时 损 为
伤桩 埋管 ， 身纵筋 螺旋 加强 筋改 为沿纵 筋外 部设 计 。 桩 由于 桩 埋 管 直 径 较 小 ，对 桩 截 面 抗 压 设 计 强 度 影 响 较 小 ， 计 时 可 以 忽 略 ， 埋 管 在 绑 扎 钢 筋 笼 时 预 先 在 纵 设 桩
大 于 １１ ／０的 为 厚 壳 ， 考 虑 横 向 剪 应 力 的 影 响 。 模 型 须
２２ 地埋 管 防水处 理 ．
在 地 下 室 施 工 之 前 进 行 地 埋 管 施 工 。在 原 土 上 钻 直 径 ４ ０ｍ 的 孔 ， 孔 深 度 为 ５ 地 埋 管 穿 过 地 下 ０ ｍ 钻 ０ｍ，
下室 底板 开槽 侧板 等 同于 弹性 支座 ，弹性 支座 的 弹性 常数 ｋ等效 于 土 的压 缩 系数 。从 而 整块 地下 室 底板 在
地源热泵设计
地源热泵设计1. 引言地源热泵（Ground Source Heat Pump，GSHP）是一种利用地热能源的环保供热、供冷系统。
与传统的取暖设备相比，地源热泵系统能够有效地提供高效能的制热和制冷，同时降低能源消耗和环境污染。
本文将讨论地源热泵系统的设计原理、主要组成部分和关键参数。
2. 设计原理地源热泵系统利用地下的恒定温度来实现供热和供冷。
它通过地下的地热能源，将热能转移到室内供暖或室外排热。
地源热泵系统包括地源换热器、热泵机组和室内盘管。
2.1 地源换热器地源换热器是地源热泵系统的关键组成部分之一。
它通常是埋在地下的一系列管道，用于吸收地下的热能或向地下释放热能。
地源换热器可以采用水平回填式或垂直回填式布置，具体选用哪种形式取决于地下空间的限制和地质条件。
2.2 热泵机组热泵机组是地源热泵系统的核心部分。
它由压缩机、膨胀阀、换热器和控制系统等组成。
其工作原理是通过压缩机将地下的低温热能提升到适宜的温度，然后通过换热器将热能传递给室内的盘管，使室内得到制热或制冷。
2.3 室内盘管室内盘管是地源热泵系统的末端设备。
它负责将热泵机组传递过来的热能释放到室内空气中，实现供热或供冷效果。
室内盘管可以是风管式或地暖式，具体选用哪种形式取决于室内空间的布局和需要。
3. 设计参数设计地源热泵系统时，需要考虑一系列的参数，以确保系统的正常运行和高效能输出。
3.1 地源温度地源温度是地源热泵系统设计的首要参数。
地下的温度随季节变化比较缓慢，通常在8℃至15℃之间。
设计时应根据实际地下温度数据进行分析和计算，以确定最佳的设计参数。
3.2 热泵机组容量热泵机组的容量需要根据室内需求进行合理计算。
一般来说，热泵机组的制热和制冷容量应根据室内的热负荷计算得出，以确保系统能够满足室内的舒适需求。
3.3 地源换热器的长度和管径地源换热器的长度和管径直接影响系统的换热效果。
根据地下的地质条件和热泵机组的容量，可以通过热传导计算确定地源换热器的最佳长度和管径。
地源热泵地下环路的设计方法
摘
要 ： 介 绍 了地 热换 热器 的形 式 ， 出 了竖 直埋 管地 热换 热 器 的设计 方法 及 地下 环路 循 环泵 的 选择 方法 。 提
难 于 处 理 和 安 装 。 二 者 兼 顾 考 虑 ， 热 换 热 器 所 地 用 管 子 的直 径 一 般 为 ２ 、５ ３ 、０、０ Ｉ ｎ ０ ２ 、２ ４ ５ ｌ 。并 联 ／ ／
管 、 直 径 螺 旋 盘 管 、 直 径 的 螺 旋 盘 管 、 式 柱 小 大 立 状 、 蛛 状 。在 竖 直 埋 管 换 热 器 中 ， 蜘 目前 应 用 最 为
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５ ０
文 章 编 号 ： １０ －－３ ９ ２０ ） ０ ５－ ２ （０２ ０ －ｏ ５ ｌ ｏ ｏ＿ ３
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２０ 年第 ３ 卷第 ９ ０２ ０ 期
地 源 热 泵 地 下 环 路 的 设 计 方 法
曲 云 霞 张 林 华 方 肇 洪 李 安 桂
Ｑ ｕ ｘ Ｚ ａｇＬ ｈａ Ｆ ｎ ｈ ｏｏｇ Ｉ ｕＹ ｎ ｉ ａ ｈ ｎ ｉ ｕ ａｇＺ ａ ｈｎ ． ｎ ｉ
Ａｈ啦 ： Ｔｈ ｙ ｅ ｆ ｇ ｏｈ ｒ ｌ ｈ ａ ｘ ｈ ｎ ｅ ａ ｅ ｃ ｉ ｅ ｅ ｔｐ ｓ ｏ ｅ ｔｅ ｍａ ｅ ｔ ｅ ｃ ａ ｇ ｒ ｗ ｓ ｄ ｓ ｒｂ ｄ．Ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｔｏ ｆ ｔ ｅ ｖ ｒｉａ ｏｌｄ ｐ ｐ ｅ ｔ ｅｍａ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉｎ ｍｅ ｄ ｏ ｅ ｔ ｌ ｃ ｉ ｉｅ ｇ ｈ ｒ ｌ ｈ ｈ ｈ ｃ ｅ ｏ ａ
２ １ 埋 管 直径 的 选 取 ．
地源热泵施工方案
地源热泵施工方案1. 引言地源热泵（Ground Source Heat Pump，简称GSHP）是一种通过地下土壤或水体的热能来进行取暖和制冷的环保技术。
它利用地下土壤或水体中的热量进行能量转换，能够有效利用地球的热能资源。
为了实现地源热泵的正常运行，施工方案的设计与实施非常重要。
本文将详细介绍地源热泵的施工方案。
2. 施工前准备工作在进行地源热泵的施工前，需要进行一系列的准备工作，包括以下几个方面：2.1. 地质勘测进行地质勘测是为了确定地下土壤或水体的特性，包括温度、水质、地层稳定性等。
根据勘测结果，能够更好地选择地源热泵的施工地点，以确保地下热能的利用效果。
2.2. 设计方案制定根据地质勘测结果以及施工地点的要求，制定地源热泵施工的设计方案。
设计方案应包括系统布局图、管道尺寸计算和设备选型等内容。
2.3. 材料准备根据设计方案的要求，采购所需的材料和设备。
这些材料和设备包括地源热泵管道、井口盖板、换热器等。
2.4. 承包商选择选择一家信誉良好、具备专业技术和经验的承包商进行地源热泵的施工工作。
确保承包商具备施工资质和相关证书。
3. 施工步骤3.1. 井口开挖根据设计方案，确定井口的位置和尺寸，开挖地源热泵的井口。
井口的深度应确保能够达到稳定的地下温度层。
开挖完成后，进行土方复归和整平。
3.2. 埋管敷设根据设计方案，将地源热泵的管道敷设到井口中。
管道的材质应选用耐腐蚀、导热性能较好的材料，如聚乙烯或聚氯乙烯。
管道的敷设应遵循一定的坡度，以便于排放冷热媒体。
3.3. 井室建设在井口周围建设井室，用于安装地源热泵的设备和管道连接。
井室的设计应考虑设备运行、维护和检修的便利性。
3.4. 设备安装将地源热泵的主机设备、辅助设备等安装到井室中。
设备安装应按照制造商提供的安装说明进行，确保安装牢固、连接正常。
3.5. 系统调试与运行完成设备安装后，进行系统的调试和运行。
调试过程中，需要检查管道连接、泵的运行状况等，确保系统运行正常。
地源热泵施工设计工艺设计方案
地源热泵施工设计工艺设计方案地源热泵是一种利用地下能源进行供热和供冷的环保技术。
它通过地下热能的吸收和释放来实现室内温度的调节。
地源热泵的施工设计工艺设计方案涉及到地源热泵系统的布置、井眼的钻探和地源热泵的安装等。
地源热泵系统的布置是地源热泵施工设计工艺设计方案的第一步。
布置地源热泵系统需要考虑地质条件、建筑物的布局和环境条件等因素。
首先，需要找到适合的区域进行井眼的钻探，通常选择地下水位较高的地方进行钻探，以提高地热资源的利用效率。
其次，需要考虑建筑物的布局，根据建筑物的用途和面积确定地源热泵系统的规模和布置方式。
最后，需要考虑环境条件，包括气候条件、土壤条件和地下水的水质等因素，以确保地源热泵系统的正常运行。
井眼的钻探是地源热泵施工设计工艺设计方案的第二步。
钻探井眼是为了获取地下热能而进行的。
井眼的钻探需要根据地质条件和地源热泵系统的规模来确定。
一般来说，井眼的钻探是通过钻机进行的，钻机可以根据需要选择不同的钻探方法，如直钻法、旋喷法和绳扣法等。
钻探井眼需要考虑井深、井径和井眼间距等因素，以确保地下热能的充分利用和地源热泵系统的正常运行。
地源热泵的安装是地源热泵施工设计工艺设计方案的第三步。
地源热泵的安装包括地源换热器、水管道、水泵和冷却设备等。
地源换热器是地源热泵的核心部件，它通过管道和水源之间的热交换来实现热能的转移。
水管道是将地源换热器与建筑物连接起来的部件，通过水管道，地源换热器可以将热能传输到建筑物内部。
水泵是地源热泵系统的动力源，它通过水力驱动，将热能从地下输送到建筑物内部。
冷却设备是地源热泵系统的附属设备，它通过水冷或风冷的方式对地源热泵系统进行冷却，以确保系统的正常运行。
总结起来，地源热泵施工设计工艺设计方案涉及到地源热泵系统的布置、井眼的钻探和地源热泵的安装等。
在进行地源热泵施工设计工艺设计方案时，需要考虑地质条件、建筑物的布局和环境条件等因素，并根据这些因素来确定地源热泵系统的规模和布置方式。
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() 阻力损失较小 ∀
在地热换热器中 , 虽然串联方式管内流体流 动速度高于并联系统 , 但由于地热换热器的热阻 主要是塑料管壁与岩土之间的热阻 , 因此串联连 接的总传热系数并没有显著提高 ∀ 另外 , 串联系 统成本比并联系统成本要高 ∀ 因此 , 在一般工程 中常采用并联系统 , 为了保持各环路之间的水力 平衡 , 并联系统可采用同程系统 ∀
1
并联系统缺点 :
() 排除空气较串联方式困难 ∀ () 若布置不当 , 各环路内水量不能保持平
换热器长度的确定 地热换热器的负荷由热泵的负荷所决定 , 而 衡∀
热泵的负荷又与空调房间的负荷有关 ∀ 地热换热 器的传热量与当地岩土温度 !岩土的热物性 !埋管 的形式 !热泵运行时间等多种因素有关 ∀ 因此换 热器的长度不能只由室内瞬时负荷来确定 ∀ 当运 行时间在数小时至数月的范围内 , 形竖直埋管 地热换热器的传热过程通常可用一维瞬态常热流 线热源模型进行简化
由表 可看出 , 当热泵负荷及流量一定时 , 循 环介质不同 , 进 !出热泵换热器的介质温差也不 同 ∀ 而热泵进 !出口介质温度的高低决定了热泵 的效率及地热换热器的长度 ∀ 因此 , 在设计地热 换热器时 , 应根据循环介质的工作温度来选择防 冻液 , 然后根据选用防冻液的热物性设计地热换 热器 ∀ 泵的扬程由环路的阻力损失来确定 , 而环路 阻力损失直接影响循环泵的耗功量 ∀ 循环泵的轴 功率与扬程的关系如下 而 故 式中
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年第 卷第 期
文献 [ ] 中 建 议 环 路 流 量 为 1 ∗ 1 • # , 在制冷模式时 , 采用上限值 ; 在制热模式时 , 流量应等于或小于制冷模式的流量 ∀ 根据推荐的
名称 水 乙二醇 1 % 氯化钠 % 氯化钙 % 甲醇 % 乙醇 % 甲醇 % 乙醇 % 丙三醇 %
[ ]
水泵所需提供的扬程为 水柱 , 水泵的耗电量 为 • ∀ 方案二 , 个 或 个 的 形管串联 , 则 形管及联箱的阻力损失大约为 水柱 , 水 泵所需提供的扬程为 水柱 ∀ 方案三 , 个 的 形管并联 则 形管及 联箱的阻力损失大约为 水柱 , 水泵所需提供 的扬程约为 1 水柱 ∀ 综合分析后可以发现方案一 !三所需的水泵 扬程较低 , 耗电量较小 , 比较经济 ; 而且在这两种 方案中 , 埋管的阻力损失约占环路总阻力损失的
×
关键词 :
中图分类号 :
文献标识码 :
Τηε Γρουνδ Λοοπ ∆ε σ ιγ ν φορ Γρουνδ2χουπλ εδ Ηεατ Πυµ πσ
±∏ ≠∏ ¬ ∏ ƒ ∏ Αβσ τραχτ : Κεψωορδσ : × ¬ × √ ¬ 2 ¬ √ ∏
∀ 某热泵研究所进一步
[ ]
提出了二维的有限长线热源模型
, 可适用于更
长时间的地热换热器传热模拟 , 并自行开发了一 套地下换热器设计及模拟计算的软件 ∀ 通过输入 全年各月冷热负荷 , 即可使热泵系统在数十年使 用期内均在满足设计负荷的前提下确定地热换热 器的长度 ∀ 当地热换热器的总长度确定以后 , 根 据埋管场地的大小来确定埋管的深度 ∀)
收稿日期 : 基金项目 :
山东省重大科技攻关项目 ()
∂
ƒ ⁄ ≤ ∞ ≠ () 安装过程劳动成本较低 ∀ () 阻力损失小 ∀
布置的回路由小直径的管子制成 , 而进口集箱与 出口集箱由直径较大的管子制成 ∀ 设计者在选用 管子时 , 地下回路尽量采用薄壁管子 , 集箱则尽量 选用厚管以提供足够的结构强度 ∀
空气容易排出 ∀ 串联系统缺点 :
() 串联系统采用大管径管子 , 因此管内体积
就较大 , 所需的防冻液就多 , 故防冻液的投资增 加∀
() 管子成本高于并联系统的成本 ∀ () 安装劳动力成本增大 ∀ () 管道阻力损失大于并联系统 ∀
式中
Θ ) ) ) 热泵的制冷负荷
Θ) ) ) 循环介质的密度
埋管直径的选取 选择管子直径大小时 , 应从以下两方面出发 :
() 管径大 , 能减小循环泵能耗 ∀ () 管径小 , 能使管内流体处于紊流区 , 这样
流体与管内壁之间的换热效果好 ∀ 选管时应以安装成本最低 !运行能耗小 !地热 换热器中流体流量最小且能保持紊流为原则 ∀ 大 直径管子较小直径管子投资高 , 所需防冻液多 , 更 难于处理和安装 ∀ 二者兼顾考虑 , 地热换热器所 用管子的直径一般为 ! ! ! ! ∀并联
前言 近年来由于对保护环境和节能的关注 , 地源
地热换热器的设计主要包括以下两个方面 : 一是地热换热器的长度及布置方式 ; 二是环路循 环泵的选择 ∀ 其中 , 地热换热器的设计包括埋管 的长度 !埋管的直径 !管路连接方式等 ∀ 地下埋管 的长度与进入热泵的流体入口温度有关 ∀ 当地下 岩土温度一定时 , 在制热模式时要求热泵入口温 度越高 , 或是在制冷模式时要求热泵入口温度越 低 , 地下换热器的长度就会越长 ∀ 由此导致热泵 系统的初投资增加 , 但热泵的效率却提高了 ∀ 因 此 , 地下换热器设计的关键问题是在满足系统工 作性能要求的前提下 , 选取合理的埋管长度 , 提高 热泵效率 ∀
ς Θ χ Θ ∃τ
可采用并联方式 ∀ 采用何种方式 , 主要取决于安装 成本 ∀ 现对两种方式下系统的特点作如下分析 : 串联系统优点 :
() 具有单一流体通道和同一型号的管子 ∀ () 由于采用管径比并联系统大 , 因此对单位
长度的管道来说 , 串联系统的传热性能比并联系 统的稍高 ∀
() 由于管径大 , 管内流速大 , 系统内积存的
1
热泵技术已受到越来越多的重视[ ∗ ] ∀ 闭式环路 的地源热泵与其它热泵系统的主要不同点在于地 热换热器 ∀ 地热换热器的设计是否合理直接影响 到热泵的性能和运行的经济性 ∀ 地源热泵地下环 路的设计包括地热换热器设计及环路循环泵的选 取∀ 地热换热器的埋管主要有两种形式 , 即竖直 埋管和水平埋管[ ] ∀ 选择那种方式主要取决于场 地大小 !当地岩土类型及挖掘成本 ∀ 如果场地足 够大且无坚硬岩石 , 则水平式较经济 ∀ 当场地面 积有限时 , 采用竖直埋管方式 ∀ 水平埋管的地热 换热器有 :水平单管 !水平双管 !水平四管 !水平六 管以及新开发的水平螺旋状和扁平曲线状 ∀ 竖直 埋管的地热换热器的形式有 : 单 形管 !双 形 管 !小直径螺旋盘管 !大直径的螺旋盘管 !立式柱 状 !蜘蛛状 ∀ 在竖直埋管换热器中 , 目前应用最为 广泛的是单 形管 ∀ 本文主要讨论竖直单 形 管的地下换热器的设计 ∀
χ ) ) ) 循环介质的比热
并联系统是用小管径管子构成 ∀ 并联系统的 特点如下 : 并联系统的优点 :
() 因使用小管径的管子 , 故管子成本较低 ∀ () 所需防冻液量较小 ∀
∃τ ) ) ) 循环介质热泵进 !出口的温差
由此可见 , 当热泵的负荷一定时 , 循环流量主 要与热泵进 !出口的介质温差及流体的比热 !密度 有关 ∀ 当流量大于 1 • # 时[ ] , 热泵系 统的效率不再提高 , 而泵的功率急剧增大 ∀ 根据
文章编号 :
) () ) )
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年第 卷第 期
地源热泵地下环路的设计方法
曲云霞
(1 西安建筑科技大学 , 陕西西安
张林华
;
方肇洪
李安桂
)
1 山东建筑工程学院 , 山东济南
摘
要:
介绍了地热换热器的形式 , 提出了竖直埋管地热换热器的设计方法及地下环路循环泵的选择方法 ∀ 闭式环路 ; 地热换热器 ; 竖直埋管 ; 水平埋管
1 1 1 1
流量 , 当循环介质为水 时 , 水 的 进 !出 口 温 差 为
1 ∗ 1 ε ∀ 采用其它防冻液时 , 介质进 !出口温
差见表 ∀
温差( ε )
1 ∗ 1 1 ∗ 1 1 ∗ 1 1 ∗ 1 1 ∗ 1 1 ∗ 1 1 ∗ 1 1 ∗ 1 1 ∗ 1
表 各种防冻液的进 !出口温差(在推荐流量时 ) 凝固点温度( ε ) 比热( 质量流量( # ) ) 密度 ( )
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ∗ 1 1 ∗ 1 1 ∗ 1 1 ∗ 1 1 ∗ 1 1 ∗ 1 1 ∗ 1 1 ∗ 1 1 ∗ 1
Η ) ) ) 环路的阻力损失 Σ ) ) ) 环路的阻力系数 ς ) ) ) 环路的体积流量
结论
() 在场地足够大时 , 考虑采用水平埋管方式
% ∀
:
ςΗ/ Γ Ν Χ Η Σς Ν Χ Σς / Γ
一般设计时使流体流过热泵的水换热器的阻 力损失与流过地热换热器以及相关管道的阻力损 失大致相等[ ] ∀ 文献 [ ] 中建议循环泵的耗功量 一般控制在 • • (制冷量) 内 ∀
Χ) ) ) 循环液的容重 Γ ) ) ) 循环泵的效率
形管 , 埋管深度一般在 ∗ ∀ 1 管路的连接方式 地热换热器管路连接既可采用串联方式 , 也
闭式环路循环泵的选择 泵的选择包括泵的流量和压头两方面 ∀ 选择
的循环泵应使地热换热器及热泵的制冷剂 2防冻 液换热器具有较高的传热效率 , 而且消耗功率较 低∀ 环路的流量与热泵换热器的负荷及热泵进 ! 出口介质温差有关 ∀ 由以上所述可知 , 并联系统 的经济性比串联系统好 , 因此以下讨论均以并联 系统为例 ∀ 根据文献[ ] , 当地下换热器的介质流 动处于层流区时 , 它不仅使地下换热器和热泵换 热器的传热能力降低 , 更严重的是可能给系统的 运行带来一定的麻烦 ∀ 因为流速低时 , 水平埋管 系统中空气容易积存 ∀ 当介质流动状态处于紊流 区中的阻力平方区时 , 两个换热器的传热效率并 没有显著提高[ ] , 但循环泵的耗功量急剧增加 , 因 此在设计时尽量使介质流动状态处于紊流过渡 区∀ 环路总体积流量 ς 可由下式确定 :