地源热泵PE管计算方法

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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 L5”是夏季每 m 管长散热量，W/m
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2）套管式换热器：的外管直径一般为 100～200mm，内管为φ15～φ 25ｍｍ。其换热效率较 U 形管提高 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。
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 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，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。
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。
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（三）地下埋管系统设计
一．地下换热量计算
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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）
出空气； ②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； 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Ф100、Ф150、Ф200 或Ф300， 天津地区地表土壤层很厚，为了钻孔、下管方便多采用Ф300 孔径。
其中
p——管路最大压力，Pa
P0——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/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
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。
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 60～80 W/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。
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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 4.5m[3]，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 3m[4]。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；
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 4mH２O/100m 当
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，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
量长度以下。
备注：
① 地下埋管换热器环路压力损失限制在 30～50kPa/100m 为好，最大不
超过 50kPa/100m。同时应使管内流动处于紊流过渡区。
② 地下埋管系统单位冷吨（1 冷吨=3024kcal/h=3.52kW）水流量控制在
0.16～0.19L/s．t
③ 最小管内流速（流量）：在相同管径、相同流速下，水的雷诺数最大
2 、垂直埋管 根据埋管形式的不同，一般有单 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（≤30m）、中埋（31～80m）和深埋（>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 100～ 150mm，井深 10~200m，U 形管径一般在φ50mm 以下。
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。 （①盐类溶液——氯化钙和氯化钠水溶液；②乙二醇水溶液；③酒精
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，管内积存的空气容易排出；
②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：①串联方式需采用较大管径的管子，因而成本较高； ②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； 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由于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设计安装中必须特别注意确保管内流体流速较高，以充分排
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地源热泵地埋部分设计
（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。
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
（四）设计举例
一．设计参数
上海某复式住宅空调面积 212m2。 1、室外设计参数
（二）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，由于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。（单层 管最佳深度 1.2～2.0m，双层管 1.6～2.4m）
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加。
地温是恒定值，可通过测井实测。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℃，基本符合以上规律。
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。材料选择要 兼顾工程造价、传热性能、施工方便等因素。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，但可结合建筑 物桩基一起施工。回填沙石或碎石换热效果比较好，而且施工容 易、造价低，可广泛采用。
大。所以采用 CaCl2 和乙二醇水溶液时，为了保证管内的紊流流动，与
水相比需采用大的流速和流量。
2、校核管材承压能力，山东文远建材科技股份有限公司
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[1]，即：
P=P0+ρgH+0.5Ph