地源热泵计算
地源热泵系统地源侧循环水泵的计算
地源热泵系统地源侧循环水泵的计算目前随着地源热泵系统的迅速推广，要求我们设计人员的品质和素质更加专业化，同时国家也相应的制定了规范和标准。
例如《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005中对三种地源热泵系统的形式有了勘察测试、使用材质、挖沟回填等内容有了相关的规定，但是对于系统的室外部分设计没有做指导性的规定，就室外地源侧循环水泵的流量设计，目前有三种设计思路：第一种思路如下：正算法（自命名）我们在做空调系统设计时，首先根据建筑物的特点、维护结构、朝向、房间用途等方面及相关规范，确定房间负荷，进行室内末端的选配，确定空调主机。
主机确定后，进行相应的水泵选择，水泵的作用就是为系统提供动力，为机组提供相应的水流量，因此空调主机所需的流量作为选择负荷侧水泵和地源侧水泵的依据，通常机组两侧的温差是按照5度来考虑的，在确定机组的流量时一定要注意工况问题，这样选出来的水泵才是正确的。
第二种思路如下：反算法地源热泵地埋管系统与其他系统的区别较大，他的换热能力是由土壤，地埋管系统的水温，水流量综合试验确定的。
由试验确定的系统的温差一般都达不到5度，在1.5~4度之间，视具体地点而定。
根据总负荷和温差（实际可达到）确定系统的水流量，确定水泵的流量，满足系统实际换热能力的需要。
第三种思路如下：规范算法由《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005中4.3.9条文说明“目的为确保系统及时排气和加强换热。
地埋管换热器内管道推荐流速：双U形埋管不宜小于0.4m/s，单U形埋管不宜小于0.6m/s”进行确定单孔的流速，根据管道的内径确定单孔的流量，由总孔数乘以单孔流量再留些余量，得出水泵流量。
由以上的三种方法确定的水泵流量的结果往往是有较大差异的，就本人的实际经验而言，在没有做实验的情况下，以第一种方法较为常用；在做实验的情况下，以第二种方法为好，能够与实际换热能力较接近；而第三种方法通常是在第一种和第二种方法计算出来后作为核实的标准。
地源热泵土方量计算
小店浦东雅典地源热泵一期工程水平管连接土方量计算（2327.25m³）1 东西走向：一共35排，每排6眼井，总井眼数210口，其中河北包井120口（自西向东数），南裕工人90口（自西向东20排以东）。
每两排井之间挖一条沟，共需挖沟35/2=18条，每条沟下挖深度2.5米，每条沟长度为21米，宽度为1米，土方量为21*2.5*1*18=945m³。
管沟与井眼相连接，还需开沟，深度为2.5米，长度为1.25米，宽度为1米，土方量为2.5*1.25*1*210=656.25m³，东西走向合计土方量为1604.25m³。
2南北走向（分为路南和路北两部分）（1）路北部分是指东西走向井眼边界处往北的位置，一共19排井，每排2眼井，总井眼数19*2=38口。
共需挖沟19/2==10条，需要下挖深度1.5米，长度为4.5米，宽度为1米，土方量为4.5*1.5*1*10=67.5m³。
管沟与井眼相连接，还需开沟，深度为1.5米，长度为1.25米，宽度为1米，土方量为1.5*1.25*1*38=71.25m³，南北走向（路北）合计土方量为138.75m³（2）路南部分，建筑物比较分散，每排井眼数不固定，共33排井，具体井眼位置以实际井眼位置为准。
总井眼数为138口。
共需挖沟33/2=17条，需要下挖深度1.5米，长度共计4.5*2+8.5*8+20*7=217米，宽度为1米，土方量为217*1.5*1=325.5m³管沟与井眼相连接，还需开沟，深度为1.5米，长度为1.25米，宽度为1米，土方量为1.5*1.25*1*138=258.75m³，南北走向（路南）合计土方量为584.25m³。
地源热泵PE管计算方法
（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
大。所以采用 CaCl2 和乙来自醇水溶液时，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
2、PVC（聚氯乙烯）管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接头处 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-20℃～50℃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。
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。
PE 管材
山东文远建材科技股份有限公司 PE 管厂家
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，m
Q1——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
太阳能补热地源热泵系统的计算
太阳能放置位置包括：（1）、30号楼楼顶（面积约400m2），楼高51m；（2）、后期30号楼前有车棚，顶部可放置，车库楼高2米，（3）、机房屋顶，机房楼高约6米。
三块地方总面积可以满足1000m2的要求。
1.4.4 太阳能辅助热源计算（1）太阳能资源分析太阳能资源是用不枯竭的清洁可再生能源，是人类可期待的、最有希望的能源之一。
我国幅员辽阔，有着丰富的太阳能资源，如下是我国太阳能资源分布图：本项目地点位于山东省、临沂市。
地理坐标为：北纬34°22′，东经117°24′。
根据国家气象中心2001年公布的《中国气象辐射资料全册》公布的数据，具体参数如下：（2）辅热与补热工作原理介绍春夏秋补热工作原理春夏秋三季，关闭阀门V2，V3，开启阀门V1。
运行太阳能循环水泵1，使集水箱内水被太阳能集热器加热。
当集水箱内水温达到65℃后，运行板式换热器一次水泵2和源侧水泵5，对土壤进行补热；当集水箱内水温低于25℃后，停止板式换热器一次水泵2和源侧水泵5，停止补热。
（3）补热定量计算春夏秋日平均太阳辐射强度为15.759 MJ/m2。
太阳能集热器的平均集热效率，根据经验取值取0.25～0.50，取0.48。
A 太阳能集热板选型按照民用太阳能设计规范中规定，直接系统集热器总面积按下式计算，在本项目中设太阳能在春夏秋三季内补充地埋部分所需的热量，考虑室外地埋换热器在设计过程中亦考虑了热平衡措施，太阳能补热仅需作为辅助措施，本方案中按总吸热量1084200 kW•h（3903120 MJ）的50%进行配置，则：A c =Q w f/ (nJ tηcd)式中：A c——直接式系统集热器采光面积；Q w——年累计吸热量，MJ；n ——年累计吸热天数，本方案为120天。
J t——当地集热器采光面上年平均日太阳辐照量，15.759MJ/㎡•d；f——太阳能保证率，%；根据系统使用期内的太阳辐照、系统经济性及用户要求等因素综合考虑后确定，一般为30%～80%范围内；ηcd——集热器的年平均集热效率，根据经验取值取0.25~0.50；根据以上公式计算出太阳能集热器采光面积为：1000㎡。
地暖面积和热泵的计算公式
地暖面积和热泵的计算公式地暖系统是一种通过地面散热的方式来提供室内舒适温度的供暖系统。
而热泵则是地暖系统中的核心组成部分，它能够将地下的热能转化为室内的热量，从而实现供暖的效果。
在设计地暖系统时，需要根据房屋的面积和使用情况来计算地暖的面积和热泵的容量。
本文将介绍地暖面积和热泵的计算公式，帮助读者更好地设计和选择地暖系统。
地暖面积的计算公式。
地暖系统的面积计算是地暖设计的第一步，它需要根据房屋的实际情况来确定。
一般来说，地暖系统的面积需要覆盖整个室内空间，以确保室内的温度均匀分布。
地暖面积的计算公式如下：地暖面积 = 室内面积×系统覆盖比例。
其中，室内面积是指地暖系统需要覆盖的室内总面积，系统覆盖比例是指地暖系统覆盖室内面积与实际室内面积的比值。
一般来说，地暖系统的覆盖比例在80%~90%之间，具体取值需要根据实际情况进行调整。
在计算地暖面积时，需要注意考虑到房间的布局、家具摆放等因素，确保地暖系统能够覆盖到每个角落。
热泵容量的计算公式。
热泵是地暖系统中的核心设备，它通过地下的热能来提供室内的供暖。
热泵的容量需要根据地暖系统的面积和室内的热负荷来确定。
热负荷是指室内在一定温度下需要的供暖能量，它与室内面积、保温性能、室内温度等因素有关。
热泵容量的计算公式如下：热泵容量 = 地暖面积×热负荷系数。
其中，地暖面积是指地暖系统的覆盖面积，热负荷系数是指每平方米地暖面积所需的热量。
一般来说，热负荷系数在80W/m²~100W/m²之间，具体取值需要根据地暖系统的保温性能、室内温度要求等因素进行调整。
在选择热泵时，需要根据地暖系统的面积和热负荷来确定热泵的容量，以确保它能够满足室内的供暖需求。
地暖面积和热泵的匹配。
在设计地暖系统时，地暖面积和热泵的容量需要进行匹配，以确保地暖系统能够正常运行。
一般来说，地暖面积和热泵的容量需要满足以下关系：热泵容量≥地暖面积×热负荷系数。
地源热泵计算
对武汉地质构造特点，对地下一定深度的温度场进行研究，并对地埋管的换热设计计算中的若干问题进行了研究，在简化计算换热模型的基础上，在Excel 上用VBA 编写宏功能，得到实用的地埋管换热的工程设计计算方法，是一种工程易用的计算软件。
同时将这种计算方法应用到了一个实际工程中。
0 前言地埋管地源热泵空调系统由土壤换热器、热泵主机和空调末端三部分组成，其中系统的关键是土壤换热器的设计与施工。
在现有的工程实践中，垂直地埋管方式居多。
这是因为垂直地埋管要比水平地埋管经济一些。
土壤换热器的设计计算要根据实测岩土体及回填料热物性参数，采用专用软件进行计算，或者按《地源热泵系统工程技术规范》附录B的方法进行计算。
由于上述两种方法在工程应用中都有诸多不便，在实际工程设计中并不实用。
一般工程设计都常用指标法。
为了保证计算结果安全可靠，在此，对现有的方法作了一些改进，在EXCEL上用VBA 编写宏功能，得到一种工程上易用的计算软件，并应用于工程实践。
通过一个实际工程来验证计算的正确性。
1 地质条件及温度场1.1 地勘柱状图及温度分布图1 为武汉市汉口的一个工程的地质条件及岩土体的情况，图2 为武汉市汉阳的一个工程的地质条件及岩土体的情况。
图3 为工程一地下温度场分布曲线图，图4 为工程二地下温1.2 测试结果分析由现场测试的结果可知：两工程地区跨度大，地质结构也有所不同，但地下平均温度却变化不大。
工程一所在地的地下平均温度为18.4 度，工程二所在地的地下平均温度为19.4 度。
由此可知，地区跨度较大，但地下的平均温度基本稳定在18度到19 度之间。
2 换热计算及其若干问题2.1 换热计算中几个问题的简化处理（1）沿垂直方向，不同地质结构，分别计算换热。
（2）进出口温差，沿垂直方向，根据地质结构不同分段，确定热交换温度。
（3）冬夏季进出口初始设计温度，按最不利情况考虑。
（4）埋管管井距，按3m<H<6m 考虑。
地源热泵的计算
目录摘要1地然热泵介绍 (1)1.1热源 (5)1.2组成部分 (5)1. 3主要特点 (5)1. 4形式 (6)1.5可再生性 (7)1.6高效节能 (7)1.7优点 (9)1.8工作原理 (10)热泵原理 (11)热泵分类 (11)1.9系统类型 (12)1.10应用方式 (13)1.11制冷原理 (14)1.12制热原理 (14)1.13存在问题 (14)2土壤源热泵系统设计的主要步骤 (13)2.1建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算 (14)2.2地下管道设计 (14)2.21 选择管材 (1)52.22确定管径 (16)2.23 确定竖井管 (1)62.24 确定竖井数目及间距 (17)2.25 计算管道压力损失 (17)2.26 水泵选型 (1)72.27校核管材承压力 (18)3 其它 (1)8 4 设计举例 (19)4.1 设计参数 (2)4.1.1 室外设计参数 (2)14.1.2 室内设计参数 (2)14.2 计算空调负荷及选择主要设备 (2)14.3 计算地下负荷 (2)24.4 确定管材及埋管管径 (2)24.5 确定竖井埋管管长 (2)24.6 确定竖井数目及间距 (2)24.7 计算地埋管压力损失 (22)4.8 校核管材承压能力 (22)5参考文献 (23)摘要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。
地源热泵埋管数、配电量以及投资计算
1 钻井埋管埋管数量的确定热负荷埋管数量Qr * 0.78 = L * K * n冷负荷埋管数量Ql * 1.2 = L * K * n其中：Qr---------------------冬季热负荷Ql---------------------夏季冷负荷0.78，1．2-------------系数L----------------------单孔埋管深度K----------------------单位管长换热系数N----------------------埋管数量计算后应乘以1.05的余量2 机房及配电量一般可取建筑冷负荷的三分之一(不建议采用，此句话的由来为：冷负荷/cop 。
一般地源热泵cop为6左右，通常制冷机取5.因此建议：机房设备总的功率乘上需用系数0.9-0.95，或者当设备较少时取需用系数为1 .）机房的配电量一般根据工艺的要求把同一时间可能开启的的所有设备电功率加起来乘0.9-0.95就行。
注意冬夏季负荷功率及设备运行台数会有变化，分冬夏两个工况，分开计算，最后两者取其较大值就行。
3 机房面积机房占地面积宜为空调区域建筑面积的千分之五4 冷冻水量和冷却水量冷冻水量CMH＝制冷量（KW）X 0.172冷却水量CMH＝制冷量（KW）X 0.2245参考资料做建筑给排水不用算商场的人数的,按面积算,最高日生活用水定额取X,其中X取5~8,单位为每平方米营业厅面积每日（L/m2 ·d），使用时数为12h,小时变化系数为1.5~1.2，具体参见《建筑给水排水设计规范》.（1）确定主机类型；根据户式中央空调系统的选择原则和用户所在之区域，确定空调系统方式和主机类型(单冷或热泵)。
(2)计算住宅夏季冷负荷 Ql 和冬季热负荷 QR ；根据用户住宅的建筑面积和用户所处区域内建筑冷、热负荷指标按下式计算住宅冷负荷Ql 和热负荷 QR 。
QL = 建筑面积×冷指标(w) ，QR = 建筑面积×热指标(w) 。
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对武汉地质构造特点，对地下一定深度的温度场进行研究，并对地埋管的换热设计计算中的若干问题进行了研究，在简化计算换热模型的基础上，在Excel 上用VBA 编写宏功能，得到实用的地埋管换热的工程设计计算方法，是一种工程易用的计算软件。
同时将这种计算方法应用到了一个实际工程中。
0 前言
地埋管地源热泵空调系统由土壤换热器、热泵主机和空调末端三部分组成，其中系统的关键是土壤换热器的设计与施工。
在现有的工程实践中，垂直地埋管方式居多。
这是因为垂直地埋管要比水平地埋管经济一些。
土壤换热器的设计计算要根据实测岩土体及回填料热物性参数，采用专用软件进行计算，或者按《地源热泵系统工程技术规范》附录B的方法进行计算。
由于上述两种方法在工程应用中都有诸多不便，在实际工程设计中并不实用。
一般工程设计都常用指标法。
为了保证计算结果安全可靠，在此，对现有的方法作了一些改进，在EXCEL上用VBA 编写宏功能，得到一种工程上易用的计算软件，并应用于工程实践。
通过一个实际工程来验证计算的正确性。
1 地质条件及温度场
1.1 地勘柱状图及温度分布
图1 为武汉市汉口的一个工程的地质条件及岩土体的情况，图2 为武汉市汉阳的一个工程的地质条件及岩土体的情况。
图3 为工程一地下温度场分布曲线图，图4 为工程二地下温1.2 测试结果分析
由现场测试的结果可知：两工程地区跨度大，地质结构也有所不同，但地下平均温度却
变化不大。
工程一所在地的地下平均温度为18.4 度，工程二所在地的地下平均温度为19.4 度。
由此可知，地区跨度较大，但地下的平均温度基本稳定在18度到19 度之间。
2 换热计算及其若干问题
2.1 换热计算中几个问题的简化处理
（1）沿垂直方向，不同地质结构，分别计算换热。
（2）进出口温差，沿垂直方向，根据地质结构不同分段，确定热交换温度。
（3）冬夏季进出口初始设计温度，按最不利情况考虑。
（4）埋管管井距，按3m<H<6m 考虑。
2.2 计算公式
（1）传热介质与U 形管内壁的对流换热热阻计算公式
式中R f—传热介质与U形管壁的对流换热热阻，
m﹒K/W；
d i—U 形管的内径，m；
K —U 形管内壁的对流换热系数，W/(m2﹒K)；
（2）U 形管管壁热阻计算公式
式中R pe—U 形管管壁热阻，m﹒K/W；
λp—PE 管的导热系数，W/(m2﹒K)；
d o—U 形管外径，m ；
d i—U 形管内径，m ；
d e—U 形管当量直径，m ；对单U 管，
n=2；双U 管，n=4。
（3）钻孔灌浆回填材料的热阻计算公式
式中R p—钻孔灌浆回填材料的热阻，m﹒K/W ；
λb—灌浆材料导热系数，W/(m2﹒K)；
d b—钻孔的直径，m。
（4）地层热阻计算公式
讨论单个钻孔，计算公式为：
对于多个钻孔：
其中R s—地层热阻，m﹒K/W ；
I—指数积分公式；
λS—岩土层的平均导热系数，W/(m2﹒K)；
a —岩土体的热扩散率，m2/s ；
r b—钻孔半径，m ；
τ—为运行时间，s ；
x i—第i 个钻孔与所计算钻孔之间的距离。
（5）单个孔的传热量计算公式
式中Q—单孔的传量，W；
R i—各个地层的总热阻，m﹒K/W；
L i—各个地层的长度，m；
Δt —各个地层的平均温度与各地层管内平均温度的差值；
i —各地层号。
（6）打孔数量计算公式
式中：N —打孔的数量，个；
Q —每台地源热泵机组额定制冷量；KW；
Q j—每台地源热泵机组额定电功率，KW（冬季Q j =0）；
Q —单个孔的传热量；W。
2.3 计算程序编写
计算程序的编写是在对计算模型进行简化后，在EXCEL上用VBA 编写宏功能而成。
此计算软件简单好用。
2.4 计算公式中需要说明的问题
2.4.1 U 形管内壁对流换热系数的确定
对于U 形管内壁对流换热系数，可用下述的方法来计算：
制冷工况：当管内流体温度tf大于管壁温度tw时；
N f=0.023R ef0.8P rf0.3
制热工况：当管内流体温度tf小于管壁温度tw时；
Nf=0.023RR ef0.8P rf0.4
式中：N f—努谢尔特准则；
K —U 形管内壁换热系数，W/(m2﹒K)；
d —U 形管直径，m；
λf—U 形管内流体导热系数，W/(m2﹒K)；
R ef—雷偌数；
u m—U形管内流速，m/s；
γf—运动粘性系数，m2/s；
于是可得：
2.4.2 关于I（u）的计算
在工程计算中的计算是困难的，需要简化计算且满足计算精度的要求，为此，用级数展开式来描述I（u）的计算。
（1）当0＜u≤1 时
I(u)=0.5[-Inx2 - 0.57721566 + 0.99999193x2 - 0.024991055x4 + 0.05519968x6 - 0.00975004x8 + 0.00107857x10
（2）当u≥1 时
A=x8 + 8.5733287x6 + 18.059017x4 + 8.637609x2 + 0.2677737
B=x8 + 9.5733223x6 + 25.6329561x4 + 21.0996531x2 + 3.9684969
2.4.3 关于管内温度的确定
文献[2]描述了循环液进出地埋管水温随时间的变化，它是一个工程实测的数据。
从实验的结果来看，夏天运行稳定后的温度为在34-29℃，冬天运行稳定后的温度为在3-6.5℃。
根据规范规定地埋管：制冷10℃～40℃；制热-5℃～25℃。
以厂家产品样本看，设计工况大多数厂家的设计工况参数为35℃～30℃，然后根据各地方使用情况再进行修正，综合起来看采用40℃～35℃作为设计工况计算是可以的。
2.4.4 埋管井间距问题
查文献[8]，是采用数值模拟方法对埋管井间距作为数值计算，以换热的结果来看，3m 的埋管间距是可行的。
文献[9]是两个实验结果，也描述了3m 的埋管间距是可行的。
这样可以大大缩小埋管井的占地面积,加强了使用地埋管的可能性。
3 工程计算实例
3.1 工程概况
上述工程一位于武汉市汉口地区，是一学校图书馆工程。
该图书馆工程位于其校内，总建筑面积达15000㎡，共有六层。
本工程总空调面积约10500㎡，空调冷负荷为1890kW，热负荷为1400kW。
3.2 土壤换热器换热计算
地源热泵机组参数见表1。
夏季换热计算结果见表2。
冬季换热计算结果见表3。
由表2和表3比较可得打孔数应为675个，考虑到此为学校的工程，在最热和最冷时的假期以及时同时使用系数，取系数0.7，最后确定打井数量为480个。
4 结论
通过一个实际工程，对地源热泵空调系统地下换热器换热计算方法以及打孔数量的确定等问题进行了思考，对计算设计中的问题进行了研讨，编写了一套简单易制的计算平衡。
这些都将给以后地源热系统地下换热器的设计计算起到指导性作用。