暖通空调热泵技术课件图文-第6章-土壤耦合热泵空调系统
合集下载
暖通空调热泵技术--第6章-1
18
实际工程
在测试地块相距50m打了两口试验井，孔 径为130mm，打井深度分别为70m，两口 实验井制成了单U管换热器，如右图所示。
为了减少连接管道的热损失，对水平段的连 接管道都使用了壁厚为20mm的橡塑保温 材料,其中2#的水平管有部分未做保温。对 2个土壤孔进行了测试。1＃孔PE管按W型 布置，2＃孔PE管按单U型布置,如右图所示， 2＃孔PE管上绑定了一个热电偶（距地面m 处），用以检测温度。两个井埋管的安装数 据和基本数据如表所示。
a）比较简单的方式是，当室内负荷比较小，土壤换热器长度 比较短，换热器井数比较少可以直接接入机房。 b）当室内负荷比较大，土壤换热器长度比较长，就需要考 虑换热器井群的布置问题，一般是若干口井汇集到集水器中， 然后统一由干管接入机房。
换热器井管路直接接入机房
换热器井管路汇集到集水器
9
c）桩基换热器（或叫做能量桩，Energy Piles) 即在桩基里布设换热管道
26
6.3 地埋管换热器的管材与传热介质
流速大小按以下原则 对于内径小于50 mm的管子，管内流速应在0.6-1.2m/s 对于内径大于50 mm的管子．管内流速<1.8m/s
27
6.5 地埋管换热器的计算
确定地下换热器的换热量 确定换热器的长度 确定地下换热器的钻孔及孔深 地下换热器的阻力计算 地下换热器环路水泵的选择 地下换热器承压能力的校核
7、钻孔挖掘所需的电源、水源情况；
8、其他可能安装系统的设置位置等。
15
16
6.2.2 水文地质调查
地质勘探图
17
6.2.3 设置测试孔与监测孔
（1）测试孔 建筑面积<3000m2,使用一个测试孔 大型建筑，应采用两个或两个以上的测试孔。 测试孔深度比U形埋管深5m. (2)监测孔 用来搜集地经过电加热器加热后，被送入到地下， 由于加热后的流体温度高于地下土壤的温度，故热量通过管壁由流 体向土壤放热，这样从地下再回到测试仪中的流体的温度就存在一 定的变化，这就是地下土壤的温度响应。在仪器与地下管路相连的 地方各设置一个温度传感器是必要的，这样就可以采集到管道平均 温度的实时数值，这是用来估计大地导热系数的关键数据。
热泵技术在暖通空调中的应用96页PPT
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
热泵技术在暖通空调中的应用36 Nhomakorabea如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
热泵技术在暖通空调中的应用36 Nhomakorabea如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
地源热泵中央空调系统培训课件
材料设备准备
按照设计方案，准备相应的管材、 管件、热泵机组、室内末端设备 等。
施工队伍组织
组建专业的施工队伍，进行技术 交底和安全培训。
地下换热系统安装
01
02
03
04
管井施工
按照设计要求，进行管井的定 位、开挖、支护和排水等工作。
管道铺设
在管井内铺设换热管道，注意 管道的坡度和固定方式。
管道连接
按照接线图连接电源线和控制线，进行初步 的调试和测试。
室内末端设备安装与接线
室内机定位
根据室内装修和空调效果要求，确定 室内机的安装位置和方向。
室内机安装
将室内机安装在预留位置，调整水平 和垂直度。
连接管道
将室内机与室外管道连接起来，注意 管道的保温和防护措施。
接线与调试
按照接线图连接电源线和控制线，进 行初步的调试和测试。
制冷剂泄漏
利用专业检测仪器检测制冷剂泄漏点，进行修复并补充制冷剂。
水路系统故障
检查水路系统压力、流量等参数，清洗过滤器、更换损坏的阀门等。
定期维护与保养计划制定
1 2
制定维护计划 根据系统使用情况和厂家建议，制定合理的定期 维护计划。
保养内容 包括清洗冷凝器、蒸发器、检查电气线路、紧固 松动部件等。
热泵机组
压缩机
驱动制冷剂循环，提升 制冷剂的压力和温度。
冷凝器
将压缩机排出的高温高 压制冷剂冷却，释放热
量。
蒸发器
吸收地下换热系统传递 的热量，使制冷剂蒸发
吸热。
膨胀阀
控制制冷剂的流量和压 力，实现制冷剂的节流
降压。
室内末端设备
风机盘管
安装在室内，通过空气循 环将冷/热量传递给室内空 间。
暖通空调热泵技术课件图文-第7-10章
空气或水—水空调装置
水环热泵空调系统由四部分组成： ➢ 室内水源热泵机组（水/空气热泵机组）； ➢ 水循环环路； ➢ 辅助设备（冷却塔、加热设备、蓄热装置等）； ➢ 新风与排风系统。
7.1 水环热泵空调系统概述
保福大厦水环热泵
7.2 水环热泵空调系统的组成与运行
7.2 水环热泵空调系统的组成与运行
1
2
5 6
3
4
a)
1
2
3
4
1
2
5 6
3
4
b)
1
2
5 6
c)
5 6
d)
7.3 水环热泵空调系统的特点
（1）水环热泵空调系统具有回收建筑内余热的特有功能。 （2）水环热泵空调系统具有灵活性。 （3）水环热泵空调系统虽然水环路是双管系统，但与四管制风机盘
管系统一样，可达到同时供冷供热的效果。 （4）设计简单、安装方便。 （5）小型的水/空气热泵机组的性能系数不如大型的冷水机组，一般
按低位热源的种类不同，可分为风冷热泵多联机空调系统 和水冷热泵多联机空调系统两种型式。
8.1 概述
与传统的集中空调和传统的一拖多产品相比，它具有如下 特点：
➢ （1）部分负荷特性良好 ➢ （2）多联机空调系统具有灵活性。 ➢ （3）多联机空调系统具有优异的控制系统。 ➢ （4）多联空调系统还具有安装和维护简单、占建筑空间小、不需
7.4 水环热泵空调系统的设计要点
7.4.2 水/空气热泵机组的选择
机组型式的选择 室内水源热泵机组型式主要有水平式、立式、座地明装式、立柱式、屋顶
式等。 机组容量的确定 根据空调房间的总冷负荷和i-d图上的处理过程，查水源热泵机组样本上的
特性曲线或性能表（不同进风湿球温度和不同的进水温度下的供冷量） ，使冷量和出风温度能符合工程设计的要求来确定机组的型号。
水环热泵空调系统由四部分组成： ➢ 室内水源热泵机组（水/空气热泵机组）； ➢ 水循环环路； ➢ 辅助设备（冷却塔、加热设备、蓄热装置等）； ➢ 新风与排风系统。
7.1 水环热泵空调系统概述
保福大厦水环热泵
7.2 水环热泵空调系统的组成与运行
7.2 水环热泵空调系统的组成与运行
1
2
5 6
3
4
a)
1
2
3
4
1
2
5 6
3
4
b)
1
2
5 6
c)
5 6
d)
7.3 水环热泵空调系统的特点
（1）水环热泵空调系统具有回收建筑内余热的特有功能。 （2）水环热泵空调系统具有灵活性。 （3）水环热泵空调系统虽然水环路是双管系统，但与四管制风机盘
管系统一样，可达到同时供冷供热的效果。 （4）设计简单、安装方便。 （5）小型的水/空气热泵机组的性能系数不如大型的冷水机组，一般
按低位热源的种类不同，可分为风冷热泵多联机空调系统 和水冷热泵多联机空调系统两种型式。
8.1 概述
与传统的集中空调和传统的一拖多产品相比，它具有如下 特点：
➢ （1）部分负荷特性良好 ➢ （2）多联机空调系统具有灵活性。 ➢ （3）多联机空调系统具有优异的控制系统。 ➢ （4）多联空调系统还具有安装和维护简单、占建筑空间小、不需
7.4 水环热泵空调系统的设计要点
7.4.2 水/空气热泵机组的选择
机组型式的选择 室内水源热泵机组型式主要有水平式、立式、座地明装式、立柱式、屋顶
式等。 机组容量的确定 根据空调房间的总冷负荷和i-d图上的处理过程，查水源热泵机组样本上的
特性曲线或性能表（不同进风湿球温度和不同的进水温度下的供冷量） ，使冷量和出风温度能符合工程设计的要求来确定机组的型号。
暖通空调热泵技术讲义
温差电热泵（又称热电热泵、珀尔帖热泵）是建立在珀尔帖效应的原理上的。当一块N型半导体（电子型）和一块P型半导体（空穴型）联结成电偶，在这个电路中接上一个直流电源，并流过电流时，就发生能量的转移，在一个接头上放出热量，而在另一个接头上吸收热量。这种现象称为珀尔帖效应。
CO2的临界温度接近环境温度，根据循环的外部条件，可实现三种循环：亚临界循环（Subcritical Cycle）；跨临界循环（Transcritical Cycle）；超临界循环（Hypercritical Cycle）。目前制冷、空调、热泵热水器等设备中采用的CO2循环形式，基本上都是跨临界循环方式。
热泵工质是在热泵机组中进行状态变化的工作流体，也是热泵循环中赖以进行能量转换与传递的介质，以实现制热（制冷）目的。
为了评估各种工质对臭氧层的消耗能力和对全球温室效应的作用。通常引入消耗臭氧潜能值（Ozone Depletion Potential简称ODP值）和全球变暖潜能值（Global Warming Potential简称GWP值）两个指标。所谓热泵工质的ODP值，就是规定R11的ODP值为1.0，其余各种工质的ODP值是相对R11对臭氧层消耗能力的大小。同样规定R11的GWP值为1.0，其余各种工质的GWP就是相对R11的温室效应能力的大小。显然，工质的ODP值和GWP值越小越好，希望为0。
蒸气压缩式热泵的理论循环是在具有温差传热的两相区的逆卡诺循环基础上改造而成的。利用冷凝器和蒸发器实现等压的冷凝放热和汽化吸热过程。将绝热压缩过程移到了过热蒸气区，以取代在两相区的不安全，且效率低的湿压缩过程。利用节流机构取代了膨胀机，使设备大为简化。
在冷凝器中每kg工质放出的热量称单位质量工质制热量，简称单位制热量。在蒸发器中每kg工质吸取的热量称单位质量工质制冷量，简称单位制冷量。每1kg工质压缩的功称单位质量工质耗功量，简称单位功。
CO2的临界温度接近环境温度，根据循环的外部条件，可实现三种循环：亚临界循环（Subcritical Cycle）；跨临界循环（Transcritical Cycle）；超临界循环（Hypercritical Cycle）。目前制冷、空调、热泵热水器等设备中采用的CO2循环形式，基本上都是跨临界循环方式。
热泵工质是在热泵机组中进行状态变化的工作流体，也是热泵循环中赖以进行能量转换与传递的介质，以实现制热（制冷）目的。
为了评估各种工质对臭氧层的消耗能力和对全球温室效应的作用。通常引入消耗臭氧潜能值（Ozone Depletion Potential简称ODP值）和全球变暖潜能值（Global Warming Potential简称GWP值）两个指标。所谓热泵工质的ODP值，就是规定R11的ODP值为1.0，其余各种工质的ODP值是相对R11对臭氧层消耗能力的大小。同样规定R11的GWP值为1.0，其余各种工质的GWP就是相对R11的温室效应能力的大小。显然，工质的ODP值和GWP值越小越好，希望为0。
蒸气压缩式热泵的理论循环是在具有温差传热的两相区的逆卡诺循环基础上改造而成的。利用冷凝器和蒸发器实现等压的冷凝放热和汽化吸热过程。将绝热压缩过程移到了过热蒸气区，以取代在两相区的不安全，且效率低的湿压缩过程。利用节流机构取代了膨胀机，使设备大为简化。
在冷凝器中每kg工质放出的热量称单位质量工质制热量，简称单位制热量。在蒸发器中每kg工质吸取的热量称单位质量工质制冷量，简称单位制冷量。每1kg工质压缩的功称单位质量工质耗功量，简称单位功。
热泵技术课件
作为制冷空调热泵关键部件的四通换向阀，2005年我国的产 量为4355万个。
热泵技术发展的展望（一）
从利用的热源层面：
空气源热泵 水源热泵 地源热泵 水环热泵 太阳能热泵
热泵技术发展的展望（二）
变频技术与变容积技术 热泵计算机仿真和优化技术 热泵的CFCs替代技术 空气源热泵的除霜技术 多联式热泵技术 热泵热水器
热泵的实质
热泵是以消耗一部分高质能（机械能， 电能等）或高温位能为代价，通过热力 循环，把热能由低温物体转移到高温物 体的能量利用系统。 热泵与制冷机的工作原理和热力循环相 同。
制冷与热泵
高温 q1
制冷 w
T0
q2
低温
T2
工 作 原 理 相 同
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高温 q1 热泵
T1 w
q2
低温 T0
两者的目的和着眼点不同 两者的工作温度范围不同
高温 q1 热泵 q2 低温
T1 w
cop
T0
w
热泵技术的应用范围
住宅供暖（冷）； 大型建筑物的供暖（冷）； 热泵在室内和室外露天游泳池的应用； 余热的回收与利用； 人工冰场和游泳池的相结合的热泵系统； 干燥 、除湿、 浓缩、 分馏。
热泵发展简史
1824年，热泵压缩式理论
热泵技术研究与应用的背景
热泵的研究是基于两个热点问题，即能源问题 和环境污染问题。 能源的危机和矿物能源燃烧过程产生的有害物 对生态环境的污染，是对现代人类生存的严重 威胁与挑战。热泵技术是开发和强化高位能利 用率的重要手段，是获取可再生能源及保持生 态平衡的有效途径之一。
土壤源热泵教学讲解课件
(1)卧式或立式 选择卧式或立式系统是根据可利用的土地、
当地土壤的类型和挖掘费用而定。 如果有大量的土地而且没有坚硬的岩石，
应该考虑一个经济的卧式系统。 立式系统所需的土地面积是有限的，所
以特别在土地较紧张的城市多数采用这种系统。 在我国，由于劳动力比较便宜，当采用卧式系 统时可采用人工挖掘，工程的造价会便宜一些。 立式系统由于需要机械钻孔和较高技术的回填、 敷设管道，相对造价会高一些.
对于我国南方夏热冬冷地区，湿度 较高，夏季辐射供冷只能去除室内的显 热负荷，必须另外加装除湿系统。
8．7 太阳能一土壤源热泵系统
太阳能一土壤源热泵系统是以太阳能和土壤能作
为复合热源的热泵系统，是太阳能和土壤能综合利用 的一种形式，属于热泵应用技术领域的一个分支。
在冬季，考虑到较大的热负荷，联合使用太阳能
8．2 土壤源热泵系统的形式和结构
水平埋管方式
水平埋管方式管道可水平或螺旋状埋于 土壤中，埋设深度越大，传热效果越好， 但挖地沟投资也越大。一般埋设深度为 1．5～3．0m。每20m长埋管的换热量 约为1kw。由于受管之间换热的互相影 响，螺旋盘管的总管长度应适当增长， 但其总占地面积比水平直管少.
国外文献一般称“土壤源热泵”(ground SOtlrce heat mimp，GSHP)，也有称为 “土壤耦合式热泵”(ground coupled heat pump，GCHP)，或称“土壤一水热泵”；
国内文献则有“土壤热源热泵”、“土 壤热泵”、“土地热源热泵”和“大地 耦合式热泵”等多种名称。
试集地下的数据，包括地下温度、 地下水水位和地下水质量。
目前常用的方法有两个；一是根据地质勘测资料， 利用已有的土壤热导率的计算公式计
算出单位管长放热量；二是进行热响应实验。
当地土壤的类型和挖掘费用而定。 如果有大量的土地而且没有坚硬的岩石，
应该考虑一个经济的卧式系统。 立式系统所需的土地面积是有限的，所
以特别在土地较紧张的城市多数采用这种系统。 在我国，由于劳动力比较便宜，当采用卧式系 统时可采用人工挖掘，工程的造价会便宜一些。 立式系统由于需要机械钻孔和较高技术的回填、 敷设管道，相对造价会高一些.
对于我国南方夏热冬冷地区，湿度 较高，夏季辐射供冷只能去除室内的显 热负荷，必须另外加装除湿系统。
8．7 太阳能一土壤源热泵系统
太阳能一土壤源热泵系统是以太阳能和土壤能作
为复合热源的热泵系统，是太阳能和土壤能综合利用 的一种形式，属于热泵应用技术领域的一个分支。
在冬季，考虑到较大的热负荷，联合使用太阳能
8．2 土壤源热泵系统的形式和结构
水平埋管方式
水平埋管方式管道可水平或螺旋状埋于 土壤中，埋设深度越大，传热效果越好， 但挖地沟投资也越大。一般埋设深度为 1．5～3．0m。每20m长埋管的换热量 约为1kw。由于受管之间换热的互相影 响，螺旋盘管的总管长度应适当增长， 但其总占地面积比水平直管少.
国外文献一般称“土壤源热泵”(ground SOtlrce heat mimp，GSHP)，也有称为 “土壤耦合式热泵”(ground coupled heat pump，GCHP)，或称“土壤一水热泵”；
国内文献则有“土壤热源热泵”、“土 壤热泵”、“土地热源热泵”和“大地 耦合式热泵”等多种名称。
试集地下的数据，包括地下温度、 地下水水位和地下水质量。
目前常用的方法有两个；一是根据地质勘测资料， 利用已有的土壤热导率的计算公式计
算出单位管长放热量；二是进行热响应实验。
暖通空调热泵技术课件图文-第6章-土壤耦合热泵空调系统
竖直地埋管换热器的优点是占地少、工作性能稳定等。根据在竖直钻孔 中布置的埋管形式的不同，竖直地埋管换热器又可分为U形地埋管换热 器与套管式地埋管换热器。套管式地埋管换热器在造价和施工方面都有 一些弱点，在实际工程中较少采用。
6.4 地埋管换热器的布置形式
选择水平埋管还是竖直埋管的另一个需要考虑的因素是建筑物高度。 如果地下埋管和建筑物内管路间没有用热交换器隔开，竖直埋管换热 器的埋深将受到地下埋管（SDR11）的最大额定承压能力的限制。工 程上应进行相应计算，以验证系统最下端管道的静压是否在管路最大 额定承压范围内。若其静压超过地埋管换热器的承压能力时，可设中 间换热器将地埋管换热器与建筑物内系统分开。
➢ ② 占地面积较小。由于铜的导热系数高于聚乙烯数十倍以上，管内制冷 剂流速大于间接膨胀式系统内水的流速，管内制冷剂和周围土壤传热温 差大，因此单位地下钻孔深度的换热率较高，所需的钻孔深度较小，即 所需占地面积要小一些。
➢ ③ 系统形式简单。DX-GCHP系统省去水/水中间换热器、中间换热环路 、水泵及其辅助部件等设备，因而系统形式显得更为简单。
第六章 土壤耦合热泵空调系统
第六章 土壤耦合热泵空调系统
6.1 土壤耦合热泵空调系统简介 6.2 现场调查与工程勘察 6.3 地埋管换热器的管材与传热介质 6.4 地埋管换热器的布置形式 6.5 地埋管换热器的传热计算 6.6 地埋管换热器系统的水力计算 6.7 地埋管换热器的安装 6.8 直接膨胀式土壤源热泵系统
6.7 地埋管换热器的安装
地埋管换热系统的检验与水压试验
（1）地埋管换热系统的检验 （2）地埋管水压试验 （3）水压试验步骤 （4）水压试验方法
6.8 直接膨胀式土壤源热泵系统
与间接膨胀式土壤耦合热泵相比，直接膨胀式土壤耦合热泵 特点有：
6.4 地埋管换热器的布置形式
选择水平埋管还是竖直埋管的另一个需要考虑的因素是建筑物高度。 如果地下埋管和建筑物内管路间没有用热交换器隔开，竖直埋管换热 器的埋深将受到地下埋管（SDR11）的最大额定承压能力的限制。工 程上应进行相应计算，以验证系统最下端管道的静压是否在管路最大 额定承压范围内。若其静压超过地埋管换热器的承压能力时，可设中 间换热器将地埋管换热器与建筑物内系统分开。
➢ ② 占地面积较小。由于铜的导热系数高于聚乙烯数十倍以上，管内制冷 剂流速大于间接膨胀式系统内水的流速，管内制冷剂和周围土壤传热温 差大，因此单位地下钻孔深度的换热率较高，所需的钻孔深度较小，即 所需占地面积要小一些。
➢ ③ 系统形式简单。DX-GCHP系统省去水/水中间换热器、中间换热环路 、水泵及其辅助部件等设备，因而系统形式显得更为简单。
第六章 土壤耦合热泵空调系统
第六章 土壤耦合热泵空调系统
6.1 土壤耦合热泵空调系统简介 6.2 现场调查与工程勘察 6.3 地埋管换热器的管材与传热介质 6.4 地埋管换热器的布置形式 6.5 地埋管换热器的传热计算 6.6 地埋管换热器系统的水力计算 6.7 地埋管换热器的安装 6.8 直接膨胀式土壤源热泵系统
6.7 地埋管换热器的安装
地埋管换热系统的检验与水压试验
（1）地埋管换热系统的检验 （2）地埋管水压试验 （3）水压试验步骤 （4）水压试验方法
6.8 直接膨胀式土壤源热泵系统
与间接膨胀式土壤耦合热泵相比，直接膨胀式土壤耦合热泵 特点有：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
回填封孔与土壤 热物性测定
环路集管连接
27
6.7 地埋管换热器的安装
竖直埋管
放线、钻孔
U形管现场组装、 试压与清洗
下管与二次试压
回填封孔与土壤 热物性测定
环路集管连接
28
6.7 地埋管换热器的安装
竖直埋管放线、钻孔来自U形管现场组装、 试压与清洗下管与二次试压
回填封孔与土壤 热物性测定
环路集管连接
29
6.7 地埋管换热器的安装
地埋管换热系统的检验与水压试验
（1）地埋管换热系统的检验 （2）地埋管水压试验 （3）水压试验步骤 （4）水压试验方法
6.8 直接膨胀式土壤源热泵系统
与间接膨胀式土壤耦合热泵相比，直接膨胀式土壤耦合热泵 特点有：
➢ ① 系统效率高。与间接膨胀式系统相比，DX-GCHP系统少了中间换热器 和循环水泵，没有中间换热损失和循环水泵功耗，因而系统效率较高。
6.4 地埋管换热器的布置形式
水平埋管
6.4 地埋管换热器的布置形式
竖直埋管 考虑到我国人多地少的实际情况，在大多数情况下竖直埋管方式是惟
一的选择，它已成为工程应用中的主导形式。
6.4 地埋管换热器的布置形式
竖直埋管 采用竖直埋管换热器时，每个钻孔中可设置一组或两组U形管。
尽管单U形埋管的钻孔内热阻比双U 形埋管大30%以上，但实测与计算 结果均表明：双U形埋管比单U形埋 管仅可提高15%~20%的换热能力 ，这是因为钻孔内热阻仅是埋管传 热总热阻的一部分。
设计地埋管换热器时，环 路集管不包括在地埋管换 热器总长内
6.6 地埋管换热器系统的水力计算
1 压力损失计算
(1)确定管内流体的流量G，m3/h和公称直径； (2)根据公称直径，确定地埋管的内径dj，m2； (3)计算地埋管的断面面积A，m2； (4)计算管内流体的流速V
➢ 应注意，地埋管换热器内流体流动应为紊流，流速应大于0.4m/s (5)雷诺数Re的计算，Re应该大于2300以确保紊流。 (6)计算管段的沿程阻力损失Py (7)计算管段的局部阻力损失Pj (8)计算管段的总阻力损失PZ
第六章 土壤耦合热泵空调系统
第六章 土壤耦合热泵空调系统
6.1 土壤耦合热泵空调系统简介 6.2 现场调查与工程勘察 6.3 地埋管换热器的管材与传热介质 6.4 地埋管换热器的布置形式 6.5 地埋管换热器的传热计算 6.6 地埋管换热器系统的水力计算 6.7 地埋管换热器的安装 6.8 直接膨胀式土壤源热泵系统
竖直地埋管换热器的优点是占地少、工作性能稳定等。根据在竖直钻孔 中布置的埋管形式的不同，竖直地埋管换热器又可分为U形地埋管换热 器与套管式地埋管换热器。套管式地埋管换热器在造价和施工方面都有 一些弱点，在实际工程中较少采用。
6.4 地埋管换热器的布置形式
选择水平埋管还是竖直埋管的另一个需要考虑的因素是建筑物高度。 如果地下埋管和建筑物内管路间没有用热交换器隔开，竖直埋管换热 器的埋深将受到地下埋管（SDR11）的最大额定承压能力的限制。工 程上应进行相应计算，以验证系统最下端管道的静压是否在管路最大 额定承压范围内。若其静压超过地埋管换热器的承压能力时，可设中 间换热器将地埋管换热器与建筑物内系统分开。
6.7 地埋管换热器的安装
6.7 地埋管换热器的安装
水平埋管
管道安装可伴随着挖沟同 步进行。挖沟可使用挖掘机 或人工挖沟。如采用全面敷 设水平埋管的方式设置换热 器，也可使用推土机等施工 机械，挖掘埋管场地.
6.7 地埋管换热器的安装
竖直埋管
放线、钻孔
U形管现场组装、 试压与清洗
下管与二次试压
➢ 当然直接膨胀式系统也存在着一些缺点：存在地下铜管腐蚀和泄漏问题 ，由于其地下盘管的内部容积大于间接膨胀式系统，因此制冷剂的充注 量相应也多一些。
（1）《地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2005）》 推荐的设计计算方法
➢ ① 竖直地埋管换热器的热阻计算 ➢ ② 竖直地埋管换热器钻孔的长度计算
6.5 地埋管换热器的传热计算
（2）按现场测试获得的单位钻孔深度（或管长）的换热 量确定其长度
6.5 地埋管换热器的传热计算
（3）按线算图确定竖直地埋管换热管的孔深与管长
➢ （2）地埋管质量应符合国家现行标准中的各项规定。管材的公称压 力及使用温度应满足设计要求，且管材的公称压力不应小于1.0MPa。
6.3 地埋管换热器的管材与传热介质
管材规格和压力级别
我国国家标准给出了地埋管换热器管道外径尺寸标准和管道的压力级 别。地埋管外径及壁厚可按表6-1和表6-2的规定选用。相同管材的管 径越大，其管壁越厚。
6.2 现场调查与工程勘察
1 现场勘察 2 水文地质调查 3 设置测试孔与监测孔 4 土壤热响应实验
6.3 地埋管换热器的管材与传热介质
地埋管管材
➢ 《地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2005）》：
➢ （1）地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力 小的塑料管材及管件，宜采用聚乙烯管（PE80或PE100）或聚丁烯管 （PB），不宜采用聚氯乙烯管（PVC）。管件与管材应用相同的材料 。
6.4 地埋管换热器的布置形式
串联 并联
6.4 地埋管换热器的布置形式
6.5 地埋管换热器的传热计算
竖直地埋管换热器的长度
竖直地埋管换热器布置方式和管材选定后，应通过计算确定其长度。 计算时应考虑管材、岩土体及回填材料热物性、传热介质的物性及流 动状态、热泵机组特性及建筑物的冷（热）负荷等因素。为了确保计 算结果的准确性，建议采用专用软件进行。
可以有效地降低成本，但是同时也存在着一些缺点和问题有待解决
6.1 土壤耦合热泵空调系统简介
间接膨胀式的热泵系统，土壤先与地埋管换热器内循环水泵驱动的中间 传热介质进行热量交换，中间传热介质从土壤中吸热或向土壤放热，然 后中间传热介质将冷（热）量通过热泵机组实现供热和制冷循环。
它与直接膨胀型相比可以减少制 冷剂的充灌量，增加了热泵系统 的灵活性，同时减免了制冷管路 的安装，使现场工程量减至最低 。
➢ ② 占地面积较小。由于铜的导热系数高于聚乙烯数十倍以上，管内制冷 剂流速大于间接膨胀式系统内水的流速，管内制冷剂和周围土壤传热温 差大，因此单位地下钻孔深度的换热率较高，所需的钻孔深度较小，即 所需占地面积要小一些。
➢ ③ 系统形式简单。DX-GCHP系统省去水/水中间换热器、中间换热环路 、水泵及其辅助部件等设备，因而系统形式显得更为简单。
6.1 土壤耦合热泵空调系统简介
6.1 土壤耦合热泵空调系统简介
6.1 土壤耦合热泵空调系统简介
根据是否存在中间传热介质，可以分为直接膨胀式和间接膨胀式。 直接膨胀式土壤耦合热泵是将低温低压的液态制冷剂（或高温高压的
气态制冷剂）直接送入地下埋管内，制冷剂蒸发（或冷凝），直接与 土壤进行换热。
对于实际工程计算，常采用半经验公式进行设计计算。
以下介绍三种方法 ➢ （1）《地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2005）》推荐的设计
计算方法 ➢ （2）按现场测试获得的单位钻孔深度（或管长）的换热量确定其长
度 ➢ （3）按线算图确定竖直地埋管换热管的孔深与管长
6.5 地埋管换热器的传热计算
之后进行的是地埋管换热器的传热分析，地埋管换热器的传热计算即 地埋管的设计计算过程，包括是否采用土壤耦合热泵系统形式的方案 决策与选择阶段、设计计算材料的搜集和准备阶段以及具体的设计计 算阶段。分析决定具体采用哪一种设计计算方法。
最后就是具体的设计计算过程。介绍目前普遍采用的三种计算方法， 这三种方法各有其适用范围，也各有其优势及缺点，设计时应根据实 际情况的不同来选用适当的计算方法。
6.6 地埋管换热器系统的水力计算
2 循环泵的选择
根据地埋管换热系统水力计算的设计流量环路总的阻力损失，再分别加 10％～20％的安全系数后作为选择循环泵组时所需要依据的流量和扬 程
在选择中应注意： ➢ ① 如选两台泵，应选择其工作特性曲线平坦型的。 ➢ ② 水泵长时间工作点应位于最高效率点附近的区间内。
其缺点在于引入带有热交换器的 额外流体环路，增加了初投资， 还带来额外的温降。为此应尽可 能地优化设计水回路，改善载冷 剂的流体性质。
6.1 土壤耦合热泵空调系统简介
设计计算前的准备工作是通过现场勘察、水文地质调查、设置测试孔 和监测孔以及热响应试验等，为方案选择与决策提供依据，同时也为 设计计算提供设计材料和基础依据。
影响防冻液选择的因素主要有：凝固点、周围环境的影响、费用和可用 性、热传导、压降特性以及与土壤耦合热泵系统中所用材料的相容性。
由于防冻液的密度、黏度、比热和热导率等物性参数与纯水都有一定的 差异，这将影响冷凝器（制冷工况）和蒸发器（制热工况）内的换热效 果，从而影响整个热泵机组的性能。
6.4 地埋管换热器的布置形式
6.3 地埋管换热器的管材与传热介质
传热介质
传热介质应以水为首选，也可选用符合下列要求的其他介质： ➢ （1）安全，腐蚀性弱，与地埋管管材无化学反应； ➢ （2）较低的凝固点； ➢ （3）良好的传热特性，较低的摩擦阻力； ➢ （4）易于购买、运输和储藏。
在传热介质有可能冻结的场合，传热介质应添加防冻液。应在充注阀处 注明防冻液的类型、浓度及有效期。为了防止出现结冰现象，添加防冻 液后的传热介质的凝固点宜比设计最低运行水温低3~5℃。
1 埋管方式
可分为水平埋管与竖直埋管换热器两大类。 水平埋管方式在软土地区造价较低，但传热条件受外界气候条件的影响
、占地面积大，通常不太适合中国地少人多的国情。当可利用地表面积 较大、地表层不是坚硬的岩石、建筑物规模小时宜采用水平地埋管换热 器。水平埋管时根据一条沟中埋管的多少和方式又分为单管、双管、多 管和螺旋管等多种形式。
环路集管连接
27
6.7 地埋管换热器的安装
竖直埋管
放线、钻孔
U形管现场组装、 试压与清洗
下管与二次试压
回填封孔与土壤 热物性测定
环路集管连接
28
6.7 地埋管换热器的安装
竖直埋管放线、钻孔来自U形管现场组装、 试压与清洗下管与二次试压
回填封孔与土壤 热物性测定
环路集管连接
29
6.7 地埋管换热器的安装
地埋管换热系统的检验与水压试验
（1）地埋管换热系统的检验 （2）地埋管水压试验 （3）水压试验步骤 （4）水压试验方法
6.8 直接膨胀式土壤源热泵系统
与间接膨胀式土壤耦合热泵相比，直接膨胀式土壤耦合热泵 特点有：
➢ ① 系统效率高。与间接膨胀式系统相比，DX-GCHP系统少了中间换热器 和循环水泵，没有中间换热损失和循环水泵功耗，因而系统效率较高。
6.4 地埋管换热器的布置形式
水平埋管
6.4 地埋管换热器的布置形式
竖直埋管 考虑到我国人多地少的实际情况，在大多数情况下竖直埋管方式是惟
一的选择，它已成为工程应用中的主导形式。
6.4 地埋管换热器的布置形式
竖直埋管 采用竖直埋管换热器时，每个钻孔中可设置一组或两组U形管。
尽管单U形埋管的钻孔内热阻比双U 形埋管大30%以上，但实测与计算 结果均表明：双U形埋管比单U形埋 管仅可提高15%~20%的换热能力 ，这是因为钻孔内热阻仅是埋管传 热总热阻的一部分。
设计地埋管换热器时，环 路集管不包括在地埋管换 热器总长内
6.6 地埋管换热器系统的水力计算
1 压力损失计算
(1)确定管内流体的流量G，m3/h和公称直径； (2)根据公称直径，确定地埋管的内径dj，m2； (3)计算地埋管的断面面积A，m2； (4)计算管内流体的流速V
➢ 应注意，地埋管换热器内流体流动应为紊流，流速应大于0.4m/s (5)雷诺数Re的计算，Re应该大于2300以确保紊流。 (6)计算管段的沿程阻力损失Py (7)计算管段的局部阻力损失Pj (8)计算管段的总阻力损失PZ
第六章 土壤耦合热泵空调系统
第六章 土壤耦合热泵空调系统
6.1 土壤耦合热泵空调系统简介 6.2 现场调查与工程勘察 6.3 地埋管换热器的管材与传热介质 6.4 地埋管换热器的布置形式 6.5 地埋管换热器的传热计算 6.6 地埋管换热器系统的水力计算 6.7 地埋管换热器的安装 6.8 直接膨胀式土壤源热泵系统
竖直地埋管换热器的优点是占地少、工作性能稳定等。根据在竖直钻孔 中布置的埋管形式的不同，竖直地埋管换热器又可分为U形地埋管换热 器与套管式地埋管换热器。套管式地埋管换热器在造价和施工方面都有 一些弱点，在实际工程中较少采用。
6.4 地埋管换热器的布置形式
选择水平埋管还是竖直埋管的另一个需要考虑的因素是建筑物高度。 如果地下埋管和建筑物内管路间没有用热交换器隔开，竖直埋管换热 器的埋深将受到地下埋管（SDR11）的最大额定承压能力的限制。工 程上应进行相应计算，以验证系统最下端管道的静压是否在管路最大 额定承压范围内。若其静压超过地埋管换热器的承压能力时，可设中 间换热器将地埋管换热器与建筑物内系统分开。
6.7 地埋管换热器的安装
6.7 地埋管换热器的安装
水平埋管
管道安装可伴随着挖沟同 步进行。挖沟可使用挖掘机 或人工挖沟。如采用全面敷 设水平埋管的方式设置换热 器，也可使用推土机等施工 机械，挖掘埋管场地.
6.7 地埋管换热器的安装
竖直埋管
放线、钻孔
U形管现场组装、 试压与清洗
下管与二次试压
➢ 当然直接膨胀式系统也存在着一些缺点：存在地下铜管腐蚀和泄漏问题 ，由于其地下盘管的内部容积大于间接膨胀式系统，因此制冷剂的充注 量相应也多一些。
（1）《地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2005）》 推荐的设计计算方法
➢ ① 竖直地埋管换热器的热阻计算 ➢ ② 竖直地埋管换热器钻孔的长度计算
6.5 地埋管换热器的传热计算
（2）按现场测试获得的单位钻孔深度（或管长）的换热 量确定其长度
6.5 地埋管换热器的传热计算
（3）按线算图确定竖直地埋管换热管的孔深与管长
➢ （2）地埋管质量应符合国家现行标准中的各项规定。管材的公称压 力及使用温度应满足设计要求，且管材的公称压力不应小于1.0MPa。
6.3 地埋管换热器的管材与传热介质
管材规格和压力级别
我国国家标准给出了地埋管换热器管道外径尺寸标准和管道的压力级 别。地埋管外径及壁厚可按表6-1和表6-2的规定选用。相同管材的管 径越大，其管壁越厚。
6.2 现场调查与工程勘察
1 现场勘察 2 水文地质调查 3 设置测试孔与监测孔 4 土壤热响应实验
6.3 地埋管换热器的管材与传热介质
地埋管管材
➢ 《地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2005）》：
➢ （1）地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力 小的塑料管材及管件，宜采用聚乙烯管（PE80或PE100）或聚丁烯管 （PB），不宜采用聚氯乙烯管（PVC）。管件与管材应用相同的材料 。
6.4 地埋管换热器的布置形式
串联 并联
6.4 地埋管换热器的布置形式
6.5 地埋管换热器的传热计算
竖直地埋管换热器的长度
竖直地埋管换热器布置方式和管材选定后，应通过计算确定其长度。 计算时应考虑管材、岩土体及回填材料热物性、传热介质的物性及流 动状态、热泵机组特性及建筑物的冷（热）负荷等因素。为了确保计 算结果的准确性，建议采用专用软件进行。
可以有效地降低成本，但是同时也存在着一些缺点和问题有待解决
6.1 土壤耦合热泵空调系统简介
间接膨胀式的热泵系统，土壤先与地埋管换热器内循环水泵驱动的中间 传热介质进行热量交换，中间传热介质从土壤中吸热或向土壤放热，然 后中间传热介质将冷（热）量通过热泵机组实现供热和制冷循环。
它与直接膨胀型相比可以减少制 冷剂的充灌量，增加了热泵系统 的灵活性，同时减免了制冷管路 的安装，使现场工程量减至最低 。
➢ ② 占地面积较小。由于铜的导热系数高于聚乙烯数十倍以上，管内制冷 剂流速大于间接膨胀式系统内水的流速，管内制冷剂和周围土壤传热温 差大，因此单位地下钻孔深度的换热率较高，所需的钻孔深度较小，即 所需占地面积要小一些。
➢ ③ 系统形式简单。DX-GCHP系统省去水/水中间换热器、中间换热环路 、水泵及其辅助部件等设备，因而系统形式显得更为简单。
6.1 土壤耦合热泵空调系统简介
6.1 土壤耦合热泵空调系统简介
6.1 土壤耦合热泵空调系统简介
根据是否存在中间传热介质，可以分为直接膨胀式和间接膨胀式。 直接膨胀式土壤耦合热泵是将低温低压的液态制冷剂（或高温高压的
气态制冷剂）直接送入地下埋管内，制冷剂蒸发（或冷凝），直接与 土壤进行换热。
对于实际工程计算，常采用半经验公式进行设计计算。
以下介绍三种方法 ➢ （1）《地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2005）》推荐的设计
计算方法 ➢ （2）按现场测试获得的单位钻孔深度（或管长）的换热量确定其长
度 ➢ （3）按线算图确定竖直地埋管换热管的孔深与管长
6.5 地埋管换热器的传热计算
之后进行的是地埋管换热器的传热分析，地埋管换热器的传热计算即 地埋管的设计计算过程，包括是否采用土壤耦合热泵系统形式的方案 决策与选择阶段、设计计算材料的搜集和准备阶段以及具体的设计计 算阶段。分析决定具体采用哪一种设计计算方法。
最后就是具体的设计计算过程。介绍目前普遍采用的三种计算方法， 这三种方法各有其适用范围，也各有其优势及缺点，设计时应根据实 际情况的不同来选用适当的计算方法。
6.6 地埋管换热器系统的水力计算
2 循环泵的选择
根据地埋管换热系统水力计算的设计流量环路总的阻力损失，再分别加 10％～20％的安全系数后作为选择循环泵组时所需要依据的流量和扬 程
在选择中应注意： ➢ ① 如选两台泵，应选择其工作特性曲线平坦型的。 ➢ ② 水泵长时间工作点应位于最高效率点附近的区间内。
其缺点在于引入带有热交换器的 额外流体环路，增加了初投资， 还带来额外的温降。为此应尽可 能地优化设计水回路，改善载冷 剂的流体性质。
6.1 土壤耦合热泵空调系统简介
设计计算前的准备工作是通过现场勘察、水文地质调查、设置测试孔 和监测孔以及热响应试验等，为方案选择与决策提供依据，同时也为 设计计算提供设计材料和基础依据。
影响防冻液选择的因素主要有：凝固点、周围环境的影响、费用和可用 性、热传导、压降特性以及与土壤耦合热泵系统中所用材料的相容性。
由于防冻液的密度、黏度、比热和热导率等物性参数与纯水都有一定的 差异，这将影响冷凝器（制冷工况）和蒸发器（制热工况）内的换热效 果，从而影响整个热泵机组的性能。
6.4 地埋管换热器的布置形式
6.3 地埋管换热器的管材与传热介质
传热介质
传热介质应以水为首选，也可选用符合下列要求的其他介质： ➢ （1）安全，腐蚀性弱，与地埋管管材无化学反应； ➢ （2）较低的凝固点； ➢ （3）良好的传热特性，较低的摩擦阻力； ➢ （4）易于购买、运输和储藏。
在传热介质有可能冻结的场合，传热介质应添加防冻液。应在充注阀处 注明防冻液的类型、浓度及有效期。为了防止出现结冰现象，添加防冻 液后的传热介质的凝固点宜比设计最低运行水温低3~5℃。
1 埋管方式
可分为水平埋管与竖直埋管换热器两大类。 水平埋管方式在软土地区造价较低，但传热条件受外界气候条件的影响
、占地面积大，通常不太适合中国地少人多的国情。当可利用地表面积 较大、地表层不是坚硬的岩石、建筑物规模小时宜采用水平地埋管换热 器。水平埋管时根据一条沟中埋管的多少和方式又分为单管、双管、多 管和螺旋管等多种形式。