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地源熱泵工程設計和設備選型參考資料

2020-08-19 13:09:32  

地源熱泵係統設計思路和準備工作:

1、現場勘察了解建築物概況:建築的結構、維護和保溫、層數、層高、用途、客戶現在和未來可能的需求;建築麵積、空調麵積、生活熱水使用概況、配電情況(功率、電壓、電流)、機房空間、機房位置。

2、了解基本地理情況:地理位置、周圍地貌、氣象參數、未來地域發展規劃、地下構造等。

3、建築冷、熱負荷計算。列出進行負荷計算的標準和依據,對建築進行冷、熱負荷計算。在確定建築負荷時,必須考慮到未來較長時間的氣候變化情況。通過對建築負荷的計算和評估,可以確定水源井換熱器的吸熱和放熱的絕對量值。

地源熱泵係統設計和選型問題:

地源熱泵係統設計主要包括兩大部分:一是建築物內的空調係統設計,主要有空氣處理方案確定及設備選擇,水源熱泵機組的選擇、室內整個空調係統的風係統和水係統設計;二是室外地能換熱係統的設計,即地埋管地源熱泵係統中的地埋管換熱器、地下水熱泵係統中的水井係統以及地表水熱泵係統中的地表水換熱器的設計,這部分是地源熱泵係統有別於其他係統之所在。

地埋管換熱器管路形式選擇

地埋管換熱器的埋管主要有兩種形式,即水平埋管和垂直埋管。換熱器管路埋置在水平管溝內的地埋管換熱器為水平埋管。換熱管路埋置在垂直鑽孔內的地埋管換熱器為垂直埋管。

地埋管換熱器環路形式選擇

地埋管換熱器中流體流動的環路形式有串聯和並聯兩種。在串聯係統中,幾個井(水平管為管溝)隻有一個流動通路;並聯方式是一個井(管溝)有一個流動通路,數個井有數個流動通路。

地埋管換熱器埋管選擇

由於地埋管的使用場所特殊、施工較複雜,所選管材必須符合特定的性能才能保證施工順利進行、係統才能正常運行,對管材特殊性要求如下:

對管材質量的要求;選擇地埋管規格;選擇地埋管管徑;確定地埋管管子長度。

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地熱管材選擇及流體介質問題:

一般來講,一旦將地下埋管係統換熱器埋入地下後,基本不可能進行維修或更換,因此地下的管材應首先要保證其具有良好的化學穩定性、耐腐性。

1、聚乙烯(PE)和聚丁烯(PB)在國外地源熱泵係統中得到了廣泛應用。

2、PVC(聚氯乙烯)管的導熱性差和可塑性不好,不易彎曲,接頭處耐壓能力差,容易導致泄漏,因此在地源熱泵係統中不推薦用PVC 管。

3、為了強化地下埋管的換熱,國外有的提出采用薄壁(0.5mm)的不鏽鋼鋼管,但目前實際應用不多。

4、管件公稱壓力不得小於1.0Mpa,工作溫度應在-20℃~50℃範圍內。

5、地埋管壁厚宜按外徑與壁厚之比為11倍選擇。

6、地埋管應能按設計要求長度成捆供應,中間不得有機械接口及金屬接頭。

連接方式方法:

1、熱熔聯接(承接聯接和對接聯接,對於小管徑常采用)

2、電熔聯結。

流體介質及回填料:

南方地區:由於地溫高,冬季地下埋管進水溫度在0℃以上,因此多采用水作為工作流體;

北方地區:冬季地溫低,地下埋管進水溫度一般均低於0℃,因此一般均需使用防凍液。

(①鹽類溶液——氯化鈣和氯化鈉水溶液;②乙二醇水溶液;③酒精水溶液等)。

地埋管水溫:

1、熱泵機組夏季向末端係統供冷水,設計供回水溫度為7—12℃,與普通冷水機組相同。地埋管中循環水進入U管的最高溫度應 <37℃,與冷卻塔進水溫度相同。

2、熱泵機組冬季向末端係統供水溫度與常規空調不同,在滿足供熱條件下,應盡量減低供熱水溫度,這樣可改善熱泵機組運行工況、減小壓縮比、提高cop值,並降低能耗。地埋管中循環水冬季進水溫度,以水不凍結並留安全餘地為好,可取3—4℃。當然為了使地埋管換熱器獲得更多熱量,可加大循環水與大地間溫差傳熱,然而大地的溫度是不變的,因此隻有將循環水溫降至0℃以下,為此循環水必須使用防凍液,如乙二醇溶液或食鹽水。但這樣會提高工程造價、增加對設備的腐蝕。在嚴寒地區不得不這樣做,而在華北地區的工程中用水就可滿足要求,不一定要加防凍液。

地溫是恒定值,可通過測井實測。有關資料介紹某地地下約100米的地溫是當地年平均氣溫加4℃左右。天津市年平均氣溫是12.2℃,實測天津市地下約100米的地溫約為16℃,基本符合以上規律。

回填材料

可以選用澆鑄混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料選擇要兼顧工程造價、傳熱性能、施工方便等因素。從實際測試比較澆鑄混凝土換熱性能最好,但造價高、施工難度大,但可結合建築物樁基一起施工。回填沙石或碎石換熱效果比較好,而且施工容易、造價低,可廣泛采用。

地下埋管係統環路方式:

1、串聯方式

優點:

①一個回路具有單一流通通路,管內積存的空氣容易排出;

②串聯方式一般需采用較大直徑的管子,因此對於單位長度埋管換熱量來講,串聯方式換熱性能略高

缺點:

①串聯方式需采用較大管徑的管子,因而成本較高;

②由於係統管徑大,在冬季氣溫低地區,係統內需充注的防凍液(如乙醇水溶液)多;

③安裝勞動成本增大;

④管路係統不能太長,否則係統阻力損失太大。

2、並聯方式

優點:

①由於可用較小管徑的管子,因此成本較串聯方式低;

②所需防凍液少;

③安裝勞動成本低。

缺點:

①設計安裝中必須特別注意確保管內流體流速較高,以充分排出空氣;

②各並聯管道的長度盡量一致(偏差應≤10%),以保證每個並聯回路有相同的流量;

③確保每個並聯回路的進口與出口有相同的壓力,使用較大管徑的管子做集箱,可達到此目的。

從國內外工程實踐來看,中、深埋管采用並聯方式者居多;淺埋管采用串聯方式的多。

注意事項:

1、垂直地埋管換熱器埋管深度應大於30m,宜為60m~150m;鑽孔間距宜為3m~6m。水平管埋深應不小於1.2m。

2、地埋管換熱器水平幹管坡度宜為0.3%,不應小於0.2%。

3、地埋管環路之間應並聯且同程布置,兩端應分別與供、回水管路集管相連接。每個環路集管連接的環路數宜相同。

4、地埋管換熱器宜靠近機房或以機房為中心設置。鋪設供、回水集管的管溝宜分開布置;供、回水集管的間距不應小於0.6m。

來源: 供熱供暖公眾號,版權歸原作者所有

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