地源热泵管设计

　　一般来说，地下埋地管道系统换热器一旦埋地，基本上不可能修复或更换，因此地下管道应首先确保其具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性。

　　2，PVC (聚氯乙烯) 管的导热性和塑性差，不易弯曲，接头处的耐压性差，容易造成泄漏。因此，在地源热泵系统中不建议使用pvc管。

　　3，为了加强地下埋地管道的热交换，国外一些国家提出使用薄壁 (0.5毫米) 不锈钢管，但目前实际应用不多。

　　1，热泵机组夏季向末端系统供应冷水，设计供回水温度为7-1 2 ℃，与普通冷水机组相同。埋地管道中的循环水进入u管的最高温度应 <37 ℃，与冷却塔的入口温度相同。

　　2，冬季热泵机组末端系统供水温度与常规空调不同。当满足加热条件时，应尽可能降低热水的温度，这样可以改善热泵机组的运行条件，降低压缩比，提高cop值，降低能耗。冬季埋地管道循环水的进水温度，如果水不结冰，留有安全空间，最好在3-4 ℃。

　　当然，为了从地面热交换器中获取更多的热量，可以增加循环水与地球之间的温差。但是，地球的温度不变，因此只能将循环水温度降低到0 ℃ 以下。为此，循环水必须使用防冻剂，如乙二醇溶液或盐水。但是，这将增加项目成本并增加设备的腐蚀。在严寒地区必须这样做，在华北地区的项目中，水可以满足要求，防冻是不必要的。

　　地面温度是一个恒定值，可以通过测井测量。相关资料介绍，某地地下约100米的地温为当地年平均气温加4 ℃ 左右。天津市年平均气温为12.2 ℃，天津市地下约100米的实测地温为16 ℃ 左右，基本符合上述规律。

　　可以选择浇注混凝土，回填砂散装材料或回填土。材料选择应考虑项目成本、传热性能和施工方便等因素。从实际试验比较浇铸混凝土的传热性能最好，但成本高，施工难度大，但可以与建筑的桩基结合使用。回填砂或碎石具有较好的换热效果，施工容易，成本低，可广泛应用。

　　卧式埋地管道主要有单沟单管、单沟双管、单沟二层四管、单沟二层六管等形式。由于多层埋地管的下层处于相对稳定的温度场，热交换效率优于单层，面积较小，因此使用更多的多层管。(单层管的最佳深度为1.2?2.0m，双层管的最佳深度为1.6?2.4m)

　　近年来，国外新开发了两种卧式埋地管，1种是扁平弯管，另一种是螺旋管。它们的优点是缩短了沟槽的长度，并增加了可以掩埋的管道的长度。

　　根据埋地管道形式的不同，一般有单u型管、双u型管、套管、小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管、垂直柱状管、蜘蛛形管等形式。根据埋深的不同，分为浅埋 (≤ 30m) 、中埋 (31 ~ 80m) 和深埋 (>80m)。

　　1) u型管类型: u型管安装在钻孔管井中。通常，管井的直径为100?150毫米，管的深度为10?200m，u型管的直径一般在 Φ 50毫米以下。

　　2) 套管换热器: 外管直径一般为100 ~ 200毫米，内管为 Φ15 ~ Φ 25毫米。其换热效率16.7% 高于u形管。缺点 :( 1) 下管困难，初投资比u形管高 ⑵ 套管端部与内管进出口的连接不易处理和泄漏。因此，适用于深度 ≤ 30m的垂直埋地直管。采用这种形式进行中埋应谨慎。

　　孔径: 根据不同的地质构造，钻孔孔径可以是100、150、200或300。天津地区的表层土层很厚。300孔径通常用于钻孔和落水管的方便。

　　通常，水源热泵机组的产品样品给出不同进出口水温下的制冷量，制热能力，冷却系数和加热系数。计算应基于样本在本书中，选择了设计条件。如果样品中没有所需的设计条件，则可以使用插值法进行计算。

　　埋管长度的估算: 采用管道 “换热能力”，即单位埋管长度的换热。水平埋地管单元管的 “换热能力” 约为20 ~ 40 w/m (管长); 设计时换热能力下限为20 w/m。

　　单沟槽双管、单沟槽双层双管、单沟槽二层四管、单沟槽二层六管排列乘以0.9、0.85、0.75，0.70热干扰系数 (热协调系数)。

　　为了防止埋地管道之间的热干扰，必须保证埋地管道之间的一定距离。间距的大小与运行条件有关 (如连续运行或间歇运行; 间歇运行的启停比等)，埋地管道的布置方式 (如单排布置，只有两侧有热干扰; 多排布置，所有侧面都有热干扰) 等。

　　管道沟槽间距: 每个沟槽中1个管道之间的间距为1.2m，每个沟槽中2个管道之间的间距为1.8m，每个沟槽中4个管道之间的间距为3.6m。从沟槽中的管道顶管到地面的最小高度不得小于1.2m。

　　通常，垂直单u型管埋管的换热能力为60?80 W/m (井深)，垂直双u型管的换热能力约为80?100 W/m (井深)。在设计过程中需要热交换能力的下限。

　　在国外，轴的深度大多在50 ~ 100m。设计人员可以在此范围内选择一个轴深H，并代入以下公式来计算轴数:

　　然后将计算结果四舍五入。如果计算结果太大，可以增加竖井深度，但不能太深，否则钻孔和安装成本将大大增加。

　　关于竖井间距的资料指出，u型管竖井的水平间距一般为4.5m，也有DN25 u型管的例子，其竖井间距为6m，而DN20 u型管的竖井间距为3m。如果使用串联连接，则可以使用三角形布置来节省地板空间。

　　工程规模小，地埋管单列布置，地源热泵间歇运行，地埋管间距可3.0。m; 工程规模较大，采用多排埋地管道，并间歇运行地源热泵。建议取4.5m的间距; 如果连续运行 (或停机时间较少)，建议取5 ~ 6m。

　　1、立式埋管换热器埋管深度应大于30m，最好为60m ~ 1 50m; 钻孔间距应为3m ~ 6m。水平管的埋深不得小于1.2m。

　　3.埋地管回路应并联，布置方式相同，两端分别与供、回流管集管连接。每个循环头连接的循环数应该相同。

　　4，地面热交换器应靠近机房或设置在机房周围。铺设供应集管和返回集管的管沟应分开布置。供应集管和返回集管之间的间距不得小于0.6m。

　　显然，上述两个要求是矛盾的，需要综合考虑。一般平行回路采用小管径，集管采用大管径，地下换热器埋地管道常用的管径有20毫米、25毫米、32毫米、40毫米和50毫米。管中的流速被控制在1.22 m/s以下。对于具有较大管径的管道，管道中的流量被控制在2.44 m/s以下，或者每个管段的压力损失通常被控制在4 mH2O/100m当量长度以下。

　　(1) 地下埋管换热器的回路压力损失限制为30?50kPa/1 00m，最大不超过50kPa/1 00m。同时，管道中的流动应处于湍流过渡区。

　　(3) 最小管内流量 (流量): 在相同的管径和相同的流量下，水的雷诺数最大。因此，当使用CaCl2和乙二醇水溶液时，为了确保管内的湍流，与水相比，需要大的流速和流速。

　　管道的最大压力应小于管道的承压能力。除去竖井注浆引起的静压偏移，管道需要承受的最大压力等于大气压力、重力静压和泵头的一半之和 [1]，即:

　　3.1与常规空调系统类似，需要设计高于最高温度的膨胀水箱或膨胀水箱、放气阀等附件的闭式循环系统 (一般为1m)。

　　1，参考常规空调建筑物的制冷和供暖负荷的计算方法，计算各房间的冷、热负荷，选择风机盘管类型; 考虑房间分担系数 (取0.8)，建筑物夏季设计总供冷负荷为24.54kW，冬季设计总供冷负荷为16.38kW。选择一台NOBO SI20TR地源热泵机组。在设计实例条件下，COP1 = 5.9，COP2 = 4.2。

　　参照本文介绍的计算方法，分别计算2.6 1-2-3-4-5-6-7-8-9-1 0-1 1 -1 的各管段压力损失，各管段总压力损失为40kPa。再加上连接到热泵机组的管道的压力损失，以及热泵机组，平衡阀和其他设备组件的压力损失，所选水泵扬程为15 mH2O。