方案书--地源热泵系统

方案书--地源热泵系统内容摘要：

量或制冷量与所耗功率之比称为能效比，即 COP 值，它是表示制 13 热效率或制冷效率的能耗指标。 水源热泵机组 的 COP 则可达到 左右，制热达到 以上。 整个系统的运行能效达到制冷 以上，制热 左右 . ◆制冷工况： 夏季，需要的冷负荷为 612kW，计算夏季向土壤中排放的最大散热量为： )/11( COP nP  式中 pQ —— 夏季向土壤中排放的最大热负荷量，单位： kW； nQ —— 空调冷负荷，单位： kW； COP—— 能效比，取 4 所以，夏季散热的热量为： pQ ＝ 612 (1+1/4) =765（ kW） ◆制热工况： 冬季，需要的热负荷为 636kW，计算埋管的实际最大吸热需求量为： )/11( COP ns  式中 sQ —— 冬季从土壤中吸取的最大热负荷量，单位： kW； nQ —— 空调热负荷，单位： kW； COP—— 能效比，取。 所以，冬季地表水需要量为： nG ＝ 636 (11/) =458（ kW） 从计算结果可看出单位时间内与土壤的最大换热量出现在夏季，为 458kW。 地埋管换热器 及管井 的设计 地源热泵系统的设计中，室外地埋管的计算是关键环节，本工程采用垂直地埋管。 垂直地埋管换热器计算的基础是单个 钻孔的传热分析。 在多个钻孔的情况下，可在单孔的基础上运用叠加原理加以扩展。 14 结合多年的地源热泵设计施工经验，土壤换热器形式设定如下： 土壤耦合器采用单 U 形埋管，钻孔直径为￠ 110－ 150mm ； 考虑井之间相互热干扰，埋管间距 最好 为 4m； 水平管连接方式为 管井分集水器 连接 ,水平埋深不小于 米； 钻孔深度， 根据整个南通地区的 地质情况 暂定埋管深度 100 米 ，可根据实际钻孔情况调整； 地耦换热器计算： 计算埋管管长 地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热 系数等。 根据我们已掌握的 镇江 地区的地质资料和实际工程经验，利用管材 “换热能力 ”来校核管长。 根据我们的实际工程经验， 每米管的 换热能力值 范围在 30W/m—— 50W/m（管长） ， 本项目设计取 每米管的 换热能力值，即 30W/m（管长），具体计算公式如下： 其中 L ——竖井埋管总长， m pQ ——夏季向土壤排放的热量， kW 分母 “30”是夏季每 m 管长散热量， W/m 总埋管量： 351000 pQL ＝ 612 1000/30=20400 m 确定竖井数目及间距 竖井深度多数采用 70～ 100m，我们参考 河南 地区的 地质资30 1000 1    Q L 15 料，选择该地区竖井打 100 米较为合理。 根据下式计算竖井数目 : HLN 2 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。 计算结果： N＝ 20400/2/100=102 根据工程经验， 由于冬夏季地下排热和吸热的不均衡性，为尽量减少对地下环境的影响，我们增加 倍的埋管量来增大换热效果。 增加后的埋管数量： 102 =112（个） 实际埋管数量取值 112 个孔。 土壤耦合器材料选择 ： 考虑到土壤换热器是地源热泵系统深埋于地下的关键换热设备 ,其性能对系统性能和寿命影响明显，本方案设计采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小、热膨胀性好的高密度聚乙烯（ HDPE100） ，耐压 的 SDR11 管作为埋管材料。 因此，根据以上计算，可知地埋系统的设计满足系统要求。 但埋管量占地较为庞大，建议夏季部分负荷采用冷却塔散热，这样可以减少埋管量，同时可有效的解决冬夏季 土壤热不平衡问题。 但也非需要，可以在后面的分析中确定是否需要冷却塔，如果冬夏运行的吸排热差达到 30%以上，就可以考虑加冷却塔进土壤的热平衡。 特别需要注意的是，地源热泵需要充分了解可能发生的地下热平衡的失衡问题。 土壤热平衡的分析： 如果冬夏季运行土壤吸排热差达到 30%以上建议夏季部分负荷采用冷却塔散热， 16 这样可以减少埋管量，同时可有效的解决冬夏季 土壤热 不平衡问题。 分析条件，根据地区气候特性，上海地区夏季供冷周期为 90 天，冬季供周期为120 天。 夏季每天运行时间按 8 小时，冬季每天运行 8 小时计。 则： 年度夏季最大排热量： 612 90 8=440640kW 年度冬季最大吸热量： 636 100 8=508800kW 根据前面所计算的最大吸放热负荷差，百分比情况： 81216/63168= 结论： 以上 分析结果 显示 需要设置冷却塔 ， 解决冬夏季土壤热不平衡问题。 如果有生活热水需求，工程上还可 以用来夏季热回收生活热水来进行土壤的热平衡。 17 四、 地源热泵系统设计与安装 （一） 地源热泵系统设计与安装关键 现场勘查： 决定采用地源热泵系统后的现场勘查，除了进行场地调查以外，关键是钻勘探孔采集土壤热参数。 土壤热参数主要包括土壤的导热系数、土壤温度以及随深度和季节变化的规律等，目前由于国内缺少这方面的研究，相关技术还不成熟，因此限制了地源热泵的应用和开发。 系统设计： 地源热泵换热器中的循环介质与大地之间的换热情况相当复杂，因此该系统的设计难点主要是换热器的设计。 埋管形式、 埋管或竖井的间距、埋深、管径、循环介质的流量等是系统设计和施工中应该重点考虑的因素。 关键点： U 型管热交换器的管径一般在 50mm 以下，埋深可达 200m 以上，主要用于埋管面积较小的地区。 U型管的水平间距有资料指出一般为 ，目前也有 6m 的实例，实际上其间距应与埋管深度、回路形式、管径以及系统使用状况有关。 系统安装： 垂直埋 管的施工主要包括钻孔、换热器安装、试压和回填，其中任何一个步骤都极为关键，因此，应该由有资质和经验的施工队伍来完成。 （二）室外地埋管换热系统的主要施工工序及注意的问题： 室外地埋管换热系统的主要施工工序 孔位放样 → 钻孔 → U型换热器的组装、试压 → U型换热器的下放 → U型换热器的二次试压、保压 → 注浆 → U 型换热器冲洗 → 开挖环路集管沟槽 → 抄平沟槽、回填沙子 →环路集管的制作、安装 → 第三次试压 → 回填沙子及原土并夯实 → 第四次试压。 孔位放样： 采用钢卷尺按照室外孔位图纸进行平面定位，放出各孔位做好标记及控制点。 采用水准仪测出各孔位的地面高程，根据环路集管的埋深确定钻孔深度。 18 钻孔：成孔是室外换热系统的主要工序之一，为保证成孔率，减少施工成本，加快施工进度，在成孔过程中应采取如下措施： ⑴、选用性能好的成孔设备（钻机、空压机）。 ⑵、保证钻空的垂直精度，应小于 1度。 （钻机安装应稳固可靠；开孔时应低速低压确保垂直度；孔深 5m 以内孔斜应严格控制；开孔前必须用水平尺校正钻机，固定好后方可开孔。 ）⑶、成孔要连续，尽量缩短成孔的时间，以防塌孔。 ⑷、钻孔至设计深度，提钻前应进行洗孔保证成孔的有效深度。 U 型换热器的组装、试压应采取的措施： ⑴、应测量换热器的实际长度，看是否满足要求，对应的回路应作好标记。 ⑵、检查管卡的间距及数量是否满足要求。 ⑶、检查注浆管的长度及管径是否满足要求。 三项检查合格后应贴上合格标签方可进行下道工序。 注浆工序中为保证注浆的密实应采取的措施如下： ⑴、注浆应在成孔且下放 U型换热器后立即进行，以防塌孔。 ⑵、注浆应从下向上灌注，注浆管的提取速度应与注浆泵的流量相匹配。 ⑶、注浆材料及水灰比应满足设计要求。 ⑷、注浆应多次补注，确保到达环路集管处。 为保证 U型换热器的有效长度应 采取的措施： ⑴、应测量换热器的实际长度，看是否满足要求，对应的回路应作好标记（或 U型换热器的订做应使换热器从头至未喷上长度标志及对应环路的标志）。 ⑵、检查管卡的间距及数量是否满足要求。 ⑶、检查注浆管的长度及管径是否满足要求。 ⑷、 U 型换热器下管的有效深度应为满足一定长度范围的要求（下管有效长度 = 设计 U设计 ）。 U 型换热器的定管长度为 U 设计 + 米。 钻孔深度为 U 设计 + 米。 环路集管制作、安装过程中应采取的措施： ⑴、环路集管沟槽开挖前应对 U型换热器进行清洗、 试压，完成成孔队伍与环路队伍的交接。 ⑵、环路集管沟槽开挖后，槽地应抄平、垫砂，高程满足环路集管的高程要求。 ⑶、管底沙层的厚度及管顶沙层的厚度满足设计或技术规程的要求。 ⑷、为免遭其他管道开挖、施工对环路集管或 U型换热器的损坏，环路集管及 U型换热器沙层上面应铺设警示带。 ⑸、管材采用 PE 管材，大于等于￠ 63 的采用热熔对接连接。 小于￠63 的采用热熔承插连接。 ⑹、环路集管与分集水器的连接，大于等于￠ 63 的采用珐兰连接。 小于￠ 63的采用钢塑过渡连接。 19 为保证环路集管施工过程中免遭破坏，设计及施工过程应采取的措施： ⑴、设计中，应注意避让雨、污水管线，在平面上与雨、污水管线的距离宜大于 米；在竖向上应比雨、污水管道深 1米 ~ 米 ,埋深宜为 ~ 米。 ⑵、施工过程中，为免遭其他管道开挖、施工对环路集管或 U型换热器的损坏，环路集管及 U型换热器沙层上面应铺设警示带；⑶、施工过程中，为免遭其他管道开挖、施工对环路集管或 U型换热器的损坏，环路集管应接至机房且对系统注水、打压，有专人看守，被破坏时能及时发现，及时修复。 ⑷、与室外其他施工协调、配合好，破坏时能及时发现，及时通知，及时修复。 特殊情况处理 断层 破碎带的处理 拟采用减小钻孔风动压力，高速旋转，多排渣待钻孔达到设计孔深时及时安放地埋管。 地下水量大时孔内的浮力大在安放地埋管内加注清水保证其重量促进下管速度来保证有效深度。 （三） 室外垂直埋管系统主要施工工艺 采用的设备： 钻机采用 XY1， XY1B，往复式泥浆泵采用 BW 材质：采用 PE管 U型 双 排管 d25 + . 井下垂直 PE管预制 (1)、预制 程序 目测 PE 管的外观质量，查验三证和理化报告，合格并签证后方可预制。 (2) 、减少磨损 安装单位按图纸要求截取 PE管所需长度并要。