地源热泵的计算

目录摘要1地然热泵介绍.11。1热源51.2组成部分51. 3主要特点51. 4形式61.5可再生性71.6高效节能71。7优点91。8工作原理10热泵原理11热泵分类111。9系统类型121.10应用方式131.11制冷原理141。12制热原理141.13存在问题142 土壤源热泵系统设计的主要步骤132。1建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算142.2地下管道设计142.21选择管材152.22确定管径162。23确定竖井管162。24确定竖井数目及间距 172。25计算管道压力损失 172。26水泵选型172。27校核管材承压力183其它18 4设计举例194。1设计参数204.1.1 室外设计参数24.1。2室内设计参数214。2计算空调负荷及选择主要设备214。3计算地下负荷224。4确定管材及埋管管径 224.5确定竖井埋管管长2 24.6确定竖井数目及间距224.7计算地埋管压力损失224。8校核管材承压能力25参考文献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。地表水热泵系统与土壤源热泵系统相似，用潜在水下并联的塑料管组成的地下水热交换器替 代土壤热交换器。虽然采用地下水、地表水的热泵系统的换热性能好,能耗低，性能系数高于土壤源热泵，但 由于地下水、地表水并非到处可得,且水质也不一定能满足要求，所以其使用范围受到一定 限制。国外（如美国、欧洲）主要研究和应用的地源热泵系统以及我国理论研究和实验研究 的重点均是土壤源热泵系统。目前缺乏系统设计数据以及较具体的设计指导本文进行了初 步探讨，以供参考。地源热泵是陆地浅层能源通过输入少量的高品位能源(如电能)实现由低品位热能向高1品位热能转移。通常地源热泵消耗1kWh的能量，用户可以得到44kWh以上的热量或冷量.地然热泵的介绍”地源热泵”的概念，最早在1912年由瑞士的专家提出，而这项技术的提出始于英、美 两国。北欧国家主要偏重于冬季采暖，而美国则注重冬夏联供。由于美国的气候条件与中国 很相似，因此研究美国的地源热泵应用情况，对我国地源热泵的发展有着借鉴意义1.1热源地源热泵已成功利用地下水、江河湖水、水库水、海水、城市中水、工业尾水、坑道水 等各类水资源以及土壤源作为地源热泵的冷、热源1。2组成部分地源热泵供暖空调系统主要分三部分:室外地能换热系统、地源热泵机组和室内采暖空 调末端系统.其中地源热泵机主要有两种形式：水一水式或水一空气式。三个系统之间靠水 或空气换热介质进行热量的传递，地源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末 端换热介质可以是水或空气。3主要特点(1) 地源热泵技术属可再生能源利用技术。由于地源热泵是利用了地球表面浅层地热资 源(通常小于400米深)作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以 称之为地能,是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热 能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了 47%的太阳能量，比人类每年利用能量的 500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层 近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。(2) 地源热泵属经济有效的节能技术.其地源热泵的COP值达到了 4以上，也就是说消 耗1 KWh的能量，用户可得到4KWh以上的热量或冷量。1(3) 地源热泵环境效益显著。其装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物,不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。(4) 地源热泵一机多用，应用范围广.地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一 机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办 公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、水力平衡分配器(5) 地源热泵空调系统维护费用低。地源热泵的机械运动部件非常少，所有的部件不是 埋在地下便是安装在室内，从而避免了室外的恶劣气候，机组紧凑、节省空间；自动控制程 度高,可无人值守.由以上的特点可以看出，地源热泵的技术以后可得到广泛的应用。然而，地源热泵要实现制冷制热，则需要给它提供动力来输送制冷制热管道中的循环水， 传统机房可提供动力，但施工起来比较复杂，难度高,周期长，采购的材料种类多，需库存， 漏水隐患大等等问题，针对此，市场上开发了一款新型的动力输配系统设备节能 空调机房.此机房系统是将传统机房中的所有部件进行集成模块化，实行一体化安装的模式。 不仅在施工难度上大大降低了，而且无需库存，漏水隐患大大降低了，还能与主机进行无限 联动等等,由此可以看出，节能空调机房实为一款为暖通行业提供一整套的解决方案。总而言之，节能空调机房、水力平衡分配器、多功能水箱与地源热泵的结合为整个暖通 系统增加亮点，同时在安装上便捷了很多,施工时间、采购周期都大大缩短了，人工成本也将 低了等等。由此可见节能空调机房与地源热泵的配合是未来暖通行业必然的发展趋势。4形式水源/地源热泵有开式和闭式两种.开式系统：是直接利用水源进行热量传递的热泵系统。该系统需配备防砂堵，防结垢、 水质净化等装置.闭式系统：是在深埋于地下的封闭塑料管内，注入防冻液，通过换热器与水或土壤交换能量的封闭 系统。闭式系统不受地下水位、水质等因素影响。1、垂直埋管-一深层土壤垂直埋管可获取地下深层土壤的热量.垂直埋管通常安装在地下50-150米深处，一组或 多组管与热泵机组相连，封闭的塑料管内的防冻液将热能传送给热泵，然后由热泵转化为建 筑物所需的暖气和热水。垂直埋管是地源热泵系统的主要方式，得到各个国家的政府部门大 力支持。2、水平埋管-大地表层 在地下2米深处水平放置塑料管，塑料管内注满防冻的液体, 并与热泵相连。水平埋管占地面积大，土方开挖量大，而且地下换热器受地表气候变化的影 响。3、地表水江、河、湖、海的水以及深井水统称地表水.地源热泵可以从地表水中提取热量或冷量, 达到制热或制冷的目的。利用地表水的热泵系统造价低，运行效率高，但受地理位置（如江 河湖海）和国家政策（如取深井水）的限制.1。5可再生性地源热泵是一种利用土壤所储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能量转换的供暖制冷空 调系统，地源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。地表土壤和水体是一个巨大的太 阳能集热器，收集了47%的太阳辐射能量，比人类每年利用的500倍还多（地下的水体是通 过土壤间接的接受太阳辐射能量）；它又是一个巨大的动态能量平衡系统地表的土壤和水 体自然地保持能量接受和发散相对的平衡,地源热泵技术的成功使得利用储存于其中的近乎 无限的太阳能或地能成为现实。1。6高效节能地源热泵机组利用土壤或水体温度冬季为12-22C,温度比环境空气温度高，热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高；土壤或水体温度夏季为1832C，温 度比环境空气温度低，制冷系统冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组 效率大大提高，可以节约3040%的供热制冷空调的运行费用,1KW的电能可以得到4KW 以上的热量或5KW以上冷量。与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或7090%的燃料 内能为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能比燃料 锅炉节省约二分之一的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为1025C, 其制冷、制热系数可达3.54.4,与传统的空气源热泵相比,要高出40%左右,其运行费用为表二通中央空调的5060%。因此，近十几年来，地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大 及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的地源热泵市场也日趋活跃，可以 预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。圭表 -地源热泵与其它加热方式相比的能源消耗情况比较:比较后可得出地源热泵是所有加热方式中最节约能源的。表三表二:地源热泵空调系统与传统的中央空调系统各方面的特点相比:地源热泵空调系统在各方面都比传统空调系统表现优秀。表三：300平米别墅,供暖季供暖和生活热水运行费用与其它供暖方式相比：注：表三研究对象为北京的一套高档别墅，面积为300平米。各种价格参数取自市政府 相关部门发布的2004年度北京能源利用报告，以及2006年度北京能源利用报告,2 个年度的能源价格变动较大.本表按用户每天运行15小时，一个采暖季计算。1。7优点环境和经济效益显著地源热泵机组运行时，不消耗水也不污染水,不需要锅炉，不需要冷却塔，也不需要堆放 燃料废物的场地，环保效益显著。地源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比也可以减少 40%以上;与电供暖相比可以减少70%以上，它的制热系统比燃气锅炉的效率平均提高近 50%，比燃气锅炉的效率高出了 75%。一机多用，应用广泛地源热泵系统可供暖、空调制冷，还可提供生活热水，一机多用,一套系统可以替换原 来的锅炉加空调的两套装置或系统，特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物。地源热泵 有着明显的优点。不仅节省了大量的能量，而且用一套设备可以同时满足供热、供冷、供生 活用水的要求，减少了设备的初投资，地源热泵可应用于宾馆、居住小区、公寓、厂房、商 场、办公楼、学校等建筑，小型的地源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调.维护费用低并可无人值守地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，其系统不是埋在地下就是安装 在室内，不暴露在风雨中，机组紧凑、节省空间，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命自 动控制程度高，可无人值守、远程管理,无需雇佣人员看管。.MI maiw学曰2 _j与地源热泵远程监控系统污染小地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比相当于减少38%以上，与电供暖相比，相 当于减少70%以上,真正的实现了节能减排节能减排是减少能源浪费和降低废气排放更多。维护简单地源热泵系统运动部件要比常规系统少,因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨 中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。寿命长地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达50年，要比普通空调高35 年使用寿命。维持生态环境平衡地源热泵夏天把室内的热量排到地下，冬天把地下的热量取出来供室内使用，相对来说， 向环境排放更少的能量，维持生态环境的平衡.节省空间没有冷却塔、锅炉房和其它设备，省去了锅炉房，冷却塔占用的宝贵面积，产生附加经 济效益，并改善了环境外部形象。地源热泵系统的能量来源于自然能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种 理想的“绿色空调”。被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统该 系统无论严寒地区或热带地区均可应用。可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、 饭店、商场、别墅、住宅等领域。1.8工作原理在自然界中,水总是地源热泵系统原理由高处流向低处,热量也总是从高温传向低温。人们可以用水泵把水从低处抽到高处， 实现水由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温传递到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，工作时它本身消耗很少一部分电能，却能从环境 介质（水、空气、土壤等）中提取4-7倍于电能的装置，提升温度进行利用，这也是热泵节 能的原因.地源热泵是热泵的一种，是以大地或水为冷热源对建筑物进行冬暖夏凉的空调技术地 源热泵只是在大地和室内之间“转移”能量。利用极小的电力来维持室内所需要的温度。在冬天，1千瓦的电力，将土壤或水源中4-5千瓦的热量送入室内。在夏天过程相反， 室内的热量被热泵转移到土壤或水中，使室内得到凉爽的空气。而地下获得的能量将在冬季 得到利用。如此周而复始，将建筑空间和大自然联成一体。以最小的低价获取了最舒适的生 活环境。热泵原理热泵机组装置主要有：压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀四部分组成，通过让液态工质 （制冷剂或冷媒）不断完成：蒸发（吸取环境中的热量）T压缩T冷凝（放出热量）T节 流T再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中.压缩机（Compressor）:起着 压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用，是热泵（制冷）系统的心脏；蒸发 器（Evaporator）：是输出冷量的设备，它的作用是使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发，以 吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的；冷凝器（Condenser）：是输出热量的设备，从 蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热 的目的；膨胀阀（Expansion Valve）或节流阀（Throttle）:对循环工质起到节流降压作用， 并调节进入蒸发器的循环工质流量.根据热力学第二定律，压缩机所消耗的功（电能）起到 补偿作用，使循环工质不断地从低温环境中吸热，并向高温环境放热，周而往复地进行循环。热泵分类热泵是需要冷凝器的热量，蒸发器则从环境中吸热，此时从环境取热的对象称为热源;相反制冷是需要蒸发器的冷量，冷凝器则向环境排热，此时向环境排热的对象称为冷a H 1W 源。蒸发器冷凝器根据循环工质与环境换热介质的不同,主要分为空气换热和水换热两种形 式。热泵根据与环境换热介质的不同，可分为:水一水式，水一空气式，空气一水式，和空 气一空气式共四类。利用空气作冷热源的热泵，称之为空气源热泵.空气源热泵有着悠久的 历史,而且其安装和使用都很方便，应用较广泛。但由于地区空气温度的差别，在我国典型 应用范围是长江以南地区。在华北地区，冬季平均气温低于零摄氏度普通空气源热泵不仅 运行条件恶劣，稳定性差，而且因为存在结霜问题，效率低下、新出了一hhh地源热泵供暖原理图款超低温空气源热泵专门针对华北地区的，超低温空气源热泵稳定性好，效率高,具有高 效除霜功能。利用水或地热作冷热源的热泵，称之为地源热泵。水和地热是一种优良的热 源,其热容量大,传热性能好，一般地源热泵的制冷供热效率或能力高于空气源热泵，但地源 热泵的应用常受到水源或地热的限制.地源热泵系统按其循环形式可分为：闭式循环系统、开式循环系统和混合循环系统。对 于闭式循环系统，大部分地下换热器是封闭循环，所用管道为高密度聚乙烯管管道可以通 过垂直井埋入地下150-200英尺深，或水平埋入地下46英尺处，也可以置池塘的底部。 在冬天，管中的流体从地下抽取热量，带入建筑物中，而在夏天则是将建筑物内的热能通过 管道送入地下储存；对于开式循环系统,其管道中的水来自湖泊、河流或者竖井之中的水 源，在以与闭式循环相同的方式与建筑物交换热量之后，水流回到原来的地方或者排放到其 它的合适地点；对于混合循环系统，地下换热器一般按热负荷来计算，夏天所需的额外的冷 负荷由常规的冷却塔来提供。工作原理地源热泵则是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为地源热泵的 冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源；夏季把室内 热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。左图为开式地源热泵系统。右图为冬季地源热泵供暖原理图。空气源水源 土壤源1.9系统类型1. 水平式地源热泵通过水平埋置于地表面24M以下的闭合换热系统，它与土壤进行冷热交换.此种系统 适合于制冷供暖面积较小的建筑物，如别墅和小型单体楼。该系统初投资和施工难度相对较 小，但占地面积较大。2。垂直式地源热泵通过垂直钻孔将闭合换热系统埋置在50M400M深的岩土体与土壤进行冷热交换。此种 系统适合于制冷供暖面积较大的建筑物，周围有一定的空地，如别墅和写字楼等。该系统初 投资较高，施工难度相对较大，但占地面积较小。3。地表水式地源热泵地源热泵机组通过布置在水底的闭合换热系统与江河、湖泊、海水等进行冷热交换此 种系统适合于中小制冷供暖面积，临近水边的建筑物。它利用池水或湖水下稳定的温度和显 著的散热性，不需钻井挖沟，初投资最小。但需要建筑物周围有较深、较大的河流或水域4。地下水式地源热泵地源热泵机组通过机组内闭式循环系统经过换热器与由水泵抽取的深层地下水进行冷 热交换。地下水排回或通过加压式泵注入地下水层中此系统适合建筑面积大，周围空地面 积有限的大型单体建筑和小型建筑群落。1.10应用方式地源热泵的应用方式从应用的建筑物对象可分为家用和商用两大类，从输送冷热量方式 可分为集中系统、分散系统和混合系统.家用系统用户使用自己的热泵、地源和水路或风管输送系统进行冷热供应多用于小型住宅，别 墅等户式空调。集中系统 热泵布置在机房内，冷热量集中通过风道或水路分配系统送到各房间。分散系统用中央水泵，采用水环路方式将水送到各用户作为冷热源，用户单独使用自己的热泵机 组调节空气。一般用于办公楼、学校、商用建筑等，此系统可将用户使用的冷热量完全反应 在用电上，便于计量，适用于独立热计量要求.混合系统将地源和冷却塔或加热锅炉联合使用作为冷热源的系统，混合系统与分散系统非常类 似，只是冷热源系统增加了冷却塔或锅炉。1。11制冷原理在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽一液转化的循环。通 过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循 环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最 终由水路循环转移至地下水或土壤里.在室内热量不断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气 热交换器，以13C以下的冷风的形式为房供冷。1。12制热原理在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换 向。由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量，通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发，将 水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷 凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收.地源热泵将地下的热量不断转移至室内的过程中， 以35C以上热风的形式向室内供暖。1。13存在问题目前地源热泵的技术存在的最大不足是“土壤热不平衡”的问题嵬外也受挽泌竟用。南方地区以供冷为主，常年向地下注入热量；而北方地区冬季供暖需求大，从土壤中 大量吸热，长年运行后将导致土壤温度失衡，影响周围生态。夏热冬冷地区的夏季供冷量往往大于冬季供热量，多出的热量可通过冷却塔散去，也可 通过余热回收系统,用于供应生活热水,从一定程度上缓解土壤热不平衡的问题。其次，地源热泵应用会受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响；一 次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，会受到当地地 下水资源的制约；打井埋管受场地限制比较大，必须有足够的面积用于打井和埋管；设计及 运行中对全年冷热平衡有较大要求，要做到夏季往地下排放的热量与冬季从地下取用的热量 大体平衡。2土壤源热泵系统设计的主要步骤2。1建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算建筑物冷热负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算方法相同可参考有关空调系统设计手册，在此不再赘述。冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。可以由下述公 L 必）蜘（1）1】E = 0 W 1 一CGF IA/ ktf （ 2 ）苴中叫一一豆季向土壤排放的纳量蝴Q1一一夏季设计总冷位荷，螂昵，冬季从土壤吸收的热星螂Q2冬季设计总热位荷I蝴C0F1 设计工况下水源热蓊机貌的制冷系数、工宜CCF2一一设计工况下水源热泵机组的供热系数一般地，水源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量以及制冷系 数、供热系数,计算时应从样本中选用设计工况下的COP1、COP2 .若样本中无所需的设计 工况，可以采用插值法计算。2。2地下管道设计这部分是土壤源热泵系统设计的核心内容，主要包括地下热交换器形式及管材选择，管径、管 长及竖井数目、间距确定，管道阻力计算及水泵选型等.（在下文将具体叙述2。21选择管材一般来讲，一旦将换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，这就要求保证埋入地下管材的化学性质稳定并且耐腐蚀.常规空调系统中使用的金属管材在这方面存在严重不足， 且需要埋入地下的管道的数量较多，应该优先考虑使用价格较低的管材。所以，土壤源热泵 系统中一般采用塑料管材.目前最常用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材，它们可以弯 曲或热熔形成更牢固的形状，可以保证使用50年以上；而PVC管材由于不易弯曲，接头处 耐压能力差，容易导致泄漏，因此，不推荐用于地下埋管系统。2.22确定管径在实际工程中确定管径必须满足两个要求2：（1）管道要大到足够保持最小输送功率； （2）管道要小到足够使管道内保持紊流以保证流体与管道内壁之间的传热。显然，上述两 个要求相互矛盾,需要综合考虑。一般并联环路用小管径，集管用大管径，地下热交换器埋管 常用管径有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管内流速控制在1。22m/s以下，对更大管径 的管道，管内流速控制在2.44m/s以下或一般把各管段压力损失控制在4mH2G/100m当量长 度以下1。2.23确定竖井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。文献2介绍了一种计算方法共分9个步骤，很繁琐，并且部 分数据不易获得。在实际工程中,可以利用管材“换热能力”来计算管长。换热能力即单位 垂直埋管深度或单位管长的换热量，一般垂直埋管为70110W/m（井深），或3555W/m（管 长），水平埋管为2040W/m （管长）左右3。设计时可取换热能力的下限值，即35W/m （管长），具体计算公式如下：奇 （3）其中gr 竖井埋管总长，mL 亘季向土壤排故的热星，H斜母叮宁，是夏季每m管长散热星，町m2.24确定竖井数目及间距国外，竖井深度多数采用50100m2，设计者可以在此范围内选择一个竖井深度代入下式计算竖井数目：其中h竖井总数，个L一一竖井埋管总长I mK一一竖井深度,m分母2是考虑到竖井内埋管管长约等于竖井潴度的2倍。然后对计算结果进行圆整，若计算结果偏大，可以增加竖井深度，但不能太深，否则钻孔和 安装成本大大增加。关于竖井间距有资料指出：U型管竖井的水平间距一般为4。5m3，也有实例中提到DN25 的U型管，其竖井水平间距为6m,而DN20的U型管，其竖井水平间距为3m4。若采用串联 连接方式，可采用三角形布置（详见2）来节约占地面积。2。25计算管道压力损失 在同程系统中，选择压力损失最大的热泵机组所在环路作为最不利环路进行阻力计算可采 用当量长度法，将局部阻力件转换成当量长度，和管道实际长度相加得到各不同管径管段的 总当量长度，再乘以不同流量、不同管径管段每100m管道的压降,将所有管段压降相加，得 出总阻力。2。26水泵选型根据上述计算最不利环路所得的管道压力损失，再加上热泵机组、平衡阀和其他设备元件的 压力损失，确定水泵的扬程，需考虑一定的安全裕量。根据系统总流量和水泵扬程，选择满 足要求的水泵型号及台数。2.27校核管材承压能力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：整=饥*澎+。：汛其中 一一管魄最大压力，PaPo一一建筑物所在的当地大气压,Pap一下埋管中羸体密度，蛇静5 当地重力加速度K一一地下埋管最低点与闭式循环系统最高点的高度差,Eph水泵扬程,Fs.3 其它、口 3.1与常规空调系统类似，需在高于闭式循环系统最高点处（一般为1m）设计膨胀水箱或膨胀罐，放气阀等附件。3。2在某些商用或公用建筑物的地源热泵系统中，系统的供冷量远大于供热量，导致地下 热交换器十分庞大，价格昂贵，为节约投资或受可用地面积限制，地下埋管可以按照设计供 热工况下最大吸热量来设计，同时增加辅助换热装置（如冷却塔+板式换热器，板式换热器 主要是使建筑物内环路可以独立于冷却塔运行）承担供冷工况下超过地下埋管换热能力的那 部分散热量。该方法可以降低安装费用，保证地源热泵系统具有更大的市场前景，尤其适用 于改造工程1。4 设计举例4.1设计参数上海电机学院临港校区图书馆（空调面积23700平方米）4.1.1室外设计参数夏季室外干球温度tw=34C,湿球温度ts=28.2C冬季室外干球温度tw=-4C, 相对湿度。=75%4。1.2室内设计参数夏季室内温度tn = 27C,相对湿度4）n=55%冬季室内温度tn = 20C,相对湿度4）n=45%4。2计算空调负荷及选择主要设备临港校区参数上海电机学院临港校区规划容纳10000名学生，按照一次规划、分期建设的原则进行实施. 总用地面积616075平方米，一期工程用地331330平方米;规划总建筑面积260000平方米， 一期工程150000平方米。一期工程建筑单体包括:图书馆23700平方米，公共教学楼17000 平方米，文理大楼5000平方米，学生事务中心5500平方米，工业中心14500平方米，语言教 学中心3000平方米，物理实验教学中心3000平方米，学生公寓65000平方米，研究生公寓5000平方米，第一食堂5000平方米，第三食堂3000平方米。以图书馆为例：空调安装面积=23700平方米参考常规空调建筑物冷热负荷的计算方法，计算得到各房间冷热负荷并选择风机盘管型号; 考虑房间共用系数(取0.8)，得到建筑物夏季设计总冷负荷为2400.54kW，冬季设计总热 符负荷为1600。38kW，选择WPWD072型水源热泵机组200台，本设计举例工况下的COP1 =3。3, COP2 =3。7。4。3计算地下负荷根据公式(1)、(2)计算得， 11 10 =0* 1+一 -=24.54乂 1 + 一-1 COR3洛1J= 11.95:一所以 Q1=3198KW Q2 =1195KW取夏季向土壤排放的热量Q1进行设计计算。4.4确定管材及埋管管径选用聚乙烯管材PE63(SDR11)，并联环路管径为DN20,集管管径分别为DN25、DN32、DN40、DN50,如图1所示.4.5确定竖井埋管管长根据公式(3)计算得. 0拥1。31.98-1000 e ,35L = =-91435L=91400m4.6确定竖井数目及间距选取竖井深度50m,根据公式(4)计算得914 = 9.14 免X 50 个N=914个圆整后取100个竖井，竖井间距取4。5m.4.7计算地埋管压力损失参照本文2.6介绍的计算方法，分别计算12345 6789 101111 一1各管段的压力损失，得到各管段总压力损失为40kPa。再加上连接到热泵机组的管路 压力损失，以及热泵机组、平衡阀和其他设备元件的压力损失，所选水泵扬程为15mH2O。4。8校核管材承压能力上海夏季大气压力po =100530 Pa,水的密度 p=1000 kg/m3,当地重力加速度g =9.8 m/s2，高度差h=50。5 m重力作用静压pgh =494900 Pa水泵扬程一半 0.5 ph = 7.5 mH2O=73529 Pa因此，管路最大压力 p = po+pgh+0。5 p h = 668959 Pa (约 0。7Mpa)聚乙烯PE63 (SDR11)额定承压能力为1。0MPa,管材满足设计要求。结论地源热泵系统在 我国长江流域及其周围地区具有广阔的应用前景，但有关影响土壤源热泵系统广泛应用的主 要因素(如地下热交换器的传热强化、土壤性质等)的研究还很有限，设计时大致可以遵循以下原则:（1）若建筑物周围可利用地表面积充足，应首先考虑采用比较经济的水平埋管方式；相反,若建筑物周围可利用地表面积有限，应采用竖直U型埋管方式。（2）尽管可以采用串联、并联方式连接埋管，但并联方式采用小管径，初投资及运行费用 均较低，所以在实际工程中常用，且为了保持各并联环路之间阻力平衡，最好设计成同程式。（3）选择管径时，除考虑安装成本外，一般把各管段压力损失控制在4mH20/100m （当量长 度）以下，同时应使管内流动处于紊流过渡区.5参考文献：水源热泵机组GB/T194092003蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组工商业用和类似用途的冷水（热泵）机组GB/T18430.1-2001制冷和供热用机械制冷系统安全要求GB9237-2001冷水机组能效限定值及能源效率等级GB19577-2004公共建筑节能设计标准GB501892005民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50736-2012室外给水设计规范GB50013地源热泵系统工程技术规范GB50366-2009埋地聚乙烯给水管道工程技术规程CJJ101给水排水管道工程施工及验收规范GB50268通风与空调工程施工质量验收规范GB50243