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水地源热泵施工要点

水地源热泵施工要点

1.设计地源热泵空调系统设计。
1.水平和垂直埋管。
2.地下换热器设计。
串联方式
单流通路,空气容易排除大直径管道,换热量大,但成本高,适用于小型系统。
并联方式
管径小,成本低,设计安装必须注意保持较高的流体流量,以充分消除空气应同时设计,并联管道长度相同。
垂直U型埋管并联系统实例。
了解埋管材料。
不同土质对换热的影响。
密度越大,导热系数越大。
3.埋管管径。
两个要求:
满足换热量(管径大)的要求
保持管道内紊流,保证流体和管道传热。
一般并联环路用小管径,集管用大管径。
常用管径有:20/25/32/40/50mm。
管内流速控制在1.22m/s以下,对于大管径(DN5以上),流速为0.44m/s。
间距:
目的:防止埋管间热干扰。
工程规模小,埋管单排布置,间隙运行,间距3.0m;
工程规模大,间隙运行,U型垂直埋管间距一般为4.5m;
连续运行,多排埋管布置,间距6m。
4.确定埋管形式。
类型:单U型管和双U型管。
工程规模小,建议采用单U埋管。
工程规模大,埋管面积不足,建议采用双U埋管。
埋管深度:
水平埋管
单层管最好埋深为0.8~1.0m。
双层管最好埋深为1.2~1.9m。
应埋在当地冻土深度以下。
适用于间隙。
垂直埋管
钻井60m内井深成本低;
普通承压塑料管可在井深80m内使用,大于80m,需要高压塑料管(1.6~2.0mpa),成本大大增加。
井深50m比井深100米低30~50%。
浅埋(≤30m),中埋(31~80m),深埋(≥80m),中埋是最常见的选择。
确定埋管所需的主管长度。
经验数据:
垂直埋管70~110W/m(井深,对U型管),或35~55W/m长。
水平埋管采用20~40W/m管长。
主要问题及解决方案。
南方夏季冷负荷远大于冬季热负荷,若采用地源热泵,将造成两个问题:
土壤热不平衡,长期运行系统效果较差。
夏季冷负荷导致地热换热器投资巨大。
解决方法
冬季热负荷的120%设计了土壤换热量。
冷却塔用于散热。
5.确定换热器换热量。
冬夏地下换热量按建筑物冷热负荷计算。
6.计算管道压力损失。
各管段压力损失为30~50KPa/100。
最大不超过50KPa/100m。
表格可以查看沿程阻力和局部阻力值。
水泵消耗功率P与热泵容量名称冷吨之比控制在50~75W/冷吨(14.2~21.3W/kW。
7.检查管道的承压能力。
闭式系统承受最大压力P。
P=P0+gh+0.5ph。
P0大气压Pa。
流体密度,kg/m3。
g重力加速,9.8m/s2。
h地下埋管最低点与闭式循环最高点高度差,m。
Ph水泵扬程Pa。
对于埋管50m、水泵扬程40m的系统,最大压力为0.76MPa。
设计举例
上海某住宅空调面积212m2。
计算空调冷热负荷,考虑房间同时使用系数,总冷负荷25kW,总热负荷17kW。
设备能效比按3.5计算,夏季向土壤排放热量=25*(1+1/3.5)=32kW。
1)确定管道及埋管管径。
PE63(SDR11)选用并联环路管径DN20,取温差为10度,单回路流量=0.045*32*3.6/10/2=0.26m3/h。
DN25、DN32、DN40、DN5032、DN40、DN50(见布置图)
2)确定竖井结构。
根据保守最小数据35W/m管长。
埋管总长度L=32000/35=914m。
确定竖井的数量和间距。
取井深50m,井数N=914/2/50=9.14。
取整数10个,竖井间距4.5m。
3)计算压力损失。
各管道并联布置,根据流量检查阻力表,计算任何管段总压力损失为40kPa。
计算热泵机组的水阻。其它设备的阻力,选择的泵扬程为15mH2O。
4)检查管道承压能力。
P=P0+gh+0.500*9.8*50+0.5*15=668959Pa。
(约0.7MPa)在PE额定承压能力内。
总结
埋管换热系统的设计应包括在内。
设计依据及计算方法。
埋管方法.埋管长度及埋管间距。
垂直埋管钻孔分布.数量.深度.孔径及间距。
水平埋管沟槽分布.宽度.深度及管道间距。
换热器及集管规格.材料。
换热器环路及系统布置图。
传热介质.防冻液及防冻温度。
注:能量桩名词解释。
能量桩:通过在预制钢筋混凝土方桩中埋设各种形状的管式换热器装置。挡土支撑。在基础加固的同时,可以进行浅低温地热能转换,直接将管式换热器埋在桩基和地源热泵预成孔中。这将缩短施工周期,节省施工成本,更有效地利用建筑底板下的面积。
二、地表水/地下水形式地源热泵系统设计。
各种水源
热源井设计应符合当地水管部门的要求,设计单位应具备水文地质勘察资质。
热源井设计应符合GB50296《供水管井技术规范》
1.必要的水源条件。
可用水量是否满足(井出水量)
水源温度是否满足。
水源回灌是否顺利(水井回灌)
注:1)出。回水井轮流使用,提高使用寿命。
2)单井回灌时地下水要求十分丰富。
2.实际设计条件-水温条件。
室内循环水温差为5℃。
不同的换热器和井水可以用来换热,具体温差取决于实际情况(大温差小流量,尽量减少地下水提取.回灌)
例:井水温度为16℃。
制冷时:温差可达16℃16-32℃。
加热时:温差可达11℃16-5℃。
3.经验数据。
井水设计与施工的几个重要参数:
井水温度:15~30℃。
井距50~70m,井深应保证水温。
水质条件为水环水量的50%~100%。
取水井和回灌井的数量不得小于1:1。
水量衰减:三年衰减20%
地面沉降:三年内5mm。
取井量=主机总热量*0.75/单井取热量。
标准井孔直径800mm,井管直径500mm,深85m,循环水量100T/H,水温10~20℃,取水温差5℃,取热能力580kW。
4.水源热泵中央空调系统的应用条件。
5.计算实际设计条件-水量。
制冷时需要水量:温差.冷量→水量。
加热时需要水量:温差.热量→水量。
提取最大可用温差。
对所需水量(高峰用量)提出最低要求
6.水质。
7.地表水源取水。
地下水源取水。
8.地下水处理。
9.地下水回灌。
目的-热能再生再利用,保护水资源,稳定地质结构。
条件-取决于含水层的渗透性。
水质标准(建议达到下表)
回灌类型-无压(回流).负压(真空).加压(正压)。
回灌指标
3.埋地管系统施工工艺(以下工艺及作业图片,仅供参考,仅供参考,不对作业水平进行评价)
钻孔施工工艺。
1.1钻孔前的准备工作。
1.1.1.1在施工前了解并确定土壤地质条件。
1.1.2确定地下综合管道的分布和设置,并做好明显的标记。
1.1.3平整土地,根据埋管施工图,用白灰标明具体钻孔位置和主管坑位置。
1.1.4确定钻孔支架的搭设位置。
1.1.5确定钻孔机械的电源容量和供应情况。
1.1.6向钻孔现场提供水源。
1.2工程钻孔。
1.2.1.根据工程情况确定钻孔位置,钻孔直径不小于150mm。钻孔深度以设计要求为准。
1.2.2.每次钻孔前,必须组装套管。钻孔后,套管应尽快放入钻孔中,套管应立即充满水,防止孔内积水使套管从孔底浮起,达不到预定埋深。
1.2.3在泥浆或空气中旋转钻孔。

水地源热泵施工要点插图