最全面的地、水源热泵设计与施工要点.doc

最全面的地、水源热泵设计与施工要点一、土壤式地源热泵空调系统设计1.水平与垂直埋管2. 地下换热器设计串联方式并联方式单一流通通路，空气容易排除需较大直径管子，换热量较大，但成本高，适用于小型的系统。可使用较小的管径，成本低，设计安装必须注意保持较高的流体流速，以充分排除空气应同程设计，各并联管路长度一致。垂直U型埋管并联系统实例认识埋管材料UPVCPBPP-RPEXABS铝塑复合管PE/AL塑复铜管PE长期使用时温度/4590709060HDPE60XLPE908070公称压力/Mpa.1.61.62.5（冷水）1.0（热水）2.0（冷水）1.0（热水）1.6（冷水）1.0（热水）1.61.0PH管可达2.02.01.25膨胀系统/（m/m）710-51310-51110-51510-51110-52.510-51.1810-51.510-4导热系数/（W/(mK)）0.160.220.240.410.260.450.49弹性摸量/（N/cm2）3.51053.51051.11050.61058104膨胀力/MPa（D=32mm ,t=50,L=10m）314.817.825.3来自暖通南社整理81.5管壁厚度一般最薄最厚一般一般厚薄一般单价便宜贵贵较贵较贵较贵贵较贵外径/mm2031516110201101663153001663155520730寿命/a5050505050505050连接方式弹性密封或粘接夹紧式，热熔连接，插接电熔合连接热熔连接夹紧式，采用金属或尼龙接头粘接夹紧式，采用金属或尼龙接头焊接式，夹紧式夹紧式，热熔连接，插接电熔合连接要求导热系数大流动阻力小热膨胀性好工作压力符合系统要求工作温度-2070价格低常见塑料管规格202252.3322.9403.7504.6635.8不同土质对换热的影响k导热系数W/（mK）a扩散率106 m2/s密度kg/m3c热容量 kJ/（kgK）花岗岩3.51.333330.84大理石2.41.0329170.84致密湿土1.30.6521830.88致密干土0.90.5220830.84轻质湿土0.90.5216671.05轻质干土0.350.2815000.84密度越大，导热系数越大。3.埋管管径两个要求：满足换热量（管径要大）保持管道内紊流以保证流体与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，对大管径（DN50以上），流速2.44m/s。间距：目的：防止埋管间热干扰。工程规模小，埋管单排布置，间隙运行的，取3.0m间距；工程规模大，间隙运行的，U型竖埋管间距一般为4.5m；连续运行的，多排埋管布置，取6m间距。4.确定埋管形式类型：单U型管和双U型管工程规模小，埋管建议采用单U。工程规模大，且埋管面积不足，埋管建议采用双U。埋管深度：水平埋管单层管最佳埋深为0.81.0m双层管最佳埋深为1.21.9m应埋在当地冻土深度以下适合间隙使用。垂直埋管钻60m以内井深费用低；井深80m内可用普通承压塑料管，大于80m，需用高承压塑料管（1.62.0Mpa），成本大大增加井深50m造价比井深100米造价敌3050%浅埋（30m），中埋（3180m），深埋（80m），中埋是最多的选择。确定埋管所需总管长经验数据：垂直埋管70110W/m（井深，对U型管），或3555W/m管长水平埋管取2040W/m管长。暖通南社整理发布主要会出现的问题及解决办法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，长期运行系统效果变差。按夏季冷负荷造成地热换热器投资巨大。解决方法土壤换热量按冬季热负荷的120%设计多余的冷负荷配置冷却塔进行散热。5.确定热交换器换热量按建筑物冷热负荷计算冬夏地下换热量6.计算管道压力损失各管段压力损失3050KPa/100M最大不超过50KPa/100M沿程阻力及局部阻力值可查表格水泵消耗功率P与热泵容量名义冷吨之比控制在5075W/冷吨（14.221.3W/kW。7.校核管材承压能力闭式系统承受最大压力PP=P0+gh+0.5PhP0大气压Pa流体密度，kg/m3g重力加速度，9.8m/s2h地下埋管最低点与闭式循环最高点高度差，mPh水泵扬程Pa对于埋管50m，水泵扬程40m的系统，最大承压为0.76MPa。设计举例上海某住宅空调面积212m2计算空调冷热负荷，并考虑房间同时使用系数，总冷负荷25kW，总热负荷17kW。选用设备能效比按3.5 计算则夏季向土壤排放热量=25*（1+1/3.5）=32kW。1）确定管材及埋管管径选用聚乙烯管材PE63(SDR11)，并联环路管径DN20，取温差为度，则单个回路流量0.045*32*3.6/10/2.m3/h。分别计算其它集管管径，分别是DN25,DN32,DN40,DN50（见布置图）2）确定竖井结构按保守最小数据35W/m管长埋管总长度32000/35=914m确定竖井数目及间距取竖井深度50m ,竖井数量914/2/50=9.14取整数个，竖井间距取.m3）计算压力损失各管路为并联同程布置，按流量查阻力表，计算任意一个管段总压力损失为a计算热泵机组水阻力、其它设备的阻力，所选水泵扬程为mH2O4）校核管材承压能力P=P0+gh+0.5Ph100530+1000*9.8*50+0.5*15=668959Pa(约.MPa)在的额定承压能力内。总结地埋管换热系统的设计内容应包括设计依据及计算方法地埋管方式、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、深度及管间距换热器及集管规格、材质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形状的管状换热器装置进行承载、挡土支护、地基加固的同时，可以进行浅层低温地热能转换，起到桩基和地源热泵预成孔直接埋设管状换热器的双重作用。这样也就缩短施工工期，节约施工费用，更能有效的利用建筑物底板下的面积。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务管理部门的要求，设计单位应具有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. 可使用的必备水源条件可使用水量是否满足（水井出水量）可利用水源温度是否满足可利用水源回灌是否顺利（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3.实际设计工况-水温条件室内循环水温差5可利用不同换热器和井水换热，具体温差根据实际情况而定（大温差小流量，尽量减少地下水提取、回灌量）例：井水温度16 制冷时：利用温差可达到16 16-32 制热时：利用温差可达到11 16-5 4.经验数据井水设计和施工几个重要参数：井水温度：1530井距5070m，井深应确保水温取水量在水环水量的50%100%，水质条件取水井与回灌井数量不应小于1：1水量衰减：三年衰减20%地面沉降：三年内5mm取水井数量=主机总制热量*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1020 ，取水温差5，取热能力580KW5.水源热泵中央空调系统应用条件6.实际设计工况-水量的计算制冷时需要水量：温差、冷量水量制热时需要水量：温差、热量水量提取最大可利用温差对所需水量提出最小要求（高峰用量）7.水源水水质8.地表水源取水地下水源取水9.地下水的处理10.地下水的回灌目的热能再生反复利用，保护水资源及稳定地质结构。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）。回灌指标三、地埋管系统施工工艺（以下工艺及作业图片，仅供参考，暖通南社只是引用，不对作业水平作任何评价）工程钻孔施工工艺1.1钻孔前的准备工作1.1.1在施工前先了解并确定土壤地质条件。1.1.2确定地下综合管线分布及设置情况，并做好明显的标识记号。1.1.3平整土地，根据地埋管施工图，用白灰标示具体钻孔位置及总管坑槽位置。1.1.4确定钻孔支架打设位置。1.1.5确定钻孔机械电源容量及供给情况。1.1.6提供水源至钻孔现场。1.2工程钻孔1.2.1、根据 工程情况确定钻孔的位置，钻孔直径不小于150mm。钻孔深度以设计要求为准。1.2.2、每钻完一孔前，套管必须组装好，施钻完毕应尽快将套管放入钻孔中，并立即将水充满套管，以防孔内积水使套管脱离孔底上浮，达不到预定埋设深度。1.2.3在泥浆或空气旋转钻孔方式中，应沿钻管内部送入高压空气、水、或泥浆，并沿着钻杆的外侧将钻屑送回地面。取出的土壤放入泥浆池中可用作灌浆材料或将其运离作业现场。钻孔过程中产生的泥浆水从钻孔位置冒出地面，在施工前应制订好排水措施，可顺地势挖出排水沟，并在沟的末端挖一个泥浆池，钻孔过程中产生的泥浆在泥浆池中沉淀，作为回填物使用。应注意在各个将要放置钻机的位置不能开挖排水沟或连接各个垂直埋管的水平管沟，防止开挖的管沟被钻机压塌。3、双U管换热器预制、施工要求3.1、管道连接采用热熔焊接方式，焊接口必须符合施工规范，注意压接宽度；3.2、聚乙烯管的制作要求：a.烯管的连接可采用专用的热熔设备进行热熔连接（热熔承插连接、热熔对焊连接），与金属管道连接应采用法兰连接。热熔承插连接：b.承插连接应采用质量可靠的热熔机具，便携式熔接工具适用于dn63mm管道及系统最后连接，台式熔接机具适用于dn63mm管道预装备连接。c.热工具加热到熔接温度26010，插口管末端应切割平整，与轴线垂直。用笔在承口和插口上做适当的标记，以利于连接定位。d.热工具的凹模熔化插口管端的外表面，凸模熔化承口的内表面。e.完毕后，迅速移走加热模具，将插口端平直插入承口端，达到连接强度后固定接头，自然冷却至环境温度。热熔对接a. 外径dn63mm的PE管均可采用热熔对接方式连接，该方法经济可靠，其接在承拉和承压时都比管材本具有更高强度。热熔连接温度：200210。使用该方法时，设备仅需热熔对接机，步骤如下：b.连接管材置于焊机夹具上并夹紧；c.管材连接端并铣削连接面；d.两对接件，使其端面错位量不大于管道壁厚的10%；e.加热板加热；f.完毕，取出加热板；g.接合两加热面，升压至熔接压力并保压冷却。法兰连接：套在法兰连接件上；法兰连接件与PE管道连接按上述工艺处理；将法兰盘与金属法兰对接。a.连接前应对管材、管件及附属设备、阀门、仪表按设计要求进行核对，并在施工现场进行外观检查，符合要求方准使用。b.根据钻孔深度并确定立埋管的长度，没孔两根。接时应使用同一生产厂家的管材和管件，如确需将不同厂家（品牌）的管材、管件连接则应经试验证明其可靠后方准使用。c.每次连接完成后，应进行外观质量检验，不符合要求的必须返工。施工人员应进行上岗培训；每次施工后，管口应临时封堵；f.在寒冷气候（-5以下）和大风环境下进行连接操作时，应采用保护措施或调整施工工艺参数。聚乙烯管连接的注意事项：3.3、双U管换热器在钻孔内的安装：a.钻井深度及埋管长度必须符合设计要求，井深误差不超过2米，保证埋管长度。b.当桩基孔做好后，可进行下管。下管时应将灌浆管和U型管一起插入孔中，直至孔底，下管时，U型管内宜充满水。c.U型管下部端头应设保护装置。灌浆管端头宜设防堵护罩，且灌浆时应能够将其冲开。d.采用人工下管。在下管时套上粗麻绳，辅以服正机构，下管时要尽量保证同心度。通过加力杠杆作用于粗麻绳上，以便下管。e.U型管两支管间每隔2m4m应设一弹簧卡（或固定支卡），以将两支管分开。f.在下管结束后要对管口采取有效的临时封堵措施。4、 聚乙烯管给水管道检漏与试压4.1、注意事项：聚乙烯管管组对完毕，进行外观检查合格后，方可进行压力试验；试验介质一般采用水，其温度不宜超过40；试验压力应为管道系统工作压力的1.5倍或设计明确规定的试验压力。4.2、施工过程：1.)所有管道和管道连接件必须经过检查以防渗漏；有U型管在安装之前必须经过压力试验，水平管在回填土之前也必须经过压力试验；2.)交换器必须进行水压试验，试验压力为管道设计工作压力的1.5倍，或系统运行压力的3倍；在试验压力下，稳压1小时(4小时)，观察其压力降，当压降不大于0.05MPa（0.034 MPa），则认为合格。30分钟内不应该出现渗漏现象；将测得的流量与压降同计算结果进行比较，以判断管路是否有堵塞现象。3.)水压试验采用手动泵缓慢升压，升压过程中应随时观察与检查不得有渗漏 。4.)根据设计要求，把U形管底部浸入水中，检查应无气泡冒出，保压4小时，气压应无明显变化，检漏完毕，放掉管内气体，加满水，同时做好临时封闭，且保护接口不受破坏。5.)在钻孔前，每个U型埋管应平直装配起来，并包扎好防止弯曲收缩。5、桩内回填材料施工（灌浆回填）主要技术措施5.1放好埋管、灌浆前，应固定埋管，并在孔和管子之间的缝隙放入一些细黄沙并用石块等固定管口。5.2U型地埋管随导浆管插入竖井底部，后立即导管灌浆，并用卷边或盖顶熔接密封U型管两端口，以防杂物进入。5.3在回填料时要使用专用的灌注系统，该灌注系统由高速搅拌机、搅拌池、低速搅拌机及泥浆泵和管路组成。注浆时，先将填料按照设计好的比例放入调整搅拌机中搅拌23分钟，然后排入到低速搅拌罐中搅拌。灌浆时，先将阀门打开，把浆液排入到储浆池中，通过高压泥浆泵注入孔内。并通过注入时泥浆的密度与溢出时浆液的密度是否相等来判断是否停止注浆，如果相等则表示浆液已经充满孔内，可以停止注浆。5.4灌注时，要求泥浆泵的泵压足以使孔底的泥浆上返至地表，当上返泥浆密度与灌注材料的密度相等时，认为注浆过程结束。注浆时，必须保证注浆的连续性，否则会降低传热效果，影响工程质量。应使用泥浆泵通过灌浆管将混合浆灌入孔中。不得用人工的方法灌浆封孔。应根据机械灌浆的速度将灌浆管逐渐抽出，使灌浆液自下而上灌注封孔，确保钻孔灌浆密实，无空腔。5.5灌浆材料的配比要根据与甲方及设计商定的结果进行配比。在施工时应对现场的填料配比进行严格的控制。5.6在水平埋管和系统试压合格，确认无漏后，才开始回填土壤，5.7回填土首层应为至少200mm厚度的细黄沙，且确保其中无石头及其它硬物，200mm以外用一般土回填