地埋管设计书

1、市绿建展示中心大楼热泵空调系统设计师范大学摘要 ：介绍了该工程场地的热物性测试、地埋管换热器和空调的设计，并就地埋管换热器设计技术问题进行了分析。：热物性测试地埋管换热器系统设计地源热泵一、项目概括以本建筑物为市绿建展示中心大楼，办公楼建筑面积 22706.52 （不含室），地上 6 层，含室），地上 3 层，二、空调系统2 层，建筑高度 23.9m；商业建筑面积 773.36 （不1 层，建筑高度 12.75m。该工程一层中展厅、大堂、厅等大空间场所密集，空气需求量较大并空气组织较难故采用全空气系统，新风机组冷热源由土地源热泵空调提供；其余等房间，由水源多联机承担房间的负荷，水源多联机是以水

2、作为能量运输介质的多联空调系统，冷热源侧与水源热泵系统相同，采用水与浅层地表的恒温状态进行热交换；室内侧与多联机系统相同，采用制冷剂作为能量媒介，能够适用于多种气候环境和较宽的水源范围，考虑使用率，防止能源浪费，采用风机盘管系统，当下班时，可单独关闭该房间的多联机系统，新风可以通过独立的系统供给到房间内，采取最常用的混合式系统，即处理的空气来源一部分是新风，一部分是室内的回风。这样的系统可以更好满足性的要求，和地域对整个建筑景观和环境保护的严格要求。三、系统分析根据负荷计算书所计算的空调冷热负荷情况，列于表 1。对环境的舒适表 1 空调冷（热）负荷情况（一）地埋管换热系统概算根据本工程实际情况

3、，建筑采用垂直埋管的地埋管换热系统。系统的初步设计及概算主要有以下几点。1、测试井地埋管系统的设计依赖于工程所在地的水温、地质条件以及土壤岩层的热物性参数，包括土壤的含水率、导热系数、比热容等。根据这些参数，经过计算可以得到工程地埋管系统的理论换热性能。但由于每一点土壤岩层的分布不尽相同，水位及含水率也都不同因而存在差异，因此地源热泵地埋管换热器在设计之前除了做好勘探工作之外，最重要的即为地耦管换热量测试。地耦管换热建筑类型建筑面积总冷量 kW总热量 kW冷指标 W热指标 W绿建展示中心22706.521075.88395.0049.9120.55量测试就是通过钻测试井，并通过仪器模拟空调实际

4、使用工况，实际测得当地土壤的地埋管换热性能。一般工程测试井为 12 个，对于占地面积较大、地质复杂多变的项目可钻多个。为保证测试的数据为稳态的热交换性能，一般要求连续测试 48h 以上。根据地质勘察，本工程场地上部为一般黏性土层，中、下部为第四系更新统沉积厚层状老黏性土层，底部为志留系泥岩。基岩顶板埋深在自然地面下 27.8m，从上往下依次为强风化泥岩、中风化泥岩、弱风化泥岩。岩体较完整、结构面不发育，不具备赋存裂隙水体条件，覆盖层中也未见赋存砾、卵石层埋藏分布。水体的砂、热物性测试主要进行了钻孔温度和钻孔埋管换热性能的测试，钻孔温度测试采用的是对进行点测的方式，表明，1.559.0m 井段，

5、温度整体呈下降趋势，由 22不规则下降至 19.1，59.0102.0m 井段，温度整体呈现上升趋势，由 19.1不规则上升至 20.8。2、地埋管材料目前，广泛应用于地埋管换热器的聚乙烯（PE）管材，可以弯曲或热熔形成稳固的形状。可以保证使用 50 年以上。PE 管材的导热系数约为 0.42.W/(mk)，导热管，其标准尺寸比为 SDR11，与土壤的导热系统相近，是一种优质的额定耐压 1.6MPa。目前国内最常用的地埋 PE 管规格为 de25 和 de32。de25 由于具有管壁薄、易损坏、换热能力差的特点，常被用于负荷不大、埋管较浅的应用场合。对于本工程，由于系统负荷较大，系统可靠性要求

6、较高，埋管深度较深，建议选用 de32的 PE 管作为换热器管材，de32 材料主要具有以下几个方面优势：直径 32mm 的管材相对于更大直径的管材来讲，管壁薄，伸缩率较小，容易弯曲，施工方便，且不容易受地面沉降的影响；相对于更小直径的管材来讲，导热面积大，传热效率高；管材流体的的紊流性好，流速容易控制；换热器所需开凿井的费用较为适中，可减少系统的初期投资。3、地埋管换热负荷根据本工程空调实际需要的换热负荷，地埋管换热系统的换热负荷设计还必须考虑机组本身的能效比，一般地埋管换热的负荷根据机组负荷按以下计算式计算：夏季制冷工况：地埋管换热负荷=机组负荷*（1+1/EER）冬季制热工况：地埋管换热

7、负荷=机组负荷*（1-1/COP）计算得到地埋管实际的换热负荷，见表 2。表 2 地埋管的换热负荷由表 2 可知，地埋管夏季空调制冷的散热负荷为 2690.28kW，冬季空调制热的吸热负荷为 1791.95kW。散热负荷远远大于吸热负荷。为保证热泵机组的工作效率，地埋管的吸放热量需保持平衡，因此以冬季吸热负荷为计算依据，夏季空调时通过冷却塔辅助散热。夏季制冷负荷冬季制热负荷夏季地埋管散热负荷冬季地埋管吸热负荷1075.88kW395.00kW2690.28kW1791.95kW4、地埋管布孔与占地面积核算一般单 U 型垂直埋管，管径 32mm 的高密度聚乙烯管(HDPE100）材质地埋管换热器

8、，根据热物性测试资料，每米的散热能力为 72.17W，每米的吸热能力为 46.09W，以冬季吸热量为计算基准。根据地质勘查和热物性测试资料确定地埋管换热器热干扰半径为 4.5m 左右，钻孔间距为 5.0m*5.0m，共钻 389 个，孔径为直径 140 mm，钻度为 101m，有效利用深度 100m，地埋管换热器夏季排热量为 2807.41kW，冬季吸热量为 1792.90kW。本工程地埋管换热器的钻孔数量、钻度和占地面积汇总于表 3。表 3 地埋管换热器的钻孔与占地情况（二）系统配置方案如前所诉，全部采用地源热泵空调系统，冬季热负荷全部由地埋管承担，夏负荷由地埋管和冷却塔共同承担。由于无生活

9、热水需求，所有机组不带热回收功能，按照制分区冷负荷，选型机组。1、配置机组表 4 机组的配置共需要 2 台水地源热泵和 15 台水源多联机，总制冷量为 2226.4kW，总制热量 2351kW。2、机组运行模式夏季制冷工况：所有机组全部投入空调制冷，地埋管作为热源。冬季制冷工况：所有机组全部用于空调制热，地埋管和冷却塔共同作为冷却源。春秋过渡季节工况：所有机组停止运行。3、地埋管换热器配置根据工程空调热负荷设计：按地埋管井有效深度 100m、孔间距 5.0m*5.0m计算，本工程需要钻孔 389 个，占地面积 8750 。4、热平衡校核夏季空调制冷按照 120 天，每天峰值负荷运行 8h，冬季空调制热按照 105天，每天峰值负荷运行 8h 计：夏季散热量=机组负荷*（1+1/EER）*制冷总时间机组型号数量LSBLGHP-270/MG1LSBLGHP-515/MG1MDV-252W/D2SN1-8U02MDV-335W/D2SN1-8U03MDV-400W/D2SN1-8V01MDV-450W/D2SN1-8V02MDV-500W/D2SN1-8V01MDV-560W/D2SN1-8V03MDV-730W/D2SN1-9V01MDV-785W/D2SN1-9V02负荷类别101m，孔间距为 5m*5m吸热负荷 kW钻孔数量/个占