地埋管换热器的设计与施工.ppt

1、地下埋管热交换设备的设置修订和施工，发表者：张一鸣，目录，1 .地下埋管热交换设备的类型2 .地下埋管热交换设备的设置修订3 .如1 .地下埋管热交换设备的类型，地源热泵的概念：通过以岩土体、地下水或地表水为低温热源的地热能源交换系统， 地源热泵系统分为埋地地热源热泵系统、地下水地热源热泵系统和地表水地源热泵系统。 现在，地源热泵的地下埋设管热交换设备主要有水平埋设管和垂直埋设管两种配置形态。 (1)水平式埋管水平埋管主要有单沟单管、单沟双层管、单沟双层管、单沟双层四管、单沟双层六管等形式，多层埋管下层管处于较稳定的温度场，换热效率比单层好且占地面积小，故多应用多层管。 近年来，国外新开发出了

2、2种水平埋设管形式，一种是扁平曲线状管，另一种是螺旋状管。 他们的共同优点是缩短沟渠的长度，增加可以埋设的管道的长度。 垂直埋管垂直埋管因埋管形式而异，一般可分为单u型管、双u型管、套管型管、小径螺旋线圈和大径螺旋线圈、立柱状管等形式的埋深浅埋(30m )、中埋(3180m )、深埋(80m )。 现在使用最多的是单u字管和双u字管。 u字管型是在挖掘的管井内安装u字管，一般管井直径为100150mm，供水井深度为10200m，u字管径为50mm以下。 由于施工简单、换热性能好、受压高、管路接头少、不易泄漏等原因，目前应用较多。 水平埋管和垂直埋管的选择方法主要取决于场地大小、当地土壤类型和开

3、挖成本，如果场地一盏茶大且没有坚硬岩石，则水平式在经济场地面积有限的情况下采用垂直版结构。 在实际工程中根据现场调查结果的化学基，考虑现场的可利用地表面积、当地土壤类型及开挖费用，确定了热交换设备采用垂直竖井布置和水平布置方式. 水平布置通常为浅层埋管，可采用人工挖掘，初期投资一般便宜，但其换热性能远小于竖向埋管，且多受可利用土地面积的限制，因此一般采用竖向埋管方式。 水平埋管通常采用浅层敷设，适用于软土地辖区。 不需要设置坡度。 最上层的管道在冻结线下必须为0.4m。 根据地面的深度在0.8m以上。 遇到坚硬的岩石层时，多埋设双u字管，岩石层的热传导能力强。 根据国内的实际经验，单层管的最佳

4、深度为1.22.0m，双层管为1.62.4m。 2、地埋管热交换设备的设置修订、地埋管热交换设备的设置修订：主要包括地热热交换设备的选定和地热热交换设备的设置修订。 其中地热热交换设备的设定修订有埋设管的长度、埋设管的直径、管路连接方式等。 地下埋管的长度与进入热泵的流体入口温度有关。 在当地，岩土的温度越固定，供暖模式时热泵入口温度越高，或者制冷模式时热泵入口温度越低，要求地下热交换设备的长度越长。 由此，虽然热泵系统的初期投资增加了，但热泵的效率提高了。 因此，地下热交换设备设置修订的关键问题是在满足系统工作性能要求的基础上，选择合理的埋管长度，提高热水泵效率。 1 )地热热交换设备的选择

5、：地热热交换设备的选择包括型号和结构的选择，对于规定的建筑场所条件，应当尽可能地进行修订，使其在满足运行需求时达到云同步的最低成本。 a )地热热交换设备的配置样式。 包括埋设管方式和连接方式。 埋管方式有水平埋管和垂直埋管两种方式。 管路的连接方式地热热交换设备的管路连接可以采用串联方式和并联方式的任一种(如图所示)。 采用什么样的方法主要取决于安装成本。 现将两种方式的系统特点分析如下：串联系统优点： 1，与单流体通道型号相同的管道。2 .由于管径大于残奥水平系统，因此对于每单位长度的配管来说，系列系统的传热性能比残奥水平系统要稍高。 3 .由于管径大，因此管内流速大，系统内积存的空气容易

6、排出。 串联系统缺点： 1，由于串联系统采用大管径管道，管道内体积大，所需防冻液多，因此防冻液投资增加。 2 .管道的成本高于并行系统的成本。 3 .安装劳动力成本增大。 4 .管道阻力损失大于并行系统。 并行系统由小径管构成。 并行系统的特点是：并行系统的优点： 1，因为使用小直径的管子，所以管子成本低。 2 .必要的防冻液量少。 3、安装过程的劳动成本低。 4 .电阻损失小。 并行系统的缺点： 1，排除空气比串联方式困难。 2 .配置错误时，各回路内的水量不能保持平衡。 3 .电阻损失小。 在地热热交换设备中，虽然串联方式的管内流体流动速度高于残奥水平系统，但由于地热热交换设备的热阻抗主要

7、是塑料管壁与岩土之间的热阻抗，因而串联连接的总传热系数并没有显着提高。 此外，串联系统成本高于并联系统成本。 因此，在一般工程中多采用并行系统，为了保持各环之间的水力平衡，并行系统可采用同一路线系统。 塑料管的选择包括材料、管径、长度和循环流体的压头损失。 聚乙烯管是地热热交换设备中最常用的管材。 这样的管材柔软性优异，通过加热熔接可以形成强度比管本身更好的连接接头。 2 )埋设管径选择：选择管径大小时，(1)管径大，可减少循环水泵的能量消耗。 (2)管径小，可使管内流体成为湍流区，流体与管内壁之间的热交换效果好。 选择配管时，请以设置成本最低、运行能量小、地热热交换设备中流体产水量最小、能够

8、保持湍流为原则。 大直径管道的小直径管道投资高，所需防冻液多，处理和安装更困难。 从两者兼顾来看，地热热交换设备所用管道的直径一般为20、25、32、40、50 mm。 并联配置的回路由小直径的管道组成，入口集管和出口集管由大直径的管道组成。 修订者在选择管道时，地下回路尽可能采用薄壁管道，集管器尽可能选择厚壁管道提供一盏茶观的结构强度。 3 )决定热交换设备长度地热热交换设备的负荷由热泵的负荷决定，热泵的负荷也与空调室的负荷有关。 地热热交换设备的传热量与当地的岩土温度、岩土的热物理性质、埋管形式、热泵运行时间等诸多因素有关。 因此，热交换设备的长度不能仅由室内瞬时负荷决定。 如果运行时间在

9、几个小时到几个月的范围内，u形垂直埋管地热热交换设备的传热过程通常可以用一维度瞬态热热线热源模型来简化。 通过输入每年各月的冷热负荷，热泵系统能够在数十年的使用期间内在满足设定修正负荷的基础上决定地热热交换设备的长度。 一旦决定了当地热交换设备的全长，就根据埋管场所的大小来决定埋管的深度。 决定地下热交换设备的长度不仅需要知道系统配置和管材，还要知道地下温度、传热系数等当地的土壤物性参数数据。 在实际工序中，可以利用管材的“换热能力”来修正管长。 换热能力即每单位垂直埋设管深度的热交换量，一般垂直埋设管为4070 W/m井深水平埋设管为2040W/m管长。 修订时能够采取的换热能力的下限值，即

10、40 W/m垂直埋设管长，具体的修订公式为： L=(Q1 000)/40式中l竖井埋设管全长，m； 35夏天每m井的深散热量，W/m。4 )竖井的数量和间距以国外竖井的深度计多采用50100 m，设置修正者在该范围内先选择竖井的深度h，代入下式，修正竖井的数量： N=L/H式中的n竖井的总数、个数的h竖井深度、m； 之后，将修正结果四舍五入，修正结果大的话可以增加竖井深度，但不能太深。 否则，钻头和安装成本将大幅增加。 关于竖井间距，在被指出u型竖井的水平间距一般为4.5 m的实例中，提到DN25的u型管，其竖井水平间距为6 m，DN20的u型管的竖井水平间距为3 m。 负荷的修订：正确修订建

11、筑负荷是地下埋管热交换设备建设的前提和基础。 修订负荷用于确定系统设备的大小和型号，根据修订负荷设定空气分布系统(送风口、回风口和风管系统)，修订负荷的修订计算必须以当地设施修订日的标准设定修订状况为基础。 决定建筑物的最大负荷时，必须按每个房间、每个区域计算必要的负荷信息，求出其中的最大值。 为了对地源热泵系统的能源消费状况进行一头地分析，有必要对建筑物进行必要的能源消费订正。 通常采用的补正方法是：日生活法、温度频率法、每小时法。 a .生活法是最简单的修正算法，但通常结果被忽略。 当系统的营运效率依赖于大气条件时，其系统的电功耗，例如地源热泵系统不能用当日往返法进行补正。 b .温度频率

12、法将年温度分为几组，分别补正各温度组内的系统的能源消耗量。 考虑到外部空气的影响和部分负荷状况的影响，可以通过正确分割特殊系统的要求来满足温度频率法。 用温度频率法进行能源消耗量的修正算法，对手动修正算法和修正算法修正算法都很有用。 c .时间单位法主要用于需要确定大量细节的大型建筑的能源消费订正，由于其订正量非常大，通常采用订正机订正。 地热热交换设备的设置修订需要知道在某个特定阶段从地下吸取的热量和释放到地下的热量，通常要满足一年中最冷的月份和最热的月份的要求。 在制冷季节，输入系统的所有能量都必须释放到地下。 这些个的能量包括系统热负荷、系统电功耗、地热热交换设备循环水泵的电功耗。 循环

13、水泵的电功耗可以近似为泵的电功耗与热泵运行时间的乘积。 在供热季节，地下吸收的热量等于设备的制热量减去输入的电功。 输入的热量包括压缩机的电功耗和地热热交换设备循环水泵的电功耗。地下埋设管设置修订的常用数值、地下埋设管管材最好采用聚乙烯管管(PE80或PE100 )或聚1-丁烯管，通常使用公称外径为dn25或dn32的管。 垂直地下埋设管热交换设备的埋设深度大于20m，一般的埋设管深度最好为60120m，钻孔的孔径小于0.11m时为要不得，通常为0.150.20m。 钻孔间距满足换热要求，36m为宜。 水平连接管的深度应在冻土层以下0.6m，距地面1.5m以上的冷凝水回路集管的间隔应在0.6m

14、以上。 垂直地下埋设管双u热交换设备的每延米的热交换量：制冷时为60w/延米制热时为50w/延米。 采用岩石和致密砂土时的制冷热交换量为70 80 w/延米的单u热交换设备时的制冷热交换量为40 45w/延米。 一项工程需要垂直地下埋管热交换设备的长度和总垂直孔井数：将该建筑物总土壤中可释放或吸收的冷热负荷值除以地下埋管热交换设备每个延米的热交换量，取最大值的就是该工程垂直地下埋管热交换设备的长度。 从垂直地下埋设管热交换设备的埋设深度和地下埋设管热交换设备的全长可以计算总纵孔井数。 3 .地下埋设管热交换设备的施工、施工工序及方法： 1钻孔机械就位时，应采取钻孔对准措施，避免误差超过10mm

15、。 钻头机械预备就位后，进行钻头直角度调整。 在钻头主体的纵横两个方向上选择两个固定平面，使用水平尺和插头尺调整钻头的水平，使钻头与地面垂直。 钻头的水平误差在5以下。 施工中，钻杆从下开始每隔10m进行一次钻头主体的水平度研究。如果误差大于5，则需要调整。 用钻杆的实际长度控制孔深，孔深必须达到设定修订深度。2管路连接HPDE管路连接执行国家现行的标准埋设聚乙烯管供水管路工程技术规程(CJJ101 )的有关规定。 室外温度低于5时，请勿进行配管连接、先导压力等操作活动。 埋设的垂直单u字管垂直段中间部禁止接头的采用u字弯管接头采用定型的成品管，不能用直管烧成方法制作弯管。 配管接头由热熔胶或

16、电熔连接。 根据管径和壁厚，选择与之相应的热(电)熔器。 在焊接之前，为了保证配管内没有垃圾，必须完全清扫配管内，管接头的内外面必须擦拭，没有干燥污染。 管接头的加热时间必须严格按照厂家提供的残奥表，确保焊接质量。 未熔化或过度熔化的接头，必须在拆除后重新熔接，拆除长度必须在6倍以上。 在下一道工序开始前，立即切实且牢固地密封管口。 配管连接按照先连接埋设管、接着连接回路集管(水平干管)、最后连接机械室分水器的顺序进行。 必须根据不同阶段进行必要的水压试验。 在铺设水平埋管之前，在沟底部铺设管径以上厚度的细砂，保护管不受损伤。 管道的铺设必须横向纵向，管道需要25个坡度，坡度与水流方向相同，排

17、列管道在同一平面上的间隔相同，误差在3mm以下。 填埋时，填充剂应细而松，均匀，不含石头和土块。 填充剂均匀压实，与管壁紧密接触。 系统配管连接完成后，必须清洗配管，合格后再进行系统的试压。 3水压试验工作压力为1.0Mpa时，试验压力为工作压力的1.5倍，且为0.6Mpa以上。 动作压力1.0Mpa时，试验压力是对动作压力施加0.5Mpa时。 水压试验步骤：将a预制的垂直u形管插入嵌入孔之前，必须进行预加压试验。 试验压力情况下，稳定作用在15分钟以上，压力降在3以下，没有泄漏。 合格后，密封垂直u字管，保持其内压，在试验压力下进行放管操作，完成灰浆。 灌溉完成后稳定作用整了一个小时。 b嵌

18、入垂直u字管和环头(水平干管)的连接完成后，进行第2次水压试验，通过试验嵌入隐藏。 在试验压力下，稳定作用为30分钟以上，压力降为3以下，无泄漏为合格。 在c环集管(水平干管)和机械室集合水器的连接完成后，进行第3次水压试验，通过试验进行掩埋和隐蔽。 在试验压力，稳定作用为2小时以上，没有泄漏现象为合格。 d地下埋管热交换系统全部安装完毕，清洗、排气及填埋场隐蔽结束后，进行系统试压。 试验压力情况下，稳定作用应在12小时以上，压力降应在3以下。 垂直管水压试验：双u型管接头采用电熔接连接方法，在工厂进行，各u型管接头熔接成功后，进行清洗、挤压试验，16MPa观测挤压1小时以上，无泄漏为合格。 下管前用自来水冲洗管道，然后进行试压。 试压12MPa、带压观测15min以上、无泄漏