1、EK水地源熱泵系統水地源熱泵系統 一、地熱能交換系統簡介一、地熱能交換系統簡介 二、水源熱泵機組的選擇二、水源熱泵機組的選擇 三、空調負荷計算三、空調負荷計算 四、地下換熱系統的設計四、地下換熱系統的設計 五、中央空調水系統設計五、中央空調水系統設計一、一、 地熱能交換系統簡介地熱能交換系統簡介優點： 室外施工費用相對較低缺點： 室外占地面積較大一般適用于小型的而且具有足夠占地面積的地方。 優點： 運行及維護費用低 占地面積較小 冬季無需輔助熱源 不產生任何污染 節能效果明顯 缺點： 初投資費用稍高優點： 運行及維護費用低 無需占用土地 室外施工費用低 冬季無需輔助熱源 不產生任何污染缺點：

2、需臨近較大面積水域 系統效率低于其他方式與其他地源熱泵系統的比較：優點： 運行及維護費用低 室外施工費用較低 冬季無需輔助熱源 無需占地，受建筑周圍環境影響小 不產生任何污染 換熱效率高，節能效果明顯缺點： 打井受政策限制 系統易受地下水源狀況影響與其他地源熱泵系統的比較：二、二、 地源熱泵機組的選擇地源熱泵機組的選擇單機冷量大，效率高，可以分段調節或無級調節，可用于夏季制冷冬季制熱。適用于影劇院、酒店、辦公樓、商場等大型場所.。注注: 地下水式可采用大溫差小流量設計。R22制冷量：95530RTR134a制冷量：80400RT機組主要優點是結構緊湊、體積小、重量輕、運行平機組主要優點是結構緊

3、湊、體積小、重量輕、運行平穩、管理方便穩、管理方便.而且采用模塊化設計，可以進行自動增卸而且采用模塊化設計，可以進行自動增卸載調節能量。載調節能量。 具有熱回收功能，可提供免費生活熱水。具有熱回收功能，可提供免費生活熱水。 其全熱回收型機組，其全熱回收型機組，具有制冷，制熱，制冷具有制冷，制熱，制冷+熱水，熱水，制熱制熱+熱水，熱水五種模式，熱水，熱水五種模式，真正真正“一機三用一機三用”功能。功能。 主要用于中、小型主要用于中、小型賓館、辦公、醫院、藥賓館、辦公、醫院、藥廠廠等場所等場所制冷量：20480RT方便獨立計費，免除物業管理糾紛方便獨立計費，免除物業管理糾紛各戶獨立操作，實現自由制

4、、制熱，各戶獨立操作，實現自由制、制熱，達到傳達四管效果達到傳達四管效果具有回收建筑物內余熱功能具有回收建筑物內余熱功能系統具有靈活的擴展能力系統具有靈活的擴展能力系統布置緊湊、靈活系統布置緊湊、靈活省掉中央機房，減低公共部分管道省掉中央機房，減低公共部分管道的占用空間的占用空間無需一次投入主機，分散投資壓力無需一次投入主機，分散投資壓力 主要辦公樓、商場、賓館、醫院等主要辦公樓、商場、賓館、醫院等場所場所制冷量：0.835HP制冷量：0.86HP三、負荷計算三、負荷計算摘自摘自暖通空調暖通空調. .動力動力 在沒有掌握具體空調房間的面積、性質、使用對象等情況下，僅知在沒有掌握具體空調房間的面

5、積、性質、使用對象等情況下，僅知道整個建筑的面積，可通過建筑面積來估算確定空調負荷。道整個建筑的面積，可通過建筑面積來估算確定空調負荷。按建筑面積估算按建筑面積估算注：注：1. 1. 上述指標為總建筑面積的冷負荷指上述指標為總建筑面積的冷負荷指標標, ,建筑物總面積小于建筑物總面積小于5000m5000m2 2時時, ,取上取上限值限值. .大于大于10000m10000m2 2時時, ,取下限值取下限值. .2. 2. 按照上述指標確定的冷負荷按照上述指標確定的冷負荷, ,即是制即是制冷機容量冷機容量, ,不必再加系數不必再加系數. .3. 3. 博物館可參考圖書館博物館可參考圖書館, ,展

6、覽館可參考展覽館可參考商店商店. .其他建筑物可參考類似的建筑其他建筑物可參考類似的建筑. .4. 4. 由于地區差異較大由于地區差異較大, ,上述指標以北京上述指標以北京地區為準地區為準. .南方地區可按上限采取南方地區可按上限采取. .5. 5. 全年用空氣調節系統冬季負荷可按全年用空氣調節系統冬季負荷可按下述方法估算下述方法估算: :北京地區為夏季冷負北京地區為夏季冷負荷的荷的1.11.11.21.2倍倍, ,廣州地區為夏季冷廣州地區為夏季冷負荷的負荷的1/31/31/4.1/4.在需要進行工程方案的初步設計及報價時在需要進行工程方案的初步設計及報價時, 可通過下表對空調負荷進行估可通過

7、下表對空調負荷進行估算，以下為部分算，以下為部分EK常用單位面積空調負荷估算指標。常用單位面積空調負荷估算指標。按空調面積估算按空調面積估算順序建筑類型及房間名稱 冷負荷指標（w/m2） 1旅游旅館客房（標準層）120160 2西餐廳、咖啡廳200250 3酒吧250300 4中餐廳、宴會廳會議室大350以上5中3003506小2002507中廳、接待室、商店、小賣部 2008理發、美容 180200 9健身房、保齡球 100200 10彈子房、棋牌室 18011室內游泳池 200320 12辦公室一般120180 13領導20014舞廳、夜總會 250400 15商場、百貨大樓 首層3501

8、6二層30017三層及以上250順序建筑類型及房間名稱冷負荷指標（w/m2）18醫院病房 110160 19一般手術室 180250 20潔凈手術室 300500 21X光、CT、B超診斷150200 22影劇院觀眾席 200400 23休息廳 180250 24化妝室 160200 25體育館比賽館200350 26休息廳180250 27貴賓室20028展覽廳、陳列室 130200 29圖書閱覽 120160 30科研、辦公 160200 31公寓、住宅 120200 以下為以下為技術措施技術措施部分具有代表性的單位面積空調負荷估算指標。部分具有代表性的單位面積空調負荷估算指標。摘自摘自暖

9、通空調暖通空調動力動力按空調面積估算按空調面積估算 在做施工設計時，必須進行詳細的負荷計算，且詳細的負荷計算有利于準確確定空調的初投資和保證良好的運行效果。所以詳細的負荷計算在設計時是非常有必要的。空調負荷詳細計算通常由以下幾部分組成：通過圍護結構傳入的熱量透過外窗進入的太陽輻射熱量人體散熱量照明散熱量設備等其他內部熱源的散熱量食品或物料的散熱量滲透空氣帶入的熱量伴隨各種散濕過程產生的潛熱量空調負荷四、地下換熱系統設計四、地下換熱系統設計地下換熱系統設計地下換熱系統設計一、淺層地下水源熱泵系統1、概述形式： 同井抽灌、異井抽灌目前的項目多目前的項目多采用異井抽灌采用異井抽灌適用范圍：地下水文地

10、質條件比較好區域的項目設計時應遵循的原則： 地下水換熱系統應根據水文地質勘察資料進行設計。 必須采取可靠的回灌措施，使抽取的地下水能夠全部回灌，且不將受污染的水與未受污染的水混采和混灌。 地下水的持續出水量應滿足水源熱泵系統最大吸熱量或放熱量的要求。(1) 收集地質、水文地質資料 首先應收集項目地的地質、水文地質資料，結合項目負荷情況以及場地條件，初步判定是否能采用該系統。 規模較大、沒有水井資料的項目，在設計前應鉆試驗水井，評價單井的出水能力和回灌能力。2 2、設計程序及思路、設計程序及思路地下換熱器的負荷與建筑物的供熱、制冷及供生活熱水的設計負荷有關，其換熱量應滿足系統正常運行工況時的最大

11、吸熱量或最大放熱量的要求，計算公式如下： 最大放熱量Q1=建筑冷負荷(1+1/EER) (1) 最大吸熱量Q2=建筑熱負荷(1-1/COP) (2)（注：COP為機組制熱性能系數，EER為熱泵機組制冷性能系數，機組COP值與工況有關，在計算時應考慮地下水溫度和末端形式。）得出最大吸熱量與最大放熱量相當時，應分別計算供熱、制冷工況下所需地下水量，并取其大者；當兩者相差較大時，根據項目規模，可采用輔助設備調峰解決，使系統更經濟合理。(2) 計算地下換熱器的負荷(3) 水量的確定根據供暖制冷工況下，水環路的最大放熱量和最大吸熱量計算。初步估算流量時的可參照如下公式進行：a、夏季制冷工況下：q1=36

12、00Q1/cp(t2-t1) (3)式中：q1為夏季制冷時所需地下水量(m3/h)； Q1為夏季設計工況時換熱器最大換熱量(kw)，據公式(1)求得； 為水的密度(kg/m3)，可取1000kg/m3； cp為水的定壓比熱容，可取4.18kJ/(kg)； t1為進入機組換熱器的地下水溫度()； t2為出換熱器的地下水溫度()。 代入值公式簡化為： q1=Q1/1.163 (t2-t1)例題 某建筑夏季總冷負荷500Kw，機組EER為5.0，根據（1）式計算Q1500（1+1/5）600(Kw) 最大需水量計算為(溫差為11)：q1600/（1.16311）46.9(m3/h)該建筑物熱泵系統夏

13、季需地下水最大抽水量為46.9m3/h。 b、冬季供暖工況下：q2=3600Q2/ cp (t1-t2) (4)式中： q2為采暖時所需地下水量(m3/h)； Q2為冬季設計工況時需要提取的熱量(kw)，據公式(2)求得； 為水的密度(kg/m3)，可取1000kg/m3； cp為水的定壓比熱容，可取4.19kJ/(kg)； t1為進入機組換熱器的地下水溫度()； t2為出換熱器的地下水溫度()。代入值公式簡化為： q2=Q2/1.163 (t1-t2)例題： 某建筑物冬季熱負荷500Kw，機組COP值4.0，根據（2）式計算Q2500（1-1/4.0）375(Kw) 最大需水量計算為(計算溫

14、差為7) ：q2375/（1.1637）46.1(m3/h)該建筑物熱泵系統冬季需要地下水最大循環量為46.1m3/h。由公式(3)、(4)計算地下水流量，取較大值46.9m3/h作為所需要的地下水流量。 (4) 井深的選擇抽灌水井的深度主要由項目所在地的水文地質條件、取水層位決定；水井的深度一般在100m左右，否則會導鉆打井成本的升高。如果地下水位埋深較淺，淺部有較好的含水層，如單層厚度大于5m的粗砂以上地層，也可以減少井深只取上部含水層的水，井深可在5060m之間。(5) 井徑和井管井的直徑可以為500800mm，井管直徑一般為300500mm，一開到底。井管可選焊接管或卷焊管，也可選鑄鐵

15、管，不宜用水泥管，因為其使用壽命短。濾水管可用打孔外纏絲鋼管或橋式濾水管。(6) 濾水管的位置 鉆孔后應進行電阻率和自然電位或自然伽瑪測井，根據測井曲線解釋的含水層位置決定排管方案。 一般取水井水位以下15或20m之內不應下濾水管，一是考慮動水位的下降，二是考慮留出潛水泵的長度和位置，避免抽空和進水口距濾水段太近（應大于2m）。井內其它濾水管的位置要視含水層的分布情況而定，一般選井內較厚的、顆粒較粗的23層為主力水層。粉細砂和較薄的水層（12m）不宜保留，以免造成出砂等后患。 專用的回灌井應下有回揚泵，其它要求同抽水井。(7) 井數的考慮 要用較少的井完成需要的取水量，單井的出水能力以5m降深

16、考慮。由系統所需最大水量除以單井出水量得到抽水井數。 回灌井數量應根據各地水文地質條件確定，一般應等于或多于抽水井數量。 根據水源熱泵供暖的特點，可以采用適當提高利用溫差的方法減少地下水的用量。提高利用溫差的方法有多機組串聯用水和單機混水法或板換隔離法。(8) 其它 井間距：井間距應根據各地水文地質條件確定，一般不小于50米； 水平連接管：目前的設計中一般都將每眼水井均設計為可抽灌互用型，在水平連接管的設計上一般都采用雙管路系統，通過閥門的切換實現水井功能的轉換。 在項目實施時，每眼水井在完井后均應做抽水試驗和回灌試驗，結合試驗數據對設計做進一步校正。第二節第二節 地下換熱系統設計地下換熱系統

17、設計二、地埋管熱泵系統1、概述形式：水平埋管、垂直埋管水平埋管因占地面積大、受氣候影響大水平埋管因占地面積大、受氣候影響大等缺點，目前應用較少。而豎直埋管因等缺點，目前應用較少。而豎直埋管因其占地少、工作性能穩定等優點，已成其占地少、工作性能穩定等優點，已成為工程應用中的主導形式。為工程應用中的主導形式。 優點： （1）不依賴地下水，適應區比較廣。 （2）該系統不抽取地下水，不干擾地下水管理。 （3）換熱層位多，適用范圍大，熱儲量較大。 （4）系統運行維護工作少。 缺點： （1）通過管壁傳導換熱，而管內外的溫差一般不大，因此，需要較大的換熱面積，從而造成系統初投資較大。 （2）隨著機組負荷的變

18、化，管中水的溫度不穩定，造成工況不穩定和熱量損失，在極端天氣條件下機組的性能系數較低。 （3）與地下水換熱系統比運行費用稍高。適用范圍及優缺點（與淺層地下水源熱泵相比）設計時應遵循的原則： 地埋管換熱系統應根據地質、水文地質勘察資料以及土壤的熱物性參數進行設計。地埋管換熱器的換熱量應滿足地源熱泵系統最大吸熱量或放熱量的要求。(1) 工程勘查，地層熱物性測試 在系統的設計初期，應對工程場地進行工程地質勘查，包括巖土體熱物性、巖土體溫度隨深度和季節的變化、地下水分布情況及動態特征、凍土層厚度的勘查。 如項目所在地區有巖土體熱物性參數時，可直接應用，否則應采用現場熱響應法進行測試。2、設計程序及思路

19、 熱響應測試原理：將地埋管換熱器與加熱/制冷設備（測試儀器）連接，通過向地下輸入熱量，模擬夏季制冷工況；通過向地下輸入冷量，模擬冬季采暖工況。在向地下輸入冷、熱量的同時，不斷記錄進出管的溫度和流量，來計算地層的換熱能力（地層導熱系數K、單位延米換熱孔換熱量w/m) 熱響應測試的方法：恒熱流測試法可控工況測試法熱（冷）響應測試車原理簡圖熱響應測試熱響應測試(2) 計算地下換熱器的負荷 負荷與建筑物的供熱、制冷及供生活熱水的設計負荷及系統運行所需要的能量負荷有關。換熱器的換熱量應滿足系統正常運行工況時的最大吸熱量或最大放熱量的要求，計算公式同(1)、(2)。 地埋管換熱器需要510的換熱溫差，冬季

20、取熱時管內液體的平均溫度比地層溫度低510，夏天可高1020，以管內設計溫度確定機組的COP值。 計算得出最大吸熱量與最大釋熱量相當時，應分別計算供熱、制冷工況下換熱器埋管的長度，并取其大者；當兩者相差較大時，根據項目規模，宜采用輔助設備調峰解決，使系統更經濟合理。(3) 地埋管換熱器埋管形式的選擇埋管形式可以分為如下幾種：水平埋管垂直埋管 單U型 雙U型(比單U提高15%的換熱量)垂直埋管布孔形式等間距布孔（正方形布孔）梅花型布孔（等邊三角形布孔）(4) 埋管長度的確定 根據計算的負荷、巖土層熱物性參數、所選的地理管形式及熱泵參數，通過軟件模擬的方法，計算得出埋管總長度。 目前實際工程中，常

21、利用單位埋管深度的換熱量來計算換熱管的長度，一般垂直埋管的單位深度換熱量為3070W/m(利用溫差為1015)之間，放熱大于吸熱。該數據需要通過熱響應測試獲得。 埋管長度可按如下公式計算：L=1000Qmax/ql (5)式中：L為埋管換熱器總長(m)； ql為最大利用溫差的每米換熱功率(W/m)，一般由接近實際工況的現場換熱試驗取得；Qmax為夏季向埋管換熱器排放的最大功率與冬季從埋管換熱器吸收的最大功率中的較大值(KW) 上述計算地埋管換熱器管長的方法，適用于最大吸熱量與最大放熱量相差不大的工程，設計長度選兩者中較大的。 如兩者相差較大，宜用較小值確定管道的長度，兩者相差的負荷采用輔助設備

22、的方式解決，如增加冷卻塔或輔助熱源。這樣一方面減少工程量，降低初投資；另一方面也可減少因吸熱與放熱不平衡引起巖土體溫度的持續變化的可能性。(5) 孔深、孔徑、孔數、孔間距的確定換熱孔深度的確定：結合現場的地質條件與鉆機的經濟鉆進深度，一般基巖地層鉆進深度不超過120米，第四系地層一般不超過150米。結合現場可布設換熱孔的面積，面積大則選擇的余地大，面積小則選擇的余地小。換熱孔直徑的確定： 結合現場的地質條件，一般第四系地層，尤其是粘土含量大、縮徑嚴重地層換熱孔的直徑會比較大；一般基巖地層換熱孔的孔徑相對較小。結合布管形式，一般雙U型比單U型的孔徑大。第四系地層一般在180300mm之間，基巖地

23、層一般在100-180之間。換熱孔數量的確定： N=L/H 式中：N為鉆井數(個)； L需要的換熱孔的總長(m)； H為換熱孔單孔深度 (m)；換熱孔間距的確定：場地條件：場地有限可適當減小間距。熱干擾半徑：地層導熱性好，熱傳遞快，單個換熱孔的換熱能力高，熱擴散半徑大，孔間距大；相反則小。施工成孔率：目前換熱孔施工的鉆機的控斜能力不強，換熱孔很容易傾斜，當孔間距較小時，容易造成穿孔。換熱孔深度大，間距可適當加大，相反則小。應綜合考慮以上三方面因素，確定換熱孔的間距，一般在37米之間。換熱管選擇換熱管材料和規格：主要有PE80和PE100兩種材料的管材，垂直管一般采用SDR11系列的管材，水平連

24、接管一般采用SDR17系列的管材換熱管直徑：垂直埋管雙U型一般采用D25與D32的PE管，單U型的一般采用D40的PE管；水平連接管的直徑根據管內流量進行選擇。孔深、孔間距、孔數、管材等要綜合考慮，使其既能滿足現場條件的要求，又能滿足系統對換熱孔冷、熱量的需求。(6) 確定流速 加大流速可以增強換熱，但過快的流速會增大管道沿程阻力損失，增大水泵的用電消耗。 根據地埋管換熱器的布置形式和采用的換熱液特征，應使換熱液處于紊流狀態，流態形式主要通過雷諾數Re來進行判斷：Re2000為層流2000Re4000為紊流 Re具體計算過程具體計算過程（1）確定通過管道的流量Qv(m3/h)、管子公稱直徑和液體特性；根據公稱直徑，確定管子的內徑Di(m)。（2）計算管子的斷面面積A(m2)。（3）計算流速(m/s)，=Qv/3600A。（4）計算液體的雷諾數Re，Re=Di/ 一般，D32雙U型管路流量取12m3/h，流速0.260.53m/s，雷諾數Re 519510389(7) 環路形式的選擇 各個換熱孔之間有串聯和并聯兩種連接方式 串聯串聯方式：幾個換熱孔之間串聯成一個流動通道。該種方式主要用于換熱孔深度較淺，單孔換熱量小，單孔進出口溫差小的系統中，如樁基埋管。 并聯并聯方式：鉆孔間以并聯形式連接，用于換熱孔深度較深，單孔進出口溫