地源热泵系统

水源热泵
• 水的比热容大,传热性能好,所以使换热 设备较为紧凑,水温也较稳定,使得热泵 运行性能良好. • 缺点:必须靠近水源,有一定的蓄水装置, 对水质有一定的要求,输送管路和换热 器选择必先经水质分析,才能防止可能 出现的腐蚀.
土壤热泵
• 土壤热源其优点是温度稳定，不用风机或 水泵采热，无噪声、无需除霜
• 制热
地下水温度，建筑物的热负荷
温差、热量→水流量(冷冻水)
• 提取最大可利用温差(10 ℃)
WPS水源热泵机组选型依据
• 空调区域所需的冷／热负荷的大小 • 地下水的出水温度和流量（冬天／夏天） • 客户所要求的冷／热水出水温度
WPS水源热泵机组选型注意事项
• 机组的额定制冷／制热是在标准工况下测 定的，非标工况下参数会有所变化，须对 参数进行修正。 • 通常按空调冷负荷确定机组型号，对于热 负荷高的地区要校核采暖热负荷。
rb I 2 a xi I 2 a
1 2 k s
2
1
365α
• 由N个平行钻孔（U型管）组成集群的地热换热器的地层 热阻 N
Rs 1 2 k s

i2

• 短期连续脉冲负荷引起的附加热阻
R sp
rb I 2 a
/
地源热泵中央空调地下埋管式换热器系统设 计 热负荷计算 试验井 热平衡计算 地下换热器设计 施工 试压调试 机组试运行
• • • • • •
Q1

地源热泵中央空调地下埋管式换热器系统设计
• 1、土壤换热器的换热量
1 Q1 Q1 1 COP 1
Rs
1 2 k s
rb I 2 a

2、竖井埋管管长
• 6、制冷运行份额Fc＝一个制冷季中热泵的运行小时数/ （一个制冷季天数×24） • 7、地下热换热器中循环液的设计平均温度通常可选为 tmax=37℃ • 8、每年土壤的最高温度 T H T M ＋ A S EXP X S
V
G
d
2 j
Re
Vd
j
WPS热泵机组特点
环境保护
机组供热时不需要锅炉系统，避免了排烟污染 机组制冷时省去冷却塔，避免冷却塔噪声及霉 菌滋生
应用广泛
可利用地下水、地表水、土壤、工业废水等余 热排水
充分利用储存于地下的可再生的能源
实际设计工况—水源水流量的确定
• 制冷
地下水温度，建筑物的冷负荷 温差、冷量→水流量(冷却水)
1
t max
tH

R
f

1
dih
di)
3、U形埋管的管壁热阻 4、钻孔封井材料的热阻
R pe
de ln 2 k p d e ( d o db 1 Rb ln d 2 k b e
5、地层热阻，即从孔壁到无穷远处的热阻
• 上述两个要求相互矛盾，需要综合考虑。一般并联环路 用小管径，集管用大管径，地下热交换器埋管常用管径 有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管内流速控 制在1.22m/s以下,对更大管径的管道，管内流速控制在 2.44m/s以下或一般把各管段压力损失控制在 4mH2O/100m当量长度以下。该项目竖埋管采用HDPE管 为d32x3.0 mm，横管为d50x4.6 mm。
4、 管材的选取
• 一般来讲，一旦将换热器埋入地下后，基 本不可能进行维修或更换，这就要求保证 埋入地下管材的化学性质稳定并且耐腐蚀。 根据地源热泵施工规范要求选择了SDR11高 聚乙烯PE管。额定承压能力为1.25MPa。
5、 确定管径
• 在实际工程中确定管径必须满足两个要求： • （1）管道要大到足够保持最小输送功率； • （2）管道要小到足够使管道内保持紊流（流体的雷诺 数Re达到3,000以上）以保证流体与管道内壁之间的传 热。
7、地埋管部分压力损失计算方法
1)确定流量G（m3/h），公称直径和流体特性。 2)根据公称直径，确定管子的内径dj（m）。 3)计算管子的断面面积A（m2）：

4
4)计算流速V（m/s）： 3600 A 5)计算管子的雷诺数（Re），Re应该大于3000以确保紊流：
6)计算单位管长的摩擦阻力损失Pd（Pa/m） • Pd=0.158×ρ0.75×μ0.25×dj－1.25×V1.75 • PY= Pd×L • 式中：PY：计算管段的沿程阻力损失，Pa； • L：计算管段的长度，m。 7)计算管段的局部阻力损失Pj（Pa） • Pj= Pd×Lj • 式中Lj：计算管段中局部阻力的当量长度，m。 • 8）计算管段的总阻力损失PZ（Pa） • PZ= PY+ Pj
因为夏季向土壤中排放的热量大于冬季从土壤中吸取的热量。所 以以夏季向土壤排放的热量进行计算。
2、竖井埋管管长
制冷工况: 管换热器长度的工程设计计算公式为
Lc 1000 Q c R f R pe R b R s F c R sp 1 F c


其中 1、Qc为夏季向土壤中排放的热量（W） 2、流体至管道内壁的对流换热热阻
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地下埋管换热器的四种埋管形式
螺旋埋管系统
水池浸埋管系统
立埋管系统
横埋管系统
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地源热泵地埋管系统图
水 -水 式 M SR -J210W LC
接室内回水管 接室内供水管
水 -水 式 M SR -J210W LC
流量箱
水泵
Y型 过 滤 器 温 度 计
H D P E埋 管
地源热泵系统的优越性
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• •
1.低维护--地源热泵系统的运动部件要比常规系统少，因而减少了维护，并且更 加可靠。由于系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，延长了寿命。 2.安全--地源热泵系统在运行中没有燃烧，因此不可能产生二氧化碳、一氧化碳 之类的废气集结在家中或商业建筑内。也不存在丙烷气体，因而也不会有发生爆 炸的危险。 3.运行费低--地源热泵系统的效率比燃烧矿物燃料、燃油、天然气和丙烷的设备 都高。它只用一点电，运行费用较低。 4.舒适--由于地源热泵系统的供冷、供热更为平稳，降低了停、开机的频率和空 气过热和过冷的峰值。这种系统更容易适应供冷、供热负荷的分区。 5.可靠--如果安装适当，系统将可使用25年以上。住宅地源热泵系统一般仅有一 台电动风机、一台小型循环水泵、一台压缩机，如有需要可增设一台生活热水器 的循环水泵。设备简单，运行可靠。 6.易于改建--建筑物中现有的供热、供冷风管通常可直接连接到地源热泵系统上。 环路系统可安装在诸如房屋前、后园地中。 7.改善环境--比较典型的，是将地源热泵系统安装在车库或其他室内场所，使设 备不暴露在恶劣的气候中，并使其运行安静，甚至使用户感觉不出设备正在运行。 通常，是将地源热泵连接到传统的风管系统向各房间供冷或供热。地源热泵系统 所需的制冷剂量要比普通的供热、供冷系统少。由于地源热泵机组安装在室内， 在室外见不到风管、有噪声的空调机以及宠大的丙烷罐。
6、 校核管材承压能力
• 管路最大压力应小于管材的承压能力。若不计竖井 灌浆引起的静压抵消，管路所需承受的最大压力等 于大气压力、重力作用静压和水泵扬程一半的总和， 即： p p 0 gh 0 . 5 p h
• 其中p——管路最大压力，Pa • p0——建筑物所在的当地大气压，Pa • ρ ——地下埋管中流体密度，kg/m3 • g——当地重力加速度，m/s2 • h——地下埋管最低点与闭式循环系统最高点的 高度差，m • ph——水泵扬程，Pa
水平埋管
水平埋管换热器有单管和多管两 种形式。其中单管水平换热器占 地面积最大,虽然多管水平埋管换 热器占地面积有所减少,但管长应 相应增加来补偿相邻管间的热干 扰。水平埋管换热器热泵系统由 于施工设备广泛使用而且施工人 员易找,又加上许多家庭有足够大 的施工场地,因此造价就可以减下 来。除需要较大场地外,水平埋管 换热器系统的劣势还在于：运行 性能上不稳定(由于浅层大地的温 度和热特性随着季节、降雨以及 埋深而变化)；泵耗能较高；系统 效率降低。
主要用户
项目名称 高碑店环保水处理技术中心 北京港湾网络公司 北京天湖国际会议中心 北京天湖国际会议中心 和歌山酒店 邢台酒店 邢台酒店 安泰中央空调城 龙腾大厦 机组类型 WPS145.2 WPS290.3 WPS215.2 WPS145.2 WPS095.1 WPS185.2 WPS110.1 WPS095.1 WPS330.3 使用场所 办公 办公 写字楼 写字楼 地点 北京 北京 北京 北京 数量 1 3 3 2
p

3、 确定竖井数目及间距
• 竖井深度多数采用50～100m，我们根据上海地区 的地质资料现场条件，进行精确计算认为该地区 竖井打50米较为合理。根据下式计算竖井数目:
N L 2 H
• 其中N——竖井总数，个 • L——竖井埋管总长，m • H——竖井深度，m • 分母“2”是考虑到竖井内埋管管长约等于竖井深 度的2倍。
1 Q 2 Q 2 1 COP
kW
（1）
kW
（2）
2
其中Q1’——夏季向土壤排放的热量，kW Q1——夏季设计总冷负荷，kW Q2’——冬季从土壤吸收的热量，kW Q2——冬季设计总热负荷，kW COP1——设计工况下水源热泵机组的制冷系数 COP2——设计工况下水源热泵机组的供热系数
• 缺点：土壤传热性能欠佳，需要较多铁传 热面积，导致占地面积较大 • 此外，还有太阳能热；排热热泵（建筑物 内部热源、生活废水与工业废水、垃圾热 量）
土壤源热系统(闭路系统)
• 土壤源热泵以大地作为热源，热泵的换热 器埋于地下，与大地进行冷热交换。土壤 源热泵系统主机通常采用水一水或热泵机 组或水一气热泵机组。 • 根据地下热交换器的布置形式， 主要分为 垂直埤管、水平埋管和蛇行埋管三类。
WPS机组应用范围
• 制热
热水最高出水温度55℃。
水源水温度 10 ℃-18 ℃ ，保证水源水出 水温度＞4℃
• 制冷
水源水温度 18 ℃-26℃ ，保证水源水出水 温度＞26℃
机组控制特点
触摸式操作控制屏，人机界面 友好
PLC电脑控制系统
PID比例积分调节
大中文触摸屏显示
BAS联网及多机联控 实现远程监控及通信功能 压缩机超前-滞后平衡功能
(闭路系统)垂直埋管
垂直埋管换热器通常采用的是U型 方式, 按其埋管深度可分为浅层 (<30m)，中层(30～100m)和深层 (>100m)三种。埋管深，地下岩土 温度比较稳定，钻孔占地面积较少， 但相应会带来钻孔、钻孔设备的经 费和高承压埋管的造价提高。垂直 埋管换热器热泵系统优势在于： (1)占地面积小；(2)土壤的温度和 热特性变化小；(3)需要的管材最 少，泵耗能低：(4)能效比很高。 而劣势主要在于： 由于相应的施 工设备和施工人员的缺乏，造价偏 高
地源热泵系统的组成、工作原理 与特点
地源热泵系统的组成、工作原理与特点 • 土壤型换热器是一个由高密度塑料管组成的闭式 环路。循环介质为水或加有防冻液的水溶 液。系 统夏季运行时，通过地下换热管中介质的循环流 动，将地源热泵机组冷凝器放出的热量散发给土 壤。冬季运行时埋在地下换热管中的介质从土壤 中吸收热量并将它传递给地源热泵机组的蒸发器。 由于在地表两米以下的土壤基本上不受大气环境 温度的影响，而常年保持恒定温度。冬季远高于 冬季大气环境温度。夏季又远低于夏季大气环境 温度。因此地源热泵克服空气源热泵的技术障碍。 空调效果不受大气环境温度影响，运行稳定可靠， 并且效率大大提高，更重要的是不会对周围环境 产生热与噪声等污染。
酒店
酒店 酒店
河北邢台
河北邢台 河北邢台
1
2 1
商场
写字楼 商场
河北迁安
辽宁沈阳 辽宁沈阳
1
1 1
绥中商场
沙河整改办
WPS290.3
WPS165.2
办公
地表水(河川水、湖水、海水）
和地下水（深井水、泉水、地下热水等）、 也可以是生活废水、工业废水。 • 它是最早使用的热泵之一.欧洲第一台较大 的热泵装置是1938~1939年间,在瑞士苏黎世 市政大厅投入运行的,是以河水作为热源