地埋管地源热泵地埋管换热器最佳出口温度的确定
地源热泵系统地埋管换热器设计标准
地源热泵系统地埋管换热器设计标准
地源热泵系统地埋管换热器设计需要遵循以下标准：
1. 地埋管长度：地埋管的长度应该根据项目的热负荷来确定。
通常来说，每平方米的供热面积需要1.5到2米的地埋管长度。
2. 地下管道材料：地下管道材料应该是防腐蚀、耐压、耐高温的材料。
常见的材料有PE管、PVC管、玻璃钢管等。
3. 地下管道布局：地下管道应该布置在深度大于1米的土层中，管道间距应该不小于1米。
4. 地下管道安装：地下管道的安装应该避免出现弯曲、压扁等情况，管道与管道之间应该加装防水胶带以避免漏水。
5. 管道维护：地下管道应该有定期的维护和检测。
通常来说，每一年至少要进行一次管道的清洗和排气。
6. 管道的导热性能：地下管道应该具有较好的导热性能以保证换热效果。
7. 管道的热损失：地下管道的热损失应该较小，通常应控制在3%以内。
以上是地源热泵系统地埋管换热器设计时需要遵循的标准。
地源热泵地埋管换热器形式与布置方法
地源热泵地埋管换热器形式与布置方法摘要：地热源热泵空调供热系统的能效比可达3-5，是效益最显著的节能技术之一，地源热泵空调供热技术早在上一世纪50年代开始再欧美得到应用，在上一世纪90年代开始在中国应用。
地埋管地源热泵系统是引用最广泛的地源热泵系统形式。
但是一般建筑占地面积有限，建筑用地红线范围以内，建筑地下室之外的地埋管换热井布置面积相当有限。
要充分挖掘建筑可再生能源利用资源，必须利用建筑物下空间。
文章介绍地源热泵系统地埋管换热器形式，安全设计要点，应用案例。
指出正确的地埋管换热系统设计与施工方法，与建筑结构专业的协调配合，可以在充分利用建筑地热资源同时，不影响结构与建筑物防水安全。
一、地源热泵系统地埋管管换热器地源热泵系统是指以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。
根据热源体的性质，地源热泵系统可以分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统与地表水地源热泵系统。
地埋管地源热泵系统是使用性最广泛的地源热泵系统形式。
地埋管地源热泵系统根据地埋管换热器布置方式不同分为水平埋管式与垂直埋管式，当可利用地表面积较大，浅层岩土体的温度及热物性受气候、雨水、埋设深度影响较小时，宜采用水平地埋管换热器。
否则，宜采用竖直地埋管换热器。
图1为常见的水平地埋管换热器形式，图2为新近开发的水平地埋管换热器形式，图3为竖直地埋管换热器形式。
a单或双环路 b 双或四环路 c三或六环路图1 几种常见的水平地埋管换热器形式A垂直排圈式 b水平排圈式 c水平螺旋式图2 几种水平地埋管换热器形式a单U形管b双U形管c小直径螺旋盘管d大直径螺旋盘管e立柱状 f蜘蛛状 g套管式图3 竖直地埋管换热器形式在没有合适的室外用地时，竖直地埋管换热器还可以利用建筑物的混凝土基桩埋设，即将U形管捆扎在基桩的钢筋网架上，然后浇灌混凝土，使U形管固定在基桩内，多称之为“能量桩”。
地埋管换热器根据换热单元不同又可分为单U型换热器、双U型换热器、W 型换热器等。
地源热泵系统U型地埋管换热器的选型要点及施工技术
地源热泵系统U型地埋管换热器的选型要点及施工技术摘要：本文在工程施工的基础上，对该系统的选型及施工技术进行了探讨与研究，其中包括地下换热器的布置形式、环路方式及管材的选择，管径、管长及数目、钻孔间距确定，管内传热介质、钻孔深度、回填料的选择等。
此文可以应用在该系统的设计、施工中，对实际工程有较强的指导意义。
关键词：地源热泵；地下换热器；选型；施工技术1、概述地源热泵是指将传统空调器的冷凝器与蒸发器延伸至地下，使其与浅层地能（浅层土壤、地下水和地表水）进行热交换来提供冷热源，或是通过中间介质（如水或以水为主要成份的防冻液）在封闭的环路里在土壤中循环流动，实现利用浅层地能为建筑物内供暖或制冷的一种节能、环保型的新能源技术。
地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，是热泵很好的供热热源和供冷能源。
地源热泵系统可分为地下换热器的设计施工和地上设备管道的设计施工两部分，地上设备管道的安装施工与设计和传统暖通空调设备的设计与安装并无太大差别，而地下换热器的设计与施工比较有特点，作者结合无锡某项目地源热泵工程的设计与施工的特点，对地埋管换热器的的设计选型及施工问题进行研究与经验讨论。
2、U型地埋管换热器的选型埋管处地质情况和岩土传热性能是地埋管换热器设计选型与施工的重要参数。
设计地埋管换热器时，首先需要确定当地的岩土类型、导热系数、比热容等参数。
2.1 地埋管的管材、管径与传热介质2.1.1 地埋管管材地源热泵系统地埋管管材的选择非常重要。
一般来说，一旦将地埋管换热器埋入地下后，基本就不可能进行维修或更换。
地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小的塑料管材及管件，我国国家标准[1]给出了地埋管换热器地埋管管道外径尺寸标准和管道的压力级别，地埋管外径及壁厚可按规定选用。
2.1.2 管径的选择原则管径的选择应根据热泵本身的换热器的流量要求以及选用的串联或并联的形式确定。
埋管管径不能太大，要保证管中流体的流速足够大，保证管中流体处于紊流区（Re≥2100），有利于强化流体与管壁的换热效率[2]；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（经验数字是0.3-1.0m/s之间），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。
《桩基埋管地源热泵系统工程技术规程》
1 总则1.1.1为规范江苏省地源热泵桩基埋管技术应用工程的工程勘察、测试、设计、施工、验收及运行维护等技术工作，使地源热泵桩基埋管工程符合安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、节能环保与减排的要求，制定本规程。
1.1.2本规程适用于江苏省内采用桩基埋管地源热泵换热系统的建筑工程。
1.1.3采用本规程进行地源热泵桩基埋管工程勘察、测试、设计、施工、验收及运行维护除执行本规程外，尚应符合国家和江苏省现行其它标准的要求。
12 2 术语和符号2.1 术 语2.1.1 桩基埋管换热器 Pile foundation buried heat exchange pipe埋设于桩内的密闭循环管组构成的换热器，根据管路安装型式不同，常见的有垂直U 型桩基埋管换热器、W 型桩基埋管换热器和螺旋型桩基埋管换热器等。
2.1.2 埋管桩基（能源桩） Energy pile通过在建筑桩基础中埋设换热器装置(即桩基埋管)，进行浅层低温地热能交换，起到基础承载和换热的双重功能的桩基础，也称为能源桩。
2.1.3 桩基埋管换热系统 Heat transfer system of buried pipe pile foundation传热介质通过桩基埋管换热器与岩土体进行热交换的地热能交换系统。
2.1.4 热响应测试 Geo-thermal response test通过测试仪器，对地埋管换热器或能源桩进行一定时间内的连续加热或取热，以获得岩土体或桩基埋管（能源桩）综合热物性参数的试验。
2.1.5 荷载-温度联合测试 Mechanical-thermo test for energy pile在埋管桩基静载试验同时进行一定时间内的连续加热或取热，以确定埋管桩基单桩热-力耦合作用承载力的试验方法。
2.1.6岩土综合导热系数 Geothermal comprehensive thermal conductivity parameter of the earth通过热响应测试得到的钻孔埋管或埋管桩基（能源桩）穿越岩土层的综合导热系数。
地埋管地源热泵地埋管换热器最佳出口温度的确定_secret
b
t(rb ,
)－t0＝
ql 4
I ( rb2 4a
)
（2）
式中 I (x) 分；t0
为大地初始温度；ql
为线热源提供的恒定热流；
a 为土壤的导温系数。
孔壁 rb处的过余温度为
b
t(rb ,
)－t0＝
ql 4
I ( rb2 4a
)
（3）
根据能量守恒方程，联立式（1）～（3），用 MATLAB 编程即可以求出单位管长每一天
土壤源热泵 98.16 14.72 10.8 15 138.68
注：初投资中未包括土壤源热泵地下换热器的投资。
（万元）
空气源热泵 166 24.9 0 16
206.9
地下换热器的投资费用可以按 80 元/米井深来计算，不同的地下换热器夏季出口温度
对应的土壤源热泵总投资见表 2。
5.2 运行成本的比较
0
2
4
6
8
10
地热换热器设计出口温度（℃）
图 4 冬季埋管长度百分比
夏季耗电量（kwh）
4.5
4
3.5
3
2.525
30
35
40
45
地热换热器设计出口温度（℃）
换热器设计出口温度（℃） 图 5 夏季耗电量与出口温度的关系
由于上海地区的夏季冷负荷远远大于冬季的热负荷，地下换热器的设计是根据夏季冷
负荷来选定的。当地下换热器的夏季出口温度选定的时候，压缩机的型号就能确定下来，
40
60
80
100
运行天数（天）
图 2 冬季单位管长换热量
埋管长度百分比（%）
100 90 80 70 60 50 40 26 28 30 32 34 36 38 40 42
《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005解读
国家标准《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005设计要点解析中国建筑科学研究院空气调节研究所邹瑜徐伟冯小梅摘要：本文针对不同地源热泵系统的特点，结合《规范》条文，对地源热泵系统设计特点、方法及要点进行了深入分析，为地源热泵系统的设计提供指导。
关键词：地源热泵系统、设计要点、系统优化1 前言实施可持续发展能源战略已成为新时期我国能源发展的基本方针，可再生能源在建筑中的应用是建筑节能工作的重要组成部分。
2006年1月1日《可再生能源法》正式实施，地源热泵系统作为可再生能源应用的主要途径之一，同时也是最利于与太阳能供热系统相结合的系统形式，近年来在国内得到了日益广泛的应用。
地源热泵系统利用浅层地热能资源进行供热与空调，具有良好的节能与环境效益，但由于缺乏相应规范的约束，地源热泵系统的推广呈现出很大盲目性，许多项目在没有对当地资源状况进行充分评估的条件下就匆匆上马，造成了地源热泵系统工作不正常，为规范地源热泵系统的设计、施工及验收，确保地源热泵系统安全可靠的运行，更好的发挥其节能效益，由中国建筑科学研究院主编，会同13个单位共同编制了《地源热泵系统工程技术规范》（以下简称规范）。
该规范现已颁布，并于2006年1月1日起实施。
由于地源热泵系统的特殊性，其设计方法是其关键与难点，也是业内人士普遍关注的问题，同时也是国外热点课题，在新颁布的《规范》中首次对其设计方法提出了具体要求。
为了加深对规范条文的理解，本文对其部分要点内容进行解析。
2 《规范》的适用范围及地源热泵系统的定义2.1 《规范》的适用范围该《规范》适用于以岩土体、地下水、地表水为低温热源，以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质，采用蒸气压缩热泵技术进行供热、空调或加热生活热水的系统工程的设计、施工及验收。
它包括以下两方面的含义：（1）“以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质”，意旨不适用于直接膨胀热泵系统，即直接将蒸发器或冷凝器埋入地下的一种热泵系统。
地埋管地源热泵系统的热平衡
地埋管地源热泵系统的热平衡地埋管地源热泵(ground-coupled heat pump)系统的研究和项U实施是我国地源热泵(ground source heat pump)系统三种形式中开始最晚的一种，其造价和运行费用相对也较地下水地源热泵(ground water heat pump)和地表水地源热泵(surface water heat pump)系统要稍高。
open loop systemL. ___________2 wells water body但这些并不妨碍地埋管地源热泵的迅速发展，原因在于地埋管地源热泵采用地埋管换热器(ground heat exchanger)内循环水换取上壤中贮存的温差能，没有对自然水源的开采和污染的担心，因此适用性更广，安全稳定性更高，尤其在夏热冬冷地区不失为一种新的空调冷热源。
closed loop system与欧美地埋管地源热泵主要采用水平埋管式地埋管换热器、通过小型热泵机组承担别墅等小型住宅空调的方式不同，我国的地埋管地源热泵系统主要服务对象是规模较大的多层住宅和办公建筑，地埋管换热器一般采用在一定区域内密集布置的竖直单U甚至双U形地埋管换热器群，近年来还出现了利用建筑物地基内的工程桩或灌注桩密集布置地埋管换热器群的新方式。
这些密集型竖直埋管的方式虽然能较好地适应中国地少人多的国情，但是也带来了技术上的隐患，那就是地埋管换热器布置范围内的土壤热失衡问题，它已经引起了各方面对此技术长期运行效果越来越多的担心。
1、土壤热平衡问题的由来地埋管换热器夏季累讣向土壤的放热量与冬季从土壤的取热量一般并不一致，这样长期取放热量不平衡的堆积会超过土壤自身对热量的扩散能力，造成其温度不断偏离初始温度’并导致冷却水温度随之变化和系统运行效率逐年下降，这即通常所说的地埋管地源热泵热失衡问题。
在我国东北以供暖为主的地区，理论上也可能出现地埋管地源热泵连年运行后土壤温度下降，但以供暖为主的系统采用辅助热源的比例较高，实际出现土壤失衡的可能性较小。
地埋管地源热泵的设计
浅谈地埋管地源热泵的设计摘要:本文将论述地埋管地源热泵系统的设计体要点。
关键词：“卡诺循环”“制热系数”“单口井换热量”“换热热阻”中图分类号： th3 文献标识码： a 文章编号：1.引言近年来，地埋管地源热泵系统在建筑工程中得到广泛应用。
一提到地埋管地源热泵系统，人们立刻想到“节能”、“环保”、“绿色”、“减排”，但是根据工程回访（京津地区），很多业主反应地埋管地源热泵系统没有想象中的那么节能。
本文将追根溯源，讨论地埋管地源热泵系统为什么节能，怎样才能节能，提出建筑物地埋管地源热泵系统比传统空调系统经济节能是靠精细、合理、优化的设计来保证的。
2.地埋管地源热泵系统的概念地埋管地源热泵系统是一种以大地作为冷、热源，以水溶液作为媒介，通过垂直或水平封闭管路与大地交换热量，并把交换的热量提供给地源热泵机组，维持地源热泵机组正常工作，向建筑物供冷或供热的集中空调系统。
在冬季，地埋热泵系统通过埋在地下的封闭管道（亦称地下换热系统）从大地收集自然界热量，而后由环路中的循环水溶液把热量带到室内，再由室内的地源热泵系统提升热的品位，把热量释放到室内。
在夏季，为达到给室内降温目的，地源热泵系统将从室内吸收的多余热量排入水溶液环路中，再经过地下换热系统，讲多余热量释放给大地。
在一年里，对大地而言，冬季大地在放热，夏季大地在蓄热，这种独特的工况使地埋管地源热泵系统成为跨季节的蓄能空调系统。
3.热泵原理和根本优势地埋管地源热泵系统首先是一种热泵技术。
热泵技术的基本原理基于卡诺循环，它采用电能（或其它方式）驱动，耗功n,从低温热源中吸取热量q’，并通过高温热源输送热量q，我们把输送的热量与驱动热泵消耗的功之比称为制热系数，即。
我国火力发电网输送到用户的综合效率为33%左右，理论上只要工程中地源热泵制热系数>3.3 , 热泵供暖对一次能源的利用率>1.0。
实际上，大多数情况下，地源热泵制热系数是可以达到 3.0~3.5 的。
地源热泵系统之地埋管换热器设计与实施要点26
当Q空/N4.5时，说明热泵机组能效比还可以，地埋管换热器系统设计合格，否则需要检查系统，考虑增加地埋管管井及地埋管，以保证系统低耗运行。
5结束语
地源热泵系统设计与施工的优劣决定了系统运行的高效与否及后期维保费用的高低，优秀的系统设计及施工应完善好当中的每个环节，确保万无一失。
2工程设计
2.1影响换热器设计的因素及换热器的主要应用分类
地埋管换热器传热的过程是换热器中流动的工质与岩土体的换热，整个换热过程属于非稳态蓄热换热，换热器与岩土体的换热效率与岩土体的物性系数有关，换热器的传热系数和传热温差（循环工质的平均温度与岩土温度的差值）随时间和空间而变化；换热器的结构的结构布置与换热负荷对交换效果有较大影响；循环液进出口温度的设定、地热换热器面积、热泵机组的换热性能均有较大影响。
（3）应考虑冻土层及由于天气季节变化、交通运输等外界因素的影响确定水平层埋管深度，水平埋设时，水平主管顶部距防冻层高度不应小于0.6m，距地面不应小于1.5m。
（4）回填料的特性
回填料的特性包含：渗流特性、力学特性和传热特性。渗流特性包括渗透系数，随温度的升高而降低，一般取值1.58*cm/s；力学特性研究回填料与U形管之间的结合力、回填料的弹性模量、剪切模量、泊松比。但须考虑有利与泥浆泵的可泵性，当硅砂的含量达到70%时，膨润土基灌浆的导热系数可达2.08—2.42W/m·K。地下水位常年保持较高，地下水流较好的地区，易在灌浆材料中增加膨润土的比例，膨润土在饱水状态下吸水膨胀，可使灌浆材料与钻孔孔壁以及换热管道密切接触，有效降低接触热阻，提升换热效率。
地源热泵系统之地埋管换热器设计与实施要点
摘要：地源热泵系统利用利用热量相对稳定的大地（土壤、地层、地下水）介质作为热源，夏季将室内的热量通过空调系统工质转移到地下；冬季将土壤中的低品位热量通过系统工质转移到室内的一套稳态热泵空调系统。
地源热泵桩间埋管布置原则及施工做法
地源热泵桩间埋管布置原则及施工做法引言随着世界能源危机日益严重,绿色可再生能源越来越多的被人们所认知,地源热泵空调系统,地源热泵空调系统因其节能效果显著、绿色环保等优势，在工程中得到广泛应用。
地源热泵空调系统是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源技术。
根据地热交换系统不同，地源热泵空调系统分为两种形式，一种采用地下水的方式；另一种是埋管式。
抽取地下水地源热泵，由于技术限制，全部回灌不易做到会影响地基下沉，对地下水和地质有不好的影响，保护不好会污染地下水。
目前大面积推广使用的是埋管式地源热泵技术，但由于地埋管热交换器是在地下进行的，其使用受到场地限制。
对于蓝钻项目建筑物以外场地面积不能满足设计需要的竖直地埋管换热器使用，因此采用在建筑的基础桩间埋设竖直地埋管换热器，其布置原则、施工做法及分析将作为本文论述的重点。
1. 工程概况1.1工程概述本工程位于天津市滨海新区，距天津中心城区45公里，距北京150公里。
本项目位于中新天津生态城南部片区核心位置，是整个城市的次中心，用地性质为商业金融业用地。
项目用地北起和韵路，南至生态谷，西到规划混合用地，东达和旭路。
总建筑面积 109863.8 m2,其中地上建筑面积78701 m2,地下建筑面积 31162.8 m2，占地面积7973.75 m2。
1.2 暖通系统概述本工程空调冷负荷：9560kW，空调热负荷：6230kW夏季冷源由地源热泵系统、电制冷水冷离心式冷水机组联合提供。
冬季热源由地源热泵系统、电锅炉联合蓄热系统共同提供。
由于本项目用地范围有限，地基基础复杂，地埋管数量受到限制。
最终确定采用桩间钻孔方式。
实际布置钻凿换热孔数量约为418眼，换热孔深度为120米,夏季负荷不足部分由电制冷冷水机组提供空调冷水，并设有水蓄冷设施；冬季负荷不足部分由水蓄热设施提供，蓄热负荷首先由地源热泵提供，超出地源热泵供热能力时，采用地源热泵机组和电热水锅炉联合蓄热。
本工程地下二层设置了冷冻热力站。
重庆地源热泵系统规程
住房和城乡建设部备案号：DB 重庆市工程建设标准DBJxx-xxx-2010地埋管地源热泵系统技术规程Technical regulation for ground-coupled heat pump system（征求意见稿）2010- xx-xx 发布2010- xx-xx实施重庆市城乡建设委员会发布为促进和规范重庆地区地埋管地源热泵系统的应用和推广，完善地埋管地源热泵系统设计标准体系，提高我市地埋管地源热泵系统的设计水平，实现节能减排的战略目标，重庆大学和重庆市设计院根据重庆市建设委员会的相关要求，会同有关单位共同完成本规程的编制工作。
本规程编制组在广泛调查研究、认真总结实践经验、参考了有关国际标准和国内其他省市的相关标准的基础上，经过反复讨论、修改并在充分征求意见的基础上制定了本规程。
本规程主要技术内容是：1.总则；2.术语；3.工程勘测；4.地埋管换热系统设计；5.冷热源及室内系统设计；6.系统计量与监控；7.工程施工；8.系统调试验收及检测；9.附录。
本规程中以黑体字标志的第3.1.1条、3.1.2条、3.1.4条、3.3.3条、3.3.7条、4.3.4条、8.1.1条、A.1.1条为强制性条文，必须严格执行。
本规程由重庆大学、重庆市设计院负责具体解释。
本规程在执行过程中如发现需要修改和补充之处，请将意见和有关资料寄送重庆大学（重庆大学B区城市建设与环境工程学院，邮政编码：400045）。
本规程主编单位：重庆大学、重庆市设计院。
1 总则 (4)2 术语 (5)3 工程勘察 (7)3.1 一般规定 (7)3.2 工程场地状况调查 (7)3.3 地埋管地源热泵系统勘察 (7)4 地埋管换热系统设计 (9)4.1 一般规定 (9)4.2 地埋管管材与传热介质 (9)4.3 地埋管换热器设计 (10)5 冷热源及室内系统设计 (13)5.1 冷热源设备 (13)5.2 冷热源系统设计 (13)5.3 室内供暖空调系统设计 (15)6 系统计量与监控 (16)6.1 一般规定 (16)6.2 系统运行监测与计量 (16)6.3 传感器 (17)6.4 系统控制 (17)7 工程施工 (18)7.1 基本要求 (18)7.2 地埋管管材及管件 (18)7.3 地埋管换热系统施工 (19)7.4 冷热源系统安装及调试 (21)8 系统调试验收及检测 (22)8.1 一般规定 (22)8.2 整体运转、调试与验收 (22)附录A 岩土热响应试验 (24)附录B 竖直地埋管换热系统设计计算 (26)附录C 地埋管压力损失计算 (30)附录Ｄ地埋管外径及壁厚 (32)本规程用词说明 (33)1总则1.0.1为了使重庆市地埋管地源热泵系统工程的勘察、设计、施工及验收工作，做到经济合理、安全适用、以及更好地发挥其节能效益，制定本规程。
地源热泵地埋管的施工及要求简介
GSHP系统是以大地为冷源（或热源），通过中间介质（通常是水或防冻液）作为热载体，并使中间介质在封闭环路(通常是塑料管组成)中循环流动，从而实现与大地进行热量交换的目的，并进而通过热泵实现对建筑物的空调。
GSHP空调系统主要包括三个回路：用户回路、制冷回路和地下换热器回路。
根据需要也可以增加第四个回路－生活热水回路。
地源热泵是一种新型的高效、节能、环保的空调系统, 是我国调整能源利用结构, 发展利用可再生能源策略的重点推广项目之一。
有蓄能作用！！！水平埋管就是将塑料管水平敷设在离地面1～2m的地沟内. 水平埋管的地热换热器受地表气候变化的影响, 效率较低, 而且占地的面积比较大, 在国内建筑物比较密集的情况下, 它的使用受到一定的限制. 水平埋管的地热换热器有以下几种形式: (1) 水平单管; (2) 水平双管; (3) 水平四管; (4) 水平六管（5）新开发的水平螺旋状和扁平曲线状。
实践证明, 水平换热器的寿命较长。
竖直埋管就是在地层中垂直钻孔, 孔的深度一般在30～150 米. 在竖直埋管方式中,由于地下深层土壤温度比较恒定, 占地面积小, 因此在地源热泵工程中得到了广泛的应用. 竖直埋管的地热换热器的形式有以下几种: (1) 单U型管; (2) 双U型管（或W型管）; (3) 小直径螺旋盘管; (4) 大直径的螺旋盘管; (5) 立式柱状; (6) 蜘蛛状. 在竖直埋管换热器中, 目前应用最为广泛的是单U型管。
确定地热换热器的长度有两种方法: 一是估算法; 二是计算机模拟法. 所谓估算法就是首先根据建筑物的峰值冷负荷或热负荷确定出地热换热器的放热量或吸热量, 然后确定地热换热器的布置方式, 再根据手册中给定的单位管长或单位埋管深度的放热量即可求出所需地热换热器的长度. 这种方法简单, 比较适合工程设计, 但是系统的负荷大部分时间是处于部分负荷状态, 因此按照峰值负荷确定的地热换热器的长度往往过于保守, 这也增加了地热换热器的投资. 另外由于国内对地源热泵方面所做的研究工作多数仍处于实验研究阶段, 有关地热换热器在不同土壤温度和不同类型土壤的传热特性的数据比较缺乏, 因此目前还无法利用该方法准确确定换热器的长度.计算机模拟法是根据建立的地热换热器的传热模型编制出相应的计算软件, 通过输入土壤的热物性参数和建筑物的负荷来确定地热换热器的长度.钻孔间距的大小是由钻孔的传热半径决定的, 而钻孔单位长度的换热量、连续运行时间及土壤的热物性决定了钻孔的传热半径的大小. 理想情况是钻孔间距应大于连续运行时间内钻孔的传热半径. 钻孔的传热半径可通过模拟软件计算.竖直埋管地热换热器的传热模型对于地热换热器，其整个传热过程是一个复杂的非稳态的传热过程，诸如土壤的热物性、含水量、土壤温度、埋管材料、管子直径、管内流体的物性、流速等都对地热换热器的传热产生影响。
《地源热泵系统工程技术规范》2009年局部修订
《地源热泵系统工程技术规范》2009年局部修订2 术语2.0.25土热响应试验rock-soil thermal response test通过测试仪器，对项目所在场区的测试孔进行一定时间的连续加热，获得岩土综合热物性参数及岩土初始平均温度的试验。
2.0.26岩土综合热物性参数parameter of the rock-soil thermal properties是指不含回填材料在内的，地埋管换热器深度范围内，岩土的综合导热系数、综合比热容。
2.0.27岩土初始平均温度initial average temperature of the rock-soil从自然地表下10m～20m至竖直地埋管换热器埋设深度范围内，岩土常年恒定的平均温度。
2.0.28测试孔vertical testing exchanger按照测试要求和拟采用的成孔方案，将用于岩土热响应试验的竖直地埋管换热器称为测试孔。
3 工程勘察3.2 地埋管换热系统勘察3.2.2A当地埋管地源热泵系统的应用建筑面积在3000 m2～5000 m2时，宜进行岩土热响应试验；当应用建筑面积大于等于5000 m2时，应进行热响应试验。
3.2.2B岩土热响应试验应符合附录C的规定，测试仪器仪表应具有有效期内的检验合格证、校准证书或测试证书。
4 地埋管换热系统4.3 地埋管换热系统设计4.3.5A当地埋管地源热泵系统的应用建筑面积在5000m2以上，或实施了岩土热响应试验的项目，应利用岩土热响应试验结果进行地埋管换热器的设计，且宜符合下列要求：1 夏季运行期间，地埋管换热器出口最高温度宜低于33℃；2 冬季运行期间，不添加防冻剂的地埋管换热器进口最低温度宜高于4℃。
4.3.13地埋管换热系统应根据地质特征确定回填料配方，回填料的导热系数不宜低于钻孔外或沟槽外岩土体的导热系数。
附录B 竖直地埋管换热器的设计计算B.0.2 竖直地埋管换热器钻孔的长度计算宜符合下列要求；1制冷工况下，竖直地埋管换热器钻孔的长度可按下式计算：()()c max 100011c f pe b s c sp c Q R R R R F R F EER L t t EER ∞⎡⎤+++⨯+⨯-+⎛⎫⎣⎦= ⎪-⎝⎭（B.0.2-1） F c ＝T c1 / T c2 （B.0.2-2）式中 L c ——制冷工况下，竖直地埋管换热器所需钻孔的总长度（m ）；Q c ——水源热泵机组的额定冷负荷（kW ）；EER ——水源热泵机组的制冷性能系数；t max ——制冷工况下，地埋管换热器中传热介质的设计平均温度，通常取33℃～36℃；t ∞——埋管区域岩土体的初始温度（℃）；F c ——制冷运行份额；T c1—一个制冷季中水源热泵机组的运行小时数，当运行时间取一个月时，T c1为最热月份水源热泵机组的运行小时数；T c2—一个制冷季中的小时数，当运行时间取一个月时，T c2为最热月份的小时数。
地埋管地源热泵地埋管换热器最佳出口温度的确定全文
地埋管地源热泵地埋管换热器最佳出口温度的确定哈尔滨工业大学 毛会敏 姚杨 马最良摘要 为研究土壤源热泵地下换热器最佳设计出口温度的变化范围，本文建立了地下换热器的传热模型，用自编程序分析了出口温度对埋管长度的影响；根据压缩机的部分负荷性能得出了系统耗功量与出口温度的关系；使用费用年值法将土壤源热泵与其他冷热源空调系统进行了经济性比较。
结果表明，上海地区使用土壤源热泵系统比其他冷热源系统更具有经济优势；地下换热器的最佳出口温度夏季为30～35℃，冬季为6～10℃。
关键词 土壤源热泵；地下换热器；埋管长度；运行成本；经济性1 前 言土壤源热泵系统是利用土壤的蓄冷（热）性能，通过中间介质在封闭的地下换热器中循环流动，从而实现与土壤的热交换。
冬季通过热泵将大地中的热量取出对建筑物供暖，同时贮存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物的热量释放到地下，对建筑物进行降温，同时贮存热量，以备冬用。
由于其技术上的优势，推广土壤源热泵具有明显的节能和环保效益。
根据文献[1]，对于土壤源热泵竖直地下埋管换热器，夏季的设计出口温度一般为土壤温度加上11～14℃，冬季的设计出口温度为土壤温度减去8～11℃。
而山东建工学院报告厅地源热泵系统的测试表明[2]，在达到准稳定工况时，夏季地下换热器的出口设计温度为土壤温度加上20～25℃，冬季的设计出口温度为土壤温度减去10～15℃。
由以上可知，两者给出的夏季和冬季设计出口温度均相差较大，而且都没有从土壤源热泵系统经济性的角度加以考虑。
实际上，地下换热器设计出口温度的高低对埋管长度以及热泵机组的运行效率都有较大的影响。
夏季，随着地下换热器的设计出口温度的升高，所需要的地下埋管长度变少，系统的初投资降低，而热泵机组的运行效率降低，运行成本就升高；冬季正好相反。
这就存在一个最佳出口温度问题。
如何确定地下换热器的最佳设计出口温度，使之在满足设计条件下土壤源热泵系统的经济成本最低，这将是本文讨论的重点。
地源热泵埋管方式及埋管深度常见问题
地源热泵埋管方式及埋管深度常见问题地源热泵地埋管在整个系统中起着集热散热的重要作用，地埋管要是安装不好就会直接对整个系统的效果造成影响。
现在随着人们生活的不断提高，人们对自己家庭的生活质量也有了新的要求。
现在人们普遍使用地源热泵，可是对于地源热泵埋管的方式却很少有人知道。
地源热泵埋管-地源热泵埋管的注意事项1、若建筑物周围可利用地表面积充足，应首先考虑采用比较经济的水平埋管方式；相反，若建筑物周围可利用地表面积有限，应采用竖直U型埋管方式。
2、尽管可以采用串联、并联方式连接埋管，但并联方式采用小管径，初投资及运行费用均较低，所以在实际工程中常用，且为了保持各并联环路之间阻力平衡，最好设计成同程式。
3、选择管径时，除考虑安装成本外，一般把各管段压力损失控制在4mH2O/100m （当量长度）以下，同时应使管内流动处于紊流过渡区。
4、地源热泵地埋管换热系统在设计时应该首先对当地的地质实际情况进行计算，并根据条件作出准确的判断，完成整个换热量的计算。
5、地源热泵地埋管换热器最好要设泄漏警报和自动补水系统，需要防冻的地方还要设置防冻保护装置，避免后期系统运行时出现各种问题。
6、在换热系统上最好是采用变流量的设计，管内传热介质流速最好不要低于最低流速限值。
7、关于地源热泵地埋管的安装最好是要靠近机房或是以机房为中心设置，避免过远导致热量在管路中的散失。
8、地源热泵管路在没有安装之前尽量避免阳光直射，最好是避光存放，以防止管道受热发生热形变问题。
9、若是地源热泵的使用地冬夏对热量的取放不均，那么可以根据具体的实际情况通过采用辅助冷源或热源的方式实现调节目的。
地源热泵地下埋管的几种形式目前地源热泵地下埋管换热器主要有两种形式，即水平埋管和垂直埋管。
水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管等形式，由于多层埋管的下层管处于一个较稳定的温度场,换热效率好于单层，而且占地面积较少。
水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管等形式，由于多层埋管的下层管处于一个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。
地埋管地源热泵系统工程技术规范-2023最新
目次1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语和定义 (2)4 基本规定 (3)5 勘查与评估 (3)6 系统设计 (5)7 施工安装 (7)8 调试与验收 (10)9 智能监控 (11)附录A（规范性）岩土热响应试验 (14)附录B（资料性）地埋管外径及壁厚 (15)附录C（资料性）岩土体热物性参数 (16)地埋管地源热泵系统工程技术规范1 范围本文件规定了地埋管地源热泵系统工程（简称地源热泵工程）的基本规定、勘查与评估、系统设计、施工安装、调试与验收、智能监控等技术要求。
本文件适用于以岩土体为低温热源的地源热泵工程的建设和运行。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T14848 地下水质量标准GB50015 建筑给水排水设计标准GB50194 建设工程施工现场供用电安全规范GB50202 建筑地基基础工程施工质量验收标准GB50203 砌体结构工程施工质量验收规范GB50243 通风与空调工程施工质量验收规范GB50261 自动喷水灭火系统施工及验收规范GB50274 制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范GB50366 地源热泵系统工程技术规范GB50411 建筑节能工程施工质量验收标准GB50736 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50738 通风与空调工程施工规范GB50974 消防给水及消火栓系统技术规范GB55015 建筑节能与可再生能源利用通用规范CJJ101 埋地塑料给水管道工程技术规程DZ/T0225 浅层地热能勘查评价规范JGJ33 建筑机械使用安全技术规程JGJ46 施工现场临时用电安全技术规范JGJ59 建筑施工安全检查标准JGJ/T132 居住建筑节能检测标准NB/T10274 浅层地热能开发地质环境影响监测评价规范DB11/687 公共建筑节能设计标准DB11/T 852 有限空间作业安全技术规范DB11/891 居住建筑节能设计标准DB11/1066 供热计量设计技术规程DB11/T 1419 通用用能设备碳排放评价技术规范DB11/T1639 地源热泵系统节能监测1DB11/T1771 地源热泵系统运行技术规范DB11/T1956 地热动态监测规范3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
地源热泵取水温度范围
地源热泵取水温度范围
地源热泵取水温度范围可以根据具体的地理条件和系统设计而有所不同。
一般来说，地源热泵取水的温度范围在5摄氏度至25摄氏度之间。
在取水温度范围内，地下水源或地埋管道中的水温度能够提供足够的热量或冷量以供地源热泵系统运行。
在寒冷地区，地下水温度可能会偏低，因此需要更高效的地源热泵系统来提取足够的热量。
而在温暖地区，地下水温度可能会较高，需要更好的散热系统来排除多余的热量。
总的来说，地源热泵取水温度范围的确定需要考虑当地的地质条件、季节变化、能耗和系统设计等因素，以确保系统的高效稳定运行。
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地埋管地源热泵地埋管换热器最佳出口温度的确定1 前 言土壤源热泵系统是利用土壤的蓄冷（热）性能，通过中间介质在封闭的地下换热器中循环流动，从而实现与土壤的热交换。
冬季通过热泵将大地中的热量取出对建筑物供暖，同时贮存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物的热量释放到地下，对建筑物进行降温，同时贮存热量，以备冬用。
由于其技术上的优势，推广土壤源热泵具有明显的节能和环保效益。
根据文献[1]，对于土壤源热泵竖直地下埋管换热器，夏季的设计出口温度一般为土壤温度加上11～14℃，冬季的设计出口温度为土壤温度减去8～11℃。
而山东建工学院报告厅地源热泵系统的测试表明[2]，在达到准稳定工况时，夏季地下换热器的出口设计温度为土壤温度加上20～25℃，冬季的设计出口温度为土壤温度减去10～15℃。
由以上可知，两者给出的夏季和冬季设计出口温度均相差较大，而且都没有从土壤源热泵系统经济性的角度加以考虑。
实际上，地下换热器设计出口温度的高低对埋管长度以及热泵机组的运行效率都有较大的影响。
夏季，随着地下换热器的设计出口温度的升高，所需要的地下埋管长度变少，系统的初投资降低，而热泵机组的运行效率降低，运行成本就升高；冬季正好相反。
这就存在一个最佳出口温度问题。
如何确定地下换热器的最佳设计出口温度，使之在满足设计条件下土壤源热泵系统的经济成本最低，这将是本文讨论的重点。
2 数学模型地下换热器的设计是土壤源热泵系统设计的最重要部分。
在目前的工程设计中，地下埋管长度主要是根据建筑物的峰值冷负荷或热负荷确定出换热器的放热量或吸热量，然后确定地下换热器的布置方式，再根据手册中给定的单位管长或单位埋管深度的放热量即可求出所需的地下埋管长度。
这种方法简单，但是没有考虑当地的气候条件，岩土体及回填材料热物性的影响，会使设计结果不准确。
竖直地下换热器与土壤间的传热过程较复杂，对于工程实际应用的模型，可以在空间上以钻孔壁为界，把地热换热器的传热分为两个区域，分别采用不同的简化假定进行分析研究。
对于钻孔壁以内的传热过程,由于其几何尺寸和热容量相对较小，因此其传热过程可近似按稳态传热过程处理，根据文献[3]建立的二维模型，钻孔内的热阻可表示为：42442111110.5{[]}2222b b b b b b b b p r r r r R In In In In r D r D r h k r λλπλλλππ-=⋅+++++- （1）式中 λb ——钻孔回填材料的热导率；λ——钻孔周围土壤的热导率； r b ——钻孔半径；r 2——U 型埋管管子的外半径； r 1——U 型埋管管子的内半径；D ——U 型管支管中心至钻孔中心之间的距离； k p ——U 型塑料管的热导率。
h ——循环液的换热系数对于钻孔壁至外部土壤之间的传热应按非稳态传热处理,在工程计算中常可用线热源模型进行分析研究[4,5]。
在线源模型中，将垂直地下埋管看作一均匀的线热源，并假设该热源沿深度方向单位长度的散热量为常量，即具有恒定的热流，将管子周围的大地土壤连同回填部分看作是一无限大的实体。
土壤中的温度分布可以写为：20(,)()44l b b b q r t r t I a θτπλτ=－＝ （2）式中()sxe I x ds s-∞=⎰，称为指数积分；0t 为大地初始温度；l q 为线热源提供的恒定热流；a 为土壤的导温系数。
孔壁r b 处的过余温度为 20(,)()44l b b b q r t r t I a θτπλτ=－＝ （3） 根据能量守恒方程，联立式（1）～（3），用MA TLAB 编程即可以求出单位管长每一天的换热量以及供冷（热）季节的平均换热量。
3 地下换热器出口温度对埋管长度的影响地下换热器中循环液出口温度对垂直U 型管的单位管长换热量有很大的影响。
在夏季，循环液出口温度越高，单位管长换热量越大，所需要的埋管总长度则越短，而冬季正好相反。
地源热泵的技术规程指出，土壤源热泵系统地下换热器中循环液的设计平均温度夏季通常可选为37℃，冬季为-2～5℃。
一般考虑冬夏季进出口之间的换热温差为5℃左右，因此夏季出口温度一般可选为35℃，冬季为0～8℃。
以上海地区为例，土壤的热导率λ=1.6W/(m·k)，土壤的导温系数a =9.1⨯10-7m 2/s ，深层土壤温度t 0=15.8℃。
根据所编程序得出单位管长换热量与地下换热器出口温度、运行时间、土壤热物性、埋管间距等各种变化参数的关系。
图1、图2分别为夏季、冬季不同出口温度下单位管长换热量与运行时间的变化关系；图3、图4分别表示夏季与冬季不同的地下换热器设计出口温度相对于出口温度为26℃和10℃时的埋管长度百分比。
由图1和图2可知，单位管长换热量随运行时间的增加而逐渐减少，在运行前5天内减小的幅度较大，这是由于运行时间较短，U 型管与土壤之间的非稳态传热引起的，随着时间的增加，传热过程逐渐趋于稳态，单位管长换热量也逐渐趋于稳定值。
图3和图4可知，夏季地下换热器设计出口温度增加，所需要的埋管长度减少，并且埋管长度的变化幅度随着出口温度的增加而减小，而冬季正好相反。
4 地下换热器出口温度对系统耗功量的影响以上海地区10000m 2办公建筑为例，用改良温频法（BIN ）算出建筑物全年的能耗，采用的土壤源热泵系统为变流量系统。
当设计的出口温度确定后，压缩机的设计工况就可以确定，然后分别根据所选压缩机和水泵的部分负荷性能，拟合出任一温度下的压缩机和水泵的耗功率，用两者之和分别乘以该温度对应的小时数，最后相加就得出土壤源热泵系统总的耗电量。
图5为夏季供冷时土壤源热泵系统耗电量与地下换热器设计出口温度的关系。
图1 夏季单位管长换热量图2 冬季单位管长换热量图3 夏季埋管长度百分比图4 冬季埋管长度百分比图5 夏季耗电量与出口温度的关系由于上海地区的夏季冷负荷远远大于冬季的热负荷，地下换热器的设计是根据夏季冷负荷来选定的。
当地下换热器的夏季出口温度选定的时候，压缩机的型号就能确定下来，在满足冬季负荷的情况下，地下换热器冬季出口温度变化范围不大，因此本文不予逐一讨论与夏季设计出口温度相对应的冬季出口温度的变化情况。
5 经济性分析对上述办公楼空调系统采用三种方案：（1）冷水机组+燃气锅炉；（2）土壤源热泵机组；（3）空气源热泵机组。
现分别对这三种方案从初投资、年运行费用方面进行经济性分析。
5.1 初投资的比较由于三种冷热源系统方案中室内系统部分基本上相同，因此本文比较的初投资只是各系统冷热源部分的初投资，并未考虑室内部分的投资。
各方案的初投资见表1。
系统方案 冷水机组加燃气锅炉土壤源热泵 空气源热泵 设备费用123.66 98.16 166 安装费 30.92 14.72 24.9 机房建设费 27.6 10.8 0 配电费用 15 15 16 初投资197.18138.68206.9注：初投资中未包括土壤源热泵地下换热器的投资。
地下换热器的投资费用可以按80元/米井深来计算，不同的地下换热器夏季出口温度对应的土壤源热泵总投资见表2。
5.2 运行成本的比较上海市峰时段（8：00～11：00）电价为0.946元/kWh,平时段（11:00～18:00）电价为0.569元/ kWh 。
该办公建筑内空调系统的运行时间为8：00～18：00，根据运行时间的比例，可以取空调系统运行时间段内的平均电价为0.6821元/ kWh 。
夏季冷水机组的运行费用为20.42万元，冬季燃气锅炉的运行费用为17.4万元，则冷水机组加燃气锅炉的年运行费用为20.42+17.4=37.82万元。
空气源热泵运行费用夏季为25.16万元，冬季为10.55万元，年运行费用为25.16+10.55=35.71万元。
不同的地热换热器夏季出口温度对应的土壤源热泵年运行成本见表2。
表2 不同出口温度下土壤源热泵的总投资和年运行费用 （万元） 出口温度（℃） 26 28 30 32 34 363840 42 总投资 342.6 309.1 288.9 272.7 260.1 249.3 240.3 232.7 226.1 年运行费用24.626.227.128.830.332.5 34.335.837.25.3 费用年值法费用年值法是将项目初投资的资金现值按其时间价值等额分摊到各使用年限中去的动态经济分析方法。
费用年值法针对使用寿命期不同的对比方案进行评价，其中费用年值最小者为最佳方案。
表3列出了各种方案的使用寿命。
表3 各系统使用寿命系统分类使用寿命（年）冷水机组加燃气锅炉系统15 土壤源热泵系统 20 空气源热泵系统15费用年值法的计算公式为[6]：0(1)(1)1mmi i AW C C i +=⨯++- （4） 式中 AW ——费用年值（万元）；C 0——初投资，包括设备购置费等（万元）；i ——利率，一般取8%；m ——使用寿命（年），见表3 ；C ——年运行费用（万元）。
根据上式可以计算出不同系统的费用年值，图6给出了土壤源热泵系统在不同的出口温度下的费用年值。
由图6可知，上海地区使用空气源热泵系统比冷水机组加燃气锅炉系统经济，而土壤源热泵系统在地热换热器出口温度在25℃～41℃时比其他两种系统经济，尤其是出口温度在30℃～35℃时其经济性最好。
因此可以确定上海地区土壤源热泵地下换热器夏季最佳出口温度为30℃～35℃，即为土壤温度加上14～19℃。
当夏季出口温度确定后，在满足冬季设计及运行工况的条件下，出口温度越高，冬季运行成本越小，系统越经济。
本文选择的冬季出口温度为6℃～10℃，即为土壤温度减去6～10℃。
图6 三种方案的费用年值6 结论○1地下换热器出口温度对系统初投和运行成本都有较大的影响，夏季制冷时，出口温度越高，单位管长换热量越大，系统初投资减少，但是运行成本增加，冬季正好相反。
○2根据费用年值法的评价，上海地区冷热源系统的经济性从好到坏分别是土壤源热泵系统、空气源热泵系统、冷水机组+燃气锅炉系统。
○3上海地区是以冷负荷设计为主，因此土壤源热泵系统的经济性主要受地下换热器夏季出口温度的影响。
通过分析得出，上海地区地下换热器的夏季最佳出口温度为30℃～35℃，而冬季的出口温度受夏季最佳出口温度的影响，大致范围为6℃～10℃。