地源热泵工程设计方法与实例
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•井的水平间距:4.5m
地源热泵工程设计方法与实例
6、计算管道阻力:当量长度法
•选择压力损失最大的热泵机组所在环路 作为最不利环路进行阻力计算。可采用当 量长度法，将局部阻力件转换成当量长度 ，和管道实际长度相加得到各不同管径管 段的总当量长度，再乘以不同流量、不同 管径管段每100m管道的压降，将所有管段 压降相加，得出总阻力。
地源热泵工程设计方法与实例
垂直埋管的分类（按埋管方式） •（1）U型管：应用最多 •（2）套管型：内、外管中流体热交换时存在热损 失
地源热泵工程设计方法与实例
推荐： 垂直U型管并联同程
地源热泵工程设计方法与实例
2、选择管材 • 耐腐蚀 • 价格较低
•最常用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材
地源热泵工程设计方法与实例
4、确定埋管总管长
•换热能力：单位垂直埋管深度或单位管长的 换热量 •总管长=换热量/换热能力
•垂直埋管：70～110W/m(井深)，或35～55W/m(管长 ) •水平埋管：20ຫໍສະໝຸດ Baidu40W/m（管长）
地源热泵工程设计方法与实例
5、确定井数目及间距
•N=L/（2xH）
•N——竖井总数，个 •L——竖井埋管总长，m •H——竖井深度，m （50～100）
地源热泵工程设计方法与实例
•总结：设计步骤
1. 地下热交换器形式
2. 管材：(PE或PB）
3. 管径：（控制流速）
4. 总管长（换热量/换热能力）
5. 竖井数目（总管长、井深）
地源热泵工程设计方法与实例
•地源热泵的优势
•1、双重功效 •2、运行节能 3、稳定可靠、维护费用低 •4、不存在除霜问题
地源热泵工程设计方法与实例
•二、土壤源热泵的主要优势
•1、双重功效 •2、运行节能 3、稳定可靠、维护费用低 •4、不存在除霜问题 •5、闭式循环，利于环保 •6、不受地下水资源的限制，利于推广
• 并联系统：管径较小，管道费用较低， 且各并联环路之间容易达到流量平衡时 ，热力效果均衡
地源热泵工程设计方法与实例
同程或异程
•同程：各个并联环路的管 路总长度相等
•异程：各个并联环路 的管路总长度不等
地源热泵工程设计方法与实例
•同程、异程的比较 •同程：各个回路水阻力相 等，水力稳定性好，流量 分配均匀 •异程：管路系统简单，投 资小，但流量分配、调节 性差
地源热泵工程设计方法与实例
•三、土壤源热泵系统设计的主要步骤
•（1）建筑物冷热负荷及冬夏季 地下换热量计算 •（2）地下热交换器设计
地源热泵工程设计方法与实例
• 1 土壤源热泵系统设计的主要步骤
•（1）建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算 •建筑物冷热负荷：同常规空调系统相同 •冬夏季地下换热量：
•由潜在水面以下的、多重并联的塑料管组成的地下水 热交换器取代了土壤热交换器，利用包括江水、河水、 湖水、水库水以及海水作为热泵冷热源
地源热泵工程设计方法与实例
•地源热泵型式3：地下水热泵
•通常所说的深井回灌式水源热泵系统。通过潜水 泵将地下水抽出，通过二次换热或直接送至水源热 泵机组，经提取热量或释放热量后，灌回地下
地源热泵工程设计方法与实例
7、水泵选型
•水泵扬程= •（管道阻力+设备阻力）X安全系数
地源热泵工程设计方法与实例
8、校核管材承压能力
•ｐ ——管路最大压力，Pa •ｐo——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
地源热泵工程设计方法与实例
3、确定管径
• 管道要大到足够保持最小输送功率 • 管道要小到足够使管道内保持紊流以保证
流体与管道内壁之间的传热 • 并联环路用小管径，集管用大管径
地源热泵工程设计方法与实例
•确定管径：经验数据
•常用管径：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
•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——设计工况下热泵机组的制冷系数 •COP2——设计工况下热泵机组的供热系数
地源热泵工程设计方法与实例
•（2）地下热交换器设计 1. 地下热交换器形式 2. 管材选择 3. 管径 4. 总管长 5. 竖井数目 6. 间距确定 7. 管道阻力计算 8. 水泵选型 9. 管材校核
地源热泵工程设计方法与实例
• 水平埋管和垂直埋管的比较 •水平埋管：投资小 ，但换热性能差 ， 并且往往受土地面 积的限制
•在实际工程中，一 般采用垂直埋管布 置方式。
地源热泵工程设计方法与实例
埋管的布置方式：串联和并联
•串联
•并联
地源热泵工程设计方法与实例
串联和并联的比较
• 串联系统：管径较大，管道费用较高， 并且长度压降特性限制了系统能力
地源热泵工程设计方法 与实例
2020/11/10
地源热泵工程设计方法与实例
内容简介
一、地源热泵简介 二、土壤源热泵的主要优势 三、土壤源热泵系统设计的主要步骤
地源热泵工程设计方法与实例
•一、地源热泵简介 •是水源热泵的一种形式，它利用水与地 能进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源 的空调系统
•地源热泵
•土壤源热泵(地埋管)
•地表水热泵(湖水\海水等 )
•地下水热泵(井水)
地源热泵工程设计方法与实例
•地源热泵型式1：土壤源热泵
•将土壤热交换器安装 在地下，通过中间介 质作为冷热载体，使 其在土壤热交换器的 封闭环路中循环流动 ，从而实现与大地进 行热交换的目的。
地源热泵工程设计方法与实例
•地源热泵型式2：地表水热泵
地源热泵工程设计方法与实例
•地下热交换器形式 •水平埋管和垂直埋管 •串联和并联 •同程和异程
地源热泵工程设计方法与实例
1、选择热交换器形式：水平埋管和垂直埋管
• 水平埋管：换热管水平地安装在地沟中
地源热泵工程设计方法与实例
1、选择热交换器形式：水平埋管和垂直埋管
•垂直埋管：换热管垂直安装在竖井中
地源热泵工程设计方法与实例
6、计算管道阻力:当量长度法
•选择压力损失最大的热泵机组所在环路 作为最不利环路进行阻力计算。可采用当 量长度法，将局部阻力件转换成当量长度 ，和管道实际长度相加得到各不同管径管 段的总当量长度，再乘以不同流量、不同 管径管段每100m管道的压降，将所有管段 压降相加，得出总阻力。
地源热泵工程设计方法与实例
垂直埋管的分类（按埋管方式） •（1）U型管：应用最多 •（2）套管型：内、外管中流体热交换时存在热损 失
地源热泵工程设计方法与实例
推荐： 垂直U型管并联同程
地源热泵工程设计方法与实例
2、选择管材 • 耐腐蚀 • 价格较低
•最常用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材
地源热泵工程设计方法与实例
4、确定埋管总管长
•换热能力：单位垂直埋管深度或单位管长的 换热量 •总管长=换热量/换热能力
•垂直埋管：70～110W/m(井深)，或35～55W/m(管长 ) •水平埋管：20ຫໍສະໝຸດ Baidu40W/m（管长）
地源热泵工程设计方法与实例
5、确定井数目及间距
•N=L/（2xH）
•N——竖井总数，个 •L——竖井埋管总长，m •H——竖井深度，m （50～100）
地源热泵工程设计方法与实例
•总结：设计步骤
1. 地下热交换器形式
2. 管材：(PE或PB）
3. 管径：（控制流速）
4. 总管长（换热量/换热能力）
5. 竖井数目（总管长、井深）
地源热泵工程设计方法与实例
•地源热泵的优势
•1、双重功效 •2、运行节能 3、稳定可靠、维护费用低 •4、不存在除霜问题
地源热泵工程设计方法与实例
•二、土壤源热泵的主要优势
•1、双重功效 •2、运行节能 3、稳定可靠、维护费用低 •4、不存在除霜问题 •5、闭式循环，利于环保 •6、不受地下水资源的限制，利于推广
• 并联系统：管径较小，管道费用较低， 且各并联环路之间容易达到流量平衡时 ，热力效果均衡
地源热泵工程设计方法与实例
同程或异程
•同程：各个并联环路的管 路总长度相等
•异程：各个并联环路 的管路总长度不等
地源热泵工程设计方法与实例
•同程、异程的比较 •同程：各个回路水阻力相 等，水力稳定性好，流量 分配均匀 •异程：管路系统简单，投 资小，但流量分配、调节 性差
地源热泵工程设计方法与实例
•三、土壤源热泵系统设计的主要步骤
•（1）建筑物冷热负荷及冬夏季 地下换热量计算 •（2）地下热交换器设计
地源热泵工程设计方法与实例
• 1 土壤源热泵系统设计的主要步骤
•（1）建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算 •建筑物冷热负荷：同常规空调系统相同 •冬夏季地下换热量：
•由潜在水面以下的、多重并联的塑料管组成的地下水 热交换器取代了土壤热交换器，利用包括江水、河水、 湖水、水库水以及海水作为热泵冷热源
地源热泵工程设计方法与实例
•地源热泵型式3：地下水热泵
•通常所说的深井回灌式水源热泵系统。通过潜水 泵将地下水抽出，通过二次换热或直接送至水源热 泵机组，经提取热量或释放热量后，灌回地下
地源热泵工程设计方法与实例
7、水泵选型
•水泵扬程= •（管道阻力+设备阻力）X安全系数
地源热泵工程设计方法与实例
8、校核管材承压能力
•ｐ ——管路最大压力，Pa •ｐo——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
地源热泵工程设计方法与实例
3、确定管径
• 管道要大到足够保持最小输送功率 • 管道要小到足够使管道内保持紊流以保证
流体与管道内壁之间的传热 • 并联环路用小管径，集管用大管径
地源热泵工程设计方法与实例
•确定管径：经验数据
•常用管径：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
•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——设计工况下热泵机组的制冷系数 •COP2——设计工况下热泵机组的供热系数
地源热泵工程设计方法与实例
•（2）地下热交换器设计 1. 地下热交换器形式 2. 管材选择 3. 管径 4. 总管长 5. 竖井数目 6. 间距确定 7. 管道阻力计算 8. 水泵选型 9. 管材校核
地源热泵工程设计方法与实例
• 水平埋管和垂直埋管的比较 •水平埋管：投资小 ，但换热性能差 ， 并且往往受土地面 积的限制
•在实际工程中，一 般采用垂直埋管布 置方式。
地源热泵工程设计方法与实例
埋管的布置方式：串联和并联
•串联
•并联
地源热泵工程设计方法与实例
串联和并联的比较
• 串联系统：管径较大，管道费用较高， 并且长度压降特性限制了系统能力
地源热泵工程设计方法 与实例
2020/11/10
地源热泵工程设计方法与实例
内容简介
一、地源热泵简介 二、土壤源热泵的主要优势 三、土壤源热泵系统设计的主要步骤
地源热泵工程设计方法与实例
•一、地源热泵简介 •是水源热泵的一种形式，它利用水与地 能进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源 的空调系统
•地源热泵
•土壤源热泵(地埋管)
•地表水热泵(湖水\海水等 )
•地下水热泵(井水)
地源热泵工程设计方法与实例
•地源热泵型式1：土壤源热泵
•将土壤热交换器安装 在地下，通过中间介 质作为冷热载体，使 其在土壤热交换器的 封闭环路中循环流动 ，从而实现与大地进 行热交换的目的。
地源热泵工程设计方法与实例
•地源热泵型式2：地表水热泵
地源热泵工程设计方法与实例
•地下热交换器形式 •水平埋管和垂直埋管 •串联和并联 •同程和异程
地源热泵工程设计方法与实例
1、选择热交换器形式：水平埋管和垂直埋管
• 水平埋管：换热管水平地安装在地沟中
地源热泵工程设计方法与实例
1、选择热交换器形式：水平埋管和垂直埋管
•垂直埋管：换热管垂直安装在竖井中