地埋管設(shè)計書

1、市綠建展示中心大樓熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計師范大學(xué)摘要 ：介紹了該工程場地的熱物性測試、地埋管換熱器和空調(diào)的設(shè)計，并就地埋管換熱器設(shè)計技術(shù)問題進行了分析。：熱物性測試地埋管換熱器系統(tǒng)設(shè)計地源熱泵一、項目概括以本建筑物為市綠建展示中心大樓，辦公樓建筑面積 22706.52 （不含室），地上 6 層，含室），地上 3 層，二、空調(diào)系統(tǒng)2 層，建筑高度 23.9m；商業(yè)建筑面積 773.36 （不1 層，建筑高度 12.75m。該工程一層中展廳、大堂、廳等大空間場所密集，空氣需求量較大并空氣組織較難故采用全空氣系統(tǒng)，新風(fēng)機組冷熱源由土地源熱泵空調(diào)提供；其余等房間，由水源多聯(lián)機承擔(dān)房間的負荷，水源多聯(lián)機是以水

2、作為能量運輸介質(zhì)的多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)，冷熱源側(cè)與水源熱泵系統(tǒng)相同，采用水與淺層地表的恒溫狀態(tài)進行熱交換；室內(nèi)側(cè)與多聯(lián)機系統(tǒng)相同，采用制冷劑作為能量媒介，能夠適用于多種氣候環(huán)境和較寬的水源范圍，考慮使用率，防止能源浪費，采用風(fēng)機盤管系統(tǒng)，當(dāng)下班時，可單獨關(guān)閉該房間的多聯(lián)機系統(tǒng)，新風(fēng)可以通過獨立的系統(tǒng)供給到房間內(nèi)，采取最常用的混合式系統(tǒng)，即處理的空氣來源一部分是新風(fēng)，一部分是室內(nèi)的回風(fēng)。這樣的系統(tǒng)可以更好滿足性的要求，和地域?qū)φ麄€建筑景觀和環(huán)境保護的嚴格要求。三、系統(tǒng)分析根據(jù)負荷計算書所計算的空調(diào)冷熱負荷情況，列于表 1。對環(huán)境的舒適表 1 空調(diào)冷（熱）負荷情況（一）地埋管換熱系統(tǒng)概算根據(jù)本工程實際情況

3、，建筑采用垂直埋管的地埋管換熱系統(tǒng)。系統(tǒng)的初步設(shè)計及概算主要有以下幾點。1、測試井地埋管系統(tǒng)的設(shè)計依賴于工程所在地的水溫、地質(zhì)條件以及土壤巖層的熱物性參數(shù)，包括土壤的含水率、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等。根據(jù)這些參數(shù)，經(jīng)過計算可以得到工程地埋管系統(tǒng)的理論換熱性能。但由于每一點土壤巖層的分布不盡相同，水位及含水率也都不同因而存在差異，因此地源熱泵地埋管換熱器在設(shè)計之前除了做好勘探工作之外，最重要的即為地耦管換熱量測試。地耦管換熱建筑類型建筑面積總冷量 kW總熱量 kW冷指標 W熱指標 W綠建展示中心22706.521075.88395.0049.9120.55量測試就是通過鉆測試井，并通過儀器模擬空調(diào)實際

4、使用工況，實際測得當(dāng)?shù)赝寥赖牡芈窆軗Q熱性能。一般工程測試井為 12 個，對于占地面積較大、地質(zhì)復(fù)雜多變的項目可鉆多個。為保證測試的數(shù)據(jù)為穩(wěn)態(tài)的熱交換性能，一般要求連續(xù)測試 48h 以上。根據(jù)地質(zhì)勘察，本工程場地上部為一般黏性土層，中、下部為第四系更新統(tǒng)沉積厚層狀老黏性土層，底部為志留系泥巖?；鶐r頂板埋深在自然地面下 27.8m，從上往下依次為強風(fēng)化泥巖、中風(fēng)化泥巖、弱風(fēng)化泥巖。巖體較完整、結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，不具備賦存裂隙水體條件，覆蓋層中也未見賦存礫、卵石層埋藏分布。水體的砂、熱物性測試主要進行了鉆孔溫度和鉆孔埋管換熱性能的測試，鉆孔溫度測試采用的是對進行點測的方式，表明，1.559.0m 井段，

5、溫度整體呈下降趨勢，由 22不規(guī)則下降至 19.1，59.0102.0m 井段，溫度整體呈現(xiàn)上升趨勢，由 19.1不規(guī)則上升至 20.8。2、地埋管材料目前，廣泛應(yīng)用于地埋管換熱器的聚乙烯（PE）管材，可以彎曲或熱熔形成穩(wěn)固的形狀?？梢员ＷC使用 50 年以上。PE 管材的導(dǎo)熱系數(shù)約為 0.42.W/(mk)，導(dǎo)熱管，其標準尺寸比為 SDR11，與土壤的導(dǎo)熱系統(tǒng)相近，是一種優(yōu)質(zhì)的額定耐壓 1.6MPa。目前國內(nèi)最常用的地埋 PE 管規(guī)格為 de25 和 de32。de25 由于具有管壁薄、易損壞、換熱能力差的特點，常被用于負荷不大、埋管較淺的應(yīng)用場合。對于本工程，由于系統(tǒng)負荷較大，系統(tǒng)可靠性要求

6、較高，埋管深度較深，建議選用 de32的 PE 管作為換熱器管材，de32 材料主要具有以下幾個方面優(yōu)勢：直徑 32mm 的管材相對于更大直徑的管材來講，管壁薄，伸縮率較小，容易彎曲，施工方便，且不容易受地面沉降的影響；相對于更小直徑的管材來講，導(dǎo)熱面積大，傳熱效率高；管材流體的的紊流性好，流速容易控制；換熱器所需開鑿井的費用較為適中，可減少系統(tǒng)的初期投資。3、地埋管換熱負荷根據(jù)本工程空調(diào)實際需要的換熱負荷，地埋管換熱系統(tǒng)的換熱負荷設(shè)計還必須考慮機組本身的能效比，一般地埋管換熱的負荷根據(jù)機組負荷按以下計算式計算：夏季制冷工況：地埋管換熱負荷=機組負荷*（1+1/EER）冬季制熱工況：地埋管換熱

7、負荷=機組負荷*（1-1/COP）計算得到地埋管實際的換熱負荷，見表 2。表 2 地埋管的換熱負荷由表 2 可知，地埋管夏季空調(diào)制冷的散熱負荷為 2690.28kW，冬季空調(diào)制熱的吸熱負荷為 1791.95kW。散熱負荷遠遠大于吸熱負荷。為保證熱泵機組的工作效率，地埋管的吸放熱量需保持平衡，因此以冬季吸熱負荷為計算依據(jù)，夏季空調(diào)時通過冷卻塔輔助散熱。夏季制冷負荷冬季制熱負荷夏季地埋管散熱負荷冬季地埋管吸熱負荷1075.88kW395.00kW2690.28kW1791.95kW4、地埋管布孔與占地面積核算一般單 U 型垂直埋管，管徑 32mm 的高密度聚乙烯管(HDPE100）材質(zhì)地埋管換熱器

8、，根據(jù)熱物性測試資料，每米的散熱能力為 72.17W，每米的吸熱能力為 46.09W，以冬季吸熱量為計算基準。根據(jù)地質(zhì)勘查和熱物性測試資料確定地埋管換熱器熱干擾半徑為 4.5m 左右，鉆孔間距為 5.0m*5.0m，共鉆 389 個，孔徑為直徑 140 mm，鉆度為 101m，有效利用深度 100m，地埋管換熱器夏季排熱量為 2807.41kW，冬季吸熱量為 1792.90kW。本工程地埋管換熱器的鉆孔數(shù)量、鉆度和占地面積匯總于表 3。表 3 地埋管換熱器的鉆孔與占地情況（二）系統(tǒng)配置方案如前所訴，全部采用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，冬季熱負荷全部由地埋管承擔(dān)，夏負荷由地埋管和冷卻塔共同承擔(dān)。由于無生活

9、熱水需求，所有機組不帶熱回收功能，按照制分區(qū)冷負荷，選型機組。1、配置機組表 4 機組的配置共需要 2 臺水地源熱泵和 15 臺水源多聯(lián)機，總制冷量為 2226.4kW，總制熱量 2351kW。2、機組運行模式夏季制冷工況：所有機組全部投入空調(diào)制冷，地埋管作為熱源。冬季制冷工況：所有機組全部用于空調(diào)制熱，地埋管和冷卻塔共同作為冷卻源。春秋過渡季節(jié)工況：所有機組停止運行。3、地埋管換熱器配置根據(jù)工程空調(diào)熱負荷設(shè)計：按地埋管井有效深度 100m、孔間距 5.0m*5.0m計算，本工程需要鉆孔 389 個，占地面積 8750 。4、熱平衡校核夏季空調(diào)制冷按照 120 天，每天峰值負荷運行 8h，冬季空調(diào)制熱按照 105天，每天峰值負荷運行 8h 計：夏季散熱量=機組負荷*（1+1/EER）*制冷總時間機組型號數(shù)量LSBLGHP-270/MG1LSBLGHP-515/MG1MDV-252W/D2SN1-8U02MDV-335W/D2SN1-8U03MDV-400W/D2SN1-8V01MDV-450W/D2SN1-8V02MDV-500W/D2SN1-8V01MDV-560W/D2SN1-8V03MDV-730W/D2SN1-9V01MDV-785W/D2SN1-9V02負荷類別101m，孔間距為 5m*5m吸熱負荷 kW鉆孔數(shù)量/個占