1、上海市XX某高樓地源熱泵設(shè)計(jì)一、熱泵系統(tǒng)運(yùn)行原理圖二、設(shè)計(jì)選型圖紙為上海市XX某高樓。該建筑物是一幢五層高的高樓，層高5.1m,總建筑面積約為15000m。該學(xué)校處在上海市，本建筑所在地區(qū)，地下約80m以上的地層，為粉質(zhì)粘土、粘土和砂礫堆積層，沒有堅(jiān)硬的巖石層，較適于地下?lián)Q熱器的安置.選用土壤源熱泵作為空調(diào)系統(tǒng)冷熱源的設(shè)計(jì)方案1、建筑物冷熱負(fù)荷及冬夏季地下?lián)Q熱量計(jì)算氣象資料（上海）1室外設(shè)計(jì)參數(shù)冬季空調(diào)：1.2，夏季空調(diào):34.6，夏季空調(diào)室外計(jì)算濕球：28.2，冬季空調(diào)室外計(jì)算相對濕度：74%。2室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)冬季為：1822，夏季為：24283深井取水設(shè)計(jì)參數(shù)井水取水量調(diào)節(jié)水池儲(chǔ)水量井水溫度

2、設(shè)計(jì)計(jì)算冬季井水溫度設(shè)計(jì)計(jì)算夏季井水溫度160t/小時(shí)800t24.52425 建筑物冷熱負(fù)荷計(jì)算與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計(jì)算方法相同，可參考有關(guān)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊，在此不再贅述。 冬夏季地下?lián)Q熱量分別是指夏季向土壤排放的熱量和冬季從土壤吸收的熱量?？梢杂上率龉?計(jì)算： kW （1） kW （2）其中夏季向土壤排放的熱量，kW夏季設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷，kW冬季從土壤吸收的熱量，kW冬季設(shè)計(jì)總熱負(fù)荷，kW設(shè)計(jì)工況下水源熱泵機(jī)組的制冷系數(shù)設(shè)計(jì)工況下水源熱泵機(jī)組的供熱系數(shù)一般地，水源熱泵機(jī)組的產(chǎn)品樣本中都給出不同進(jìn)出水溫度下的制冷量、制熱量以及制冷系數(shù)、供熱系數(shù)，計(jì)算時(shí)應(yīng)從樣本中選用設(shè)計(jì)工況下的、。若樣本中無

3、所需的設(shè)計(jì)工況，可以采用插值法計(jì)算。根據(jù)圖紙求得建筑物總冷負(fù)荷：674KW；建筑物冷負(fù)荷指標(biāo):103 W/m2；建筑物總熱負(fù)荷:665 KW ；建筑物熱指標(biāo):99W/m2 。Q1=678(1+1/5.3)=805.9kw；Q2=625(1-1/4.3)=481kw2、地埋管的選取地下熱交換的性能和質(zhì)量是保證地源熱泵系統(tǒng)長期的穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵。一旦將換熱器埋入地下后，基本不可能進(jìn)行維修或更換，這就要求保證埋入地下管材的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并且耐腐蝕。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中使用的金屬管材在這方面存在嚴(yán)重不足，且需要埋入地下的管道的數(shù)量較多，應(yīng)該優(yōu)先考慮使用價(jià)格較低的管材。所以，土壤源熱泵系統(tǒng)中一般采用塑料管材

4、。目前最常用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材，它們可以彎曲或熱熔形成更牢固的形狀，可以保證使用50年以上；而PVC管材由于不易彎曲，接頭處耐壓能力差，容易導(dǎo)致泄漏，因此，不推薦用于地下埋管系統(tǒng)。本系統(tǒng)綜合場地和費(fèi)用等各方面的考慮，采用立式雙管同程系統(tǒng)。3、確定管徑在實(shí)際工程中確定管徑必須滿足兩個(gè)要求：（）管道要大到足夠保持最小輸送功率；（）管道要小到足夠使管道內(nèi)保持紊流以保證流體與管道內(nèi)壁之間的傳熱。顯然以上兩點(diǎn)矛盾，需要綜合考慮。一般并聯(lián)管路用小管徑，集管用大管徑，地埋管常用的管徑有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管內(nèi)流速控制在0.6 m/s以下，對更大的管道，管內(nèi)流

5、速控制在2.0m/s以下或把管道壓力損失控制在4mH20/100m當(dāng)量長度以下。選用聚乙烯管材PE63（SDR11），并聯(lián)環(huán)路管徑為DN25，集管管徑分別為DN32、DN40、DN50、DN 70、DN 80、DN 100、DN 110、DN 140。4、 確定豎井埋管管長地下熱交換器長度的確定除了已確定的系統(tǒng)布置和管材外，還需要有當(dāng)?shù)氐耐寥兰夹g(shù)資料，如地下溫度、傳熱系數(shù)等。文獻(xiàn)2介紹了一種計(jì)算方法共分9個(gè)步驟, 很繁瑣，并且部分?jǐn)?shù)據(jù)不易獲得。在實(shí)際工程中，可以利用管材“換熱能力”來計(jì)算管長。換熱能力即單位垂直埋管深度或單位管長的換熱量，一般垂直埋管為70110W/m(井深)，或3555W/m

6、(管長)，水平埋管為2040W/m（管長）左右3。設(shè)計(jì)時(shí)可取換熱能力的下限值，即35W/m（管長），具體計(jì)算公式如下： （3）其中豎井埋管總長，m夏季向土壤排放的熱量，kW分母“35”是夏季每m管長散熱量，W/m最低進(jìn)口流體溫度下熱泵機(jī)組的的制熱性能系數(shù)也根據(jù)熱泵機(jī)組數(shù)據(jù)而確定。不小于當(dāng)?shù)囟臼彝鈿鉁卦偌由?.4。根據(jù)空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)手冊，武漢市的冬季室外氣溫為-5，這里確定為-1，符合土壤源熱泵系統(tǒng)對最低進(jìn)口流體溫度的要求。經(jīng)計(jì)算得=17156.3m5、 確定豎井?dāng)?shù)目及間距 國外，豎井深度多數(shù)采用50100m2，設(shè)計(jì)者可以在此范圍內(nèi)選擇一個(gè)豎井深度H，代入下式計(jì)算豎井?dāng)?shù)目: （4）其中豎井總數(shù)，

7、個(gè)豎井埋管總長，m豎井深度，m 分母“2”是考慮到豎井內(nèi)埋管管長約等于豎井深度的2倍。然后對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行圓整，若計(jì)算結(jié)果偏大，可以增加豎井深度，但不能太深，否則鉆孔和安裝成本大大增加。 關(guān)于豎井間距有資料指出：U型管豎井的水平間距一般為4.5m3，也有實(shí)例中提到DN25的U型管，其豎井水平間距為6m，而DN20的U型管，其豎井水平間距為3m4。若采用串聯(lián)連接方式，可采用三角形布置（詳見2）來節(jié)約占地面積。可計(jì)算得孔深為86m.6、 計(jì)算管道壓力損失在同程系統(tǒng)中，選擇壓力損失最大的熱泵機(jī)組所在環(huán)路作為最不利環(huán)路進(jìn)行阻力計(jì)算?？刹捎卯?dāng)量長度法，將局部阻力件轉(zhuǎn)換成當(dāng)量長度，和管道實(shí)際長度相加得到各不

8、同管徑管段的總當(dāng)量長度，再乘以不同流量、不同管徑管段每100m管道的壓降，將所有管段壓降相加，得出總阻力。7、 水泵選型熱泵的選擇計(jì)算:總冷量=維護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷新風(fēng)冷負(fù)荷=669kw 總熱量=維護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷新風(fēng)熱負(fù)荷=613kw由于夏天采用冷卻塔加熱泵的形式，所以選熱泵時(shí)應(yīng)根據(jù)冬天的熱負(fù)荷。可選兩臺GSHP430。GSHP430性能參數(shù)：制冷量：430KW。制熱量519KW；輸入功率：制冷：81.13KW。制熱：117KW容量調(diào)節(jié)范圍：25%-100%蒸發(fā)器性能參數(shù)：水管尺寸：DN125。制冷實(shí)用工況冷卻水流量：84.2m3/h制熱實(shí)用工況熱源水流量：48m3/h冷凝器性能參數(shù)：水管尺寸：DN1

9、25制冷實(shí)用工況冷卻水流量：50m3/h制熱實(shí)用工況熱源水流量：86m3/h機(jī)組阻力：45000pa1.地下盤管循環(huán)水泵： 冷卻水流量：Q=W/（4.2）式中：W地下盤管承擔(dān)的冷負(fù)荷，由前計(jì)算可得805kw由所選機(jī)組決定，在這為100C 計(jì)算可得Q為19kg/s系統(tǒng)總阻力：P=地下盤管沿程阻力+熱泵機(jī)組阻力=61+45=106kpa水泵揚(yáng)程：P=1.2P=127.2KPa =12.7mH20。水泵水量: Q=1.2Q=82m3/h選三臺蘇州制泵公司的KLW50-125（I）A：流量29m3/h；揚(yáng)程14.4m。電功率2.2kw2.冷卻水循環(huán)水泵： 水流量：Q=W/（4.2）式中：W冷卻塔承擔(dān)的

10、冷負(fù)荷，由冬夏兩季的負(fù)荷差可得324 kw由所選冷卻塔決定，在這為50C 計(jì)算可得Q=54m3/h 水泵揚(yáng)程為：冷卻塔系統(tǒng)的沿程阻力X1.2=8582X1.2=10298.4pa 水泵流量為：54X1.2=64.8m3/h 選擇兩臺北京制泵公司生產(chǎn)的KQL 80/300-30/2：流量32.5m3/h；揚(yáng)程9m。 電功率2.2kw8冷卻塔型號根據(jù)參考文獻(xiàn)得冷卻塔流量計(jì)算公式 GT =Q/ t CP式中：Q冷卻塔需處理的冷負(fù)荷 在本系統(tǒng)中為冬夏兩季地下盤管承擔(dān)負(fù)荷之差。 Q=324kw CP水的定壓比熱 4.174 kj/kg.0Ct冷卻塔進(jìn)出水溫差 6 0C根據(jù)參考文獻(xiàn)的公式 可計(jì)算得冷卻塔的

11、流量為15kg/s根據(jù)流冷卻塔的選型與冷卻塔的循環(huán)水量GT (m3/h) ,冷卻塔進(jìn)水溫度t1,進(jìn)出水溫差t,室外濕球溫度t選金日冷卻水塔低噪音型。根據(jù)流量，由于武漢的濕球溫度為28，選KLN70（空調(diào)型）9、 校核管材承壓能力管路最大壓力應(yīng)小于管材的承壓能力。若不計(jì)豎井灌漿引起的靜壓抵消，管路所需承受的最大壓力等于大氣壓力、重力作用靜壓和水泵揚(yáng)程一半的總和1，即：其中管路最大壓力，Pa建筑物所在的當(dāng)?shù)卮髿鈮?，Pa地下埋管中流體密度，kg/m3當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋琺/s2地下埋管最低點(diǎn)與閉式循環(huán)系統(tǒng)最高點(diǎn)的高度差，m水泵揚(yáng)程，Pa經(jīng)計(jì)算本設(shè)計(jì)符合要求。三、 可行性分析（1）地源熱泵的環(huán)保性沒有尾氣排放,不污染大氣，噪音低，能耗小，使用壽命長，不消耗水資源。（2）地源熱泵的經(jīng)濟(jì)性地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)總投資為每平方M投資為290元左右,采用大地的能量來作為供熱的能源,運(yùn)行費(fèi)用省。（3）地源熱泵的穩(wěn)定性大地收集了47%的太陽能量,是取之不盡、用之不竭的廉價(jià)能源,大地土壤的溫度(10M以下)常年恒溫,溫度恒定在13-15之間，使用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)就可以在夏天制冷時(shí),把熱量排到地下貯存起來,冬天供熱時(shí),再把熱量取出來使用，因此,地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)耗電功率小,不受環(huán)境空氣環(huán)境溫度的影響,穩(wěn)定性特別好。四、參考文獻(xiàn)：1 蔣能照，劉道平.水源地