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,EK水地源熱泵系統(tǒng),目錄,一、地熱能交換系統(tǒng)簡介 二、水源熱泵機組的選擇 三、空調負荷計算 四、地下?lián)Q熱系統(tǒng)的設計 五、中央空調水系統(tǒng)設計,一、 地熱能交換系統(tǒng)簡介,1.地埋管,主要的地熱能交換系統(tǒng)形式,1.1水平埋管,1.2垂直埋管,2.地表水,3.地下水,1.地埋管,1.1水平埋管,優(yōu)點： 室外施工費用相對較低,缺點： 室外占地面積較大,一般適用于小型的而且具有足夠占地面積的地方。,1.地埋管,1.2垂直埋管,優(yōu)點： 運行及維護費用低 占地面積較小 冬季無需輔助熱源 不產生任何污染 節(jié)能效果明顯 缺點： 初投資費用稍高,優(yōu)點： 運行及維護費用低 無需占用土地 室外施工費用低 冬季無需輔助熱源 不產生任何污染 缺點： 需臨近較大面積水域 系統(tǒng)效率低于其他方式,與其他地源熱泵系統(tǒng)的比較：,2.地表水,優(yōu)點： 運行及維護費用低 室外施工費用較低 冬季無需輔助熱源 無需占地，受建筑周圍環(huán)境影響小 不產生任何污染 換熱效率高，節(jié)能效果明顯 缺點： 打井受政策限制 系統(tǒng)易受地下水源狀況影響,與其他地源熱泵系統(tǒng)的比較：,3.地下水,二、 地源熱泵機組的選擇,EK水（地）源熱泵機組型式,1.EKSC水源螺桿機組,2.EKWD水-水機組,3.EKWS\WH水-風機組,EKSC水源螺桿機組,特點及適用場合 單機冷量大，效率高，可以分段調節(jié)或無級調節(jié)，可用于夏季制冷冬季制熱。適用于影劇院、酒店、辦公樓、商場等大型場所.。,,注: 地下水式可采用大溫差小流量設計。,R22 制冷量：95~530RT R134a 制冷量：80~400RT,EKWD水-水機組,特點及適用場合 機組主要優(yōu)點是結構緊湊、體積小、重量輕、運行平穩(wěn)、管理方便.而且采用模塊化設計，可以進行自動增卸載調節(jié)能量。 具有熱回收功能，可提供免費生活熱水。 其全熱回收型機組， 具有制冷，制熱，制冷+熱水， 制熱+熱水，熱水五種模式， 真正“一機三用”功能。,主要用于中、小型賓館、辦公、醫(yī)院、藥廠、等場所.,制冷量：20~480RT,EKWS/WH水-風機組,特點及適用場合,方便獨立計費，免除物業(yè)管理糾紛 各戶獨立操作，實現(xiàn)自由制、制熱，達到傳達四管效果 具有回收建筑物內余熱功能 系統(tǒng)具有靈活的擴展能力 系統(tǒng)布置緊湊、靈活 省掉中央機房，減低公共部分管道的占用空間 無需一次投入主機，分散投資壓力,主要辦公樓、商場、賓館、醫(yī)院等場所.,制冷量：0.8~35HP,制冷量：0.8~6HP,三、負荷計算,空調負荷估算指標,摘自《暖通空調.動力》,在沒有掌握具體空調房間的面積、性質、使用對象等情況下，僅知道整個建筑的面積，可通過建筑面積來估算確定空調負荷。,注： 1. 上述指標為總建筑面積的冷負荷指標,建筑物總面積小于5000m2時,取上限值.大于10000m2時,取下限值. 2. 按照上述指標確定的冷負荷,即是制冷機容量,不必再加系數(shù). 3. 博物館可參考圖書館,展覽館可參考商店.其他建筑物可參考類似的建筑. 4. 由于地區(qū)差異較大,上述指標以北京地區(qū)為準.南方地區(qū)可按上限采取. 5. 全年用空氣調節(jié)系統(tǒng)冬季負荷可按下述方法估算:北京地區(qū)為夏季冷負荷的1.1～1.2倍,廣州地區(qū)為夏季冷負荷的1/3～1/4.,空調負荷估算指標,在需要進行工程方案的初步設計及報價時, 可通過下表對空調負荷進行估算，以下為部分EK常用單位面積空調負荷估算指標。,按空調面積估算,空調負荷估算指標,空調負荷估算指標,以下為《技術措施》部分具有代表性的單位面積空調負荷估算指標。,摘自《暖通空調·動力》,按空調面積估算,空調負荷詳細計算,在做施工設計時，必須進行詳細的負荷計算，且詳細的負荷計算有利于準確確定空調的初投資和保證良好的運行效果。所以詳細的負荷計算在設計時是非常有必要的。空調負荷詳細計算通常由以下幾部分組成：,通過圍護結構傳入的熱量,透過外窗進入的太陽輻射熱量,人體散熱量,照明散熱量,設備等其他內部熱源的散熱量,食品或物料的散熱量,滲透空氣帶入的熱量,伴隨各種散濕過程產生的潛熱量,,,,,,,,,,,空調負荷,,四、地下?lián)Q熱系統(tǒng)設計,地下?lián)Q熱系統(tǒng)設計 一、淺層地下水源熱泵系統(tǒng) 1、概述 形式： 同井抽灌、異井抽灌,,目前的項目多采用異井抽灌,適用范圍： 地下水文地質條件比較好區(qū)域的項目 設計時應遵循的原則： 地下水換熱系統(tǒng)應根據(jù)水文地質勘察資料進行設計。 必須采取可靠的回灌措施，使抽取的地下水能夠全部回灌，且不將受污染的水與未受污染的水混采和混灌。 地下水的持續(xù)出水量應滿足水源熱泵系統(tǒng)最大吸熱量或放熱量的要求。,(1) 收集地質、水文地質資料,首先應收集項目地的地質、水文地質資料，結合項目負荷情況以及場地條件，初步判定是否能采用該系統(tǒng)。 規(guī)模較大、沒有水井資料的項目，在設計前應鉆試驗水井，評價單井的出水能力和回灌能力。,2、設計程序及思路,地下?lián)Q熱器的負荷與建筑物的供熱、制冷及供生活熱水的設計負荷有關，其換熱量應滿足系統(tǒng)正常運行工況時的最大吸熱量或最大放熱量的要求，計算公式如下： 最大放熱量Q1=[建筑冷負荷×(1+1/EER)] (1) 最大吸熱量Q2=[建筑熱負荷×(1-1/COP)] (2) （注：COP為機組制熱性能系數(shù)，EER為熱泵機組制冷性能系數(shù)，機組COP值與工況有關，在計算時應考慮地下水溫度和末端形式。） 得出最大吸熱量與最大放熱量相當時，應分別計算供熱、制冷工況下所需地下水量，并取其大者；當兩者相差較大時，根據(jù)項目規(guī)模，可采用輔助設備調峰解決，使系統(tǒng)更經(jīng)濟合理。,(2) 計算地下?lián)Q熱器的負荷,(3) 水量的確定,根據(jù)供暖制冷工況下，水環(huán)路的最大放熱量和最大吸熱量計算。初步估算流量時的可參照如下公式進行： a、夏季制冷工況下： q1=3600Q1/ρcp(t2-t1) (3) 式中：q1為夏季制冷時所需地下水量(m3/h)； Q1為夏季設計工況時換熱器最大換熱量(kw)，據(jù)公式(1)求得； ρ為水的密度(kg/m3)，可取1000kg/m3； cp為水的定壓比熱容，可取4.18kJ/(kg·℃)； t1為進入機組換熱器的地下水溫度(℃)； t2為出換熱器的地下水溫度(℃)。 代入值公式簡化為： q1=Q1/[1.163 (t2-t1)],例 題,某建筑夏季總冷負荷500Kw，機組EER為5.0，根據(jù)（1）式計算 Q1＝500（1+1/5）＝600(Kw) 最大需水量計算為(溫差為11℃)： q1＝600/（1.163×11）＝46.9(m3/h) 該建筑物熱泵系統(tǒng)夏季需地下水最大抽水量為46.9m3/h。,b、冬季供暖工況下： q2=3600Q2/ρ cp (t1-t2) (4) 式中： q2為采暖時所需地下水量(m3/h)； Q2為冬季設計工況時需要提取的熱量(kw)，據(jù)公式(2)求得； ρ為水的密度(kg/m3)，可取1000kg/m3； cp為水的定壓比熱容，可取4.19kJ/(kg·℃)； t1為進入機組換熱器的地下水溫度(℃)； t2為出換熱器的地下水溫度(℃)。 代入值公式簡化為： q2=Q2/[1.163 (t1-t2)],例題：,某建筑物冬季熱負荷500Kw，機組COP值4.0，根據(jù)（2）式計算 Q2＝500（1-1/4.0）＝375(Kw) 最大需水量計算為(計算溫差為7℃) ： q2＝375/（1.163×7）＝46.1(m3/h) 該建筑物熱泵系統(tǒng)冬季需要地下水最大循環(huán)量為46.1m3/h。,由公式(3)、(4)計算地下水流量，取較大值46.9m3/h作為所需要的地下水流量。,(4) 井深的選擇,抽灌水井的深度主要由項目所在地的水文地質條件、取水層位決定； 水井的深度一般在100m左右，否則會導鉆打井成本的升高。 如果地下水位埋深較淺，淺部有較好的含水層，如單層厚度大于5m的粗砂以上地層，也可以減少井深只取上部含水層的水，井深可在50~60m之間。,(5) 井徑和井管,井的直徑可以為500~800mm，井管直徑一般為300~500mm，一開到底。井管可選焊接管或卷焊管，也可選鑄鐵管，不宜用水泥管，因為其使用壽命短。濾水管可用打孔外纏絲鋼管或橋式濾水管。,(6) 濾水管的位置,鉆孔后應進行電阻率和自然電位或自然伽瑪測井，根據(jù)測井曲線解釋的含水層位置決定排管方案。 一般取水井水位以下15或20m之內不應下濾水管，一是考慮動水位的下降，二是考慮留出潛水泵的長度和位置，避免抽空和進水口距濾水段太近（應大于2m）。井內其它濾水管的位置要視含水層的分布情況而定，一般選井內較厚的、顆粒較粗的2~3層為主力水層。粉細砂和較薄的水層（1~2m）不宜保留，以免造成出砂等后患。 專用的回灌井應下有回揚泵，其它要求同抽水井。,(7) 井數(shù)的考慮,要用較少的井完成需要的取水量，單井的出水能力以5m降深考慮。由系統(tǒng)所需最大水量除以單井出水量得到抽水井數(shù)。 回灌井數(shù)量應根據(jù)各地水文地質條件確定，一般應等于或多于抽水井數(shù)量。 根據(jù)水源熱泵供暖的特點，可以采用適當提高利用溫差的方法減少地下水的用量。提高利用溫差的方法有多機組串聯(lián)用水和單機混水法或板換隔離法。,(8) 其它,井間距：井間距應根據(jù)各地水文地質條件確定，一般不小于50米； 水平連接管：目前的設計中一般都將每眼水井均設計為可抽灌互用型，在水平連接管的設計上一般都采用雙管路系統(tǒng)，通過閥門的切換實現(xiàn)水井功能的轉換。 在項目實施時，每眼水井在完井后均應做抽水試驗和回灌試驗，結合試驗數(shù)據(jù)對設計做進一步校正。,第二節(jié) 地下?lián)Q熱系統(tǒng)設計 二、地埋管熱泵系統(tǒng) 1、概述 形式：水平埋管、垂直埋管,水平埋管因占地面積大、受氣候影響大等缺點，目前應用較少。而豎直埋管因其占地少、工作性能穩(wěn)定等優(yōu)點，已成為工程應用中的主導形式。,優(yōu)點： （1）不依賴地下水，適應區(qū)比較廣。 （2）該系統(tǒng)不抽取地下水，不干擾地下水管理。 （3）換熱層位多，適用范圍大，熱儲量較大。 （4）系統(tǒng)運行維護工作少。 缺點： （1）通過管壁傳導換熱，而管內外的溫差一般不大，因此，需要較大的換熱面積，從而造成系統(tǒng)初投資較大。 （2）隨著機組負荷的變化，管中水的溫度不穩(wěn)定，造成工況不穩(wěn)定和熱量損失，在極端天氣條件下機組的性能系數(shù)較低。 （3）與地下水換熱系統(tǒng)比運行費用稍高。,適用范圍及優(yōu)缺點（與淺層地下水源熱泵相比）,設計時應遵循的原則： 地埋管換熱系統(tǒng)應根據(jù)地質、水文地質勘察資料以及土壤的熱物性參數(shù)進行設計。 地埋管換熱器的換熱量應滿足地源熱泵系統(tǒng)最大吸熱量或放熱量的要求。,(1) 工程勘查，地層熱物性測試,在系統(tǒng)的設計初期，應對工程場地進行工程地質勘查，包括巖土體熱物性、巖土體溫度隨深度和季節(jié)的變化、地下水分布情況及動態(tài)特征、凍土層厚度的勘查。 如項目所在地區(qū)有巖土體熱物性參數(shù)時，可直接應用，否則應采用現(xiàn)場熱響應法進行測試。,2、設計程序及思路,熱響應測試原理：將地埋管換熱器與加熱/制冷設備（測試儀器）連接，通過向地下輸入熱量，模擬夏季制冷工況；通過向地下輸入冷量，模擬冬季采暖工況。在向地下輸入冷、熱量的同時，不斷記錄進出管的溫度和流量，來計算地層的換熱能力（地層導熱系數(shù)K、單位延米換熱孔換熱量w/m) 熱響應測試的方法： 恒熱流測試法 可控工況測試法,熱（冷）響應測試車原理簡圖,熱響應測試,(2) 計算地下?lián)Q熱器的負荷,負荷與建筑物的供熱、制冷及供生活熱水的設計負荷及系統(tǒng)運行所需要的能量負荷有關。換熱器的換熱量應滿足系統(tǒng)正常運行工況時的最大吸熱量或最大放熱量的要求，計算公式同(1)、(2)。 地埋管換熱器需要5~10℃的換熱溫差，冬季取熱時管內液體的平均溫度比地層溫度低5～10℃，夏天可高10～20℃，以管內設計溫度確定機組的COP值。 計算得出最大吸熱量與最大釋熱量相當時，應分別計算供熱、制冷工況下?lián)Q熱器埋管的長度，并取其大者；當兩者相差較大時，根據(jù)項目規(guī)模，宜采用輔助設備調峰解決，使系統(tǒng)更經(jīng)濟合理。,(3) 地埋管換熱器埋管形式的選擇,埋管形式可以分為如下幾種： 水平埋管 垂直埋管 單U型 雙U型(比單U提高15%的換熱量) 垂直埋管布孔形式 等間距布孔（正方形布孔） 梅花型布孔（等邊三角形布孔）,(4) 埋管長度的確定,根據(jù)計算的負荷、巖土層熱物性參數(shù)、所選的地理管形式及熱泵參數(shù)，通過軟件模擬的方法，計算得出埋管總長度。 目前實際工程中，常利用單位埋管深度的換熱量來計算換熱管的長度，一般垂直埋管的單位深度換熱量為30～70W/m(利用溫差為10～15℃)之間，放熱大于吸熱。該數(shù)據(jù)需要通過熱響應測試獲得。,埋管長度可按如下公式計算： L=1000Qmax/ql (5) 式中：L為埋管換熱器總長(m)； ql為最大利用溫差的每米換熱功率(W/m)，一般由接近實際工況的現(xiàn)場換熱試驗取得； Qmax為夏季向埋管換熱器排放的最大功率與冬季從埋管換熱器吸收的最大功率中的較大值(KW),上述計算地埋管換熱器管長的方法，適用于最大吸熱量與最大放熱量相差不大的工程，設計長度選兩者中較大的。 如兩者相差較大，宜用較小值確定管道的長度，兩者相差的負荷采用輔助設備的方式解決，如增加冷卻塔或輔助熱源。這樣一方面減少工程量，降低初投資；另一方面也可減少因吸熱與放熱不平衡引起巖土體溫度的持續(xù)變化的可能性。,(5) 孔深、孔徑、孔數(shù)、孔間距的確定,換熱孔深度的確定： 結合現(xiàn)場的地質條件與鉆機的經(jīng)濟鉆進深度，一般基巖地層鉆進深度不超過120米，第四系地層一般不超過150米。 結合現(xiàn)場可布設換熱孔的面積，面積大則選擇的余地大，面積小則選擇的余地小。 換熱孔直徑的確定： 結合現(xiàn)場的地質條件，一般第四系地層，尤其是粘土含量大、縮徑嚴重地層換熱孔的直徑會比較大；一般基巖地層換熱孔的孔徑相對較小。 結合布管形式，一般雙U型比單U型的孔徑大。 第四系地層一般在180~300mm之間，基巖地層一般在100-180之間。,換熱孔數(shù)量的確定： N=L/H 式中：N為鉆井數(shù)(個)； L需要的換熱孔的總長(m)； H為換熱孔單孔深度 (m)； 換熱孔間距的確定： 場地條件：場地有限可適當減小間距。 熱干擾半徑：地層導熱性好，熱傳遞快，單個換熱孔的換熱能力高，熱擴散半徑大，孔間距大；相反則小。 施工成孔率：目前換熱孔施工的鉆機的控斜能力不強，換熱孔很容易傾斜，當孔間距較小時，容易造成穿孔。換熱孔深度大，間距可適當加大，相反則小。 應綜合考慮以上三方面因素，確定換熱孔的間距，一般在3~7米之間。,換熱管選擇 換熱管材料和規(guī)格：主要有PE80和PE100兩種材料的管材，垂直管一般采用SDR11系列的管材，水平連接管一般采用SDR17系列的管材 換熱管直徑：垂直埋管雙U型一般采用D25與D32的PE管，單U型的一般采用D40的PE管； 水平連接管的直徑根據(jù)管內流量進行選擇。 孔深、孔間距、孔數(shù)、管材等要綜合考慮，使其既能滿足現(xiàn)場條件的要求，又能滿足系統(tǒng)對換熱孔冷、熱量的需求。,(6) 確定流速,加大流速可以增強換熱，但過快的流速會增大管道沿程阻力損失，增大水泵的用電消耗。 根據(jù)地埋管換熱器的布置形式和采用的換熱液特征，應使換熱液處于紊流狀態(tài)，流態(tài)形式主要通過雷諾數(shù)Re來進行判斷： Re4000為紊流,Re具體計算過程 （1）確定通過管道的流量Qv(m3/h)、管子公稱直徑和液體特性；根據(jù)公稱直徑，確定管子的內徑Di(m)。 （2）計算管子的斷面面積A(m2)。 （3）計算流速υ(m/s)，υ=Qv/3600A。 （4）計算液體的雷諾數(shù)Re，Re=ρυDi/μ 一般，D32雙U型管路流量取1～2m3/h，流速0.26～0.53m/s，雷諾數(shù)Re 5195~10389,(7) 環(huán)路形式的選擇,各個換熱孔之間有串聯(lián)和并聯(lián)兩種連接方式 串聯(lián)方式：幾個換熱孔之間串聯(lián)成一個流動通道。該種方式主要用于換熱孔深度較淺，單孔換熱量小，單孔進出口溫差小的系統(tǒng)中，如樁基埋管。 并聯(lián)方式：鉆孔間以并聯(lián)形式連接，用于換熱孔深度較深，單孔進出口溫差不太小的系統(tǒng)，為常用方式。 水平連接管的連接方式分為同程式和異程式系統(tǒng)。 同程式系統(tǒng)：傳熱介質流經(jīng)各埋管的流程相同，因此各埋管的流動阻力、流量和換熱量比較均勻。為了保持系統(tǒng)環(huán)路間的水力平衡，在實際工程中多采用同程式系統(tǒng)。,(8) 確定換熱介質,在低緯度南方地區(qū)，由于地下巖土體溫度較高，因此多采用水作為換熱介質。 在中高緯度北方地區(qū)，地下巖土體的溫度較低，冬季取熱工況下，需要加入防凍液?？刹捎玫挠宣}類溶液，如氯化鈣和氯化鈉水溶液；乙二醇水溶液；酒精水溶液等。但以乙二醇水溶液居多。 采用防凍液可增大管內流體與土壤的傳熱溫差，增強換熱，減少換熱孔數(shù)量，但會降低機組的效率，增大運行電費。應慎用。,第二節(jié) 地下?lián)Q熱系統(tǒng)設計 三、監(jiān)測系統(tǒng)（有條件的項目） 1、淺層地下水源熱泵 定期取水樣，對水質進行監(jiān)測； 對抽水井、回灌井的抽灌水量和水位進行監(jiān)測。 2、埋管式地源熱泵系統(tǒng) 埋設溫度傳感器，對地溫場進行長期監(jiān)測,五、熱泵機房及末端系統(tǒng)設計,熱泵機房及末端系統(tǒng)設計 一、機房系統(tǒng) 1、系統(tǒng)配置上 單一系統(tǒng) 對于冷熱負荷差別不大，規(guī)模較小的系統(tǒng) 復合式系統(tǒng) 對于規(guī)模較大的系統(tǒng)，或冷熱負荷相差較大，可能引起冷熱不平衡而造成地溫場持續(xù)升高或降低的項目。 可采用的復合式系統(tǒng)一般有：鍋爐冬季采暖調峰、冷水機組+冷卻塔夏季制冷調峰、冰蓄冷夏季日間制冷調峰。,2、系統(tǒng)的可調控性 系統(tǒng)的可調控性直接關系到系統(tǒng)的節(jié)能性 熱泵機組的臺數(shù)：對于500KW以上的項目，最好選擇2臺或以上，在部分負荷運行時，可以達到節(jié)能，減少大馬拉小車的現(xiàn)象 水泵變頻、或采用二級泵系統(tǒng)、或水泵與熱泵機組聯(lián)動等，可減少水泵的電耗。 3、水源熱泵系統(tǒng)注意除砂 對機組的磨損 對回灌井的堵塞,二、末端系統(tǒng) 1、系統(tǒng)供水溫度 冬季供水溫度一般在45-50℃左右； 夏季供水溫度一般在7 ℃左右 2、適合的末端形式 地板輻射采暖、風機盤管、頂棚輻射等方式，不適合采用散熱器采暖,