水地源熱泵施工要點

1.設計地源熱泵空調系統設計。
1.水平和垂直埋管。
2.地下換熱器設計。
串聯方式
單流通路，空氣容易排除大直徑管道，換熱量大，但成本高，適用于小型系統。
并聯方式
管徑小，成本低，設計安裝必須注意保持較高的流體流量，以充分消除空氣應同時設計，并聯管道長度相同。
垂直U型埋管并聯系統實例。
了解埋管材料。
不同土質對換熱的影響。
密度越大，導熱系數越大。
3.埋管管徑。
兩個要求：
滿足換熱量(管徑大)的要求
保持管道內紊流，保證流體和管道傳熱。
一般并聯環路用小管徑，集管用大管徑。
常用管徑有：20/25/32/40/50mm。
管內流速控制在1.22m/s以下，對于大管徑(DN5以上)，流速為0.44m/s。
間距：
目的：防止埋管間熱干擾。
工程規模小，埋管單排布置，間隙運行，間距3.0m；
工程規模大，間隙運行，U型垂直埋管間距一般為4.5m；
連續運行，多排埋管布置，間距6m。
4.確定埋管形式。
類型:單U型管和雙U型管。
工程規模小，建議采用單U埋管。
工程規模大，埋管面積不足，建議采用雙U埋管。
埋管深度：
水平埋管
單層管最好埋深為0.8~1.0m。
雙層管最好埋深為1.2~1.9m。
應埋在當地凍土深度以下。
適用于間隙。
垂直埋管
鉆井60m內井深成本低；
普通承壓塑料管可在井深80m內使用，大于80m，需要高壓塑料管(1.6~2.0mpa)，成本大大增加。
井深50m比井深100米低30~50%。
淺埋(≤30m)，中埋(31~80m)，深埋(≥80m)，中埋是最常見的選擇。
確定埋管所需的主管長度。
經驗數據：
垂直埋管70~110W/m(井深，對U型管)，或35~55W/m長。
水平埋管采用20~40W/m管長。
主要問題及解決方案。
南方夏季冷負荷遠大于冬季熱負荷，若采用地源熱泵，將造成兩個問題：
土壤熱不平衡，長期運行系統效果較差。
夏季冷負荷導致地熱換熱器投資巨大。
解決方法
冬季熱負荷的120%設計了土壤換熱量。
冷卻塔用于散熱。
5.確定換熱器換熱量。
冬夏地下換熱量按建筑物冷熱負荷計算。
6.計算管道壓力損失。
各管段壓力損失為30~50KPa/100。
最大不超過50KPa/100m。
表格可以查看沿程阻力和局部阻力值。
水泵消耗功率P與熱泵容量名稱冷噸之比控制在50~75W/冷噸(14.2~21.3W/kW。
7.檢查管道的承壓能力。
閉式系統承受最大壓力P。
P=P0+gh+0.5ph。
P0大氣壓Pa。
流體密度，kg/m3。
g重力加速，9.8m/s2。
h地下埋管最低點與閉式循環最高點高度差，m。
Ph水泵揚程Pa。
對于埋管50m、水泵揚程40m的系統，最大壓力為0.76MPa。
設計舉例
上海某住宅空調面積212m2。
計算空調冷熱負荷，考慮房間同時使用系數，總冷負荷25kW，總熱負荷17kW。
設備能效比按3.5計算，夏季向土壤排放熱量=25*(1+1/3.5)=32kW。
1)確定管道及埋管管徑。
PE63(SDR11)選用并聯環路管徑DN20，取溫差為10度，單回路流量=0.045*32*3.6/10/2=0.26m3/h。
DN25、DN32、DN40、DN5032、DN40、DN50(見布置圖)
2)確定豎井結構。
根據保守最小數據35W/m管長。
埋管總長度L=32000/35=914m。
確定豎井的數量和間距。
取井深50m，井數N=914/2/50=9.14。
取整數10個，豎井間距4.5m。
3)計算壓力損失。
各管道并聯布置，根據流量檢查阻力表，計算任何管段總壓力損失為40kPa。
計算熱泵機組的水阻。其它設備的阻力，選擇的泵揚程為15mH2O。
4)檢查管道承壓能力。
P=P0+gh+0.500*9.8*50+0.5*15=668959Pa。
(約0.7MPa)在PE額定承壓能力內。
總結
埋管換熱系統的設計應包括在內。
設計依據及計算方法。
埋管方法.埋管長度及埋管間距。
垂直埋管鉆孔分布.數量.深度.孔徑及間距。
水平埋管溝槽分布.寬度.深度及管道間距。
換熱器及集管規格.材料。
換熱器環路及系統布置圖。
傳熱介質.防凍液及防凍溫度。
注：能量樁名詞解釋。
能量樁：通過在預制鋼筋混凝土方樁中埋設各種形狀的管式換熱器裝置。擋土支撐。在基礎加固的同時，可以進行淺低溫地熱能轉換，直接將管式換熱器埋在樁基和地源熱泵預成孔中。這將縮短施工周期，節省施工成本，更有效地利用建筑底板下的面積。
二、地表水/地下水形式地源熱泵系統設計。
各種水源
熱源井設計應符合當地水管部門的要求，設計單位應具備水文地質勘察資質。
熱源井設計應符合GB50296《供水管井技術規范》
1.必要的水源條件。
可用水量是否滿足(井出水量)
水源溫度是否滿足。
水源回灌是否順利(水井回灌)
注:1)出。回水井輪流使用，提高使用壽命。
2)單井回灌時地下水要求十分豐富。
2.實際設計條件-水溫條件。
室內循環水溫差為5℃。
不同的換熱器和井水可以用來換熱，具體溫差取決于實際情況(大溫差小流量，盡量減少地下水提取.回灌)
例:井水溫度為16℃。
制冷時：溫差可達16℃16-32℃。
加熱時：溫差可達11℃16-5℃。
3.經驗數據。
井水設計與施工的幾個重要參數：
井水溫度：15~30℃。
井距50~70m，井深應保證水溫。
水質條件為水環水量的50%~100%。
取水井和回灌井的數量不得小于1:1。
水量衰減：三年衰減20%
地面沉降：三年內5mm。
取井量=主機總熱量*0.75/單井取熱量。
標準井孔直徑800mm，井管直徑500mm，深85m，循環水量100T/H，水溫10~20℃，取水溫差5℃，取熱能力580kW。
4.水源熱泵中央空調系統的應用條件。
5.計算實際設計條件-水量。
制冷時需要水量：溫差.冷量→水量。
加熱時需要水量：溫差.熱量→水量。
提取最大可用溫差。
對所需水量(高峰用量)提出最低要求
6.水質。
7.地表水源取水。
地下水源取水。
8.地下水處理。
9.地下水回灌。
目的-熱能再生再利用，保護水資源，穩定地質結構。
條件-取決于含水層的滲透性。
水質標準(建議達到下表)
回灌類型-無壓(回流).負壓(真空).加壓(正壓)。
回灌指標
3.埋地管系統施工工藝(以下工藝及作業圖片，僅供參考，僅供參考，不對作業水平進行評價)
鉆孔施工工藝。
1.1鉆孔前的準備工作。
1.1.1.1在施工前了解并確定土壤地質條件。
1.1.2確定地下綜合管道的分布和設置，并做好明顯的標記。
1.1.3平整土地，根據埋管施工圖，用白灰標明具體鉆孔位置和主管坑位置。
1.1.4確定鉆孔支架的搭設位置。
1.1.5確定鉆孔機械的電源容量和供應情況。
1.1.6向鉆孔現場提供水源。
1.2工程鉆孔。
1.2.1.根據工程情況確定鉆孔位置，鉆孔直徑不小于150mm。鉆孔深度以設計要求為準。
1.2.2.每次鉆孔前，必須組裝套管。鉆孔后，套管應盡快放入鉆孔中，套管應立即充滿水，防止孔內積水使套管從孔底浮起，達不到預定埋深。
1.2.3在泥漿或空氣中旋轉鉆孔。