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4 3、地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計4.3 2 全年冷、熱負(fù)荷平衡失調(diào)。將導(dǎo)致地埋管區(qū)域巖土體溫度持續(xù)升高或降低.從而影響地埋管換熱器的換熱性能 降低地埋管換熱系統(tǒng)的運(yùn)行效率、因此 地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)考慮全年冷熱負(fù)荷的影響 4。3,3.地源熱泵系統(tǒng)最大釋熱量與建筑設(shè)計冷負(fù)荷相對應(yīng)，包括，各空調(diào)分區(qū)內(nèi)水源熱泵機(jī)組釋放到循環(huán)水中的熱量 空調(diào)負(fù)荷和機(jī)組壓縮機(jī)耗功 循環(huán)水在輸送過程中得到的熱量。水泵釋放到循環(huán)水中的熱量 將上述三項熱量相加就可得到供冷工況下釋放到循環(huán)水的總熱量。即,最大釋熱量。空調(diào)分區(qū)冷負(fù)荷、1,1，EER.輸送過程得熱量。水泵釋放熱量 地源熱泵系統(tǒng)最大吸熱量與建筑設(shè)計熱負(fù)荷相對應(yīng)，包括.各空調(diào)分區(qū)內(nèi)熱泵機(jī)組從循環(huán)水中的吸熱量、空調(diào)熱負(fù)荷,并扣除機(jī)組壓縮機(jī)耗功。循環(huán)水在輸送過程失去的熱量并扣除水泵釋放到循環(huán)水中的熱量、將上述前二項熱量相加并扣除第三項就可得到供熱工況下循環(huán)水的總吸熱量，即,最大吸熱量、空調(diào)分區(qū)熱負(fù)荷 1，1。COP。輸送過程失熱量、水泵釋放熱量，最大吸熱量和最大釋熱量相差不大的工程.應(yīng)分別計算供熱與供冷工況下地埋管換熱器的長度。取其大者。確定地埋管換熱器，當(dāng)兩者相差較大時，宜通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 采用輔助散熱,增加冷卻塔?；蜉o助供熱的方式來解決 一方面經(jīng)濟(jì)性較好 同時.也可避免因吸熱與釋熱不平衡引起巖土體溫度的降低或升高、4，3。4 地埋管換熱器有水平和豎直兩種埋管方式，當(dāng)可利用地表面積較大.淺層巖土體的溫度及熱物性受氣候，雨水 埋設(shè)深度影響較小時。宜采用水平地埋管換熱器，否則,宜采用豎直地埋管換熱器,圖1為常見的水平地埋管換熱器形式、圖2為新近開發(fā)的水平地埋管換熱器形式、圖3為豎直地埋管換熱器形式,在沒有合適的室外用地時。豎直地埋管換熱器還可以利用建筑物的混凝土基樁埋設(shè),即將U形管捆扎在基樁的鋼筋網(wǎng)架上,然后澆灌混凝土、使U形管固定在基樁內(nèi)、圖1 幾種常見的水平地埋管換熱器形式。a、單或雙環(huán)路。b、雙或四環(huán)路,c,三或六環(huán)路圖2 幾種新近開發(fā)的水平地埋管換熱器形式 a，垂直排圈式，b 水平排圈式。c.水平螺旋式圖3,豎直地埋管換熱器形式,a 單U形管 b.雙U形管、c 小直徑螺旋盤管，d，大直徑螺旋盤管,e，立柱狀。f，蜘蛛狀、g，套管式4、3 5,地埋管換熱器設(shè)計計算是地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計所特有的內(nèi)容,由于地埋管換熱器換熱效果受巖土體熱物性及地下水流動情況等地質(zhì)條件影響非常大。使得不同地區(qū)、甚至同一地區(qū)不同區(qū)域巖土體的換熱特性差別都很大，為保證地埋管換熱器設(shè)計符合實際.滿足使用要求 通常,設(shè)計前需要對現(xiàn)場巖土體熱物性進(jìn)行測定，并根據(jù)實測數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，此外建筑物全年動態(tài)負(fù)荷，巖土體溫度的變化,地埋管及傳熱介質(zhì)特性等因素都會影響地埋管換熱器的換熱效果 因此 考慮地埋管換熱器設(shè)計計算的特殊性及復(fù)雜性,宜采用專用軟件進(jìn)行計算 該軟件應(yīng)具有以下功能。1、能計算或輸入建筑物全年動態(tài)負(fù)荷 2。能計算當(dāng)?shù)貛r土體平均溫度及地表溫度波幅,3.能模擬巖土體與換熱管間的熱傳遞及巖土體長期儲熱效果,4 能計算巖土體.傳熱介質(zhì)及換熱管的熱物性 5、能對所設(shè)計系統(tǒng)的地埋管換熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬、如鉆孔直徑.換熱器類型.灌漿情況等，目前，在國際上比較認(rèn)可的地埋管換熱器的計算核心為瑞典隆德大學(xué)開發(fā)的g,functions算法，根據(jù)程序界面的不同主要有。瑞典隆德Lund大學(xué)開發(fā)的EED程序、美國威斯康星Wiseon sin Madison大學(xué)Solar、Energy實驗室，SEL,開發(fā)的TRNSYS程序 美國俄克拉何馬州Oklahoma大學(xué)開發(fā)的GLHEPRO程序,在國內(nèi)。許多大專院校也曾對地埋管換熱器的計算進(jìn)行過研究并編制了計算軟件，4。3.5A。利用巖土熱響應(yīng)試驗進(jìn)行地埋管換熱器的設(shè)計。是將巖土綜合熱物性參數(shù)。巖土初始平均溫度和空調(diào)冷熱負(fù)荷輸入專業(yè)軟件。在夏季工況和冬季工況運(yùn)行條件下進(jìn)行動態(tài)耦合計算 通過控制地埋管換熱器夏季運(yùn)行期間出口最高溫度和冬季運(yùn)行期間進(jìn)口最低溫度，進(jìn)行地埋管換熱器的設(shè)計，條文中對冬夏運(yùn)行期間地埋管換熱器進(jìn)出口溫度的規(guī)定 是出于對地源熱泵系統(tǒng)節(jié)能性的考慮.同時保證熱泵機(jī)組的安全運(yùn)行,在夏季。如果地埋管換熱器出口溫度高于33,地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行工況與常規(guī)的冷卻塔相當(dāng)，無法充分體現(xiàn)地源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能性 在冬季,制定地埋管換熱器出口溫度限值，是為了防止溫度過低、機(jī)組結(jié)冰,系統(tǒng)能效比降低,為了便于設(shè)計人員采用 本條文分別規(guī)定了冬夏期間地埋管換熱器進(jìn)出口溫度的限值，通常地埋管地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計時進(jìn)出口溫度限值的的確定.還應(yīng)考慮對全年運(yùn)行能效的影響，在對有利于提高冬夏全年運(yùn)行能效和節(jié)能量的條件下 夏季運(yùn)行期間地埋管換熱器出口溫度和冬季運(yùn)行地埋管換熱器進(jìn)口溫度可做適當(dāng)調(diào)整，4,3.6。引自加拿大地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計安裝標(biāo)準(zhǔn)。Design，and、In.stallation。of。Earth，Energy，Systems，for，Commercial.and Institu、tional.Buildings、CAN、CSA、C448、1。4.3 8，為避免換熱短路，鉆孔間距應(yīng)通過計算確定。巖土體吸。釋熱量平衡時，宜取小值,反之.宜取大值 4，3、9、目的為確保系統(tǒng)及時排氣和加強(qiáng)換熱 地埋管換熱器內(nèi)管道推薦流速。雙U形埋管不宜小于0、4m。s，單U形埋管不宜小于0、6m、s。4，3.10,利于水力平衡及降低壓力損失，供.回水環(huán)路集管的間距不小于0,6m。是為了減少供回水管間的熱傳遞 4 3.11。地埋管換熱器遠(yuǎn)離水井及室外排水設(shè)施.是為了減少水井及室外排水設(shè)施的影響 靠近機(jī)房或以機(jī)房為中心設(shè)置是為了縮短供 回水集管的長度。4、3,12，目的在于增加系統(tǒng)的安全性?？煽啃?便于系統(tǒng)充液,一般在分水器或集水器上預(yù)留充液管 連接地埋管換熱器系統(tǒng)的室內(nèi)送.回液聯(lián)管上要安裝閉式膨脹箱,充放液設(shè)施、壓力表、溫度計等基本儀器與部件,4，3、13，保證地下埋管的導(dǎo)熱效果，但對于地質(zhì)情況多為巖石的區(qū)域 回填料導(dǎo)熱系數(shù)可低于巖土體導(dǎo)熱系數(shù),4 3。14。傳熱介質(zhì)不同，其摩擦阻力也不同,水力計算應(yīng)按選用的傳熱介質(zhì)的水力特性進(jìn)行計算、國內(nèi)已有塑料管比摩阻均是針對水而言。對添加防凍劑的水溶液。目前尚無相應(yīng)數(shù)據(jù)。為此、地埋管壓力損失可參照以下方法進(jìn)行計算。該方法引自,地源熱泵工程技術(shù)指南。Ground source heat pump engineer。ing manual.1 確定管內(nèi)流體的流量,公稱直徑和流體特性.2,根據(jù)公稱直徑,確定地埋管的內(nèi)徑、3、計算地埋管的斷面面積A 式中、A,地埋管的斷面面積，m2。dj，地埋管的內(nèi)徑，m 4、計算管內(nèi)流體的流速V,式中，V,管內(nèi)流體的流速、m s、G 管內(nèi)流體的流量,m3。h 5，計算管內(nèi)流體的雷諾數(shù)Re Re應(yīng)該大于2300以確保紊流,式中，Re 管內(nèi)流體的雷諾數(shù)。ρ.管內(nèi)流體的密度。kg。m3 μ.管內(nèi)流體的動力黏度,N。s，m2 6。計算管段的沿程阻力Py，式中,Py。計算管段的沿程阻力,Pa、Pd、計算管段單位管長的沿程阻力 Pa。m L.計算管段的長度。m,7、計算管段的局部阻力Pj,式中,Pj，計算管段的局部阻力 Pa。Lj。計算管段管件的當(dāng)量長度 m、管件的當(dāng)量長度可按表1計算。表1。管件當(dāng)量長度表。8、計算管段的總阻力Pz。式中。Pz,計算管段的總阻力,Pa 4,3、15 地埋管換熱系統(tǒng)根據(jù)建筑負(fù)荷變化進(jìn)行流量調(diào)節(jié).可以節(jié)省運(yùn)行電耗。4 3 17。目的在于防止地埋管換熱系統(tǒng)堵塞。