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土壤源热泵空调系统的设计方法

浏览次数: 日期:2014-03-14

土壤源热泵空调系统的设计方法
1、土壤源热泵空调系统的组成
  主要由地源热泵空调机组、土壤源热泵换热器、循环水泵、末端装置、管路系统及相关附件组成。
2、土壤源热泵空调系统
  土壤源热泵空调系统,就是在地下埋设管道作为换热器,管道与热泵机组连接形成闭式环路,管道中有液体流动通过循环将热泵机组的凝结热通过管道散入地下(供冷工况),或从大地吸取热量供给热泵机组向建筑物供热(供热工况)。土壤源热泵空调系统设计的主要部分为土壤源热泵换热器的设计,故下文就以换热器的设计进行展开。
3、竖直埋管换热器型式及设计要点
⑴、竖直埋管换热器型式
  土壤源热泵换热器有多种型式,按埋管方式分水平埋管、竖直埋管、螺旋埋管等。这三种埋管型式各有自身的特点和应用环境。在国内采用竖直埋管更显示出其优越性:节约用地面积,换热性能好,可安装在建筑物基础、道路、地、广场、操场等下面而不影响上部的使用功能,甚至可在建筑物桩基中设置埋管,见缝插针充分利用可利用的土地面积。地下热交换器中流体流动的回路形式有串联和并联两种,串联系统管径较大,管道费用较高,并且长度压降特性限制了系统能力。并联系统管径较小,管道费用较低,且常常布置成同程式,当每个并联环路之间流量平衡时,其换热量相同,其压降特性有利于提高系统能力。因此,实际工程一般都采用并联同程式。结合上文,即常采用U型管并联同程的热交换器型式。最常用的竖直埋管换热器型式就是由垂直埋入地下的U型管并联同程的热交换器型式。

⑵、竖直埋管深度
  竖直埋管可深可浅,须根据当地地质条件而定,如20m、30m ……直到200m以下。确定深度应综合考虑占地面积、钻孔设备、钻孔成本和工程规模,热传导效果等。例如天津地区地表土壤层很厚,钻孔费用相对便宜,宜采用较深的竖直埋管,因深埋管的成本低、换热性能好、并可节约用地。但据相关研究表明:U型管的换热主要是在进水支管内完成的,随着钻孔深度的增加,出水支管引起的温升降低,支管间的热短路加剧。因此在满足工作功率的前提下,缩短钻孔深度不但能降低成本,还可以减少热短路的影响。因此建议钻孔深度不超过150米为宜。

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