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金航住宅小区地源热泵空调设计方案陕西沃特环境工程有限公司2013 年 03 月一、概况1. 项目概况本工程位于兴平市,总建筑面积40000m2;工程空调系统拟采用如下方案系统:方案一:土壤源热泵系统。方案二:分体空调系统+地辐热供暖。同时,我们本着“配置合理、满足需要、安全节约、操作简便”的原则为客户量身订制 合适的中央空调系统。2. 方案设计范围本方案设计范围为地源热泵空调主机选型,根据现场地质结构,及实际测量的土壤温度, 由于没有具体的热响应试验,地下岩土换热性能及每延米换热量为类似项目及根据地质勘探 报告估算的数据,因此本设计方案仅为估算,待经过详细热响应试验后再确定具体的埋管井 数及需要的地埋管长度。二、设计原则及设计依据1. 设计原则1.1 贯彻执行国家基本建设的方针政策,使设计做的切合实际,技术先进,经济合理,安 全舒适。1.2 结合现行国家能源政策民用建筑节能管理规定、中华人民共和国节约能源法、中 华人民共和国可再生能源法。1.3 遵循国家的能源政策,力求为业主提供一个安全、健康、环保、节能的优质工程。1.4 精心设计,节约建设投资,降低运行费用,减小风险,为业主提供性价比最好、运行 费用合理的空调系统。2. 设计依据2.1 有关设计标准公共建筑节能设计标准GB50189 2005地源热泵系统工程技术规范GB50366 2005采暖通风与空气调节设计规范GB50019-2003 空气调节设计手册2.2 室外主要设计气象参数:夏季:大气压力:959.2hPa,空气调节室外计算湿球温度:26C,空气调节室外计算干球温度为35.2C,空气调节室外计算日平均温度30.7C,冬季:大气压力:978.7hPa,空气调节室外计算干球温度-8C, 空气调节室外计算相对湿度 67%3. 空调区域及其设计条件房间名称室内温度(C)相对湿度()室内风速(m/s)新风量(m3/h.人)夏季冬季夏季冬季住宅26218265/22干粘土 (粘土沙子)0.450.22200016湿淤泥(松散砂)0.740.25160022干淤泥(沙子淤泥)0.300.121440184)地下水的流动:地下水的渗流对大地的热传递有明显的效果。实际上,大地的地质构造很 复杂,存在着松散的粘土层、砂层、沉积岩层、空气和水层等。由于地球构造运动,各岩层 又出现褶皱、倾斜、断裂现象。降雨渗入土质层,在重力作用下,向更深层运动,最后停留 在不透水层。地下水在空隙中流动以形成渗流,水的流动不但能传导传热并且又能对流传热。 若地下水渗流流速大于8 mm/h时,就可按水的传热来计算。3. 换热器地埋管的选材(1) 管材的选择常用的塑料管UPVC、PB、PP-R、PEX、ABC、PVC、PE、HDPE中,地埋管换热器采用HDPE管。选用的HDPE管材要具备以下要求:a 耐腐蚀性能好:高密度聚乙烯HDPE管,耐化学介质的腐蚀,无电化学腐蚀,保证地耦管使用50年以上;b 良好的柔性、延展性:高密度聚乙烯HDPE管,其断裂伸长率一般超过35%;c 流体阻力小:高密度聚乙烯HDPE管内壁光滑,绝对粗糙度K值不超过0.01mm,使壁内不易结垢,流体磨擦阻力小;d 优良的挠屈性:高密度聚乙烯HDPE管小于巾50的较长的管可盘卷供应,减少接头;e 较好的耐冲击性:高密度聚乙烯HDPE管耐冲击强度高,不易破裂;f 导热系数高:高密度聚乙烯HDPE管导热系数大于0.42W/MCg 良好的施工性能:高密度聚乙烯 HDPE 管管质轻,焊接工艺简单,焊接接口的抗拉强度和爆破强度均高于管材 本身,施工方便。一般来讲,一旦将换热器埋入地下后,基本不可能进行维修或更换,这就要求保证埋入 地下管材的化学性质稳定并且耐腐蚀。常规空调系统中使用的金属管材在这方面存在严重不 足,且需要埋入地下的管道的数量较多,应该优先考虑使用价格较低的管材。所以,土壤源 热泵系统中一般采用塑料管材。目前最常用的是聚乙烯(PE)和聚丁烯(PB)管材,它们可 以弯曲或热熔形成更牢固的形状,可以保证使用50年以上;而PVC管材由于不易弯曲,接 头处耐压能力差,容易导致泄漏,因此,不推荐用于地下埋管系统。(2)管径的选择 在管流量部分,在工程中管径的选择既能使管道保持最小的输送功率,又能够使管道内保持 紊流,提高循环液体和管道内壁之间的放热系数。选择管径时必须满足几个原则:一是管道 要大到足够保持泵最小输送功率,减少运行费用;二是管道要小到足够使管道内保持紊流以 保证循环液体和管内壁之间的传热;三是系统环路的长度不要过长。地耦管的管径选择要考虑到按 U 型管的所需长度,成盘供应,以减少埋管接头数量,所 需管件能低价供应,降低工程成本。所以目前采用较多的地耦管直径为PE100-SDR11-巾35。一般并联环路用小管径,集管用大管径,地下热交换器埋管常用管径有20mm、25mm、32mm、 40mm、50mm,管内流速控制在1.22m/s以下,对更大管径的管道,管内流速控制在2.44m/s 以下或一般把各管段压力损失控制在4mH 20/100m当量长度以下。4. 地埋管管内流体流量的确定地埋管管内流体流量的增大,有利于增强流体与管壁之间的换热,提高换热量,但换热 量的增加并不完全与流体流量的增加成正比,流体流量的增加不但导致换热器进出液温差减 小,而且加大了循环泵的功率。流量减小到能使管内保持紊流,以保证流体和管壁之间的传 热量。不同地区地埋管内的工作流体有异,在我国南方,采暖期比较短、制冷期长,一般多注 入软化水作为工作流体;而在我国北方,采暖期较长,地下埋管进水温度一般低于0C,因 此在循环系统中使用 20的乙二醇溶液,此系统采用 20的乙二醇溶液。5. 换热器系统的循环泵因为水流处于层流状态,传热会恶化,甚至由于水流速度慢,会出现气塞现象,气塞会 造成水力不平衡。而在紊流状态下,再增加流速不会对传热带来更大改善。因此要对地埋管 换热器系统作分析,计算最不利环路所得的管道压力损失,加上热泵机组以及系统内其他部 件的压力损失,确定水泵的流量与量程,选择能满足循环要求的水泵的型号,确定水泵台数。七、地下埋管系统设计1. 地热负荷计算:地热负荷与地热换热器的设计有关,地热负荷是释放到地下的热量(供冷方式)或从地 下吸收的热量(供热方式)。计算如下:
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