地源热泵系统设计及工程指导

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1、地源热泵系统设计及工程实例介绍目　录第一节概述第二节地下换热系统设计第三节热泵机房及末端系统设计第四节工程实例第一节概述本文所指的地源热泵系统包含浅层地下水源热泵系统和地埋管式地源热泵系统；本类系统主要由三部分组成：1、水井、地埋管等地下换热系统安全可靠性、初期投资2、热泵机房系统满足负荷需求节能性3、室内末端系统室内使用效果末端设备末端设备冷凝器蒸发器膨胀水箱循环泵制冷剂液体膨胀阀压缩机制冷剂气体地表室外水井、换热孔t=45~50℃t=50~55℃t=10~15℃t=5~7℃热泵机房系统用户（末端）系统室外换热系统地源热泵系统组成第二节地下换热系统设计一、浅层地下

2、水源热泵系统1、概述形式：同井抽灌、异井抽灌目前的项目多采用异井抽灌适用范围：地下水文地质条件比较好区域的项目设计时应遵循的原则：地下水换热系统应根据水文地质勘察资料进行设计。必须采取可靠的回灌措施，使抽取的地下水能够全部回灌，且不将受污染的水与未受污染的水混采和混灌。地下水的持续出水量应满足水源热泵系统最大吸热量或放热量的要求。(1)收集地质、水文地质资料首先应收集项目地的地质、水文地质资料，结合项目负荷情况以及场地条件，初步判定是否能采用该系统。规模较大、没有水井资料的项目，在设计前应钻试验水井，评价单井的出水能力和回灌能力。2、设计程序及思路地下换热器的负荷与

3、建筑物的供热、制冷及供生活热水的设计负荷有关，其换热量应满足系统正常运行工况时的最大吸热量或最大放热量的要求，计算公式如下：最大放热量Q1=[建筑冷负荷×(1+1/EER)](1)最大吸热量Q2=[建筑热负荷×(1-1/COP)](2)（注：COP为机组制热性能系数，EER为热泵机组制冷性能系数，机组COP值与工况有关，在计算时应考虑地下水温度和末端形式。）得出最大吸热量与最大放热量相当时，应分别计算供热、制冷工况下所需地下水量，并取其大者；当两者相差较大时，根据项目规模，可采用辅助设备调峰解决，使系统更经济合理。(2)计算地下换热器的负荷(3)水量的确定根据供暖制

4、冷工况下，水环路的最大放热量和最大吸热量计算。初步估算流量时的可参照如下公式进行：a、夏季制冷工况下：q1=3600Q1/ρcp(t2-t1)(3)式中：q1为夏季制冷时所需地下水量(m3/h)；Q1为夏季设计工况时换热器最大换热量(kw)，据公式(1)求得；ρ为水的密度(kg/m3)，可取1000kg/m3；cp为水的定压比热容，可取4.18kJ/(kg·℃)；t1为进入机组换热器的地下水温度(℃)；t2为出换热器的地下水温度(℃)。代入值公式简化为：q1=Q1/[1.163(t2-t1)]例　题某建筑夏季总冷负荷500Kw，机组EER为5.0，根据（1）式计算Q

5、1＝500（1+1/5）＝600(Kw)最大需水量计算为(温差为11℃)：q1＝600/（1.163×11）＝46.9(m3/h)该建筑物热泵系统夏季需地下水最大抽水量为46.9m3/h。b、冬季供暖工况下：q2=3600Q2/ρcp(t1-t2)(4)式中：q2为采暖时所需地下水量(m3/h)；Q2为冬季设计工况时需要提取的热量(kw)，据公式(2)求得；ρ为水的密度(kg/m3)，可取1000kg/m3；cp为水的定压比热容，可取4.19kJ/(kg·℃)；t1为进入机组换热器的地下水温度(℃)；t2为出换热器的地下水温度(℃)。代入值公式简化为：q2=Q2/[

6、1.163(t1-t2)]例题：某建筑物冬季热负荷500Kw，机组COP值4.0，根据（2）式计算Q2＝500（1-1/4.0）＝375(Kw)最大需水量计算为(计算温差为7℃)：q2＝375/（1.163×7）＝46.1(m3/h)该建筑物热泵系统冬季需要地下水最大循环量为46.1m3/h。由公式(3)、(4)计算地下水流量，取较大值46.9m3/h作为所需要的地下水流量。(4)井深的选择抽灌水井的深度主要由项目所在地的水文地质条件、取水层位决定；水井的深度一般在100m左右，否则会导钻打井成本的升高。如果地下水位埋深较浅，浅部有较好的含水层，如单层厚度大于5m的

7、粗砂以上地层，也可以减少井深只取上部含水层的水，井深可在50~60m之间。(5)井径和井管井的直径可以为500~800mm，井管直径一般为300~500mm，一开到底。井管可选焊接管或卷焊管，也可选铸铁管，不宜用水泥管，因为其使用寿命短。滤水管可用打孔外缠丝钢管或桥式滤水管。(6)滤水管的位置钻孔后应进行电阻率和自然电位或自然伽玛测井，根据测井曲线解释的含水层位置决定排管方案。一般取水井水位以下15或20m之内不应下滤水管，一是考虑动水位的下降，二是考虑留出潜水泵的长度和位置，避免抽空和进水口距滤水段太近（应大于2m）。井内其它滤水管的位置要视含水层的分布情况而