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PPT内容

这是一个地源热泵空调系统设计培训教程PPT,主要介绍了地热能交换系统简介、水源热泵机组的选择、空调负荷计算、地下换热系统的设计、中央空调水系统设计等内容。

目录
一、地热能交换系统简介
       二、水源热泵机组的选择
       三、空调负荷计算
       四、地下换热系统的设计
       五、中央空调水系统设计
主要的地热能交换系统形式
优点:
 运行及维护费用低
 占地面积较小
 冬季无需辅助热源
 不产生任何污染
 节能效果明显
缺点:
 初投资费用稍高
优点:
 运行及维护费用低
 无需占用土地
 室外施工费用低
 冬季无需辅助热源
 不产生任何污染
缺点:
 需临近较大面积水域
 系统效率低于其他方式
优点:
 运行及维护费用低
 室外施工费用较低
 冬季无需辅助热源
 无需占地,受建筑周围环境影响小
不产生任何污染
换热效率高,节能效果明显
缺点:
打井受政策限制
系统易受地下水源状况影响
EK水(地)源热泵机组型式
EKSC水源螺杆机组
特点及适用场合
     单机冷量大,效率高,可以分段调节或无级调节,可用于夏季制冷冬季制热。适用于影剧院、酒店、办公楼、商场等大型场所.。
EKWD水-水机组 
  特点及适用场合
           机组主要优点是结构紧凑、体积小、重量轻、运行平稳、管理方便.而且采用??榛杓?,可以进行自动增卸载调节能量。
             具有热回收功能,可提供免费生活热水。
             其全热回收型机组,
具有制冷,制热,制冷+热水,
制热+热水,热水五种模式,
真正“一机三用”功能。
EKWS/WH水-风机组
空调负荷估算指标
(3) 水量的确定
    根据供暖制冷工况下,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
    Q1=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/ρ cp (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/[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?! ?br />   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?!?br /> 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定,一般选井内较厚的、颗粒较粗的2~3层为主力水层。粉细砂和较薄的水层(1~2m)不宜保留,以免造成出砂等后患。
专用的回灌井应下有回扬泵,其它要求同抽水井。
(7) 井数的考虑
要用较少的井完成需要的取水量,单井的出水能力以5m降深考虑。由系统所需最大水量除以单井出水量得到抽水井数。
回灌井数量应根据各地水文地质条件确定,一般应等于或多于抽水井数量。
根据水源热泵供暖的特点,可以采用适当提高利用温差的方法减少地下水的用量。提高利用温差的方法有多机组串联用水和单机混水法或板换隔离法。
优点:
  (1)不依赖地下水,适应区比较广。
  (2)该系统不抽取地下水,不干扰地下水管理。
  (3)换热层位多,适用范围大,热储量较大。
  (4)系统运行维护工作少。
缺点:
  (1)通过管壁传导换热,而管内外的温差一般不大,因此,需要较大的换热面积,从而造成系统初投资较大。
  (2)随着机组负荷的变化,管中水的温度不稳定,造成工况不稳定和热量损失,在极端天气条件下机组的性能系数较低。
  (3)与地下水换热系统比运行费用稍高?! ?br /> (1) 工程勘查,地层热物性测试
在系统的设计初期,应对工程场地进行工程地质勘查,包括岩土体热物性、岩土体温度随深度和季节的变化、地下水分布情况及动态特征、冻土层厚度的勘查。
如项目所在地区有岩土体热物性参数时,可直接应用,否则应采用现场热响应法进行测试。
(2) 计算地下换热器的负荷
负荷与建筑物的供热、制冷及供生活热水的设计负荷及系统运行所需要的能量负荷有关?;蝗绕鞯幕蝗攘坑β阆低痴T诵泄た鍪钡淖畲笪攘炕蜃畲蠓湃攘康囊?,计算公式同(1)、(2)。
地埋管换热器需要5~10℃的换热温差,冬季取热时管内液体的平均温度比地层温度低5~10℃,夏天可高10~20℃,以管内设计温度确定机组的COP值。
计算得出最大吸热量与最大释热量相当时,应分别计算供热、制冷工况下换热器埋管的长度,并取其大者;当两者相差较大时,根据项目规模,宜采用辅助设备调峰解决,使系统更经济合理。
(3) 地埋管换热器埋管形式的选择
埋管形式可以分为如下几种:
水平埋管
垂直埋管
单U型
双U型(比单U提高15%的换热量)
垂直埋管布孔形式
等间距布孔(正方形布孔)
梅花型布孔(等边三角形布孔)
(4) 埋管长度的确定
根据计算的负荷、岩土层热物性参数、所选的地理管形式及热泵参数,通过软件模拟的方法,计算得出埋管总长度。
目前实际工程中,常利用单位埋管深度的换热量来计算换热管的长度,一般垂直埋管的单位深度换热量为30~70W/m(利用温差为10~15℃)之间,放热大于吸热。该数据需要通过热响应测试获得?!?br /> 埋管长度可按如下公式计算:
     L=1000Qmax/ql        (5)
 式中:L为埋管换热器总长(m);
        ql为最大利用温差的每米换热功率(W/m),一般由接近实际工况的现场换热试验取得;
    Qmax为夏季向埋管换热器排放的最大功率与冬季从埋管换热器吸收的最大功率中的较大值(KW)
上述计算地埋管换热器管长的方法,适用于最大吸热量与最大放热量相差不大的工程,设计长度选两者中较大的。
如两者相差较大,宜用较小值确定管道的长度,两者相差的负荷采用辅助设备的方式解决,如增加冷却塔或辅助热源。这样一方面减少工程量,降低初投资;另一方面也可减少因吸热与放热不平衡引起岩土体温度的持续变化的可能性。
(5) 孔深、孔径、孔数、孔间距的确定
换热孔深度的确定:
结合现场的地质条件与钻机的经济钻进深度,一般基岩地层钻进深度不超过120米,第四系地层一般不超过150米。
结合现场可布设换热孔的面积,面积大则选择的余地大,面积小则选择的余地小。
换热孔直径的确定: 
结合现场的地质条件,一般第四系地层,尤其是粘土含量大、缩径严重地层换热孔的直径会比较大;一般基岩地层换热孔的孔径相对较小。
结合布管形式,一般双U型比单U型的孔径大。
第四系地层一般在180~300mm之间,基岩地层一般在100-180之间。
(6) 确定流速
加大流速可以增强换热,但过快的流速会增大管道沿程阻力损失,增大水泵的用电消耗。
根据地埋管换热器的布置形式和采用的换热液特征,应使换热液处于紊流状态,流态形式主要通过雷诺数Re来进行判断:
Re<2000为层流
2000<Re<4000为从层流到紊流的过渡态
Re>4000为紊流
(7) 环路形式的选择
各个换热孔之间有串联和并联两种连接方式
串联方式:几个换热孔之间串联成一个流动通道。该种方式主要用于换热孔深度较浅,单孔换热量小,单孔进出口温差小的系统中,如桩基埋管。
并联方式:钻孔间以并联形式连接,用于换热孔深度较深,单孔进出口温差不太小的系统,为常用方式。
水平连接管的连接方式分为同程式和异程式系统。
同程式系统:传热介质流经各埋管的流程相同,因此各埋管的流动阻力、流量和换热量比较均匀。为了保持系统环路间的水力平衡,在实际工程中多采用同程式系统。
(8) 确定换热介质
在低纬度南方地区,由于地下岩土体温度较高,因此多采用水作为换热介质。
在中高纬度北方地区,地下岩土体的温度较低,冬季取热工况下,需要加入防冻液??刹捎玫挠醒卫嗳芤?,如氯化钙和氯化钠水溶液;乙二醇水溶液;酒精水溶液等。但以乙二醇水溶液居多。
采用防冻液可增大管内流体与土壤的传热温差,增强换热,减少换热孔数量,但会降低机组的效率,增大运行电费。应慎用。
 

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