地源热泵地埋部分设计
（一）管材选择及流体介质
一、管材
一般来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性。
1、聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）在国外地源热泵系统中得到了广泛
应用。
2、PVC（聚氯乙烯）管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接头处
耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用PVC 管。
3、为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用薄壁（0.5mm）的不
锈钢钢管，但目前实际应用不多。
4、管件公称压力不得小于1.0Mpa，工作温度应在-20℃～50℃范围内。
5、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择。
6、地埋管应能按设计要求长度成捆供应，中间不得有机械接口及金
属接头。
二、连接
1、热熔联接（承接联接和对接联接，对于小管径常采用）
2、电熔联结
三、流体介质及回填料
流体介质
南方地区：由于地温高，冬季地下埋管进水温度在0℃以上，因此多采用水作为工作流体；
北方地区：冬季地温低，地下埋管进水温度一般均低于0℃，因此一般均需使用防冻液。
（①盐类溶液——氯化钙和氯化钠水溶液；②乙二醇水溶液；③酒精
水溶液等）。
埋管水温：
1、热泵机组夏季向末端系统供冷水，设计供回水温度为7—12℃，与
普通冷水机组相同。地埋管中循环水进入U管的最高温度应<37℃，
与冷却塔进水温度相同。
2、热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同，在满足供热
条件下，应尽量减低供热水温度，这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提高cop值，并降低能耗。地埋管中循环水冬季进水温度，以水不冻结并留安全余地为好，可取3—4℃。当然为了使地埋管换热器获得更多热量，可加大循环水与大地间温差传热，然而大地的温度是不变的，因此只有将循环水温降至0℃以下，为此循环水必须使用防冻液，如乙二醇溶液或食盐水。但这样会提高工程造价、增加对设备的腐蚀。在严寒地区不得不这样做，而在华北地区的工程中用水就可满足要求，不一定要加防冻液。
地温是恒定值，可通过测井实测。有关资料介绍某地地下约100米的地温是当地年平均气温加4℃左右。天津市年平均气温是12.2℃，实测天津市地下约100米的地温约为16℃，基本符合以上规律。
回填材料
可以选用浇铸混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料选择要
兼顾工程造价、传热性能、施工方便等因素。从实际测试比较浇
铸混凝土换热性能最好，但造价高、施工难度大，但可结合建筑
物桩基一起施工。回填沙石或碎石换热效果比较好，而且施工容
易、造价低，可广泛采用。
（二）埋管系统环路
一、埋管方式
1、水平埋管
水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管等形式，由于多层埋管的下层管处于一个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。（单层管最佳深度1.2～2.0m，双层管1.6～2.4m）
近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，一种是扁平曲线状管，另一种是螺旋状管。它们的优点是使地沟长度缩短，而可埋设的管子长度增加。
2 、垂直埋管
根据埋管形式的不同，一般有单U 形管，双U 形管，套管式管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，立式柱状管、蜘蛛状管等形式；按埋设深度不同分为浅埋（≤30m）、中埋（31～80m）和深埋（>80m）。
1）U 形管型：是在钻孔的管井内安装U 形管，一般管井直径为100～150mm，井深10~200m，U 形管径一般在φ50mm 以下。
2）套管式换热器：的外管直径一般为100～200mm，内管为φ15～φ25ｍｍ。其换热效率较U 形管提高16.7%。缺点：⑴下管比较困难，初投资比U 形管高。⑵在套管端部与内管进、出水连接处不好处理，易泄漏，因此适用于深度≤30m 的竖埋直管，对中埋采用此种形式宜慎重。
二、地下埋管系统环路方式
1、串联方式
优点：①一个回路具有单一流通通路，管内积存的空气容易排出；
②串联方式一般需采用较大直径的管子，因此对于单位长度埋
管换热量来讲，串联方式换热性能略高
缺点：①串联方式需采用较大管径的管子，因而成本较高；
②由于系统管径大，在冬季气温低地区，系统内需充注的防冻
液（如乙醇水溶液）多；
③安装劳动成本增大；
④管路系统不能太长，否则系统阻力损失太大。
2、并联方式
优点：①由于可用较小管径的管子，因此成本较串联方式低；
②所需防冻液少；
③安装劳动成本低。
缺点：
①设计安装中必须特别注意确保管内流体流速较高，以充分排
出空气；
②各并联管道的长度尽量一致（偏差应≤10%），以保证每个并
联回路有相同的流量；
③确保每个并联回路的进口与出口有相同的压力，使用较大管
径的管子做集箱，可达到此目的。
从国内外工程实践来看，中、深埋管采用并联方式者居多；浅埋管采用串联方式的多
三、地埋管打孔孔径
孔径：
根据地质结构不同，钻孔孔径可以是Ф100、Ф150、Ф200或Ф300，天津地区地表土壤层很厚，为了钻孔、下管方便多采用Ф300孔径。
（三）地下埋管系统设计
一．地下换热量计算
地下换热量可以由下述公式计算：
Q1'= Q1*(1+1/COP1) kW （1）
Q2'= Q2*(1-1/COP2) kW （2）
其中Q1'——夏季向土壤排放的热量，kW
Q1——夏季设计总冷负荷，kW
Q2'——冬季从土壤吸收的热量，kW
Q2——冬季设计总热负荷，kW
COP1——设计工况下水源热泵机组的制冷系数
COP2——设计工况下水源热泵机组的供热系数
一般地，水源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量以及制冷系数、供热系数，计算时应从样本中选用设计工况下的、。若样本中无所需的设计工况，可以采用插值法计算。
二、地下热交换设计
1.水平埋管：
确定管沟数目:
埋管管长的估算：利用管材“换热能力”，即单位埋管管长的换热量。
水平埋管单位管材“换热能力”在20～40W/m（管长）左右，；设计时可取换热能力的下限值，即20 W/m。
单沟单管埋管总长具体计算公式如下： L=Q/20
其中L ——埋管总长，m
Q ——冬季从土壤取出的热量，w
分母“20”是每m 管长冬季从土壤取出的热量，W/m
单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管布置时分别乘上0.9、0.85、0.75、0.70 的热干扰系数（热协调系数）。
确定管沟间距：
为了防止埋管间的热干扰，必须保证埋管之间有一定的间距。该间距的大小与运行状况（如连续运行还是间歇运行；间歇运行的开、停机比等）、埋管的布置形式（如单行布置，只有两边有热干扰；多排布置，四面均有热干扰）等等有关。
建议串联每沟1 管，管径1/4"～2"；串联每沟2 管， 1 又1/4"～1 又1/2"。并联每沟2 管， 1"～1 又1/4"；并联每沟4～6 管，管径13/4"～1"。
管沟间距：每沟1 管的间距1.2m，每沟2 管的间距1.8m，每沟4 管间距3.6m。管沟内最上面管子的管顶到地面的的最小高度不小于1.2m。
2、竖直埋管
确定竖井埋管管长
一般垂直单U 形管埋管的换热能力为60～80 W/m(井深)，垂直双U 形管为80～100W/m(井深)左右，设计时可取换热能力的下限值。
一般垂直埋管为70～110W/m(井深)，或35～55W/m(管长)，水平埋管为20～40W/m（管长）左右。
设计时可取换热能力的下限值，即35W/m（管长），双U管设计具体计算公式如下：
L=Q1/25 （3）
其中 L——竖井埋管总长，m
Q1——夏季向土壤排放的热量， W
分母“35”是夏季每m管长散热量，W/m
确定竖井数目及间距
国外，竖井深度多数采用50～100m[2]，设计者可以在此范围内选择一个竖井深度H，代入下式计算竖井数目:
N=L/(4*H) （4）
其中 N——竖井总数，个
L——竖井埋管总长，m
H——竖井深度，m
分母“2”是考虑到竖井内埋管管长约等于竖井深度的2倍。
然后对计算结果进行圆整，若计算结果偏大，可以增加竖井深度，但不能太深，否则钻孔和安装成本大大增加。
关于竖井间距有资料指出：U型管竖井的水平间距一般为4.5m[3]，也有实例中提到DN25的U型管，其竖井水平间距为6m，而DN20的U型管，其竖井水平间距为3m[4]。若采用串联连接方式，可采用三角形布置（详见[2]）来节约占地面积。
工程较小，埋管单排布置，地源热泵间歇运行，埋管间距可取3.0m；工程较大，埋管多排布置，地源热泵间歇运行，建议取间距4.5m；若连续运行（或停机时间较少）建议取5～6m
注意事项
1、垂直地埋管换热器埋管深度应大于30m，宜为60m～150m；钻孔间
距宜为3m～6m。水平管埋深应不小于1.2m。
2、地埋管换热器水平干管坡度宜为0.3%，不应小于0.2%。
3、地埋管环路之间应并联且同程布置，两端应分别与供、回水管路
集管相连接。每个环路集管连接的环路数宜相同。
4、地埋管换热器宜靠近机房或以机房为中心设置。铺设供、回水集
管的管沟宜分开布置；供、回水集管的间距不应小于0.6m。
三、管径与流速设计
1、确定管径
在实际工程中确定管径必须满足两个要求：
（1）管道要大到足够保持最小输送功率；
（2）管道要小到足够使管道内保持紊流以保证流体与管道内壁之间的传热。
显然，上述两个要求相互矛盾，需要综合考虑。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4mH２O/100m当量长度以下。
备注：
①地下埋管换热器环路压力损失限制在30～50kPa/100m 为好，最大不超过50kPa/100m。同时应使管内流动处于紊流过渡区。
②地下埋管系统单位冷吨（1 冷吨=3024kcal/h=3.52kW）水流量控制在
0.16～0.19L/s．t
③最小管内流速（流量）：在相同管径、相同流速下，水的雷诺数最大大。所以采用CaCl2 和乙二醇水溶液时，为了保证管内的紊流流动，与水相比需采用大的流速和流量。
2、校核管材承压能力
管路最大压力应小于管材的承压能力。若不计竖井灌浆引起的静压抵消，管路所需承受的最大压力等于大气压力、重力作用静压和水泵扬程一半的总和[1]，即：
P=P0+ρgH+0.5Ph
其中 p——管路最大压力，Pa
P0——建筑物所在的当地大气压，Pa
ρ——地下埋管中流体密度，kg/m3
g——当地重力加速度，m/s2
H——地下埋管最低点与闭式循环系统最高点的高度差，m
Ph——水泵扬程，Pa
3其它
3.1与常规空调系统类似，需在高于闭式循环系统最高点处（一般为1m）设计膨胀水箱或膨胀罐，放气阀等附件。
（四）设计举例
一．设计参数
上海某复式住宅空调面积212m2。
1、室外设计参数
夏季室外干球温度t w＝34℃, 湿球温度t s＝28.2℃
冬季室外干球温度t w＝-4℃, 相对湿度φ＝75％
2、室内设计参数
夏季室内温度t n＝27℃, 相对湿度φn＝55％
冬季室内温度t n＝20℃, 相对湿度φn＝45％
二．计算空调负荷及选择主要设备
1、参考常规空调建筑物冷热负荷的计算方法，计算得到各房间冷热
负荷并选择风机盘管型号；考虑房间共用系数（取0.8），得到建筑物夏季设计总冷负荷为24.54kW，冬季设计总热符负荷为16.38kW，选择NOBO SI20TR型地源源热泵机组1台，本设计举例工况下的 COP1＝5.9， COP2＝4.2。
2、计算地下负荷
根据公式（1）、（2）计算得
Q1'= Q1*(1+1/COP1)=24.54*(1+1/5.9)=28.7 kW Q2'= Q2*(1-1/COP2)=16.38*(1-1/4.2)=12.48 kW 取夏季向土壤排放的热量进行设计计算。
3、确定管材及埋管管径
选用聚乙烯管材PE63（SDR11），并联环路管径为DN20，集管管径分别为DN25、DN32、DN40、DN50，如图1所示。
4、确定竖井埋管管长
根据公式（3）计算得
L=28.7*1000/25=1148 m
5、确定竖井数目及间距
选取竖井深度50m，根据公式（4）计算得
N=L/(4*H)=5.74 个
圆整后取 6 个竖井，竖井间距取 4 m。
6、计算地埋管压力损失
参照本文2.6介绍的计算方法，分别计算1－2－3－4－5－6－7－8
－9－10─11─11′－1′各管段的压力损失，得到各管段总压力损失为
40kPa。再加上连接到热泵机组的管路压力损失，以及热泵机组、平衡阀和其他设备元件的压力损失，所选水泵扬程为15mH2O。
7、校核管材承压能力
南京夏季大气压力 P0＝100250 Pa，水的密度ρ＝1000 kg/m3，
当地重力加速度 g＝9.8 m/s2，高度差 H＝50.5 m
重力作用静压ρgH＝494900 Pa
水泵扬程一半 0.5Ph＝7.5 mH2O＝73529 Pa
因此，管路最大压力 P=P0+ρgH+0.5Ph＝673550Pa（约0.7Mpa）
聚乙烯PE-100额定承压能力为1.6MPa，管材完全满足设计要求。
第三章给水排水管道系统水力计算基础 本章内容： 1、水头损失计算 2、无压圆管的水力计算 3、水力等效简化 本章难点：无压圆管的水力计算 第一节基本概念 一、管道内水流特征 进行水力计算前首先要进行流态的判别。判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。 对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑 紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。 二、有压流与无压流 水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流 给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。 从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多 三、恒定流与非恒定流 给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。 四、均匀流与非均匀流 液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。 对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。
真空泵选型 真空泵的作用就是从真空室中抽除气体分子，降低真空室内的气体压力，使之达到要求的真空度。概括地讲从大气到极高真空有一个很大的范围，至今为止还没有一种真空系统能覆盖这个范围。因此，为达到不同产品的工艺指标、工作效率和设备工作寿命要求、不同的真空区段需要选择不同的真空系统配置。为达到最佳配置，选择真空系统时，应考虑下述各点： 确定工作真空范围: ----首先必须检查确定每一种工艺要求的真空度。因为每一种工艺都有其适应的真空度范围，必须认真研究确定之。 确定极限真空度 ----在确定了工艺要求的真空度的基础上检查真空泵系统的极限真空度，因为系统的极限真空度决定了系统的最佳工作真空度。一般来讲，系统的极限真空度比系统的工作真空度低20%，比前级泵的极限真空度低50%。 被抽气体种类与抽气量 检查确定工艺要求的抽气种类与抽气量。因为如果被抽气体种类与泵内液体发生反应，泵系统将被污染。同时必须考虑确定合适的排气时间与抽气过程中产生的气体量。 真空容积 检查确定达到要求的真空度所需要的时间、真空管道的流阻与泄漏。 考虑达到要求真空度后在一定工艺要求条件下维持真空需要的抽气速率。 主真空泵的选择计算 S=2.303V/tLog(P1/P2) 其中： S为真空泵抽气速率(L/s) V为真空室容积（L） t为达到要求真空度所需时间(s)
P1为初始真空度(Torr) P2为要求真空度(Torr) 例如： V=500L t=30s P1=760Torr P2=50Torr 则: S=2.303V/t Log(P1/P2) =2.303x500/30xLog(760/50) =35.4L/s 当然上式只是理论计算结果，还有若干变量因素未考虑进去，如管道流阻、泄漏、过滤器的流阻、被抽气体温度等。实际上还应当将安全系数考虑在内。目前工业中应用最多的是水环式真空泵和旋片式真空泵等 一般的要求是： 1、真空度、真空容积、主要介质、温度、主要容积类设备。 2、真空流入介质及流量、压力、温度、规律。 3、抽气量、抽出气体介质、温度。 4、真空设备的占地面积、自动化程度、真空管道规格 选用真空泵时需要注意事项： 1、真空泵的工作压强应该满足真空设备的极限真空及工作压强要求。如：真空镀膜要求1×10-5mmHg的真空度，选用的真空泵的真空度至少要5×10-6mmHg。通常选择泵的真空度要高于真空设备真空度半个到一个数量级。 2、正确地选择真空泵的工作点。每种泵都有一定的工作压强范围，如：扩散泵为10-3~10-7mmHg，在这样宽压强范围内，泵的抽速随压强而变化，其稳定的工作压强范围为5×10-4~5×10-6mmHg。因而，泵的工作点应该选在这个范围之内，而不能让它在10-8mmHg下长期工作。又如钛升华泵可以在10-2mmHg下工作，但其工作压强应小于1×10-5mmHg为好。
地源热泵地埋部分设计 （一）管材选择及流体介质 一、管材 一般来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性。 1、聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）在国外地源热泵系统中得到了广泛 应用。 2、PVC（聚氯乙烯）管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接头处 耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用PVC 管。 3、为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用薄壁（0.5mm）的不 锈钢钢管，但目前实际应用不多。 4、管件公称压力不得小于1.0Mpa，工作温度应在-20℃～50℃范围内。 5、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择。 6、地埋管应能按设计要求长度成捆供应，中间不得有机械接口及金 属接头。 二、连接 1、热熔联接（承接联接和对接联接，对于小管径常采用） 2、电熔联结 三、流体介质及回填料 流体介质 南方地区：由于地温高，冬季地下埋管进水温度在0℃以上，因此多采用水作为工作流体； 北方地区：冬季地温低，地下埋管进水温度一般均低于0℃，因此一般均需使用防冻液。 （①盐类溶液——氯化钙和氯化钠水溶液；②乙二醇水溶液；③酒精 水溶液等）。 埋管水温： 1、热泵机组夏季向末端系统供冷水，设计供回水温度为7—12℃，与 普通冷水机组相同。地埋管中循环水进入U管的最高温度应<37℃， 与冷却塔进水温度相同。
2、热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同，在满足供热 条件下，应尽量减低供热水温度，这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提高cop值，并降低能耗。地埋管中循环水冬季进水温度，以水不冻结并留安全余地为好，可取3—4℃。当然为了使地埋管换热器获得更多热量，可加大循环水与大地间温差传热，然而大地的温度是不变的，因此只有将循环水温降至0℃以下，为此循环水必须使用防冻液，如乙二醇溶液或食盐水。但这样会提高工程造价、增加对设备的腐蚀。在严寒地区不得不这样做，而在华北地区的工程中用水就可满足要求，不一定要加防冻液。 地温是恒定值，可通过测井实测。有关资料介绍某地地下约100米的地温是当地年平均气温加4℃左右。天津市年平均气温是12.2℃，实测天津市地下约100米的地温约为16℃，基本符合以上规律。 回填材料 可以选用浇铸混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料选择要 兼顾工程造价、传热性能、施工方便等因素。从实际测试比较浇 铸混凝土换热性能最好，但造价高、施工难度大，但可结合建筑 物桩基一起施工。回填沙石或碎石换热效果比较好，而且施工容 易、造价低，可广泛采用。 （二）埋管系统环路 一、埋管方式 1、水平埋管 水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管等形式，由于多层埋管的下层管处于一个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。（单层管最佳深度1.2～2.0m，双层管1.6～2.4m） 近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，一种是扁平曲线状管，另一种是螺旋状管。它们的优点是使地沟长度缩短，而可埋设的管子长度增加。 2 、垂直埋管 根据埋管形式的不同，一般有单U 形管，双U 形管，套管式管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，立式柱状管、蜘蛛状管等形式；按埋设深度不同分为浅埋（≤30m）、中埋（31～80m）和深埋（>80m）。 1）U 形管型：是在钻孔的管井内安装U 形管，一般管井直径为100～150mm，井深10~200m，U 形管径一般在φ50mm 以下。
目录 目录 目录 (1) 第 1 章风管水力计算使用说明 (2) 1.1 功能简介 (2) 1.2 使用说明 (3) 1.3 注意 (8) 第 2 章分段静压复得法 (9) 2.1 传统分段静压复得法的缺陷 (9) 2.2 分段静压复得法的特点 (10) 2.3 分段静压复得法程序计算步骤 (11) 2.4 分段静压复得法程序计算例题 (11)
鸿业暖通空调软件 第 1 章 风管水力计算使用说明 1.1 功能简介 命令名称： FGJS 功 能： 风管水力计算 命令交互： 单击【单线风管】【水力计算】，弹出【风管水力计算】对话框，如图1-1所示： 图1-1 风管水力计算对话框 如果主管固定高度值大于0，程序会调整风系统中最长环路 的管径的高度为设置值。
第 1 章风管水力计算使用说明 如果支管固定高度值大于0，程序会调整风系统中除开最长 环路管段外的所有管段的管径的高度为设置值。 控制最不利环路的压力损失的最大值,如果程序算出的最不 利环路的阻力损失大于端口余压，程序会提醒用户。 当用户需要从图面上提取数据时，点取搜索分支按钮，根据 程序提示选取单线风管。当成功搜索出图面管道系统后，最 长环路按钮可用，单击可以得到最长的管段组。 计算方法程序提供的三种计算方法，静压复得法、阻力平衡法、假定 流速法，可以改变当前的选项卡，就会改变下一步计算所用 的方法，而且在标题栏上会有相应的提示。 计算结果显示包含搜索分支里面选取的管段的一条回路的各个管段数 据。 1.2使用说明 1.从图面上提取数据 单击按钮 2.从文件中提取数据（如果是从图面上提取数据则这步可以跳过） 单击按钮 从打开文件对话框从选取要计算的文件，确定即可。
冷却塔及冷却水泵选型计算方法： 1冷却塔冷却水量 方法一： 冷却水量=860×Q（kW）×T/5000=559 m3/h T------系数，离心式冷水机组取1.3，吸收式制冷机组取2.5 5000-----每吨水带走的热量 方法二： 冷却水量： G= 3.6 Q/C (tw1-tw2)=559 m3/h Q—冷却塔冷却热量，kW，对电制冷机取制冷负荷1.35倍左右，吸收式取2.5倍左右。C—水的比热（4.19kJ/kg.k） tw1-tw2—冷却塔进出口温差，一般取5℃；压缩式制冷机，取4~5℃；吸收式制冷机，取6~9℃ 冷却塔吨位=559×1.1=614 m3/h 2冷却水泵扬程 冷却水泵所需扬程 H p=(h f+h d)+h m+h s+h o 式中h f，h d——冷却水管路系统总的沿程阻力和局部阻力，mH2O； h m——冷凝器阻力，mH2O；
h s——冷却塔中水的提升高度（从冷却盛水池到喷嘴的高差），mH2O；（开式系统有，闭式系统没哟此项） h o——冷却塔喷嘴喷雾压力，mH2O，约等于5 mH2O。 H p=(h f+h d)+h m+h s+h o=0.02×50+5.8+19.8+5=31.6mH2O 冷却水泵所需扬程=31.6×1.1=34.8 mH2O 冷却水泵流量=262×2×1.1=576 m3/h 3冷冻水泵扬程 冷冻水泵所需扬程 H p=(h f+h d)+h m+h s+h o 式中h f，h d——冷冻水管路系统总的沿程阻力和局部阻力，mH2O ； h m——蒸发器阻力，mH2O ； h s——空调器末端阻力，mH2O ； h o——二通调节阀阻力，mH2O 。 H p=(h f+h d)+h m+h s+h o=0.02×150+5+2.78+4=14.78mH2O 冷却水泵所需扬程=14.78×1.1=16.3 mH2O
地源热泵地埋管施工计算方法（一）管材选择及流体介质一、管材一般来讲，一旦将地 下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性。 1、聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）在国外地源热泵系统中得到了广泛应用。 2、PVC（聚氯乙烯）管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用PVC 管。 3、为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用薄壁（0.5mm）的不锈钢钢管，但目前实际应用不多。 4、管件公称压力不得小于1.0Mpa，工作温度应在-20℃～50℃范围内。 5、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择。 6、地埋管应能按设计要求长度成捆供应，中间不得有机械接口及金属接头。 二、连接 1、热熔联接（承接联接和对接联接，对于小管径常采用） 2、电熔联结 三、流体介质及回填料 流体介质 南方地区：由于地温高，冬季地下埋管进水温度在0℃以上，因此多采用水作为工作流体； 北方地区：冬季地温低，地下埋管进水温度一般均低于0℃，因此一般均需使用防冻液。 （①盐类溶液——氯化钙和氯化钠水溶液；②乙二醇水溶液；③酒精水溶液等）。 埋管水温： 1、热泵机组夏季向末端系统供冷水，设计供回水温度为7—12℃，与普通冷水机组相同。地埋管中循环水进入U管的最高温度应<37℃，与冷却塔进水温度相同。 2、热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同，在满足供热条件下，应尽量减低供热水温度，这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提高cop值，并降低能耗。地埋管中循环水冬季进水温度，以水不冻结并留安全余地为好，可取3—4℃。当然为了使地埋管换热器获得更多热量，可加大循环水与大地间温差传热，然而大地的温度是不变的，因此只有将． 循环水温降至0℃以下，为此循环水必须使用防冻液，如乙二醇溶液或食盐水。但这样会提高工程造价、增加对设备的腐蚀。在严寒地区不得不这样做，而在华北地区的工程中用水就可满足要求，不一定要加防冻液。 地温是恒定值，可通过测井实测。有关资料介绍某地地下约100米的地温是当地年平均气温加4℃左右。天津市年平均气温是12.2℃，实测天津市地下约100米的地温约为16℃，基本符合以上规律。 回填材料 可以选用浇铸混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料选择要兼顾工程造价、传热性能、施工方便等因素。从实际测试比较浇铸混凝土换热性能最好，但造价高、施工难度大，但可结合建筑物桩基一起施工。回填沙石或碎石换热效果比较好，而且施工容易、造价低，可广泛采用。 （二）埋管系统环路 一、埋管方式 1、水平埋管 水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管等形式，由于多层埋
地源热泵地埋管计算方法 地埋部分设计 （一）管材选择及流体介质 一、管材 一般来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性。 1、聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）在国外地源热泵系统中得到了广泛应用。 2、PVC（聚氯乙烯）管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用PVC 管。 3、为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用薄壁（0.5mm）的不锈钢钢管，但目前实际应用不多。 4、管件公称压力不得小于1.0Mpa，工作温度应在-20℃～50℃范围内。 5、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择。 6、地埋管应能按设计要求长度成捆供应，中间不得有机械接口及金属接头。 二、连接
1、热熔联接（承接联接和对接联接，对于小管径常采用） 2、电熔联结 三、流体介质及回填料 流体介质 南方地区：由于地温高，冬季地下埋管进水温度在0℃以上，因此多采用水作为工作流体； 北方地区：冬季地温低，地下埋管进水温度一般均低于0℃，因此一般均需使用防冻液。 （①盐类溶液--氯化钙和氯化钠水溶液；②乙二醇水溶液；③酒精水溶液等）。 埋管水温： 1、热泵机组夏季向末端系统供冷水，设计供回水温度为7-12℃，与普通冷水机组相同。地埋管中循环水进入U管的最高温度应<37℃，与冷却塔进水温度相同。 2、热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同，在满足供热条件下，应尽量减低供热水温度，这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提高cop值，并降低能耗。地埋管中循环水冬季进水温度，以水不冻结并留安全余地为好，可取3-4℃。当然为了使地埋管换热器获得更多热量，可加大循环水与大地间温差传热，然而大地的温度是不变的，因此只有将循环水温降至0℃以下，为此循环水必须使用防冻液，如乙二醇溶液或食盐水。但这样会提高工程造价、增加对设备的腐蚀。在严寒地区不得不这样做，而在华北地区的工程中用水就可满足要求，不一定要加防冻液。 地温是恒定值，可通过测井实测。有关资料介绍某地地下约100米的地温是当地年平均
竖直埋管地热换热器的设计和参数分析 摘 要：本文通过对某住宅小区地源热泵系统地热换热器的方案设计的工程实例，介绍了采用《地热之星》软件设计地热换热器的方法；讨论分析了回填材料导热系数、岩土导热系数、钻孔间距以及循环液的类型四种主要因素对地热换热器设计尺寸的影响，并指出提高回填材料导热系数、适当增大钻孔间距以及选择凝固点较低的循环液有利于减小钻孔长度，从而节省地热换热器的初投资。 关键词：地源热泵 地热换热器 设计 软件 1 引言 随着经济的发展以及人们对节能、环保意识的提高，具ss 量的值可以产生数倍的变化。国内有些关于地热换热器设计的文献中推荐的每米钻孔传热量的经验数据，对于实际工程设计可能产生误导，因而不利于该项新技术在我国的推广应用。 影响地热换热器设计的最重要影响因素有：1.岩土的导热系数；2.全年的冷热负荷及其相对的比值[5] ； 3.回灌材料的导热系数与U 型管各支管的间距； 4.地热换热器排列方式与钻孔间距； 5.设定的循环液所允许的最高和最低温度，在以供热为主的应用场合，这一参数常常取决于选用循环液的类型。 山东建筑工程学院地源热泵研究所开发的地热换热器设计及模拟专用软件《地热之星》[2] 采用了在国际 上领先的二维和准三维模型[3-6] ，考虑了全年吸热和放热不平衡等复杂的情况，以保证地热换热器在整个服务周期（20年或更长的时间）中的性能为设计目标，使地热换热器的设计计算脱离了按经验数据估算的状况。该软件还能同时对单U 型埋管与双U 型埋管这两种分别 在美国和欧洲流行的不同埋管形式[3] 进行计算和比较。《地热之星》又是对用户友好的，普通的暖通空调工程师都能很快掌握软件的使用，输入设计条件就可以直接得到要求的埋管长度，因而可以方便地进行多方案的技术经济比较。本文结合一个工程实例就其中的回灌材料的导热系数、岩土的导热系数、钻孔间距及循环液的类型四个方面对地热换热器的设计方案进行分析和比较。 2 工程概况 该工程为位于湖北省的一个住宅小区，总建筑面积约7 万平方米，拟采用地源热泵空调系统来实现其冬季的供热、夏季的制冷以及供应生活用热水。该地区冬季空调室外计算温度为 ℃；夏季空调室外计算温度为℃；未受干扰的地下温度为16℃。本设计主要通过《地热之星》设计软件按1 万平方米建筑面积来进行方案比较和设计计算。 3 方案比较和设计 3.1 确定钻孔参数 钻孔的几何分布形式要根据可提供的场地确定，本研究选取矩阵排列为4×25。钻孔间距取3*3、4*4、4*5、5*5、6*6、7*7、8*8、9*9（行间距*列间距）八种情况进行比较计算。钻孔半径设为0.055m 。回填材料的导热系数取0.6，1.2，1.8，2.4，3.0 W/(m ℃)进行比较和研究。 3.2 U 型管的确定
地源热泵地埋管施工计算方法 （-）管材选择及流体介质 一、管材 F来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换,因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳走性、耐腐性。 1、聚乙烯（PE ）和聚丁烯（PB ）在国外地源热泵系统中得到了广泛应用。 2、PVC （聚氯乙烯）管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用PVC管。 3、为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用蒲壁（0.5mm ）的不锈钢钢管，但目前实际应用不多。 4、管件公称压力不得小于l.OMpa ,工作溫度应在-20°C ~ 50°C围。 5、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择。 6、地埋管应能按设计要求长度成捆供应,中间不得有机械接□及全雇接头。 二、连接 1、热熔联接（承接联接和对接联接，对于小管径常采用） 2、电熔联结 三、流体介质及回填料 流体介质 南方地区：由于地溫高，冬季地下埋管进水溫康在0°C以上,因此多采用水作为工作流体； 北方地区：冬季地温低，地下埋管进水溫度一般均低于0°C ,因此一殷均需使用防冻液。 （①盐类溶液——氯化钙和氯化钠水溶液；②乙二醇水溶液；③酒精水溶液等）。 埋管水温： 1、热泵机组夏季向末端系统供冷水，设计供回水溫度为7—12°C ,与普通冷水机组相同。地埋管中循环水进入U管的最高溫度应＜37°C ,与冷却塔进水溫度相同。 2、热泵机组冬季向末端系统供水溫度与常规空调不同，在满足供热条件下,应尽量减低供热水溫度,这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提高cop值,并降＜氐能耗。地埋管中循环水冬季进水溫度,以水不冻结并留安全余地为好，可取3—4艾。当然为了使地埋管换热器获得更多热星，可加大循环水与间溫差传热，然而的溫度是不变的，因此只有将循环水温降至0°C以下，为此循环水必须使用防冻液，如乙二醇溶液或食盐水。但这样会提高工程造价、增加对设备的腐蚀。在严寒地区不得不这样做，而在华北地区的工程中用水就可满足要求,不—走要加防冻液。 地温是恒走值，可通过测井实测。有关资料介绍某地地下约100米的地溫是当地年平均气溫加4°c左右。市年平均气溫是12.2°C ,实测市地下约100米的地溫约为16°C,基本符合以上规律。
第三章管道的水力计算及强度计算 第一节管道的流速和流量 流体最基本的特征就是它受外力或重力的作用便产生流动。如图3—1所示装置，如把管道中的阀门打开，水箱内的水受重力作用，以一定的流速通过管道流出。如果水箱内的水位始终保持不变，那么管道中的流速也自始至终保持不变。管道中的水流速度有多大?每小时通过管道的流量是多少?这些都是实际工作中经常遇到的问题。 图3—1水在管道内的流动 为了研究流体在管道内流动的速度和流量，这里先引出过流断面的概念。图3—2为水通过管道流动的两个断面1—1及2—2，过流断面指的是垂直于流体流动方向上流体所通过的管道断面，其断面面积用符号A来表示，它的单位为m2或cm2。 图32管流的过流断面 a)满流b)不满流 流量是指单位时间内，通过过流断面的流体体积。以符号q v表示，其单位为m3／h，cm3／h或m3／s，cm3／s。 流速是指单位时间内，流体流动所通过的距离。以符号。表示，其单位为m／s或cm ／s。 图3—3管流中流速、流量、过流断面关系示意图
流量、流速与过流断面之间的关系如下： 以水在管道中流动为例，如图3—3所示，在管段上取过流断面1—1，如果在单位时间内水从断面1—1流到断面2—2，那么断面1—1和断面2—2所包围的管段的体积即为单位时间内通过过流断面1—1时水的流量q v，而断面1—1和断面2—2之间的距离就是单位时间内水流所通过的路程，即流速。 由上可知，流量、流速和过流断面之间的关系式为 q v=vA (3—1) 式(3—1)叫做流量公式，它说明流体在管道中流动时，流速、流量和过流断面三者之间的相互关系，即流量等于流速与过流断面面积的乘积。如果在一段输水管道中，各过流断面的面积及所输送的水量一定，即在管道中途没有支管与其连接，既没有水流出，也没有水流入，那么管道内各过流断面的水流速度也不会变化；若管段的管径是变化的(即过流断面的面积A是变化的)，那么管段中各过流断面处的流速也随着管径的变化而变化。当管径减小时，流速增大；而当管径增大时，流速即减小。然而，当流速一定时，流量的变化随管径成几何倍数变化，而不是按算术倍数变化。因为在管流中，管道的过流断面面积与管径的平方成正比。也就是说，管径扩大到原来的2倍、3倍、4倍时，面积增加到原来的4倍、9倍、16倍。如DN50mm的管子过流断面面积是DN25mm的管子的4倍，那么在流速相等的条件下，DN50mm管子中所通过的流量即是DN25mm管子的4倍；同理，DNlOOmm的管道内所通过的流量应是DN25mm管子的16倍。在日常施工中，常有人认为在流速一定时，管径之比就是所输送的流量之比，这无疑是错误的。 以上提到的以m3／h和cm3／s等为单位的流量又称为体积流量。如果指的是在单位时间内通过过流断面的流体质量时，该流量则称为质量流量，以符号qm表示，常采用的单位为kg／h或kg／s。质量流量与体积流量之间的关系为 qm=ρq v 而由式(3—1)知 q v=vA 则 q m=ρvA (3—2) 式中q m——质量流量(kg/s)； ρ——流体的密度，即单位体积流体的质量(ks／m3)； V——流体通过过流断面的平均流速(m／s)； A——过流断面面积(m2)。 例管径为DNlOOmm的管子，输送介质的流速为lm／s时，其小时流量为多少? 解DNlOOmm管子的过流断面面积为 A=πD3/4=3.14×0.12/4=0.00785m2 则q v=1×0.00785×3600=28.3m3／h 答：该管道的小时流量为28.3m3/h。 第二节管道的阻力损失 流体在管渠中流动时，过流断面上各点的流速并不是相同的。例如在河沟中，靠近岸边的水，流动较慢；而河沟中心的水，流速就较大。管道内流动的流体也是如此，靠近管内壁面的流体流速较小，处在管中心的流体流速最大。产生这一现象的原因在于，流体流动时与管内壁面发生摩擦产生阻力，同时管内流体各流层之间由于流速的变化而引起相对运动所产生的内摩擦阻力，也阻挠流体的运动。流体在流动中，为了克服阻力就要消耗自身所具有的机械能，我们称这部分被消耗掉的能量为阻力损失。流体的性质不同，流动状态相同，流动时所产生的阻力损失大小也不同。流动是产生阻力损失的外部条件，流速越高，流体与管壁及流体自身之间的摩擦就越剧烈，阻力也就越大。相反，流速越小，摩擦减弱，阻力也就越
COADE CAESARII埋地管道计算原理： CII将土壤的约束转化为双线形约束，我们首先计算出管道沿轴向Fax，横向Ftr的最大单位长度摩擦力，考虑管道推土壤的位移的效果，按经验值，管道在推动土壤的位移如果超过埋深和管径之和的0.015长度，土壤开始失效。我们将该值称为屈服位移Yd。 我们用该单位长度的轴向和横向最大磨擦力除以该屈服位移，我们得到管道轴向和横向的最大刚度。我们依据管道完全锚固段（zone3），过渡段（zone2）和横向变形区（zone1）段的不同将管道重新分段，然后，按节点临近的长度取出管道的长度，按长度乘以上面计算的单位长度刚度计算该节点的刚度（我们将一段管道的轴向，横向刚度当量成一个节点的轴向，横向刚度）。 软件自动添加新的土壤约束后，用户可以重新调整和修改模型，调整约束，添加锚固墩。我们首先计算出各个节点的位移，用该位移乘以对应该节点的刚度，我们就计算出该点的轴向，横向力，这些点的轴向力的叠加就可计算出相应锚固墩点的推力。
轴向单位长度最大摩擦力计算如下：该计算考虑了管道上面的土壤，介质重量，管道重量引发的管道上面和下面的摩擦力的总和： 轴向单位长度最大摩擦力计算如下：该计算考虑到回填的作用效果。计算结果见计算书。 土壤的屈服位移为：屈服位移一般取埋深的0.015（屈服位移系数）计算结果见计算书。 由上面的值我们计算得出单位长度的刚度：计算结果见计算书。
Node 120 的轴向刚度是Kx2=Kax×L（该段长度）=3000mm*13.1N/cm/mm=39300N/cm CII软件计算结果Kx2 刚度35790 N/cm 其他节点140，150，160的刚度同样方法计算得出。 软件是如何计算处节点120，140，150，160点的轴向摩擦力的哪？ 我们用刚度乘以位移得到该点的轴向摩擦力：Kx2*该点位移＝35790×2.797mm/10= 10011N Node 120 的衡向刚度是Kz2=Ktr×L（该段长度）=3000mm*498N/cm/mm=39300N/cm CII软件计算结果Kx2 刚度411879 N/cm 问题的关键在于CAESARII的计算是考虑了方方面面的真实效果计算出来的。这种计算比较准确真实。我们为此也反复和外方联系落实软件的准确性和可靠性，我们得到的答案是肯定的。 目前，针对国内《城镇直埋供热管道工程技术规程》的计算方法，结果和我们的出入比较大。主要的原因是： ?是国内认为管道全段都具有相等的摩擦力，其实靠近锚固墩附近点是静止的，没有位移，摩擦力离锚固墩越远，摩擦力越大。 ?是没有考虑土壤屈服位移的影响，认为土壤的作用是一贯的。其实，土壤是有屈服极限的，如果位移超过该值，土壤发生塑性变形，摩擦力也会发生变化。 如何处理该问题？到底相信那个计算结果，CAESARII软件是国际软件，经过许多软件认证和比较。我们是充分相信其正确性的。至于国内规范的计算结果，我们认为他是相对保守的。 如果用户希望我们的计算结果和手工的计算结果接近，CII十分容易达到该效果。 1．用户可以改变土壤的摩擦系数，通过加大摩擦系数。 2．改变屈服位移系数，通过降低该数值，增大土壤的刚度 至于用户到底相信谁的问题，有待实践检验。
一、 喷嘴选型 根据要求查雾的池内样本，选10个除磷喷嘴3/8 TDSS 40027kv-lcv(15°R)。 参数：喷角区分40°，额定压力5MPa ，喷量27.7L/min ，喷嘴右倾15°。 二、水泵选型计算 1、水泵必须的排水能力 Q B =20 16.2242024max ?=Q = 19.44 m 3/h 其中，系统需要最大流量16.2）601027.7（10-3max =???=Q m 3/h 2、水泵扬程估算 H=K （H P +H X ）= 1.3 ?（178+2）=234 m 其中：H P ：排水高度，160+18=178m ；（16mPa ，扬程取160m ） H X ：吸水高度，2m ； K ：管路损失系数，竖井K=1.1—1.5，斜井?＜20°时K=1.3～1.35，?=20°～30°时6K=1.25～1.3，?＞30°时K=1.2～1.25，这里取1.3。 查南方泵业样本，故选轻型立式多级离心泵CDL42-120-2，扬程238m ，流量42 m 3/h ，功率45kW ，转速2900r/min 。 三、管路选择计算 1、管径：泵出水管道86.2290042'900'=?== ππV Q d n mm 泵进水管道121.91 90042'900'=?== ππV Q d n mm 其中： Qn ：水泵额定流量； 'V 经济流速m/s ；'Vp =1.5～2.2m/s ；='Vx 0.8～1.5m/s ；'dx ='dp +0.025 m ，这里泵进水管流速为1m/s ，泵出水管流速为1.5m/s 。 查液压手册，选泵出水管道内径89mm ，泵进水管道内径133mm 2、管壁厚计算 泵进水口
一、井下排水 根据矿井开拓方式，本矿设计排水系统为一级排水，投产时在+2375m水平标高井底车场设1 套井底主、副水仓及排水设施，矿井涌水由井底主、副水仓直接排至+2500m地面消防水池。 一）、矿井不同时期井下正常、最大涌水量 根据《陇南市武都区龙沟补充勘查地质报告》预测计算，矿井最大涌水量4.5m3/h，正常值涌水量3mZh。涌水PH< 5,管路敷设斜架倾角约25。，排水垂高129m （地面消防水池+2500m水泵标高+2375m再加上井底车场至水仓最低水位距离4m）。 二）、设计依据 1）矿井正常涌水量：Q B=3m3/h ； 2）矿井最大涌水量：Q max=4.5m3/h；3）排高：129m。 三）、选型计算 1、所需水泵最小流量 Q1 = 24Q B/20 = 24 X 3/20 =3.6 ( m3/h ) 2、所需水泵最大流量 Q2 = 24Q ma)/20 = 24 X 4.5/20 =5.4 (nVh ) 3、排水总高度 h= 排水高度+吸水高度=125+4=129（m） 4、水泵所需扬程的估算。 HB=Hc/n g(取0. 77s0. 74)=129 /0.77s0.74 =i68s 175m 5、管路阻力计算 管路阻力按下式计算： Mt+HA入备嚼（rn）
Hat—排水管路扬程损失m Hst—吸水管路扬程损失m 入一水与管壁摩擦的阻力系数，查表D=108mr钢管0.038 : L i—管路计算长度，等于实际长度加上底阀、异形管、逆止阀、闸阀及其它部分补充损失的等值长度m计算长度取值500m D—管道公称直径m;取0.1m； V d—水流速度，按经济流速取2.0m。 将各参数代入公式，经计算H忒十H苫t=38m管路淤积后增加的阻力系数取 1.7,增加的阻力为65m 6、水泵扬程 淤积前：H=129+38=167m; 淤积后：H=129+65=194m; （四八排水泵选择 选择MD12-5（X 5型矿用多级离心泵，其流量为12nVh，扬程为250m配用 防爆电机功率30kW 进出口50mm效率46.5%。 （五八排水泵的工作、备用、检修台数 选择MD12-5（X 5型矿用多级离心泵3台，其中1台工作、1台备用、1台检修。（六八排水能力、电机功率和吸上真空高度校验 按管路淤积后工况参数校验排水能力，按管路淤积前工况参数校验电机功
土壤源热泵埋管系统技术手册 一、土壤源热泵系统设计的主要步骤 （1）建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算 建筑物冷热负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算方法相同，可参考有关空调系统设计手册。 冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。可以由下述公式计算： 夏季制冷工况： 最大释热量=∑[空调分区冷负荷×（1+1/EER）]+∑输送过程得热量+∑水泵释热量 冬季制热工况： 最大吸热量==∑[空调分区热负荷×（1-1/COP）]+∑输送过程失热量-∑水泵释热量 水源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量以及制冷系数、供热系数，计算时应从样本中选用设计工况下的 COP1、COP2 。若样本中无所需的实际设计工况，可以采用插值法计算。最大吸热量和最大释热量相差不大的工程，应分别计算供热与供冷工况下地埋管换热器的长度，取其大者，确定地埋管换热器；当两者相差较大时，宜通过技术经济比较，采用辅助散热（增加冷却塔）或者辅助供热（锅炉、城市供暖）的方式来解决，一方面经济性比较好，另外也可避免因吸热和释热不平衡引起岩土的温度的升高或降低，导致整个换热系统逐渐失效、不能正常继续使用。 （2）地下热交换器设计
这部分是土壤源热泵系统设计的核心内容，主要包括地下热交换器形式及管材选择，管径、管长及竖井数目、间距确定，管道阻力计算及水泵选型等。（在下文将具体叙述） 二、地下热交换器设计 2.1 选择热交换器形式 2.1.1 水平（卧式）或垂直（立式） 在现场勘测结果的基础上，考虑现场可用地表面积、当地土壤类型以及钻孔费用，确定热交换器采用垂直竖井布置或水平布置方式。尽管水平布置通常是浅层埋管，可采用人工挖掘，初投资一般会便宜些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，所以在实际工程中，一般采用垂直埋管布置方式。 水平埋管时根据一条沟中的埋管的多少和方式分为单管、双管、多管和螺旋管等多种形式。根据埋管方式不同，垂直埋管大致有3种形式：（1）U型管（2）套管型（3）单管型。套管型的内、外管中流体热交换时存在热损失。单管型的使用范围受水文地质条件的限制。U型管应用最多，管径一般在50mm以下，埋管越深，换热性能越好，钻孔的深度一般为60-100m，最深的U型管埋深已达180m，钻孔之间的配置应考虑可利用的土地面积，两个钻孔之间的距离可在4-6m。U 型管的典型环路有单U形管、双U形管和小直径螺旋管，其中使用最普遍的是每个竖井中布置单U型管。 2.1.2 串联或并联 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，即常采用单U型管并联同程的热交换器形式。