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土壤源热泵系统设计方法步骤佚名简介：随着我国建筑业持续发展，对建筑节能的要求越来越高，而供热系统和空调系统是建筑能耗的主要组成部分，因此，设法减小这两部分能耗意义非常显著。
地源热泵供热空调系统是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的系统。
冬季通过吸收大地的能量，包括土壤、井水、湖泊等天然能源，向建筑物供热；夏季向大地释放热量，给建筑物供冷。
相应地，地源热泵系统分土壤源热泵系统、地下水热泵系统和地表水热泵系统3种形式。
关键字：土壤源热泵系统,地下热交换器土壤源热泵系统的核心是土壤耦合地热交换器。
地下水热泵系统分为开式、闭式两种：开式是将地下水直接供到热泵机组，再将井水回灌到地下；闭式是将地下水连接到板式换热器，需要二次换热。
地表水热泵系统与土壤源热泵系统相似，用潜在水下并联的塑料管组成的地下水热交换器替代土壤热交换器。
虽然采用地下水、地表水的热泵系统的换热性能好，能耗低，性能系数高于土壤源热泵，但由于地下水、地表水并非到处可得，且水质也不一定能满足要求，所以其使用范围受到一定限制。
国外（如美国、欧洲）主要研究和应用的地源热泵系统以及我国理论研究和实验研究的重点均是土壤源热泵系统。
目前缺乏系统设计数据以及较具体的设计指导，本文进行了初步探讨，以供参考。
1 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，在此不再赘述。
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[2]计算：kW （1）kW （2）其中Q1＇——夏季向土壤排放的热量，kWQ1——夏季设计总冷负荷，kWQ2＇——冬季从土壤吸收的热量，kWQ2——冬季设计总热负荷，kWCOP1——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COP1、COP2 。
地源热泵系统工程技术方案（一）术语<1>地源热泵系统，以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。
根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。
<2>水源热泵机组，以水或添加防冻剂的水溶液为低温热源的热泵。
通常有水／水热泵、水／空气热泵等形式。
<3>地热能交换系统，将浅层地热能资源加以利用的热交换系统。
<4>浅层地热能资源，蕴藏在浅层岩土体、地下水或地表水中的热能资源。
<5>传热介质，地源热泵系统中，通过换热管与岩土体、地下水或地表水进行热交换的一种液体。
一般为水或添加防冻剂的水溶液。
<6>地埋管换热系统，传热介质通过竖直或水平地埋管换热器与岩土体进行热交换的地热能交换系统，又称土壤热交换系统。
<7>地埋管换热器，供传热介质与岩土体换热用的，由埋于地下的密闭循环管组构成的换热器，又称土壤热交换器。
根据管路埋置方式不同，分为水平地埋管换热器和竖直地埋管换热器。
<8>水平地埋管换热器，换热管路埋置在水平管沟内的地埋管换热器，又称水平土壤热交换器。
<9>竖直地埋管换热器，换热管路埋置在竖直钻孔内的地埋管换热器，又称竖直土壤热交换器。
<10>地下水换热系统，与地下水进行热交换的地热能交换系统，分为直接地下水换热系统和间接地下水换热系统。
<11>直接地下水换热系统，由抽水井取出的地下水，经处理后直接流经水源热泵机组热交换后返回地下同一含水层的地下水换热系统。
<12>间接地下水换热系统，由抽水井取出的地下水经中间换热器热交换后返回地下同一含水层的地下水换热系统。
<13>地表水换热系统，与地表水进行热交换的地热能交换系统，分为开式地表水换热系统和闭式地表水换热系统。
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地源热泵方案设计一、工程概况在进行地源热泵方案设计之前，首先需要对工程概况进行详细的了解和分析。
这包括建筑物的用途、面积、层数、高度、朝向、围护结构的热工性能等。
此外，还需要了解当地的气候条件、地质条件、水文条件以及能源价格等因素。
这些信息将为后续的方案设计提供重要的依据。
例如，对于一个位于寒冷地区的办公大楼，其冬季供暖需求较大，而夏季制冷需求相对较小。
在这种情况下，地源热泵系统的设计就需要重点考虑冬季的供暖性能，选择合适的热泵机组和地埋管换热器形式。
二、负荷计算负荷计算是地源热泵方案设计的关键环节之一。
准确的负荷计算可以确保系统在运行过程中能够满足建筑物的冷热需求，同时避免设备的过度选型和能源的浪费。
负荷计算通常采用动态模拟软件进行，如 DOE-2、EnergyPlus 等。
在计算过程中，需要考虑建筑物的围护结构传热、人员、设备、照明等内部得热以及太阳辐射等因素的影响。
通过模拟不同季节、不同时间段的负荷变化情况，为系统的设备选型和运行策略制定提供依据。
例如，对于一个住宅建筑，其负荷在一天内会有较大的变化，白天人员外出，负荷较小，而晚上人员在家，负荷较大。
因此，在设计地源热泵系统时，需要根据负荷的变化特点，合理配置热泵机组的容量和运行时间，以提高系统的运行效率和经济性。
三、地源热泵系统形式选择地源热泵系统根据地下换热器的形式可以分为水平地埋管系统、垂直地埋管系统和地表水系统等。
不同的系统形式具有不同的特点和适用条件，在设计时需要根据工程实际情况进行选择。
水平地埋管系统施工简单、成本较低，但占地面积较大，适用于土地资源丰富、冷热负荷较小的项目。
垂直地埋管系统占地面积小、换热效率高，但施工难度较大、成本较高，适用于土地资源紧张、冷热负荷较大的项目。
地表水系统则适用于附近有河流、湖泊等水资源丰富的项目。
例如，对于一个位于城市中心的商业综合体，由于土地资源紧张，垂直地埋管系统可能是更好的选择。
而对于一个位于郊区的别墅项目，由于土地资源丰富，水平地埋管系统可能更具优势。
土壤源热泵空调系统设计及施工指南1. 介绍在现代建筑中，空调系统是必不可少的设备之一。
然而，传统的空调系统常常不仅耗能高，而且对环境造成较大的污染。
为了解决这一问题，土壤源热泵空调系统应运而生。
本文将详细探讨土壤源热泵空调系统的设计及施工指南。
2. 全面了解土壤源热泵空调系统2.1 什么是土壤源热泵空调系统土壤源热泵空调系统是一种利用土壤中的热能进行空调供暖和制冷的系统。
它利用土壤的稳定温度以及地下水的热能来实现空调效果。
2.2 土壤源热泵空调系统的工作原理土壤源热泵空调系统通过地下的水循环系统和地下热交换器来实现空调效果。
水循环系统通过水泵将水引入地下热交换器，利用地下的稳定温度来进行热交换，并将温度适当调整后送入建筑内部。
3. 土壤源热泵空调系统设计指南3.1 土壤分析和水质测试在设计土壤源热泵空调系统之前，需要对土壤进行分析和检测，以确定土壤的热导率和热容量。
此外，还需要对地下水的水质进行测试，以确保其符合使用要求。
3.2 室内外换热机组的选择根据建筑的规模和热负荷，选择合适的室内外换热机组，并确定其数量和布置方式。
3.3 地下热交换器的设计地下热交换器是土壤源热泵空调系统的关键组成部分。
在设计地下热交换器时，需要考虑地下水的流量、土壤热导率和热容量等因素。
3.4 管道设计和布局合理的管道设计和布局可以有效地提高土壤源热泵空调系统的效能。
在设计中应考虑管道的长度、直径和材料选择等因素。
3.5 控制系统设计良好的控制系统是土壤源热泵空调系统顺利运行的保证。
控制系统应能实时监测室内外温度、湿度和水流量等参数，并能根据需求自动调节系统运行状态。
4. 土壤源热泵空调系统施工指南4.1 施工前准备工作在施工前，需要进行现场勘查和土壤测试，以确保施工的可行性。
同时还需要制定详细的施工计划，并准备好所需材料和设备。
4.2 地下热交换器的施工地下热交换器的施工包括开挖地下水井、铺设管道和填充导热材料等步骤。
地源热泵的施工工艺及流程介绍地源热泵（Ground Source Heat Pump，简称GSHP）是一种利用地热能进行供暖、制冷和热水供应的环保高效能设备。
在建筑领域，GSHP具有广泛的应用前景，因其能有效利用地下的可再生能源，节约能源消耗，并减少对环境的污染。
本文将针对地源热泵的施工工艺及流程进行详细介绍。
一、地源热泵施工前的准备工作在进行地源热泵的施工前，需要进行充分的准备工作，包括以下几个方面：1. 系统设计：根据建筑的需求和施工环境条件，设计地源热泵系统的规模和参数，确定热泵的型号和数量以及地源井的布置方式。
2. 土壤调查：进行地下水文地质勘察，了解地下水位、土层结构和热导率等参数，为后续的施工提供基础数据。
3. 资料准备：准备地源热泵系统的相关技术资料和图纸，包括热泵机组的选择说明、施工方案和安装图纸等。
二、地源热泵的施工工艺1. 地井施工：根据设计要求，在选定的位置进行地源井的钻探和施工。
通常采用的方式包括钻孔、挖井和打桩等，以获取地热能的供给。
2. 管路敷设：将地源井中的热交换管路与地源热泵机组之间的管路进行连接。
注意要确保管路布局合理、管道质量可靠，并进行必要的保温处理。
3. 机组安装：将地源热泵机组与建筑内部的供热设备进行连接，安装好冷热水管道和电气控制系统，并进行必要的漏水测试和质量检查。
4. 系统调试：对地源热泵系统进行全面调试，包括机组的运行试验、水流调节和温度控制等。
调试后必须进行系统运行的稳定性测试，确保系统工作正常。
5. 竣工验收：在完成施工后，进行地源热泵系统的竣工验收，包括技术指标的检测、性能测试和报告的编制等。
三、地源热泵施工流程地源热泵施工的流程可以概括为以下几个步骤：1. 施工准备：根据施工方案和设计要求，组织施工人员和材料，并对工地进行清理和标识。
2. 钻井或挖井：按照设计要求进行地源井的钻孔或挖掘，注意地下管线和设备的布置安全。
3. 地源井管道敷设：将地源井中的热交换管路与地源热泵系统内部的管道进行连接，并进行质量检查。
地源热泵施工方案1. 引言地源热泵（Ground Source Heat Pump，GSHP）作为一种高效环保的供暖和制冷方式，近年来逐渐受到人们的关注和采用。
本文旨在介绍地源热泵施工方案，包括地源热泵的原理、选择适当的地源、施工步骤以及施工要注意的问题。
2. 地源热泵原理地源热泵利用地下（地表）的稳定温度作为能量的来源，通过循环系统将地下的热能或冷能转移到建筑物内部供暖或制冷。
它基本上是一个热泵系统，包括四个主要组件：地源换热器、热泵、水循环系统和建筑内部的辐射或通风系统。
热泵是地源热泵系统的核心部件，它通过压缩-膨胀工作原理循环利用冷媒在低温和高温状态下的相变过程，实现能量的转移。
换热器则是通过水循环系统，将地下的热能或冷能散发出来。
3. 选择适当的地源选择适当的地源是地源热泵施工的重要环节，它直接影响到地源热泵系统的效能和运行成本。
以下是几种常见的地源选择：3.1. 地源换热器在水中的安装地源换热器可以埋入水源中，该方式适用于靠近水体（河流、湖泊等）的区域。
水体的温度相对稳定，可以提供较好的换热效果。
3.2. 地源换热器的水平回填地源换热器可以水平回填在合适的土壤里，如花园、运动场等。
土壤的特点是温度变化缓慢，可以长期稳定地提供热能。
3.3. 地源换热器的垂直回填地源换热器可以垂直回填在深井中，井口与井底之间的管道将冷媒上下输送。
垂直回填方式适用于土地有限的地区，但施工难度较大。
4. 施工步骤4.1. 方案设计根据建筑物的需求和地源的条件，设计合理的地源热泵施工方案。
方案设计要考虑地源换热器的类型和位置、管道布置、热泵的选型等。
4.2. 地源准备在施工前，需要对地源进行准备工作。
对于水源，需要确保水体的质量符合要求。
对于土壤，需要进行地质勘察和土壤测试，以确定合适的地点和地层条件。
4.3. 洞穴挖掘和管道安装根据方案设计，对于水源方式，需要挖掘出水体与地源换热器连接的池塘或孔槽。
对于土壤方式，需要挖掘合适的深度和尺寸的孔穴，并安装地源换热器。
土壤源热泵系统设计方法步骤佚名简介：随着我国建筑业持续发展，对建筑节能的要求越来越高，而供热系统和空调系统是建筑能耗的主要组成部分，因此，设法减小这两部分能耗意义非常显著。
地源热泵供热空调系统是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的系统。
冬季通过吸收大地的能量，包括土壤、井水、湖泊等天然能源，向建筑物供热；夏季向大地释放热量，给建筑物供冷。
相应地，地源热泵系统分土壤源热泵系统、地下水热泵系统和地表水热泵系统3种形式。
关键字：土壤源热泵系统,地下热交换器土壤源热泵系统的核心是土壤耦合地热交换器。
地下水热泵系统分为开式、闭式两种：开式是将地下水直接供到热泵机组，再将井水回灌到地下；闭式是将地下水连接到板式换热器，需要二次换热。
地表水热泵系统与土壤源热泵系统相似，用潜在水下并联的塑料管组成的地下水热交换器替代土壤热交换器。
虽然采用地下水、地表水的热泵系统的换热性能好，能耗低，性能系数高于土壤源热泵，但由于地下水、地表水并非到处可得，且水质也不一定能满足要求，所以其使用范围受到一定限制。
国外（如美国、欧洲）主要研究和应用的地源热泵系统以及我国理论研究和实验研究的重点均是土壤源热泵系统。
目前缺乏系统设计数据以及较具体的设计指导，本文进行了初步探讨，以供参考。
1 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，在此不再赘述。
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[2]计算：kW （1）kW （2）其中Q1＇——夏季向土壤排放的热量，kWQ1——夏季设计总冷负荷，kWQ2＇——冬季从土壤吸收的热量，kWQ2——冬季设计总热负荷，kWCOP1——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COP1、COP2 。
若样本中无所需的设计工况，可以采用插值法计算。
（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）（3）其它2 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。
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（详见[2]）。
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，资料表明[4]：最深的U型管埋深已达180m。
U型管的典型环路有3种，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。
2.2 选择管材一般来讲，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。
2.3 确定管径在实际工程中确定管径必须满足两个要求[2]：（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[1]。
2.4 确定竖井埋管管长地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热系数等。
文献[2]介绍了一种计算方法共分9个步骤, 很繁琐，并且部分数据不易获得。
在实际工程中，可以利用管材“换热能力”来计算管长。
换热能力即单位垂直埋管深度或单位管长的换热量，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[3]。
设计时可取换热能力的下限值，即35W/m（管长），具体计算公式如下：（3）其中Q1＇——竖井埋管总长，mL ——夏季向土壤排放的热量，kW分母“35”是夏季每m管长散热量，W/m2.5 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:（4）其中N——竖井总数，个L——竖井埋管总长，mH——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。
2.6 计算管道压力损失在同程系统中，选择压力损失最大的热泵机组所在环路作为最不利环路进行阻力计算。
可采用当量长度法，将局部阻力件转换成当量长度，和管道实际长度相加得到各不同管径管段的总当量度，再乘以不同流量、不同管径管段每100m管道的压降，将所有管段压降相加，得出总阻力。
2.7 水泵选型根据上述计算最不利环路所得的管道压力损失，再加上热泵机组、平衡阀和其他设备元件的压力损失，确定水泵的扬程，需考虑一定的安全裕量。
根据系统总流量和水泵扬程，选择满足要求的水泵型号及台数。
２.8 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：其中ｐ——管路最大压力，Paｐ０——建筑物所在的当地大气压，Paρ——地下埋管中流体密度，kg/m3g ——当地重力加速度，m/s2h——地下埋管最低点与闭式循环系统最高点的高度差，mρh——水泵扬程，Pa3 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。
3.2 在某些商用或公用建筑物的地源热泵系统中，系统的供冷量远大于供热量，导致地下热交换器十分庞大，价格昂贵，为节约投资或受可用地面积限制，地下埋管可以按照设计供热工况下最大吸热量来设计，同时增加辅助换热装置（如冷却塔＋板式换热器，板式换热器主要是使建筑物内环路可以独立于冷却塔运行）承担供冷工况下超过地下埋管换热能力的那部分散热量。
该方法可以降低安装费用，保证地源热泵系统具有更大的市场前景，尤其适用于改造工程[1]。
4 设计举例4.1 设计参数上海某复式住宅空调面积212m2。
4.1.1 室外设计参数夏季室外干球温度tw＝34℃, 湿球温度ts＝28.2℃冬季室外干球温度tw＝-4℃, 相对湿度φ＝75％4.1.2 室内设计参数夏季室内温度tn＝27℃, 相对湿度φn＝55％冬季室内温度tn＝20℃, 相对湿度φn＝45％4.2 计算空调负荷及选择主要设备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WPWD072型水源热泵机组2台，本设计举例工况下的COP1＝3.3，COP2 ＝3.7。
4.3 计算地下负荷根据公式（1）、（2）计算得kW取夏季向土壤排放的热量Q1 ＇进行设计计算。
4.4 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。
4.5 确定竖井埋管管长根据公式（3）计算得4.6 确定竖井数目及间距选取竖井深度50m，根据公式（4）计算得圆整后取10个竖井，竖井间距取4.5m。
4.7 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。
4.8 校核管材承压能力上海夏季大气压力ｐ０＝100530 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0.5 ρh＝7.5 mH2O＝73529 Pa因此，管路最大压力ｐ＝ｐ０＋ρgh＋0.5 ρh＝668959 Pa（约0.7Mpa）聚乙烯PE63（SDR11）额定承压能力为1.0MPa，管材满足设计要求。
5 结论地源热泵系统在我国长江流域及其周围地区具有广阔的应用前景，但有关影响土壤源热泵系统广泛应用的主要因素（如地下热交换器的传热强化、土壤性质等）的研究还很有限，设计时大致可以遵循以下原则：（1）若建筑物周围可利用地表面积充足，应首先考虑采用比较经济的水平埋管方式；相反，若建筑物周围可利用地表面积有限，应采用竖直U型埋管方式。
（2）尽管可以采用串联、并联方式连接埋管，但并联方式采用小管径，初投资及运行费用均较低，所以在实际工程中常用，且为了保持各并联环路之间阻力平衡，最好设计成同程式。
（3）选择管径时，除考虑安装成本外，一般把各管段压力损失控制在4mH2O/100m（当量长度）以下，同时应使管内流动处于紊流过渡区。
