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土壤源热泵系统设计1.设计概况土壤源热泵系统的核心是土壤耦合地热换热器的设计。
地下换热器设计是土壤源热泵系统设计的核心内容，主要包括地下换热器形式及管材选择，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。
2.埋管布置形式在现场勘测的基础上，结合现场可用地表面积、当地土壤类型以及钻孔费用，确定换热器埋管采用垂直布置还是水平布置方式。
尽管水平布置时通常为浅层埋管，可采用人工挖掘管沟，初投资一般会少些，但它的换热性能比垂直布置时差很多，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。
垂直埋管大致有3种形式：a)U型管；b)套管型；c)单管型。
套管型的内、外管中流体换热时存在热损失。
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，其管径一般在50mm以下，埋管越深，换热性能越好；资料表明，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在每个竖井中布置单U型管。
3.埋管连接形式地下热交换器中的流体流动有两种类型：串联和并联。
串联系统直径大，管道成本高，压降特性限制了系统性能。
并联系统管径较小，管道较小成本，通常安排在同一个程序中。
当每个并联电路之间的流量达到平衡时，传热是相同的，其压降特性有利于提高系统容量。
因此，实际工程一般采用并联程序。
综合各个方面的考虑，本项目采用并联的双 U 型管形式。
4.管材选择通常，地埋管换热器自埋入地下土壤之后，很难进行维护或更换。
因此地埋管管材的性质稳定并且耐腐抗锈。
此外，地下埋管的管道数量众多，廉价的管材自然成了首要考虑的管材，即塑料管材就当之无愧被选中。
目前，普遍使用的聚乙烯(PE)是和聚丁烯(PB)塑料管，有良好的热变形能力可以进行弯曲或加热熔化成更坚固的形式，使用年限超过 50 年。
5.管径选择在实际工程中确定管径时必须满足两个条件：a)管道要大到足够保持最小输送功率．b)管道要小到足够使管道内保持湍流以保证流体与管道内壁之间的传热。
关于地源热泵的知识一．地源热泵的由来"地源热泵"的概念，最早于1912年由瑞士的专家提出，而该技术的提出始于英、美两国。
1946年美国在俄勒冈州的波兰特市中心区建成第一个地源热泵系统。
但是这种能源的利用方式没有引起当时社会各界的广泛注意，无论是在技术、理论上都没有太大的发展。
20世纪50年代，欧洲开始了研究地源热泵的第一次高潮，但由于当时的能源价格低，这种系统并不经济，因而未得到推广。
直到20世纪70年代初世界上出现了第一次能源危机，它才开始受到重视，许多公司开始了地源热泵的研究、生产和安装。
这一时期，欧洲建立了很多水平埋管式土壤源地源热泵，主要用于冬季供暖。
虽然欧洲是世界上发展地源热泵最成熟的地区，但是它也曾因为地源热泵专家不懂安装技术，安装工人又不懂地源热泵原理等因素，致使地源热泵的发展走了一段弯路。
随着科技的进步，关于能源消耗和环境污染的法律制订越来越严格，地源热泵的发展迎来了它的另一次高潮。
欧洲国家以瑞士、瑞典和奥地利等国家为代表，大力推广地源热泵供暖和制冷技术。
政府采取了相应的补贴政策和保护政策，使得地源热泵生产和使用范围迅速扩大。
上世纪80年代后期，地源热泵技术已经趋于成熟，更多的科学家致力于地下系统的研究，努力提高热吸收和热传导效率，同时越来越重视环境的影响问题。
地源热泵生产呈现逐年上升趋势，瑞士和瑞典的年递增率超过10％。
美国的地源热泵生产和推广速度很快，技术产生了飞速的发展，成为世界上地源热泵生产和使用的头号大国。
二．地源热泵的概念地源热泵是利用水源热泵的一种形式，它是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。
三．地源热泵的组成随着空调工业的发展，先进的中央空调系统不断的出现，空调在现代建筑中扮演着越来越重要的角色。
地源热泵系统地埋管换热器设计标准
地源热泵系统是一种高效、环保的供暖方式，其核心设备是地源热泵。
地源热泵通过地下管道将地下的热能传递到室内，实现供暖和制冷。
而地埋管换热器则是地源热泵系统中的重要组成部分，其设计标准对于地源热泵系统的运行效率和使用寿命具有重要影响。
地埋管换热器的设计标准主要包括以下几个方面：
1. 管道材料的选择。
地埋管道需要具有良好的耐腐蚀性和耐压性能，一般采用聚乙烯管或聚丙烯管。
管道的直径和壁厚需要根据地下水温度、土壤类型和地下水流速等因素进行合理的选择。
2. 管道敷设深度。
地埋管道的敷设深度需要考虑到地下水位、土壤类型和地下管道的保护等因素。
一般来说，地埋管道的敷设深度应该在1.5米以上。
3. 管道敷设方式。
地埋管道的敷设方式有水平敷设和垂直敷设两种。
水平敷设适用于土地面积较大的场合，而垂直敷设适用于土地面积较小的场合。
4. 管道间距和管道长度。
地埋管道的间距和长度需要根据地下水温度、土壤类型和地下水流速等因素进行合理的选择。
一般来说，管道间距应该在1.5米以上，管道长度应该在100米以内。
5. 管道连接方式。
地埋管道的连接方式需要采用专业的连接器件，
确保连接牢固、密封性好。
地源热泵系统地埋管换热器的设计标准对于地源热泵系统的运行效率和使用寿命具有重要影响。
在设计和施工过程中，需要严格按照相关标准进行操作，确保地埋管道的质量和安全性。
地源热泵地下埋管形式及计算本文介绍了地源热泵地下埋管换热器系统形式及设计计算中的有关问题，其中包括埋管方式、埋管深度、地下埋管系统的环路形式、埋管材料、埋管间距、埋管系统的管径选择及水力和热力计算等问题。
0引言地下埋管换热器是地源热泵系统的关键组成部分，其选择的形式是否合理，设计的是否正确，关系到整个地源热泵系统能否满足要求和正常使用，本文就这方面的有关问题作些讨论，供同行们参考。
1地源热泵地下埋管形式目前地源热泵地下埋管换热器主要有两种形式，即水平埋管和垂直埋管。
1.1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[1]，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。
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。
管路的埋设视岩土情况，可采取挖沟或大面积开挖方法。
按文献[1]介绍，单层管最佳深度0.8～1.0m，双层管1.2～1.9m，但无论任何情况均应埋在当地冰冻线以下。
由于水平管埋深较浅，其埋管换热器性能不如垂直埋管，而且施工时，占用场地大，在实际使用中，往往是单层与多层互相搭配；螺旋管优于直管，但不易施工。
由于浅埋水平管受地面温度影响大，地下岩土冬夏热平衡好，因此适用于单季使用的情况（如欧洲只用于冬季供暖和生活热水供应），对冬夏冷暖联供系统使用者很少。
1.2垂直埋管根据埋管形式的不同，一般有单U形管，双U形管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，立式柱状管、蜘蛛状管、套管式管等形式；按埋设深度不同分为浅埋（≤30m）、中埋（31～80m）和深埋（>80m）。
目前使用最多的是U形管、套管和单管式，下面作一简述。
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（主要是流量不宜过大所限）。
地源热泵及应用技术说明1．地源热泵技术地源一词是从英文“ground source”翻译而来，汉语的内涵则十分广泛，应包括所有地下资源的含义。
但在空调业内，目前仅指地壳表层（小于400米）范围内的低温热资源，它的热源主要来自太阳能，极少能量来自地球内部的地热能。
地球表面的水体和土、4岩石是一个巨大的太阳能集热器，收集47%的太阳辐射热能，这个能量比人类每年利用能量的500倍还要多，它几乎是无限的，可再生的能源。
而地源热泵的技术思路则是以少量高品位能源（电能），实现低品位热能向高品位转移。
地源介质在冬季作为热泵供暖的热源和夏季制冷的冷源。
即在冬季，把地源介质中的热量“吸取“出来，提高循环介质温度后，供人采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地源介质中去，由地源介质将其储存。
地源热泵是从岩土体、地下水、地表水为低温热源，由地（水）源热泵机组，地热能采集系统，建筑物内系统组成的供热空调系统，根据地热能采集形式不同，分成以下三类系统：（1）土壤源地源热泵系统（本项目的主要采用形式）利用地下埋设的封闭循环管路通过介质（水或水加防冻液）在管路中循环，与土壤或岩体进行热交换（分垂直和水平两种埋管形式）。
在地下成孔，孔内埋设管道，通过介质（水或水加防冻剂）在管道中循环，在地下与土体或岩体进行热交换。
所以也有人称其为土源热泵系统，或地埋管耦合交换热泵系统。
（2）地下水地源热泵系统依靠水井抽取地下水参与循环（分开式或闭式），系统示意图如下：（3）地表水地源热泵系统依靠可利用的江、河、湖泊等地表水，也可以利用城市污水参与循环。
地源热泵系统工作原理——制冷工况在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽——液转化的循环。
通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所需携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时，再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至土壤里。
地源热泵横埋管施工方案
地源热泵系统是一种利用地下土壤、地下水或湖泊等地热资源进行能量交换的
环保节能系统。
在地源热泵系统中，地源热泵横埋管的施工方案尤为关键。
本文将重点介绍地源热泵横埋管的施工流程及注意事项。
施工流程
1.勘探阶段
–在施工前，需要进行提前的勘探工作，确定地下地质条件，包括地下水位、土壤类型等。
根据勘探结果确定横埋管的布置方案。
2.施工准备
–进行地面标定，确定横埋管的具体位置和施工线路。
清理施工现场，确保施工通畅。
3.管道敷设
–进行挖掘工作，开挖横埋管的沟槽，根据设计要求铺设管道。
注意管道的坡度和排水，确保管道畅通。
4.连接封闭
–管道敷设完成后，进行管道的连接和封闭。
确保管道连接牢固，防止漏水。
5.回填
–回填沟槽，填充土壤，并进行压实，保证横埋管的稳定性和保温性能。
6.系统测试
–完成横埋管施工后，进行系统测试，检测管道的正常运行和效果。
注意事项
•施工过程中要确保安全，严格遵守相关施工操作规范，防止事故发生。
•在施工中要保持环境整洁，避免对周围环境造成污染。
•施工人员要具备相关证书和经验，确保施工质量。
•在敷设管道时，要遵循设计要求，确保管道布置合理，保证系统效率。
•施工完成后要及时清理施工现场，保持整洁有序。
地源热泵系统采用横埋管施工方案，可以有效利用地下热能资源，实现低成本、高效率的能源供应。
通过合理施工和周密规划，可以确保地源热泵系统的长期稳定运行，为环保节能事业作出贡献。
地源热泵技术手册一、地源热泵技术的原理地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。
其工作原理简单来说，就是在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量“取”出来，释放到地能中去。
地源热泵系统主要由地源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成。
机组是整个系统的核心，负责热量的交换和输送。
地热能交换系统则通过地下埋管、地下水或者地表水等方式，与地下的热能进行交换。
建筑物内系统则包括末端的散热和制冷设备，如风机盘管、地暖等。
二、地源热泵系统的分类（一）地下水地源热泵系统通过抽取地下水，在热泵机组中进行热量交换后，再回灌到地下。
这种系统需要有充足的地下水资源，并且要确保回灌不会造成地下水资源的污染和浪费。
（二）地表水地源热泵系统利用江河湖海等地表水的热能，通过换热器与热泵机组进行热量交换。
但受到地表水温、水质以及季节变化等因素的影响较大。
（三）土壤源地源热泵系统也称为地埋管地源热泵系统，是将换热管道埋设在地下土壤中，通过与土壤的热交换来获取或释放能量。
这种系统不受水资源和地表水温的限制，但初投资相对较高。
三、地源热泵技术的优势（一）高效节能地源热泵利用地下热能，其能效比传统空调系统高出 30% 50%，能够大大降低能源消耗和运行成本。
（二）环保无污染运行过程中不排放任何污染物，对环境友好，有助于减少温室气体排放，缓解气候变化。
（三）稳定性好地下温度相对稳定，不受外界气温变化的影响，使得地源热泵系统的运行更加稳定可靠，能够提供持续稳定的冷热量。
（四）使用寿命长由于系统运行稳定，且地下部分的管道和设备受外界环境影响小，所以地源热泵系统的使用寿命通常可达 20 年以上。
（五）一机多用地源热泵系统既能供暖，又能制冷，还可以提供生活热水，实现了一机多用，提高了设备的利用率。
四、地源热泵系统的设计与安装（一）场地勘察在设计安装地源热泵系统之前，需要对场地进行详细的勘察，包括地质结构、土壤类型、地下水位、水文地质条件等，以便确定最适合的地热能交换方式和系统规模。
土壤源热泵 土壤源热泵系统是以大地作为热源，热泵的换热器埋于土壤中与大地进行冷热交换的地源热泵系统。土壤源热泵系统采用闭式环路，将大地作为蓄能体，具有环保和节能的双重效益。国际上将地下蓄能技术和高效热泵同时引入21世纪最有发展前途的50项新技术之中。世界能源理事会（WEC）、国际能源署（IEA）、国际制冷学会（IIR）、美国布鲁克海文国家实验室（BNL）等国际著名组织及所从事热泵的研究者普遍认为：在目前和将来土壤耦合热泵是最有前途的节能装置和系统之一，是国际空调和制冷行业的前沿课题之一，也是浅层地能利用的重要形式。1998年美国暖通空调工程师学会（ASHRAE）的技术奖也授予了土壤耦合热泵系统。 土壤源热泵系统的优点： 1.土壤温度全年波动较小且数值相对稳定，热泵机组的季节性能系数具有恒温热源热泵的特性， 这种温度特性使土壤耦合热泵系统比传统的空调运行效率要高40％～60％，节能效果明显； 2.土壤具有良好的蓄热性能，冬、夏季从土壤中取出（或放入）的能量可以分别在夏、冬季得到自然补偿； 3.当室外气温处于极端状态时，用户对能源的需求量一般也处于高峰期，由于土壤温度相对地面空气温度的延迟和衰减效应，因此，和空气源热泵相比，它可以提供较低的冷凝温度和较高的蒸发温度，从而在耗电相同的条件下，可以提高夏季的供冷量和冬季的供热量； 4.地下埋管换热器无需除霜，没有结霜和融霜的能耗损失，节省了空气源热泵结霜、融霜所消耗的3％～30％的能耗； 5.地下埋管换热器在地下吸热与放热，减少了空调系统对地面空气的热、噪声污染。同时，与空气源热泵相比，相对减少了40％以上的污染物排放量。与电供暖相比，相对减少了70％以上的污染物排放量； 6.运行费用低。设计安装良好的地源热泵系统平均来说，可以节约用户30％～40％的供热制冷空调的运行维护费用。 土壤源热泵系统的缺点： 1. 地下埋管换热器的供热性能受土壤性质影响较大，长期连续运行时，热泵的冷凝温度或蒸发温度受土壤温度变化的影响而发生波动； 2. 土壤的热传导率小而使埋管换热器的持续吸热率仅为20～40W/M，一般吸热率为25 W/M左右。因此，当换热量较大时，埋管换热器的占地面积较大； 3. 地下埋管换热器的换热性能受土壤的热物性参数的影响较大。传递相同的热量所需传热管管长在潮湿土壤中为干燥土壤中的1/3，在胶状土中仅为它的1/10； 4. 初投资较高。仅地下埋管换热器的投资约占系统投资的20％～30％左右。 土壤热物性
土壤的热物性对地源热泵系统的性能影响较大。热物性是土壤源热泵系统设计和研究过程诸多环节中最基本、最重要的参数，他直接和土壤源热泵系统的埋地换热器的面积和运行参数有关，是计算有关地表层中的能量平衡、土壤中的蓄能量和温度分布特征等所必需的基本参数。 据有关研究表明，干燥土壤的地源热泵的性能系数要比潮湿土壤的性能系数低35％，当土壤含水量低于15％时，随着含水量的降低，热泵的循环性能系数将迅速下降。土壤含水量在25％以上，土壤源热泵的性能系数提高的趋势减缓。土壤含水量从50％增加到100％，土壤源热泵的性能系数仅增加1.5%左右。 土壤属多孔介质，描述其热物性的基本参数主要包括： 1.土壤的密度ρ（kg/m3）――密度分为干密度和湿密度； 2.含水率ω（％）――土壤中水的含量百分数； 3.饱和度Sr――土壤中水的饱和程度，背水充满空隙的土被称为饱和土； 4.比热容cp――土壤的比热容主要和土壤的水分含量和土壤的矿物组成有关系。土壤水分越大，则比热容也越大，温度变化越缓慢；反之，土壤水分越小，则比热容也越小，温度变化就越快。砂性土壤的比热容比粘性土壤小，因此，砂性土壤的温升较快，粘性土壤温升较慢。 5.热导率λ[W/(m℃)]――土壤的热导率是土壤最为重要的热物性参数之一。热导率和土壤的密度、含水率、孔隙度和饱和度有关。对土壤热导率起决定作用的是土壤的密度和含水率。 几种典型土壤和岩石的热物性系数表：
岩土层 类型 热物性 热导率 ks /[W/(m K)] 热扩散率 a /×106（m2/s） 密度ρ （kg/m3）
土壤 致密粘土（含水量15％） 1.4~1.9 0.49~0.71 1925
致密粘土（含水量5％） 1.0~1.4 0.54~0.71 1925
轻质粘土（含水量15％） 0.7~1.0 0.54~0.64 1285
轻质粘土（含水量5％） 0.5~0.9 0.65 1285
致密砂土（含水量15％） 2.8~3.8 0.97~1.27 1925
致密砂土（含水量5％） 2.1~2.3 1.10~1.62 1925
轻质砂土（含水量15％） 1.0~2.1 0.54~1.08 1285
轻质砂土（含水量5％） 0.9~1.9 0.64~1.39 1285
岩石 花岗岩 2.3~3.7 0.97~1.51 2650
石灰石 2.4~3.8 0.97~1.51 2400~2800
砂岩 2.1~3.5 0.75~1.27 2570~2730
湿页岩 1.4~2.4 0.75~0.97 --
干页岩 1.0~2.1 0.64~0.86 -- 地埋管换热器 土壤源热泵的地埋管类型： 土壤源热泵按地下埋管形式不同可分为水平埋管形式、垂直埋管形式两种类型： (1)水平埋管形式：在建筑周围采用水平方式埋设地埋管换热器，这种方式普遍使用于采暖。水平埋管系统有单层和双层两种形式，可采用U形、蛇形、单槽单管、单槽多管等形式。水平埋管适用于制冷/采暖量较少，而建筑周围又有较大富裕空地的场合。 (2)垂直埋管热泵系统有浅埋和深埋两种。在垂直埋管系统中，管道深入地下，土壤热特性不会受地表温度影响，因此能确保冬季散热与夏季得热间土壤的热平衡。平衡的方法可以采用集热器，在夏季集中热量并送入地下加热土壤，或使热泵反转在夏季为土壤加热，以备冬季之用。垂直埋管系统具有单位土地面积换热量大 垂直埋管土壤耦合热泵系统较水平系统有许多优点： ☆ 占地面积小； ☆ 土壤的温度和热特性变化小； ☆ 需要的管材少； ☆ 泵耗能低； ☆ 能效比高；
地埋管的材质： 土壤源热泵地埋管换热器采用化学稳定性好、耐腐蚀、热导率大、流动阻力小的塑料管材及管件。目前，被应用于土壤源热泵地埋管的管材主要有聚乙稀（PE80或PE100）管和聚丁烯（PB）管，且管材和管件应为相同材料。聚氯乙稀（PVC）管由于热膨胀和土壤移位压力的能力较弱，不宜在地埋管换热器中采用。一般情况下，地埋管换热器一经埋入土壤中，就无法维护，因此在工程选材上，应采用符合国家标准，质量可靠的产品。管材的公称压力应符合1.0Mpa以上的国标规定。
聚乙烯（PE）管外径公称壁厚（mm）
公称外径 dn 平均外径 公称壁厚/材料等级 最小 最大 公 称 压 力 1.0MPa 1.25MPa 1.6MPa 20 20.0 20.3 —— —— —— 25 25.0 25.3 —— 2.3+0.5/PE80 —— 32 32.0 32.3 —— 3.0+0.5/PE80 3.0+0.5/PE100 40 40.0 40.4 —— 3.7+0.6/PE80 3.7+0.6/PE100 50 50.0 50.5 —— 4.6+07/PE80 4.6+07/PE100 63 63.0 63.6 4.7+08/PE80 2.3+0.5/PE100 2.3+0.5/PE100 75 75.0 75.7 4.5+0.7/PE100 5.6+0.9/PE100 6.8+1.1/PE100 90 90.0 90.9 5.4+0.9/PE100 6.7+1.1/PE100 8.2+1.3/PE100 110 110.0 111.0 6.6+1.1/PE100 8.1+1.3/PE100 10.0+15/PE100 125 125.0 126.2 7.4+1.2/PE100 9.2+1.4/PE100 11.4+1.8/PE100 140 140.0 141.3 8.3+1.3/PE100 10.3+1.6/PE100 12.7+2.0/PE100 160 160.0 161.5 9.5+1.5/PE100 11.8+1.8/PE100 14.6+2.2/PE100 180 180.0 180.7 10.7+1.7/PE100 13.3+2.0/PE100 16.4+3.2/PE100 200 200.0 201.8 11.9+1.8/PE100 14.7+2.3/PE100 18.2+3.6/PE100 225 225.0 227.1 13.4+2.1/PE100 16.6+3.3/PE100 20.5+4.0/PE100 250 250.0 252.3 14.8+2.3/PE100 18.4+3.6/PE100 22.7+4.5/PE100 280 280.0 282.6 16.6+3.3/PE100 20.6+4.1/PE100 25.4+5.0/PE100 315 315.0 317.9 18.7+0.5/PE100 23.2+4.6/PE100 28.6+5.7/PE100 355 355.0 358.2 21.1+4.2/PE100 26.1+5.2/PE100 32.2+6.4/PE100 400 400.0 403.6 23.7+4.7/PE100 29.4+5.8/PE100 36.3+7.2/PE100
地埋管换热器的连接： 为可靠起见，所有地下埋管的连接接头都必须采用热熔或者电熔的连接方法，而不得使用机械连接方法。热熔连接接头的连接强度比管道自身的强度都要大些。接头或连接件都是同种塑料材质，不
