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正文內(nèi)容

方案書(shū)--地源熱泵系統(tǒng)(編輯修改稿)

2024-12-16 10:36 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 量或制冷量與所耗功率之比稱(chēng)為能效比,即 COP 值,它是表示制 13 熱效率或制冷效率的能耗指標(biāo)。 水源熱泵機(jī)組 的 COP 則可達(dá)到 左右,制熱達(dá)到 以上。整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行能效達(dá)到制冷 以上,制熱 左右 . ◆制冷工況: 夏季,需要的冷負(fù)荷為 612kW,計(jì)算夏季向土壤中排放的最大散熱量為: )/11( COP nP ??? 式中 pQ —— 夏季向土壤中排放的最大熱負(fù)荷量,單位: kW; nQ —— 空調(diào)冷負(fù)荷,單位: kW; COP—— 能效比,取 4 所以,夏季散熱的熱量為: pQ = 612 (1+1/4) =765( kW) ◆制熱工況: 冬季,需要的熱負(fù)荷為 636kW,計(jì)算埋管的實(shí)際最大吸熱需求量為: )/11( COP ns ??? 式中 sQ —— 冬季從土壤中吸取的最大熱負(fù)荷量,單位: kW; nQ —— 空調(diào)熱負(fù)荷,單位: kW; COP—— 能效比,取 。 所以,冬季地表水需要量為: nG = 636 (11/) =458( kW) 從計(jì)算結(jié)果可看出單位時(shí)間內(nèi)與土壤的最大換熱量出現(xiàn)在夏季,為 458kW。 地埋管換熱器 及管井 的設(shè)計(jì) 地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,室外地埋管的計(jì)算是關(guān)鍵環(huán)節(jié),本工程采用垂直地埋管。垂直地埋管換熱器計(jì)算的基礎(chǔ)是單個(gè) 鉆孔的傳熱分析。在多個(gè)鉆孔的情況下,可在單孔的基礎(chǔ)上運(yùn)用疊加原理加以擴(kuò)展。 14 結(jié)合多年的地源熱泵設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn),土壤換熱器形式設(shè)定如下: 土壤耦合器采用單 U 形埋管,鉆孔直徑為¢ 110- 150mm ; 考慮井之間相互熱干擾,埋管間距 最好 為 4m; 水平管連接方式為 管井分集水器 連接 ,水平埋深不小于 米; 鉆孔深度, 根據(jù)整個(gè)南通地區(qū)的 地質(zhì)情況 暫定埋管深度 100 米 ,可根據(jù)實(shí)際鉆孔情況調(diào)整; 地耦換熱器計(jì)算: 計(jì)算埋管管長(zhǎng) 地下熱交換器長(zhǎng)度的確定除了已確定的系統(tǒng)布置和管材外,還需要有當(dāng)?shù)氐耐寥兰夹g(shù)資料,如地下溫度、傳熱 系數(shù)等。 根據(jù)我們已掌握的 鎮(zhèn)江 地區(qū)的地質(zhì)資料和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),利用管材 “換熱能力 ”來(lái)校核管長(zhǎng)。 根據(jù)我們的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn), 每米管的 換熱能力值 范圍在 30W/m—— 50W/m(管長(zhǎng)) , 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)取 每米管的 換熱能力值,即 30W/m(管長(zhǎng)),具體計(jì)算公式如下: 其中 L ——豎井埋管總長(zhǎng), m pQ ——夏季向土壤排放的熱量, kW 分母 “30”是夏季每 m 管長(zhǎng)散熱量, W/m 總埋管量: 351000?? pQL = 612 1000/30=20400 m 確定豎井?dāng)?shù)目及間距 豎井深度多數(shù)采用 70~ 100m,我們參考 河南 地區(qū)的 地質(zhì)資30 1000 1 ? ? ? Q L 15 料,選擇該地區(qū)豎井打 100 米較為合理。根據(jù)下式計(jì)算豎井?dāng)?shù)目 : HLN ??2 其中 N ——豎井總數(shù),個(gè) L ——豎井埋管總長(zhǎng), m H ——豎井深度, m 分母 “2”是考慮到豎井內(nèi)埋管管長(zhǎng)約等于豎井深度 的 2 倍。 計(jì)算結(jié)果: N= 20400/2/100=102 根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn), 由于冬夏季地下排熱和吸熱的不均衡性,為盡量減少對(duì)地下環(huán)境的影響,我們?cè)黾? 倍的埋管量來(lái)增大換熱效果。增加后的埋管數(shù)量: 102 =112(個(gè)) 實(shí)際埋管數(shù)量取值 112 個(gè)孔。 土壤耦合器材料選擇 : 考慮到土壤換熱器是地源熱泵系統(tǒng)深埋于地下的關(guān)鍵換熱設(shè)備 ,其性能對(duì)系統(tǒng)性能和壽命影響明顯,本方案設(shè)計(jì)采用化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)大、流動(dòng)阻力小、熱膨脹性好的高密度聚乙烯( HDPE100) ,耐壓 的 SDR11 管作為埋管材料 。 因此,根據(jù)以上計(jì)算,可知地埋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。但埋管量占地較為龐大,建議夏季部分負(fù)荷采用冷卻塔散熱,這樣可以減少埋管量,同時(shí)可有效的解決冬夏季 土壤熱不平衡問(wèn)題。但也非需要,可以在后面的分析中確定是否需要冷卻塔,如果冬夏運(yùn)行的吸排熱差達(dá)到 30%以上,就可以考慮加冷卻塔進(jìn)土壤的熱平衡。 特別需要注意的是,地源熱泵需要充分了解可能發(fā)生的地下熱平衡的失衡問(wèn)題。 土壤熱平衡的分析: 如果冬夏季運(yùn)行土壤吸排熱差達(dá)到 30%以上建議夏季部分負(fù)荷采用冷卻塔散熱, 16 這樣可以減少埋管量,同時(shí)可有效的解決冬夏季 土壤熱 不平衡問(wèn)題。 分析條件,根據(jù)地區(qū)氣候特性,上海地區(qū)夏季供冷周期為 90 天,冬季供周期為120 天。夏季每天運(yùn)行時(shí)間按 8 小時(shí),冬季每天運(yùn)行 8 小時(shí)計(jì)。 則: 年度夏季最大排熱量: 612 90 8=440640kW 年度冬季最大吸熱量: 636 100 8=508800kW 根據(jù)前面所計(jì)算的最大吸放熱負(fù)荷差,百分比情況: 81216/63168= 結(jié)論: 以上 分析結(jié)果 顯示 需要設(shè)置冷卻塔 , 解決冬夏季土壤熱不平衡問(wèn)題。 如果有生活熱水需求,工程上還可 以用來(lái)夏季熱回收生活熱水來(lái)進(jìn)行土壤的熱平衡。 17 四、 地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝 (一) 地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝關(guān)鍵 現(xiàn)場(chǎng)勘查: 決定采用地源熱泵系統(tǒng)后的現(xiàn)場(chǎng)勘查,除了進(jìn)行場(chǎng)地調(diào)查以外,關(guān)鍵是鉆勘探孔采集土壤熱參數(shù)。土壤熱參數(shù)主要包括土壤的導(dǎo)熱系數(shù)、土壤溫度以及隨深度和季節(jié)變化的規(guī)律等,目前由于國(guó)內(nèi)缺少這方面的研究,相關(guān)技術(shù)還不成熟,因此限制了地源熱泵的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì): 地源熱泵換熱器中的循環(huán)介質(zhì)與大地之間的換熱情況相當(dāng)復(fù)雜,因此該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)主要是換熱器的設(shè)計(jì)。埋管形式、 埋管或豎井的間距、埋深、管徑、循環(huán)介質(zhì)的流量等是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)該重點(diǎn)考慮的因素。 關(guān)鍵點(diǎn): U 型管熱交換器的管徑一般在 50mm 以下,埋深可達(dá) 200m 以上,主要用于埋管面積較小的地區(qū)。 U型管的水平間距有資料指出一般為 ,目前也有 6m 的實(shí)例,實(shí)際上其間距應(yīng)與埋管深度、回路形式、管徑以及系統(tǒng)使用狀況有關(guān)。 系統(tǒng)安裝: 垂直埋 管的施工主要包括鉆孔、換熱器安裝、試壓和回填,其中任何一個(gè)步驟都極為關(guān)鍵,因此,應(yīng)該由有資質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)的施工隊(duì)伍來(lái)完成。 (二)室外地埋管換熱系統(tǒng)的主要施工工序及注意的問(wèn)題: 室外地埋管換熱系統(tǒng)的主要施工工序 孔位放樣 → 鉆孔 → U型換熱器的組裝、試壓 → U型換熱器的下放 → U型換熱器的二次試壓、保壓 → 注漿 → U 型換熱器沖洗 → 開(kāi)挖環(huán)路集管溝槽 → 抄平溝槽、回填沙子 →環(huán)路集管的制作、安裝 → 第三次試壓 → 回填沙子及原土并夯實(shí) → 第四次試壓。 孔位放樣: 采用鋼卷尺按照室外孔位圖紙進(jìn)行平面定位,放出各孔位做好標(biāo)記及控制點(diǎn)。采用水準(zhǔn)儀測(cè)出各孔位的地面高程,根據(jù)環(huán)路集管的埋深確定鉆孔深度。 18 鉆孔:成孔是室外換熱系統(tǒng)的主要工序之一,為保證成孔率,減少施工成本,加快施工進(jìn)度,在成孔過(guò)程中應(yīng)采取如下措施: ⑴、選用性能好的成孔設(shè)備(鉆機(jī)、空壓機(jī))。⑵、保證鉆空的垂直精度,應(yīng)小于 1度。(鉆機(jī)安裝應(yīng)穩(wěn)固可靠;開(kāi)孔時(shí)應(yīng)低速低壓確保垂直度;孔深 5m 以?xún)?nèi)孔斜應(yīng)嚴(yán)格控制;開(kāi)孔前必須用水平尺校正鉆機(jī),固定好后方可開(kāi)孔。)⑶、成孔要連續(xù),盡量縮短成孔的時(shí)間,以防塌孔。⑷、鉆孔至設(shè)計(jì)深度,提鉆前應(yīng)進(jìn)行洗孔保證成孔的有效深度。 U 型換熱器的組裝、試壓應(yīng)采取的措施: ⑴、應(yīng)測(cè)量換熱器的實(shí)際長(zhǎng)度,看是否滿(mǎn)足要求,對(duì)應(yīng)的回路應(yīng)作好標(biāo)記。⑵、檢查管卡的間距及數(shù)量是否滿(mǎn)足要求。⑶、檢查注漿管的長(zhǎng)度及管徑是否滿(mǎn)足要求。三項(xiàng)檢查合格后應(yīng)貼上合格標(biāo)簽方可進(jìn)行下道工序。 注漿工序中為保證注漿的密實(shí)應(yīng)采取的措施如下: ⑴、注漿應(yīng)在成孔且下放 U型換熱器后立即進(jìn)行,以防塌孔。⑵、注漿應(yīng)從下向上灌注,注漿管的提取速度應(yīng)與注漿泵的流量相匹配。⑶、注漿材料及水灰比應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。⑷、注漿應(yīng)多次補(bǔ)注,確保到達(dá)環(huán)路集管處。 為保證 U型換熱器的有效長(zhǎng)度應(yīng) 采取的措施: ⑴、應(yīng)測(cè)量換熱器的實(shí)際長(zhǎng)度,看是否滿(mǎn)足要求,對(duì)應(yīng)的回路應(yīng)作好標(biāo)記(或 U型換熱器的訂做應(yīng)使換熱器從頭至未噴上長(zhǎng)度標(biāo)志及對(duì)應(yīng)環(huán)路的標(biāo)志)。⑵、檢查管卡的間距及數(shù)量是否滿(mǎn)足要求。⑶、檢查注漿管的長(zhǎng)度及管徑是否滿(mǎn)足要求。⑷、 U 型換熱器下管的有效深度應(yīng)為滿(mǎn)足一定長(zhǎng)度范圍的要求(下管有效長(zhǎng)度 = 設(shè)計(jì) U設(shè)計(jì) )。 U 型換熱器的定管長(zhǎng)度為 U 設(shè)計(jì) + 米。鉆孔深度為 U 設(shè)計(jì) + 米。 環(huán)路集管制作、安裝過(guò)程中應(yīng)采取的措施: ⑴、環(huán)路集管溝槽開(kāi)挖前應(yīng)對(duì) U型換熱器進(jìn)行清洗、 試壓,完成成孔隊(duì)伍與環(huán)路隊(duì)伍的交接。⑵、環(huán)路集管溝槽開(kāi)挖后,槽地應(yīng)抄平、墊砂,高程滿(mǎn)足環(huán)路集管的高程要求。⑶、管底沙層的厚度及管頂沙層的厚度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)或技術(shù)規(guī)程的要求。⑷、為免遭其他管道開(kāi)挖、施工對(duì)環(huán)路集管或 U型換熱器的損壞,環(huán)路集管及 U型換熱器沙層上面應(yīng)鋪設(shè)警示帶。⑸、管材采用 PE 管材,大于等于¢ 63 的采用熱熔對(duì)接連接。小于¢63 的采用熱熔承插連接。⑹、環(huán)路集管與分集水器的連接,大于等于¢ 63 的采用琺蘭連接。小于¢ 63的采用鋼塑過(guò)渡連接。 19 為保證環(huán)路集管施工過(guò)程中免遭破壞,設(shè)計(jì)及施工過(guò)程應(yīng)采取的措施: ⑴、設(shè)計(jì)中,應(yīng)注意避讓雨、污水管線(xiàn),在平面上與雨、污水管線(xiàn)的距離宜大于 米;在豎向上應(yīng)比雨、污水管道深 1米 ~ 米 ,埋深宜為 ~ 米。⑵、施工過(guò)程中,為免遭其他管道開(kāi)挖、施工對(duì)環(huán)路集管或 U型換熱器的損壞,環(huán)路集管及 U型換熱器沙層上面應(yīng)鋪設(shè)警示帶;⑶、施工過(guò)程中,為免遭其他管道開(kāi)挖、施工對(duì)環(huán)路集管或 U型換熱器的損壞,環(huán)路集管應(yīng)接至機(jī)房且對(duì)系統(tǒng)注水、打壓,有專(zhuān)人看守,被破壞時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn),及時(shí)修復(fù)。⑷、與室外其他施工協(xié)調(diào)、配合好,破壞時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn),及時(shí)通知,及時(shí)修復(fù)。 特殊情況處理 斷層 破碎帶的處理 擬采用減小鉆孔風(fēng)動(dòng)壓力,高速旋轉(zhuǎn),多排渣待鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)孔深時(shí)及時(shí)安放地埋管。 地下水量大時(shí)孔內(nèi)的浮力大在安放地埋管內(nèi)加注清水保證其重量促進(jìn)下管速度來(lái)保證有效深度。 。 (三) 室外垂直埋管系統(tǒng)主要施工工藝 采用的設(shè)備: 鉆機(jī)采用 XY1, XY1B,往復(fù)式泥漿泵采用 BW 材質(zhì):采用 PE管 U型 雙 排管 d25 + . 井下垂直 PE管預(yù)制 (1)、預(yù)制 程序 目測(cè) PE 管的外觀質(zhì)量,查驗(yàn)三證和理化報(bào)告,合格并簽證后方可預(yù)制。 (2) 、減少磨損 安裝單位按圖紙要求截取 PE管所需長(zhǎng)度并要
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