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浅谈竖直地埋管地源热泵系统工程管理

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发表于 2015-3-24 21:59:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
作者:任治水  
      上海赫为尔新能源技术有限公司  项目经理 二级建造师


地源热泵技术是一种既节能、又环保的实用空调新技术。本文介绍作者在山东滨州码头综合调度楼工程中,致力于这一新技术的应用和推广,进行了一些有益的探索和实践工作。


地源热泵系统通过吸收大地的能量,包括土壤、井水、湖泊、江河等天然能源,冬季从大地自然界吸收能量,夏季向大地自然界放出能量,再由热泵机组向建筑物供冷供热,是一种利用可再生能源的高效节能、无污染的既可供暖又可制冷的新型空调系统,可广泛应用于公共建筑、住宅、学校、医院等建筑物。地源热泵技术是目前建筑中央空调领域正在兴起的一项革命性新技术。我们在山东滨州北海新区码头综合调度楼工程中,致力于地源热泵项目的技术引进、产品开发和市场推广工作,做了一些有益的探索,现浅述如下。


1工程概况
滨州码头综合调度楼位于山东滨州市北海新区,为综合性办公楼,主楼为地上6层,建筑面积为12600m2。


地源热泵系统共有三种形式:①地埋管热交换器地源热泵(也称土壤热交换器地源热泵);②地下水地源热泵;③地表水地源热泵。该工程选用地埋管热交换器地源热泵系统。地埋管热交换器地源热泵又分为水平地埋管和竖直地埋管两种形式,鉴于场地的限制,选择占地面积小的竖直地埋管热交换器地源热泵系统。


地埋管热交换器中流体流动的回路形式有串联和并联两种,本工程采用U型管并联同程的热交换器形式,并联系统管径较小,管道费用较低,且布置成同程式。当每个并联环路之间流量平衡时,其换热能量相同,其压降特征有利于提高系统能力。


按照《地源热泵系统工程技术规范》(GB50366-2005)的要求,根据现场勘察结果,U型管竖直井的水平间距布置为4.5m,钻探孔深120m;设计取孔深为100m,孔径200mm,孔数设计为210个,孔井尽量布置在以机房为中心的周围。


2工程勘察
工程场地状况及浅层地热能资源条件,是能否应用地源热泵系统和选择采用哪一种形式的地源热泵系统的基础和先决条件。其管理工作主要做好以下几方面:
(1)《地源热泵系统工程技术规范》(GB50366-2005)规定,地源热泵系统方案设计前,应进行工程场地状况调查,并应对浅层地热能资源进行勘察。工程勘察应由具有勘察资质的专业队伍承担。工程勘察完成后,应编写工程勘察报告,并对资源可利用情况提出建议。


(2)工程场地状况调查以收集资料为主,调查区域半径宜大于拟定换热区100~200m。调查应包括下列内容:①场地规划面积形态及坡度,即地形地貌;②场地内已有建筑物和规划建筑物的占地面积及分布;③场地内树林植被、池塘、排水沟、架空输电线及电信电缆的分布;④场地内已有的、计划修建的地下管线和地下构筑物的分布及埋深;⑤场地已有水井的位置、类型结构、深度、地层剖面和水位、出水量、水温及水质情况,还应了解水井的用途、开采方式、年用水量及水位变化情况等。


(3)岩土体地质条件勘察可参照《岩土工程勘察规范》(GB50021)及《供水水文地质勘察规范》(GB50027)进行。采用竖直地埋管换热器时,地埋管换热系统勘察采用钻探进行,钻探方案应根据场地大小确定,钻探孔深度比钻孔至少深5m。地埋管换热系统勘察应包括:①岩土层的结构;②岩土体热物性;③岩土体温度;④地下水静水位、水温、水质分布;⑤地下水径流方向、速度;⑥冻土层厚度。


(4)岩土体热物性指岩土的热物理参数,包括岩土体导热系数、密度及比热等,测定方法可采用试验室法或现场测定法。①试验室法:对勘察探孔不同深度的岩土体样品进行测定,并以其深度加权平均计算该勘探孔的岩土热物性参数。②现场测定法:现场测试岩土体应在测试埋管状况稳定后进行。根据埋管深度,测试一般应在测试埋管安装完毕72h后进行,对两个钻探孔及两个以上钻探孔的测试,其测试结果取算术平均值。


3竖直地埋管换热系统设计
竖直地埋管换热系统是利用地下换热盘管与土壤进行热交换,把大地作为热泵机组的低温热源和排热场所。它由地下盘管和常规水源热泵机组组成,冬季供热时,土壤作为热泵机组的低温热源,通过地下盘管获取土壤中热量供给室内;夏季供冷时,土壤作为排热场所,把室内冷负荷以及压缩机耗能通过地下换热盘管排入土壤中。亦即土壤夏季蓄存热量,冬季重新释放热量,使大地热量基本稳定。设计阶段主要做好以下管理工作:
(1)地埋管换热系统设计前,应根据工程勘察结果评估其实施的可行性及经济性。工程设计应由具有设计资质的专业机构承担,工程设计完成后,应经过有关部门对其图纸进行审查并获批准。


(2)系统设计应进行全年动态负荷计算,最小计算周期宜为一年,计算周期内,系统总释热量宜与其总吸热量相平衡。因为全年冷、热负荷平衡失调,将导致地埋管区域岩土体温度持续升高或降低,从而影响地埋管换热器的换热性能,降低其系统的运行效率。


(3)地埋管换热系统设计计算是地源热泵系统设计所特有的内容,为保证设计符合实际、满足使用要求,通常设计前需要对现场岩土体热物性、回填料热物性及传热介质特性等因素,根据实测数据进行计算,考虑其计算的特殊性及复杂性,宜采用专用软件进行;设计计算时,环路集管不应包括在换热器长度内。


(4)竖直地埋管换热器埋置深度由计算确定,最少宜大于20m;钻孔孔径不宜小于0.11m;为避免换热短路,钻孔间距应满足换热需要,通过计算确定,即岩土体吸、释热量平衡时,宜取小值;反之宜取大值,间距宜为3~6m。该工程取4.5m,孔径取200mm,孔深100m;水平连接管的深度应在冻土层以下0.6m,且距地面不宜小于1.5m。为确保系统及时排气和加强换热,管内流体应保持紊流流态。管道推荐流速:双U形埋管不宜小于0.4m/s;单U形埋管不宜小于0.6m/s。


(5)埋管环路两端应分别与供、回水环路集管相连接,且宜同程布置;每对供、回水环路集管连接的管环路数宜相等,供、回水环路集管的间距不应小于0.6m。为了减少水井及室外排水设施的影响,换热器安装位置应远离出水井及室外排水设施;为了缩短供、回水集管的长度,宜靠近机房或以机房为中心设置。


(6)为增加系统的安全性、可靠性,应设自动充液及泄漏报警系统;为便于系统充液,一般在分水器或集水器上预留冲液管;连接系统的室内送、回液联管上要安装闭式膨胀箱、充放液设施、压力表、温度计等基本仪器与部件;需要防冻的地区,应设防冻保护装置;为防止系统堵塞,埋管换热系统宜设反冲洗系统,冲洗流量宜为工作流量的2倍;设计时应根据实际选用的传热介质的水力特征进行水力计算,宜采用变流量设计,以节省用电量;应根据地质特征确定回填料配方,回填料的导热系数不应低于钻孔外岩土体的导热系数。




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发表于 2016-11-16 17:02:16 | 显示全部楼层
定时整理书桌书柜,良好的精神面貌可以让你事半功倍。
http://bbs.eszhileng.com
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发表于 2018-7-28 16:41:13 | 显示全部楼层
楼上的话等于没说~~~
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发表于 2018-11-9 19:29:15 | 显示全部楼层
要不我崇拜你?行吗?
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