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地源热泵地下管群换热器设计施工问题--A

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发表于 2017-6-21 09:43:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
地源热泵地下管群换热器设计施工问题--A


1  概述


  地源热泵以大地作为热源和热汇,热泵的换热器埋入地下,与大地进行冷热交换。由于地源热泵具有可持续发展性,国内外近年来正在加强对它的系统研究。


  地源热泵原理如图 1 所示,埋入地下钻孔中的换热管一进一回形成回路与大地进行换热。夏热冬冷地区地温平均温度在 15-20 ℃左右,通常冷凝器的夏季出水温度在 35- 40 ℃之间,与岩土换热温差可达 20-25 ℃。有利于提高制冷系数,而且不会把热量、水蒸汽及细菌等排入大气环境,造成对环境的损害。冬季运行时,冷凝器作为蒸发器,进行地下换热后蒸发器出水温度一般均高于室外气温,可显著提高供系数,不存在空气源热泵随气温下降供热系数显著减少及除霜等问题。地源热泵在于夏季利用冬季蓄存的冷量供冷同时蓄存热量,以备冬用 ; 冬季利用夏季蓄存的热量供热,同时蓄存冷量,以备夏用。夏热冬冷地区供冷和供暖天数大致 相同,冷暖负荷基本相当,可用同一地下埋管换热器实现建筑的冷暖联供,实属一种节能又保护环境的绿色空调。笔者结合国家自然科学基金课题,在地下单管换热器的实验基础上,建设一个 8kw 地源热泵的地下埋管管群换热器,目的在于研究地下岩土换热的全年动态特性,为地源热泵的设计与运行提供理论依据和可靠的基础数据。本文仅对地下管群换热器的设计及施工问题作一讨论。






2  埋管形式的确定


  换热器埋管形式一般有两种形式,即竖埋管和横埋管由于横埋管占地面积较大,且换热指标小于竖埋管,因此,在实验中,我们以竖埋管研究为主。


  竖埋管一般可分为 U 型管和套管型两种。其结构形式见图 2 。在前期的实验中,我们已经得到结果,套管型换热器热能力大于 U 型管换热器,因此,在管群实验中,我们以竖直套管型换热器作为主要研究对象。








3  换热器管长计算及平面布置


  地源热泵实验基地地下管群换热器换热量为 8000w ,根据前期夏季的实验结果 [1] ,地下岩土为砂岩,经测试及查阅有关文献,砂岩密度 2500kg/m3 ,导热系数λ =2.04W/(m.K) 导温系数 a=0.0033 m2/h ,蓄热系数 s=34.89W/(m.K) ,在埋深 10m 的情况下,单根套管换热器 ( 外管直径 90-100mm) 在夏季稳定情况下的平均传热系数 ( 其定义为换热器内水与大地初始温度每相差 1 ℃时,通过长度 1m 的钻孔,每秒钟传递的热量 )k=3.26W/(m.K) 左右,经测试计算,地下 1-10m 重庆地区夏季的大地原始温度为 21.0 ℃,换热器内进出水温度取 35-40 ℃,平均水温 tp=37.5 ℃。则单位长度钻孔的换热量 q=K ×Δ t=3.14 × (37.5-21.0)=51.8W/m 。与实测值 49w/m 非常接近。由于夏热冬冷地区热泵设计应以夏季降温为主,兼顾冬季供暖,而一般地下管群的传热量冬季大于夏季,因此夏季能满足要求,冬季一般也能达到要求,故本装置按夏季工况设计。


  地下管群换热量根据如上实验结果,设计了 15 根埋深 10m 的套管,其换热量在 7742W 左右。另外,为了研究地下水平埋管换热器的换热规律还建设了两层 3 × 4m ,埋深 2 和 1m 的水平蛇形管换热器,其埋管长度为 50m 。


  任何形式的换热器都对换热器之间的距离有一定的要求,这个距离主要是避免热短路。而具体确定这个距离要考虑多方面的影响因素,最重要的是确定换热器的运行时间对于竖埋管换热而言,换热模型是以埋管为中心的圆柱面辐射状向外传热,且这种传热是以时间为坐标的不稳定传热。


  前期实验我们已经对影响单根竖管的换热距离作了一定的研究,一般影响单管换热距离为 1.5 和 3m 。短时间和间歇运行的换热管间距在 1.5m 较适合,长时间连续运行的间距在 3m 较适合。为了研究不同间距对管群换热的影响该实验基地的埋管间距为 1.5m ,利用阀门的切换来研究不同间距对换热的影响。埋管对称布置,其平面如图 3 所示 :











4  水环路系统设计


  研定平面布置后,即可进行水系统设计。对于每一支管沟的三个孔,由于管道水平距离较近,因此考虑为串联式,全系统有五组串联支路,五组串联支路之间采用并联形式,组成同程式管道系统,每组串联换热进出口均设截止阀与主管连接,以便单独对串联支路进行实验和调节。主管道安装在 断面为 400 × 500mm 的主管沟里。
  供水主管进入室内后接水泵,板式换热器和空调器,膨胀水箱置于室内,构成一个水 - 空气热泵系统。在竖直埋管换热器的水进入板式换热器之前,还设计了一个可进入地板下平行管的并联环路,以供冷热地板实验用。系统连接见图 4 。










                                       












5  主要设备与管材选择


(1) 水泵


系统水流量 W=7742 × 0.86/(40-35)=1332kg/h


水泵流量 W=1.1 × 1332=1465kg/h


水泵扬程 H=1.2 × 980=1.176kPa


根据 W 和 H 选择水型号为 20SG3-14


(2) 板式换热器


选用舒瑞普 (SWEP) 公司 CBE 钎焊式 B10 型, 40 片,换热面积 40 × 0.031=1.24m2 ,最大水流量 3m3/h 。




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论坛元老

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发表于 2017-6-22 06:44:02 | 显示全部楼层
真知灼见啊!楼主的帖子实在是一句中地。子曰:三人行而必有我师焉。斯言善哉。不知不觉上网这么多年,好的坏的帖子都看过了,看多了。渐渐的也觉得没什么意思了。渐渐觉得自己已经达到奋斗的顶峰了。可是,第一眼看到楼主的这个帖子的时候,我的眼前竟然感觉一亮!仿佛看到了倾城倾国的美人,正轻摇柳步款款而行。正好似楼主的这个帖子,语态端正,论证从容。
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论坛元老

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发表于 2018-10-12 08:28:35 | 显示全部楼层
怎么回事!!!!
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