北京观唐别墅地源热泵工程案例

    一、工程概况

    本工程为北京市观唐别墅C户型，总建筑面积434.1平方米（含架空层），地下一层，地上两层。空调面积约为264平方米，地板采暖面积约为326平方米。空调末端开发商已安装完毕，现需要空调机房、室外地埋系统和室内地板采暖的配置。我公司建议采用地源热泵空调机组来满足建筑物的冬季供暖、夏季制冷的需求。

    二、技术介绍

    本工程采用地埋管地源热泵技术。

    1、埋管方式

    一般分两种环路系统，即立埋式环路系统和平埋式环路系统：

    1）、立埋式环路系统

    立埋式环路系统由深度可达200米的聚乙烯管环路组成，这些环路放在直径100至150mm的垂直管孔中形成与土壤进行热交换。环路分两种系统类型：并联式系统和串联式系统。并联式系统所有管径较小，管环长度较短，所需水泵扬程较低，可用较小的水泵，运行费用较少。

    2）、平埋式环路系统

    平埋式环路系统是将环路安放在深度约为1.20-1.80m的水平管沟内。由于受地表温度年波动的影响，环路长度需增加15%至30%。立埋式的管孔要用钻井机械钻孔，而平埋式的管沟只要用反向铲开挖即可。平埋式系统通常安装在有较大园地的住宅和场地很大的建筑物。

    2、环路设计

    1）、选用环路管材：通常选用DN32、DN50的聚乙烯和聚丙烯塑料管，其正常寿命是50年。

    2）、管道的长度。计算埋地环路长度时必须考虑土壤的温度、性质、导热系数和管道的直径、流速、热阻等。在美国已为不少地区提供了立埋和平埋的每冷吨所需的环路管道长度。我们在这些方面也作了大量的工作，拥有自己的计算软件。

    3）、选择环路管道内的液体。因冬季运行水温较低，平埋式通常选用20%甲醇或20%丙二醇防冻溶液，竖埋式不受地表温度影响因而可采用处理后的自来水。

    4）、管内的液体流速，为保证管内流体处于紊流状态，选取管内流速时，应是流体的雷诺数Re达到3000以上。

    3、换热参数

    1）、为了避免热短路，任何形式的换热器都对换热器之间的距离有一定要求，具体确定这个距离要考虑多方面的因素，最重要的是确定换热器的运行时间，对竖埋套管换热器而言，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。影响单根竖管的换热距离一般为3-5m。短时间和间歇运行的换热管间距在3m较合适，长时间连续运行的间距在5m较合适。

    2）、土壤热物性试验结果表明：土沙混合比为1：2的混合物的导热系数最大，为寻求最佳的回填材料提供了基础数据；地源热泵地埋换热器的取热过程的主要热阻是土壤，取热管的材料种类对取热量大小影响不大。

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