二手空調地源熱泵系統地埋管換熱系統設計
全年冷、熱負荷平衡失調,將導致地埋管區域巖土體溫度持續升高或降低,從而影響地埋管換熱器的換熱性能,降低地埋管換熱系統的運行效率,因此,地埋管換熱系統設計應考慮全年冷熱負荷的影響。
地源熱泵系統最大釋熱量與建筑設計冷負荷相對應,包括:各空調分區內水源熱泵機組釋放到循環水中的熱量(空調負荷和機組壓縮機耗功)、循環水在輸送過程中得到的熱量、水泵釋放到循環水中的熱量。將上述三項熱量相加注可得到供冷工況下釋放到循環水的總熱量。
地源熱泵系統最大吸熱量與建筑設計熱負荷相對應.包括:各空調分區內熱泵機組從循環水中的吸熱量(空調熱負荷,并扣除機組壓縮耗功)、循環水在輸送過程失去的熱量并扣除水泵釋放到循環水中的熱量,將上述前二項熱量相加并扣除第三項就可得到供熱工況下循環水的總吸熱量。
最大吸熱量和量大釋熱量相差不大的工程,應分別計算供熱與供冷工況下地埋熱器的長度,取其大者,確定地埋管換熱器,當兩者相關較大時,宜通過技術經濟比較,采用輔助散熱(增加冷卻塔)或輔助供熱的方式來解決,一方面經濟性較好,同時,也可避免因吸熱與釋熱不平衡引起巖土體溫的降低或升高。
地埋管換熱器有水平和豎直兩種埋管方式,當可利用地表面積較大,淺層巖土體的溫度及熱物性受氣候、雨水、埋設深度影響較小時,宜采用水平地埋管換熱器,否則,宜采用豎直地埋管換熱器。
地埋管換熱器設計計算是地源熱泵系統設計所特有的內容,由于地埋管換熱器換熱效果受巖土體熱物性及地下水流動情況等地質條件影響非常大,使得不同地區,甚至同一地區不同區域巖土體的換熱特性差別都很大,為保證地埋管換熱器設計符合實際,滿足使用要求,通常,設計前需要對現場巖土體熱物性進行測定,并根據實測數據進行計算,此外建筑物全年動態負荷、巖土體溫度的變化、地埋管及傳熱介質特性等因素都會影響地埋管換熱器的換熱效果,因此,考慮地埋管換熱器設計計算的特殊性及復雜性,宜采用專用軟件進行計算,該較件應具有以下功能;
能計算或輸入建筑物全年動態負荷;
能計算當地巖土體平均溫度及地表溫度波幅;
能模擬巖土體與換熱管間的熱傳遞及巖土體長期儲熱效果;
能計算巖土體、傳熱介質及換器管的熱物性;
能對所設計系統的地埋管換熱器的結構進行模擬,(如鉆孔直徑、換熱器類型、灌漿情況等)
目前,在國際上比較認可的地埋管換熱器的計算核心為瑞典隆德大學開發的g-functions算法,根據程序界面的不同主要有:瑞典隆德Lund大學開發的EED程序;美國威斯康星WIscon-sin-Madison大學Solar Energy實驗室(SEL)開發的TRNSYS程序,美國俄克拉何馬州Oklahoma大學開發的GLHEPRO程序,在國內,許多大專院校也曾對地埋管換熱器的計算進行過研究并編制了計算軟件。
利用巖土熱響應試驗進行地埋管換熱器的設計,是將巖土綜合熱物性參數\巖土初始平均溫度和空調冷熱負荷輸入專業軟件,在夏季工況和冬季工況運行條件下進行動態藕合計算,通過控制地埋管換熱器夏季運行期間出口最高溫度和冬季運行期間進口最低溫度,進行地埋管換熱器的設計。
對冬夏運行期間地埋管換熱器進出口溫度的規定,是出于對地源熱泵系統節能性的考慮,同時保證熱泵機組的安全運行,在夏季,如果地埋管換熱器出口溫度高于33℃,地源熱泵系統的運行工況與常規的冷卻塔相當,無法充分體現地源熱泵系統的節能性,在冬季,制冷地埋管換熱器出口溫度限值,是為了防止溫度過低,機組結冰,系統能效比降低。
為了便于設計人員采用,規定了冬夏期間地埋管換熱器進出口溫度的限值,通常地埋管地源熱泵系統設計時進出口溫度限值的確定,還應考慮對全年運行能效的影響,在對有利于提高冬夏全年運行能效和節能量的條件下,夏季運行期間地埋管換熱器出口溫度和冬季運行地埋管換熱器進口溫度可做適當調整。
為避免換熱短路,鉆孔間距應通過計算確定,巖土體吸\釋熱量平衡時,宜取小值,反之,宜取大值。
目的為確保系統及時排氣和加強換熱,地埋管換熱器內管道推薦流速;雙U形埋管不宜小于0.4m/s,單U形埋管宜小于0.6m/s。
利于水力平衡及降低壓力損失,供、回水環路集管的間距不小于0.6m,是為了減少供回水管間的熱傳遞.
地埋管換熱器遠離水井及室外排水設施,是為了減少水并及室外排水設施的影響,靠近機房或以機房為中心設置是為了縮短供、回水集管的長度。
目的在于增加系統的安全性、可靠性,便于系統充液,一般在分水器或集水器上預留充液管,連接地埋管換熱器系統的室內送、回液聯管上要安裝閉式膨脹箱,充放液設施、壓力表、溫度計等基本儀器與部件。
保證地下埋管的導熱效果,但對于地質情況多為巖石的區域,回填料導熱系統可低于巖土體導熱系數。
傳熱介質不同,其摩擦阻力也不同,水力計算應按選用的傳熱介質的水力特征進行計算,國內已有塑料管比摩阻均是針對水而言,對添加防凍劑的水溶液,目前尚無相應數據。
地埋管換熱系統根據建筑負荷變化進行流量調節,可以節省運行電耗。
目的在于防止地埋管換熱系統堵塞。