钻 孔 区 域 、 埋 管 形 式
其 他 便 于 利 用 的 能 源
系统投资与 运行费用
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地源热泵设计任务 资料收集及现场踏勘 制定地源测试方案
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建筑能耗动态模拟计算
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场地勘Hale Waihona Puke 孔施工•场地勘测孔施工
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岩土层结构堪查 •
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岩土体热响应测试
试验成果分析和报告撰写
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使用专业软件进行地下换热系统设计和热平衡模拟
工程经验修正
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与建筑、结构等各专业配合
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地源热泵系统初步设计
地源热泵设计工作程序框图
地埋管地源热泵系统设计的主要步骤 1、建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算 建筑物冷热负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算方法相同，可参考有关 空调系统设计手册，在此不再赘述。
夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。可以由下述公式计算：
上海富田空调冷冻设备有限公司 地源热泵事业部
地埋管地源热泵系统 • 地埋管地源热泵系统是利用地下 岩土（土壤、岩石等）作为热源 或热汇，它是由地埋管换热系统 与热泵机组构成。 • • 土壤温度在地面15米以下温度接 近当地全年平均气温，常年保持 恒定的温度，远高于冬季的室外 温度，又低于夏季的室外温度， 因此地源热泵是利用土壤“冬暖 夏凉“的特性来制冷/供热的节能 中央空调，和利用空气源制冷/供 热相比较，效率大大提高，且不 受环境温度影响。
水平埋管
• 垂直埋管：（已成为工 程应用中的主导形式） 1. 垂直埋管分为单U和 双U两种埋管方式
• • 优点：占地面积较小， 工作性能稳定， • 缺点：造价相对较高
垂直埋管
垂直埋管还分为单U和双U两种埋管方式
单U管
双U管
地埋管地源热泵系统的优点
系统运行安全、稳定，不受环境影响 不直接抽取地下热水，有效避免环境问 题的产生和对地热资源的破坏 能量夏存冬取，可循环利用 节约一次能源，可节省大量煤、石油、 天然气等高品位的一次能源 各级政府的大力支持以及资金补贴
2.3埋管管长、钻孔数量、埋管面积计算 在实际工程中，可以利用管材“换热能力”来计算管长。换热能力 即单位垂直埋管深度或单位管长的换热量，一般垂直埋管为60～10 0W/m(井深)，或30～50W/m(管长)，水平埋管为20～40W/m（管 长）左右。 按夏季排热量： 总换热管长度=夏季排热量/单位孔深排热量（上海地区约65W/m） 按冬季吸热量： 总换热管长度=冬季吸热量/单位孔深吸热量（上海地区约40W/m） 钻孔数量=总换热管长度/钻孔深度 埋管面积=单孔占地面积×钻孔数量
土壤温度随深度变化示意图
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月份
40
地表 2 FT（0.6m) 30 20 10 0
5 FT (1.5m)
12 FT (3.6m)
0
40
80
120
160
200
240
280
320
360 天数
根据布置形式的不同，地下埋管换热器可分为水 平埋管与竖直埋管换热器两大类。
水平埋管： 优点：在软土地区造价低 缺点：占地面积较广，不 太适合中国地少人多的国情。
一般地，水源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量以及 制冷系数、供热系数，计算时应从样本中选用设计工况下的COP1、COP2。
2、地下热交换器设计 2.1选择热交换器形式 • 水平（卧式）或垂直（立式） • 单U型管或双U型管 • 串联或并联
• 同程或异程
绝大部分系统采用垂直埋管、单U型管、并联、同程的 地埋管换热系统形式。 2.2选择管材 目前最常用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材，它 们可以弯曲或热熔形成更牢固的形状，可以保证使用50年 以上。
降低系统的初投资
复合式地埋管地源热泵系统 夏季：地埋管地源热泵系统+冷却塔等辅助冷源 冬季：地埋管地源热泵系统+锅炉等辅助热源 单一地埋管地源热泵系统 夏季：地埋管地源热泵系统 冬季：地埋管地源热泵系统
地源热泵+辅助冷却塔复合系统示意图
谢谢
1、宜采用同程系统设计
异程系统
同程系统
地埋管系统设计：
3、系统压力不得高于地埋管承压（管道一般采用PE管）
4、要考虑地埋管系统的检修
（预留孔，或预留排查操作空间）
前期设计都是建立在估算的基础上，需要根据热响应测试结果进行优化
复合式地埋管地源热泵系统设计
地源热泵混合系统是在常规的地源热泵系统
（地埋管换热器、热泵主机、末端系统）以外 增加辅助的散热/加热装置 解决全年冷热负荷不平衡的问题 解决设置地埋管换热器土地不足
注：1、单位孔深换热量以热响应测试的测试值为准。 2、单孔占地面积与布孔方式及孔距有关，一般采用4m孔距菱形布孔。 3、若埋管面积不够或冷热负荷无法平衡，地埋管可按冬季吸热量进行设计， 夏季采用冷却塔辅助散热
2.4 确定管径 （1）管道越大，水泵输送功率越小，流速越小，流体换 热时间越长； （2）管道越小，管道内保持紊流，流体与管道内壁之间 的传热效果越好。
U形埋管管径 20—40mm 40—100mm 100—200mm 流速 0.6 — 1m/s 1 —1.5m/s 1.5 — 2m/s
地埋管换热器的环路压力损失宜控制在30~50KPa/100m，最大不超过50KPa/100m
地埋管系统设计：
1、宜采用菱形布孔，以节约埋管面积
矩形布孔
菱形布孔
地埋管系统设计：
地埋管地源换热器系统设计
地埋管地源热泵份额 辅助冷热源形式的确定
是否考虑生 活热水？ 加冷却塔？ 加锅炉？
大型复合式地埋管地源热泵系统 选择应用方法
冷热负荷特点 峰值冷热负荷， 运行时间 累计冷热负荷
系统 性价比
建 筑 能 耗 分 析
钻孔费用
地 埋 地 管 质 地 情 源 导 况 热 系 数、 对供冷供热 温 能力的影响 度
夏季制冷地埋管排热量=冷负荷+地源热泵压缩机功率 [ Q排=Q冷×（1+1/COP1）] 冬季制热地埋管吸热量=热负荷- 地源热泵压缩机功率 [Q吸=Q热× （1-1/COP2）]
其中Q排——夏季向土壤排放的热量，kW Q冷——夏季设计总冷负荷，kW Q吸——冬季从土壤吸收的热量，kW Q热——冬季设计总热负荷，kW COP1——设计工况下水源热泵机组的制冷系数 COP2——设计工况下水源热泵机组的供热系数