地埋管设计.doc

zz地埋管设计
1. 地埋管形式选择：
本别墅设计采用的是垂直埋管中的单U型管地下换热器。同时，为保持环路之间的水力平衡，采用同程式系统。
U形管：是在钻孔的管井内安装，一般管井直径为100～150mm，井深10～200m，U形管直径一般在50mm以下，埋管越深，换热性能越好。由于其施工简单，换热性能较好等原因，目前应用最多。
2. 地下换热器埋管管材及管径：
本别墅地埋管管材选用聚乙烯（PE100），这种材料耐腐蚀而且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；选取埋管管径DN32。
3. 冬夏季地下换热量的确定：
冬夏季地下换热量分别是指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：

式中 Q1′—夏季向土壤排放的热量，kW ；
Q1—夏季设计总冷负荷，kW ；
Q2′—冬季从土壤吸收的热量，kW ；
Q2—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
COP在小机组制冷时可取4.5~5.0，制热时取3.2~3.5；
在大机组制冷时可取5.0~5.6，制热时取3.3~3.8。
根据上式计算得Q1’=53.68 KW，Q2’=26.42KW。
取夏季地下换热量Q1’=53.68KW进行计算。
4. 竖井埋管管长的确定：
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70～110W/m(井深)，或35～55W/m(管长)，水平埋管为20～40W/m（管长）左右。 设计时可取换热能力的下限值，即35W/m（管长），具体计算公式如下：
L=Q1/35
式中 L— 竖井埋管总长，m ；
Q1— 夏季向土壤排放的热量，kW ；
分母“35”是夏季每m管长散热量，W/m 。
根据上式计算得L=1533m。
5. 竖井数目的确定：
国外，竖井深度多数采用 50～100m，设计者可以在此范围内选择一个竖井深度H，代入下式计算竖井数目:
N=L/(2×H)
式中 N—竖井总数，个 ；
L—竖井埋管总长，m ；
H—竖井深度，m ；
分母“2”是考虑到竖井内埋管的管长约等于竖井深度的2倍。
取竖井深度H=50m，
根据上式计算得N=15.3
然后对计算结果进行圆整，若计算结果偏大，可以增加竖井深度，但不能太深，否则钻孔和安装成本将大大增加。
确定竖井数目为16。
6. 竖井间距的确定：
关于竖井间距有资料指出： U型管竖井的水平间距一般为4.5m，也有实例中提到DN25的U型管，其竖井水平间距为6m，而DN20的U型管，其竖井水平间距为3m。若采用串联连接方式，可采用三角形布置来节约占地面积。
本设计中的竖井间距取4.5m采用并联系统。
7. 计算地埋管压力损失：
1. 计算水流量（m3/h）:
Q=cm△t
式中 Q-地下换热量（KW）
c-水的比热容，一般取4.19KJ/Kg℃
△t-冷冻水进出水温差，本设计取5℃
m-循环水量（Kg/s）
所以1KW地下换热量需要的循环水量为：
m=Q/c△t=1.49×5≌0.0477kg/s≌172kg/h
本设计水的密度取1000kg/m³，则：
每KW换热量需要的循环水量为0.172m³/h，
根据上面求得的地下换热量为53.68KW
水流量=0.172×地下换热量
=0.172×53.68=9.23m³/h
2. 计算扬程（m）：
本设计采用扬程闭式系统空调冷水系统阻力估算法：
a.冷水机组阻力：由机组制造厂提供，一般为60~100kPa。
b.管路阻力：包括磨擦阻力、局部阻力，其中单位长度的磨擦阻力即比摩组取决于技术经济比较。若取值大则管径小，初投资省，但水泵运行能耗大；若取值小则反之。目前设计中冷水管路的比摩组宜控制在150~200Pa/m范围内，管径较大时，取值可小些。
c.空调未端装置阻力：末端装置的类型有风机盘管机组，组合式空调器等。它们的阻力是根据设计提出的空气进、出空调盘管的参数、冷量、水温差等由制造厂经过盘管配置计算后提供的，许多额定工况值在产品样本上能查到。此项阻力一般在20~50kPa范围内。
d.调节阀的阻力：空调房间总是要求控制室温的，通过在空调末端装置的水路上设置电动二通调节阀是实现室温控制的一种手段。二通阀的规格由阀门全开时的流通能力与允许压力降来选择的。如果此允许压力降取值大，则阀门的控制性能好；若取值小，则控制性能差。阀门全开时的压力降占该支路总压力降的百分数被称为阀权度。水系统设计时要求阀权度S>0.3，于是，二通调节阀的允许压力降一般不小于40kPa。
根据以上所述，本设计为10m高的别墅建筑空调水系统的压力损失。
a.冷水机组阻力：取80kpa（8m水柱）；
b.管路阻力：取输配侧管路长度30m与比摩阻200pa/m，则摩擦阻力为30×200=6000pa=6kpa；如考虑输配侧的局部阻力为摩擦阻力的50%，则局部阻力为6×0.5=3kpa；系统管路的总阻力为6+3=9kpa（0.9m水柱）；
c.空调末端装置阻力：风机盘管阻力取35kpa（3.5m水柱）
d.二通调节阀的阻力：取40kpa（4m水柱）
综上所述，系统阻力之和为80+9+35+40=164kpa(16.4m水柱),即扬程16.4m
8. 水泵的确定：
循环水泵的流量=1.2×水流量
=1.2×9.23=11.08m³/h
循环水泵的扬程=1.2×系统阻力
=1.2×16.4=19.68m
根据以上计算结果水泵的流量与扬程，查《中央空调设备选型手册》可以选择IS立式离心水泵，选用两台，一用一备。性能参数如下：
型号：ISG40-125（I） 转速：2900r/min
流量：12.5 m3/h 扬程：20m
电机功率：1.5kW 效率：58%