地埋管设计计算.doc

地热换热器长度计算
竖直地埋管换热器的热阻计算宜符合下列要求：
（1）传热介质与U形管内壁的对流换热热阻可按下式计算：

式中Rf——传热介质与U形管内壁的对流换热热阻（m·K／W）
di——U形管的内径（m）
K——传热介质与U形管内壁的对流换热系数（ W／m2·K）
（2）U形管的管壁热阻可按下列公式计算：

式中Rpe——U形管的管壁热阻(m·K／W)；
λp——U形管导热系数
d0——U形管的外径（m）；
de——U形管的当量直径（m）；
对单U形管， n =2；对双U形管， n =4。
（3）钻孔灌浆回填材料的热阻可按下式计算：

式中Rb——钻孔灌浆回填材料的热阻（m·K／W）
λb——灌浆材料导热系数
db——钻孔的直径（m）
（4）地层热阻：即从孔壁到无穷远处的热阻可按下列公式计算：
对于多个钻孔：
=0.217
Rs——地层热阻（m·K／W）； I——指数积分公式
λs ——岩土体的平均导热系数
a ——岩土体的热扩散率（m2／s）
rb——钻孔的半径（m）
τ——运行时间（s）
xi——第i个钻孔与所计算钻孔之间的距离（m）
（5）短期连续脉冲负荷引起的附加热阻可按下式计算：
=0.097
τp——短期脉冲负荷连续运行的时间，例如8h
（6）制冷工况下，竖直地埋管换热器钻孔的长度可按下列公式计算：

式中:
Qc——水源热泵机组的额定冷负荷（kW）
EER——水源热泵机组的制冷性能系数
tmax——制冷工况下，地埋管换热器中传热介质的设计平均温度，通常取33~36℃；
T∞——埋管区域岩土体的初始温度（℃）
Fc——制冷运行份额
Tc1——一个制冷季中水源热泵机组的运行小时数，当运行时间取一个月时，为最热月份水源热泵机组的运行小时数
Tc2——一个制冷季中的小时数，当运行时间取一个月时为最热月份的小时数
则制冷工况下，竖直地埋管换热器钻孔的长度为：

= ? m
（7）供热工况下，竖直地埋管换热器钻孔的长度可按下列公式计算：

式中:
Qh——水源热泵机组的额定热负荷（kW）
COP——水源热泵机组的供热性能系数
tmax——供热工况下，地埋管换热器中传热介质的设计平均温度，通常取-2～6℃
Fh——供热运行份额
Th1——一个供热季中水源热泵机组的运行小时数，当运行时间取一个月时，为最冷月份水源热泵机组的运行小时数
Th2——一个供热季中的小时数，当运行时间取一个月时为最冷月份小时数
则供热工况下，竖直地埋管换热器钻孔的长度为：

= ? m
经比较后选择制冷工况下所需的钻孔长度作为设计竖直地埋管换热器的钻孔长度。则每个钻孔深度为： 取每个钻孔深度为 ? 米。

地下换热器阻力计算
（1）确定地埋管内流体的特性、流量、和埋管内径
（2）根据地埋管内径计算其断面面积
（3）计算埋管内流体的流速
（4）计算埋管内流体的雷诺数Re, Re应大于2300以确保管内紊流。
其中为管内流体的密度，kg/m3，为管内流体的动力粘度，Ns/m2
（5）计算管段的沿程阻力 Py

其中Pd为计算管段单位管长的沿程阻力，Pa/m; L为计算管段的长度，m
ρ---为水密度,kg/ m;μ为水黏度,kg/ (m·s)；
（6）计算管段的局部阻力 Pj 其中Lj为计算管段管件的当量长度，m
（7）计算管段的总阻力 Pz
首先可以确定U管段的管径为DN25，求出其流速，就能得出其流量，然后就能求出其它管段的流量，再由流量和流速来确定其它管段的管径。通过计算得出从各二级分集水器连入一级分集水器的管段管径为DN200。
地埋管侧水泵选型
根据水力计算的结果，合理确定循环水泵的流量和扬程，并确保水泵的工作点在高效区。同时，应选择与防冻液兼容的水泵类型。根据许多工程的实际情况，地埋管系统循环水泵的扬程一般不超过32mH2O。扬程过高时，应加大水平连接管管径，减小比摩阻。管径引起的投资增加不多，而水泵的电耗是长期的。为了减少能耗，节省运行费用，可采用水泵台数控制或循环泵的变流量调节方式。
水泵的形式的选择与水管系统的特点、安装条件、运行调节要求和经济性等有关。选择水泵所依据的流量L和压头P如下确定：
水泵扬程 P=(1.1～1.2) Hmax ，kPa
式中Hmax为管网最不利环路总阻力计算值，kPa； 1.1～1.2为放大系数。
水泵流量 L=(1.1～1.2) Lmax， m3/h
式中Lmax为设计最大流量 1.1～1.2为放大系数，水泵单台工作时取1.1，多台并联工作时取1.2。
经计算, 地源侧最不利环路的阻力为 ? kPa,设备压力损失为 ? kPa；
故总阻力为 ：? kPa+ ? kPa = ? kPa = ? mH2O；
水泵所需流量为 ? m³/h ,水泵所需扬程为 ? m。根据计算结果水泵的量程流量留一点余量，查阅产品手册，选择 ? 型离心泵，性能参数如下：
型号： 转速： 流量： 扬程： 电机功率： 汽蚀余量：