一 设计依据

采暖通风与空气调节设计规范  GB50019-2003

地源热泵系统工程技术规范  GB50366-2005

夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准  JGJ 134-2001

埋地聚乙烯给水管道工程技术规程  CJJ 101-2004

家用中央空调工程技术规程   DB31/T322-2004

民用建筑暖通空调设计技术措施

甲方提供的资料及要求

二 设计范围

会所地源热泵主机、室外埋管部分及室内系统

三 设计参数

1)室外气象参数表

2)室内设计参数表

3)空调负荷计算

空调负荷分别依据经验估算，结果见附表，内外机设备选择等见附表。

四 地源热泵系统的节能分析

4.1、地源热泵系统的工作原理

地源热泵是一种先进的高效、节能、环保和可再生的冷暖性中央空调系统。

它利用地热资源，通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖，夏季把室内的热量取出来，释放到地下去。

大地温夏季比室外空气温度低，冬季比室外温度高，这使得地源热泵主机在夏季冷凝温度低于风冷热泵，冬季蒸发温度高于风冷热泵，主机的压缩比小于风冷热泵，系统比常规空气源热泵（如风冷热泵、VRV等）节能，通常地源热泵消耗1kw的能量，用户可以得到4-5kw的热量或冷量，与常规空调相比，大约节能30%--50%。

4.2、地源热泵系统的优缺点

正是由于地源热泵系统这一工作原理，使得地源热泵与其它空调系统相比具有如下优点：能效比高，运行费用省；系统运行不受室外气温影响，冬季不存在除霜，也不会产生由于室外气温过低出现主机低压保护和室外气温过高出现高压保护的现象；出水温度稳定，房间舒适性好；噪音低，主机不向空气散热，不存在噪音、散热扰民等问题；室外机小，便于布置，有利于建筑美观，是一种可持续发展的建筑节能技术。

也正是由于地源热泵系统这一工作原理，使得地源热泵与其它空调系统相比具有如下缺点：初投资比较高；室外埋管系统的占地面积比较大。

4.3、地源热泵系统的节能分析

从地源热泵的工作原理可以看出，地源热泵之所以节能的主要原因是土壤的温度夏季低于室外空气，冬季土壤温度高于室外空气，使得地源热泵主机的夏季冷凝温度低于空气源热泵，冬季蒸发温度高于蒸发温度，从而使地源热泵比空气源热泵更节能。

在地源热泵系统实际工作时，地源热泵主机和土壤之间的热交换如下图所示：

土壤的初始温度为19℃，经过地埋管系统的热交换后，地源热泵主机的蒸发温度（冬季）或冷凝温度（夏季）有一个温降（冬季）或温升（夏季），温升或温降的幅度和室外地埋管系统有关，综合考虑系统的初投资和运行费用后，一般将温升或温降的幅度控制在10℃----12℃左右，这样地源热泵主机仍然处在比风冷热泵有利的工作温度状态，此时地源热泵主机比风冷热泵节能；如果室外地埋管系统的数量不合理，温升或温降的幅度会增加，当这一幅度超过15℃后，地源热泵主机便初在比风冷热泵不利的工作温度状态，此时地源热泵主机和风冷热泵相比，便不具有节能优势。

因而，地源热泵系统节能与否最关键的问题就是室外地埋管的数量要合理。

五 地下换热器系统的设计

5.1、地下换热器设计过程

在地源热泵中央空调系统设计中，地下换热器的设计是关键，其过程如下：根据建筑物的要求、特性和使用功能计算出建筑物的空调负荷，根据空调负荷和预选用空调等设备的性能计算出空调系统向地下的散热量或取热量，根据散热量（取热量）、预选用换热器的形式以及地质条件等计算出地下换热器换热管的参考长度，综合考虑各种因素，最后确定地下换热器。

根据项目的进展，计算换热管长度又分为三个阶段：

第一阶段，在项目初期，根据以往工程经验，采用估算方法，初步确定换热管长度；

第二阶段，在项目工程设计时期，依据地质勘探报告，初步确定土壤的热物性，利用计算机软件，计算出换热管长度；

第三阶段，在项目实施阶段，利用土壤热物性测量仪，现场实测土壤的热物性，根据实测结果，利用计算机软件，计算出换热管长度，依据计算结果，修改施工方案。

5.2、土壤热物性的选用

目前没有看到本项目的勘探报告，但参考上海其他项目的实测数据以及相关资料、规范，取土壤的导热系数为2.09W/(m·K)。

 

5.3、  换热管长度的计算

依据国家规范，设定水源侧回水温度30℃，水源侧出水温度35℃，每周运行7天，每天24小时运行， PE管选用SDR11系列de25管，经国际地源热泵协会推荐使用的地下环路设计软件GLD5.0计算得知，需要100m深的双U型垂直埋管21组。

同理，求得其他系统的埋管量，详细见上表。

六 地下换热器系统的施工

6.1、 埋管管材及规格

依据相关规范的规定， PE管在水温20℃以上时，其最高允许工作压力应按下式计算：

MOP=PN·ｆ_t

50年寿命要求，40℃以下温度ｆ_t取值如下表

温度（℃）	20	30	40
ｆt	1.00	0.87	0.74

假定U型管底部水温约35℃，则ｆ_t取值约为0.805，由此可得

PN= MOP/0.805

静水时，70m深处PE管承受的压力约为0.7MPa，实际工作状态时考虑到水泵的扬程影响，70m深处PE管所承受的实际压力约为0.8MPa，由此可求得

PN= 0.8/0.805=0.99MPa

可见，在水温20℃时，PE管的公称压力必须大于0.99MPa，故PE管选用PE100级SDR11管道，管径选用De25，该管道在清水水温20℃的公称压力为1.6MPa，完全满足使用要求。

6.2、各埋管管路的控制和水力平衡措施

6.3、地埋侧分集水器选择

⑴筒体直径的决定：

筒体直径比汽水连接总管直径大两号以上。

一般可按筒体断面流体流速经计算后确定，水流速按0.1m/s、0.3/s、0.5/s、0.7/s、1m/s计算。

⑵筒体长度L根据筒体管数确定。

⑶分集水器的排污管安装位置、安装方向，由工程设计决定。

D-分集水器内径（mm）

G-通过分集水器的总流量（t/h）

V-通过分集水器的断面流速（m/s）

ρ-工作温度下水的密度（ｋｇ/ｍ³）

6.4、U型管设计、连接内容及回填施工

⑴连接方式

地热换热器钻孔之间既可以采用串联方式，也可以采用并联方式。一般来讲，串联方式要求系统的管径较大，初投资费用高，而并联方式对管径的要求相对较低，管道费用也不高，所以在实际设计中常采用并联方式，并且布置成同程式，在此应注意到：并联管道的每管路长度应尽量一致（偏差在10%以内），以使每个环路有相同的流量。

⑵U型管两支管的间距

就双U型管而言，支管的间距常采用C型，即两支管的管中心距为钻孔的半径

⑶室外地埋管的排列方式

每组最多20对，而且钻井之间的间距至少为4m ，可取5～6m，交错排列

⑷钻井回填材料及钻孔孔径

竖直埋管换热器的形成是从地面向下钻孔达到预计深度，将制作好的U型管下入孔中，然后在孔中回填不同的材料。根据地质结构不同，钻孔孔径有120、140、200、300。回添材料可选用烧铸混凝土、回填沙石散料、黄沙和彭润土的混合物等。目前，有实验数据表明，黄沙和彭润土按一定比例混合作回填材料，是性价比最好的回填材料。

七  主机选择

7.1、空调用主机的容量选择

通过负荷计算可知，主机主要选择HSSWR-30*3台，HSSWR-23*1台

7.2、水泵选型

地源侧水泵格兰富CH8-30;CH4-30

冷冻水泵格兰富CH8-30;CH4-30

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