關于地源熱泵系統的知識，一起來看看吧

　　關于地源熱泵系統概況

　　地源熱泵空調系統是基于卡諾循環和反卡諾循環原理，利用淺層地能供熱、制冷的一種新的能源利用技術，是目前世界上最先進的綠色空調系統。一般情況下，熱泵系統是把地下土壤、空氣和水中的熱量或冷量通過熱泵機組工作轉移到需要熱泵的地方，從而達到向建筑物提供熱量和冷量的目的，同時也提供生活熱水。

　　地源熱泵系統充分利用了地下土壤巨大的蓄熱、放熱功能，在冬季將來自低位熱源的熱量轉移到需要加熱或加熱的地方，在夏季可將室內的余熱轉移到低位熱源，以實現加溫或制冷，每年形成一個冷熱循環過程。地源熱泵系統是一種利用淺層地能供熱制冷的新能源利用技術，具有清潔、高效、節能等特點。

　　地源熱泵的優點

　　有效節能，穩定可靠

　　地能或地表淺層地熱資源全年溫度相對穩定，土壤-空氣溫差一般為17度，冬季較環境空氣溫度高，夏季較環境空氣溫度低，是非常好的熱泵熱源和空調冷源，這種溫度特性使地源熱泵比傳統空調系統運行效率提高40%~60%，從而節約能源，節約運行成本40%~50%。地源熱泵一般能耗為1 KW，用戶可獲得5 KW以上的熱量，或4 KW以上的冷量，因此我們稱之為節能空調系統。

　　無污染的環境

　　與空氣源熱泵相比，地源熱泵污染物排放量減少了40%以上，與電供暖相比減少了70%以上，真正實現了節能減排。

　　一機多用

　　地源熱泵系統既可以供熱，制冷，也可以提供生活熱水，一機多用，一個系統可以代替兩個原有的鍋爐加空調裝置或系統。

　　維修費用低，是非常好

　　與常規系統相比，地源熱泵系統運動部件較少，從而減少了維修費用，系統安裝在室內，不受風吹雨打，也不受損壞，更可靠，延長壽命。

　　延長使用壽命

　　地下埋管采用聚乙烯和聚丙烯塑料管，地源熱泵使用壽命可達50年。

　　與普通空調相比使用壽命延長35年。

　　節約空間

　　無冷卻塔、鍋爐房等設備，省去了鍋爐房，占用了大量的冷卻塔寶貴的空間，產生了額外的經濟效益，改善了環境外部形象。

　　地源熱泵系統的能源來源于自然能源。無任何廢氣、廢水、廢渣排放，是理想的“綠色空調”。它被視為目前可用的最環保和最高效的供暖、供冷系統。無論在嚴寒地區還是熱帶地區都可以使用。廣泛應用于辦公大樓，賓館，學校，宿舍，醫院，酒店，商場，別墅，住宅等。

　　地源熱泵專用管道

　　本實用新型是針對地源熱泵系統的要求，采用優質聚乙烯原料PE100，進口設備，按照 GB/T13663-2000標準，研制而成的地源熱泵系統專用管道，具有良好的耐蝕性，可焊接性，抗環境應力，耐快速開裂。

　　工藝要求

　　實施標準

　　國家于2006年初發布了地源熱泵系統國標GB5036-2005，詳細規定了地源熱泵系統的施工和設計要求，并在附錄中對地源熱泵用 PE管道的尺寸進行了規定，實際上，地源熱泵用 PE管道的尺寸要求與給水管材是一致的，所以可以采用 GB/T13663組織生產地源熱泵用 PE

　　無污染的環境

　　與空氣源熱泵相比，地源熱泵污染物排放量減少了40%以上，與電供暖相比減少了70%以上，真正實現了節能減排。

　　平面布置

　　水平敷設地源熱泵埋地管道一般可分為水平直管敷設和水平螺旋敷設兩種。

　　地源熱泵埋地管道采用水平埋設方式時，要求埋管的上部高度低于凍土層0.4米，下部高度不低于0.8米。

　　該項目采用水平鋪設方式，施工相對簡單，難度較小，工程投資相對較小，但占用了大量的土地。

　　我國目前平鋪方式采用較少。

　　縱向布局

　　地下水源熱泵埋地管道垂直鋪設一般也可以分為垂直直管鋪設和垂直螺旋鋪設兩種，其中直管鋪設又分為單 U管、雙 U管和多 U管鋪設(8 U管是目前國內最常見的有16根)，目前國內采用較多的鋪設方式為雙 U管鋪設。當使用單管 U時，需要使用單管 U彎曲件和雙孔固定支架。當使用雙 U管時，需要雙 U彎管和四孔支架固定。對應的固定支架應根據其規格尺寸和預期效果確定其支架間距，一般1-2米為宜。

　　豎直鋪設時，埋管深度宜大于20米，鉆孔直徑宜小于0.11米，孔間距宜在3~6米之間，水平主管深度宜在凍土層以下0.6米，距地面不小于1.5米。

　　豎直敷設方式，占用空間較小，熱交換充分，但鉆孔的工程成本較高，需要與 U形彎及固定支架等相應的管件配套。

　　當前國內地源熱泵工程多采用雙層 U形管道垂直鋪設方式。

　　地下熱泵換熱系統的設計與施工

　　設計

　　在設計地下管線換熱系統之前，應明確待埋管道區域內各種地下管線的種類、位置和深度，預留將來地下管線需要的埋管空間，以及待埋管道區域出入重型設備的車道位置。

　　地埋管換熱系統設計應采用全年動態負荷計算，最小計算周期宜為一年。地源熱泵系統在計算周期內的總釋放熱量最好與其總吸收熱量相平衡。

　　水平埋管式換熱器不能設置任何傾斜。最高層埋管的上部應在凍土層以下0.4 m，距地面的距離不宜小于0.8 m。

　　直立式地下管線換熱器埋管深度宜大于20 m，鉆孔直徑不應小于0.11 m，換熱孔間距應滿足換熱需要，其間距應在3~6 m以內。連通接管深度應在凍土層以下0.6米，與地面距離不宜小于1.5米。

　　地埋管換熱器管內流體應保持有序流動狀態，水平環形集管坡度宜為0.002。

　　地埋管回路兩端應分別與供回水環路集管連接，并宜同程布置。供、回水環路各集管連接地埋管環數宜相等。供回水環路集管之間的距離不得小于0.6米。

　　地下管換熱系統應根據地質特點確定回填料的配比，回填料的導熱系數不能低于井外或溝外巖土體的導熱系數。

　　在地下管線換熱系統設計時，應根據實際選擇的傳熱介質的水力特性進行水力計算。

　　地下管線換熱系統宜采用變流量設計。

　　地下管線換熱系統的設計應考慮地下管線換熱器的承壓能力，當建筑物內部系統的壓力超過地下管線換熱器的承壓能力時，應設置中間換熱器，使地下管線換熱器與建筑物內部系統分離。

　　地埋管換熱系統宜設反沖洗系統，反沖洗流量為工作流量的2倍。

       地埋管內換熱系統施工前，應具備地埋管內工程勘察資料、設計文件和施工圖紙，并完成施工組織設計。

　　地埋管換熱系統施工前，應了解地埋管換熱區現有地下管線及其他地下結構的作用和準確位置，并應進行地面清理，清除地面雜草和雜物，平整地面。

　　地埋管道換熱系統施工過程中，應嚴格檢查和保護管道。

　　管路連接應符合下列規定：

　　埋地管道應采用熱熔或電熔連接。聚乙烯管材連接應符合國家標準CJJ101 《埋地聚乙烯給水管道工程技術規程》的有關規定;

　　直立式地埋管換熱器 U形彎管接頭，宜選擇定型 U形彎管成品件，不宜采用直立式地埋管接頭;

　　直立式地埋管換熱器 U形管的組對長度應滿足插人鉆孔后與環形集管連接的要求，組對好的 U形管的兩開端，應及時密封。

　　水平地埋管換熱器鋪設前，溝底應先鋪設相當于管徑厚度的細砂。地面埋管式換熱器的安裝應注意防止石塊等重物撞擊管身。管子不能有折斷、扭結等問題，轉彎處應平整，并采取固定措施。

　　水平地埋管換熱器回填料應細小、松散、均勻，且不應含石塊及土塊?；靥顗簩嵾^程應均勻，回填料應與管道接觸緊密，且不得損傷管道。

　　豎直地埋管換熱器U形管安裝應在鉆孔鉆好且孔壁固化后立即進行。當鉆孔孔壁不牢固或者存在孔洞、洞穴等導致成孔困難時，應設護壁套管。下管過程中，U形管內宜充滿水，并宜采取措施使U形管兩支管處于分開狀態。

　　豎直地埋管換熱器U形管安裝完畢后，應立即灌漿回填封孔。當埋管深度超過40M時，灌漿回填應在周圍臨近鉆孔均鉆鑿完畢后進行。

　　豎直地埋管換熱器灌漿回填料宜采用膨潤土和細砂(或水泥)的混合漿或專用灌漿材料。當地埋管換熱器設在密實或堅硬的巖土體中時，宜采用水泥基料灌漿回填。

　　地埋管換熱器安裝前后均應對管道進行沖洗。

　　當室外環境溫度低于?！鏁r，不宜進行地埋管換熱器的施工。

　　檢驗與驗收

　   地埋管換熱系統安裝過程中，應進行現場檢驗，并應提供檢驗報告。檢驗內容應符合下列規定:

　　(1) 管 材 、管件等材料應符合國家現行標準的規定;

　　(2)鉆 孔 、水平埋管的位置和深度、地埋管的直徑、壁厚及長度均應符合設計要求;

　　(3)回 填 料及其配比應符合設計要求;

　　(4)水 壓 試驗應合格;

　　(5)各 環 路流量應平衡，且應滿足設計要求;

　　(6)防 凍 劑和防腐劑的特性及濃度應符合設計要求;

　　(7)循 環 水流量及進出水溫差均應符合設計要求。

　　水壓試驗應符合下列規定:

　　試驗壓力:當工作壓力小于等于1.OMPa時，應為工作壓力的1.5倍，且不應小于0.6MPa;當工作壓力大于1.0MPa時，應為工作壓力加0. 5MPa。

　　水壓試驗步驟:

　　(1) 豎直地埋管換熱器插人鉆孔前，應做第一次水壓試驗 。在試驗壓力下 ，穩壓至少15min,穩壓后壓力降不應大于3% ，且無泄漏現象;將其密封后，在有壓狀態下插人鉆孔 ，完成灌漿之后保壓lh。水平地埋管換熱器放人溝槽前 ，應做第一次水壓試驗。在試驗壓力下，穩壓至15min,穩壓后壓力降不應大于 3% ， 且 無 泄漏 現 象。

　　(2)豎 直 或 水 平 地埋 管換熱器與環路集管裝配完成后，回 填 前應 進 行 第 二 次 水 壓 試驗。在試驗壓力下，穩壓至 少 3 0m in , 穩壓 后 壓 力降不應大于3%，且無泄漏 現 象 。

　　(3)環 路 集 管 與機 房 分集水器連接完成后，回填前應進行第 三 次水 壓 試 驗 。在 試驗壓力下，穩壓至少2h,且 無 泄 漏 現 象 。

　　(4)地 埋 管 換 熱系 統 全部安裝完畢，且沖洗、排氣及回填 完 成后 ， 應 進 行 第 四次水壓試驗。在試驗壓力下，穩 壓 至 少 12 h ,穩 壓 后 壓力降不應大于3%。

　　水壓試驗宜采用手動泵緩慢升壓，升壓過程中應隨時觀察與檢查，不得有滲漏;不得以氣壓試驗代替水壓試驗。

　　回填過程的檢驗應與安裝地埋管換熱器同步進行。

　　主管

　　主管一般采用D40-63規格，部分大型項目采用D110左右的主管。主管的壓力等級一般采用1.0MPa以上，管材的相關尺寸參照PE給水管材國標GB13663。主管的長度一般根據工程的設計確定，有時由于地理位置或地質條件的限制，地埋管的鋪設可能需要遠離建筑物1到2公里，這時需配備較長的主管。

　　主管一般供應直管，特殊情況由設計單位與生產廠家協商確定。

　　為避免管道在冬季結冰，主管需埋設于凍土層以下，連接室內機組時才出地面，主管在凍土層以上的部分一般需聚苯或橡塑材料做保溫處理。

　　地埋管

　　地埋管有D16、D20、D25、D32、D40等規格，但大多數為D25和D32規格，其中尤以D32規格居多，由于埋地深度一般達100m左右，其壓力等級多為1.0MPa以上，以1.6MPa最為多見。地埋管材的相關尺寸要求也參照PE給水管材國標GB13663。地埋管材一般為盤卷形式，長度由工程設計要求決定，每根在80米到100米之間。若采用雙U管形式埋設，則每個單元的管材長度還需增加3倍，一般由4根100米左右的管材通過特制的雙U彎管件連接后，統一盤卷，盤卷的內徑約為1米。若采用垂直螺旋埋設，盤卷的直徑需根據設計單位的要求定做。

　　管件

　　地源熱泵管道系統中埋地管采用垂直鋪設時，需采用U型彎和固定支架等管件。其中U型彎的作用是保持兩根管材間的連通，形成水路循環系統，目前管材與U型彎的連接一般采用電熔套筒連接。由于下井較深，井中的水對管材的浮力較大，需在U型彎頭的中間部位設置一個長螺栓，施工人員利用金屬桿，通過長螺栓將管材壓到預定深度的水中。固定支架的作用是使埋地管材之間保持固定的距離，以免管材之間由于距離過近而影響導熱效果。在井下一般每隔1米或2米需要配備1只固定支架，因此用量較大。

　　一口井中如果只鋪設2根管材，采用單U彎和雙孔支架。如果一口井中鋪設4根管材，則需采用雙U彎和四孔支架。

　　埋地管材與主管間一般采用熱熔承插變徑管件，如異徑直通和異徑三通，規格多為D40~D63。一個工程設計的埋地井數量越多，采用的連接管件就越多。

　　主管與熱泵機組或其他材料的管道的連接一般采用活接或法蘭，規格多為D40~D63。

　　地源熱泵地埋部分打井尺寸，管材選擇，管材選型及施工設計

　　(一)管材選擇及流體介質

　　一、管材

　　一般來講，一旦將地下埋管系統換熱器埋入地下后，基本不可能進行維修或更換，因此地下的管材應首先要保證其具有良好的化學穩定性、耐腐性。

　　1、聚乙烯(PE)和聚丁烯(PB)在國外地源熱泵系統中得到了廣泛應用。

　　2、PVC(聚氯乙烯)管的導熱性差和可塑性不好，不易彎曲，接頭處耐壓能力差，容易導致泄漏，因此在地源熱泵系統中不推薦用PVC 管。

　　3、為了強化地下埋管的換熱，國外有的提出采用薄壁(0.5mm)的不銹鋼鋼管，但目前實際應用不多。

　　4、管件公稱壓力不得小于1.0Mpa，工作溫度應在-20℃～50℃范圍內。

　　5、地埋管壁厚宜按外徑與壁厚之比為11倍選擇。

　　6、地埋管應能按設計要求長度成捆供應，中間不得有機械接口及金屬接頭。

　　二、連接

　　1、熱熔聯接(承接聯接和對接聯接，對于小管徑常采用)

　　2、電熔聯結

　　三、流體介質及回填料

　　流體介質：

　　南方地區：由于地溫高，冬季地下埋管進水溫度在0℃以上，因此多采用水作為工作流體;北方地區：冬季地溫低，地下埋管進水溫度一般均低于0℃，因此一般均需使用防凍液。 (①鹽類溶液——氯化鈣和氯化鈉水溶液;②乙二醇水溶液;③酒精水溶液等)。

　　埋管水溫：

　　1、熱泵機組夏季向末端系統供冷水，設計供回水溫度為7—12℃，與普通冷水機組相同。地埋管中循環水進入U管的最高溫度應 <37℃，與冷卻塔進水溫度相同。

　　2、熱泵機組冬季向末端系統供水溫度與常規空調不同，在滿足供熱條件下，應盡量減低供熱水溫度，這樣可改善熱泵機組運行工況、減小壓縮比、提高cop值，并降低能耗。地埋管中循環水冬季進水溫度，以水不凍結并留安全余地為好，可取3—4℃。當然為了使地埋管換熱器獲得更多熱量，可加大循環水與大地間溫差傳熱，然而大地的溫度是不變的，因此只有將循環水溫降至0℃以下，為此循環水必須使用防凍液，如乙二醇溶液或食鹽水。但這樣會提高工程造價、增加對設備的腐蝕。在嚴寒地區不得不這樣做，而在華北地區的工程中用水就可滿足要求，不一定要加防凍液。

　　地溫是恒定值，可通過測井實測。有關資料介紹某地地下約100米的地溫是當地年平均氣溫加4℃左右。天津市年平均氣溫是12.2℃，實測天津市地下約100米的地溫約為16℃，基本符合以上規律。

　　回填材料

　　可以選用澆鑄混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料選擇要兼顧工程造價、傳熱性能、施工方便等因素。從實際測試比較澆鑄混凝土換熱性能最好，但造價高、施工難度大，但可結合建筑物樁基一起施工?；靥钌呈蛩槭瘬Q熱效果比較好，而且施工容易、造價低，可廣泛采用。

　　(二)埋管系統環路

　　一、埋管方式

　　1、水平埋管

　　水平埋管主要有單溝單管、單溝雙管、單溝二層雙管、單溝二層四管、單溝二層六管等形式，由于多層埋管的下層管處于一個較穩定的溫度場，換熱效率好于單層，而且占地面積較少，因此應用多層管的較多。(單層管最佳深度1.2～2.0m，雙層管1.6～2.4m) 近年來國外又新開發了兩種水平埋管形式，一種是扁平曲線狀管，另一種是螺旋狀管。它們的優點是使地溝長度縮短，而可埋設的管子長度增加。

　　2 、垂直埋管

　　根據埋管形式的不同，一般有單U 形管，雙U 形管，套管式管，小直徑螺旋盤管和大直徑螺旋盤管，立式柱狀管、蜘蛛狀管等形式;按埋設深度不同分為淺埋(≤30m)、中埋(31～80m)和深埋(>80m)。

　　1)U 形管型：是在鉆孔的管井內安裝U 形管，一般管井直徑為100～150mm，井深10~200m，U 形管徑一般在φ50mm 以下。

　　2)套管式換熱器：的外管直徑一般為100～200mm，內管為φ15～φ25mm。其換熱效率較U 形管提高16.7%。缺點：⑴下管比較困難，初投資比U 形管高。⑵在套管端部與內管進、出水連接處不好處理，易泄漏，因此適用于深度≤30m 的豎埋直管，對中埋采用此種形式宜慎重。

　　二、地下埋管系統環路方式

　　1、串聯方式

　　優點：①一個回路具有單一流通通路，管內積存的空氣容易排出;

　?、诖摲绞揭话阈璨捎幂^大直徑的管子，因此對于單位長度埋管換熱量來講，串聯方式換熱性能略高

　　缺點：①串聯方式需采用較大管徑的管子，因而成本較高;

　?、谟捎谙到y管徑大，在冬季氣溫低地區，系統內需充注的防凍液(如乙醇水溶液)多;

　?、郯惭b勞動成本增大;

　?、芄苈废到y不能太長，否則系統阻力損失太大。

　　2、并聯方式

　　優點：①由于可用較小管徑的管子，因此成本較串聯方式低;

　?、谒璺纼鲆荷?

　?、郯惭b勞動成本低。

　　缺點: ①設計安裝中必須特別注意確保管內流體流速較高，以充分排出空氣;

　?、诟鞑⒙摴艿赖拈L度盡量一致(偏差應≤10%)，以保證每個并聯回路有相同的流量;

　?、鄞_保每個并聯回路的進口與出口有相同的壓力，使用較大管徑的管子做集箱，可達到此目的。

　　從國內外工程實踐來看，中、深埋管采用并聯方式者居多;淺埋管采用串聯方式的多

　　三、地埋管打孔孔徑

　　孔徑：

　　根據地質結構不同，鉆孔孔徑可以是Ф100、Ф150、Ф200或Ф300，天津地區地表土壤層很厚，為了鉆孔、下管方便多采用Ф300孔徑。

　　(三)地下埋管系統設計

　　一.地下換熱量計算

　　地下換熱量可以由下述公式計算：

　　Q1'= Q1*(1+1/COP1) kW (1)

　　Q2'= Q2*(1-1/COP2) kW (2)

　　其中Q1'——夏季向土壤排放的熱量，kW

　　Q1——夏季設計總冷負荷，kW

　　Q2'——冬季從土壤吸收的熱量，kW

　　Q2——冬季設計總熱負荷，kW

　　COP1——設計工況下水源熱泵機組的制冷系數

　　COP2——設計工況下水源熱泵機組的供熱系數

　　一般地，水源熱泵機組的產品樣本中都給出不同進出水溫度下的制冷量、制熱量以及制冷系數、供熱系數，計算時應從樣本中選用設計工況下的 、 。若樣本中無所需的設計工況，可以采用插值法計算。

　　二、地下熱交換設計

　　1.水平埋管：

　　確定管溝數目:

　　埋管管長的估算：利用管材“換熱能力”，即單位埋管管長的換熱量。水平埋管單位管材“換熱能力”在20～40W/m(管長)左右，;設計時可取換熱能力的下限值，即20 W/m。

　　單溝單管埋管總長具體計算公式如下： L=Q/20

　　其中L ——埋管總長，m

　　Q ——冬季從土壤取出的熱量，w

　　分母“20”是每m 管長冬季從土壤取出的熱量，W/m

　　單溝雙管、單溝二層雙管、單溝二層四管、單溝二層六管布置時分別乘上0.9、0.85、0.75、0.70 的熱干擾系數(熱協調系數)。

　　確定管溝間距：

　　為了防止埋管間的熱干擾，必須保證埋管之間有一定的間距。該間距的大小與運行狀況(如連續運行還是間歇運行;間歇運行的開、停機比等)、埋管的布置形式(如單行布置，只有兩邊有熱干擾;多排布置，四面均有熱干擾)等等有關。

　　建議串聯每溝1 管，管徑1/4"～2";串聯每溝2 管， 1 又1/4"～1 又1/2"。并聯每溝2 管， 1"～1 又1/4";并聯每溝4～6 管，管徑13/4"～1"。

　　管溝間距：每溝1 管的間距1.2m，每溝2 管的間距1.8m，每溝4 管間距3.6m。管溝內最上面管子的管頂到地面的的最小高度不小于1.2m。

　　2、豎直埋管

　　確定豎井埋管管長

　　一般垂直單U 形管埋管的換熱能力為60～80 W/m(井深)，垂直雙U 形管為80～100W/m(井深)左右，設計時可取換熱能力的下限值。

　　一般垂直埋管為70～110W/m(井深)，或35～55W/m(管長)，水平埋管為20～40W/m(管長)左右。

　　設計時可取換熱能力的下限值，即35W/m(管長)，雙U管設計具體計算公式如下：

　　L=Q1/25 (3)

　　其中 L——豎井埋管總長，m

　　Q1——夏季向土壤排放的熱量， W

　　分母“35”是夏季每m管長散熱量，W/m

　　確定豎井數目及間距

　　國外，豎井深度多數采用50～100m[2]，設計者可以在此范圍內選擇一個豎井深度H，代入下式計算豎井數目:

　　N=L/(4*H) (4)

　　其中 N——豎井總數，個

　　L——豎井埋管總長，m

　　H——豎井深度，m

　　分母“2”是考慮到豎井內埋管管長約等于豎井深度的2倍。

　　然后對計算結果進行圓整，若計算結果偏大，可以增加豎井深度，但不能太深，否則鉆孔和安裝成本大大增加。

　　關于豎井間距有資料指出：U型管豎井的水平間距一般為4.5m[3]，也有實例中提到DN25的U型管，其豎井水平間距為6m，而DN20的U型管，其豎井水平間距為3m[4]。若采用串聯連接方式，可采用三角形布置(詳見[2])來節約占地面積。

　　工程較小，埋管單排布置，地源熱泵間歇運行，埋管間距可取3.0m;工程較大，埋管多排布置，地源熱泵間歇運行，建議取間距4.5m;若連續運行(或停機時間較少)建議取5～6m

　　注意事項

　　1、垂直地埋管換熱器埋管深度應大于30m，宜為60m～150m;鉆孔間距宜為3m～6m。水平管埋深應不小于1.2m。

　　2、地埋管換熱器水平干管坡度宜為0.3%，不應小于0.2%。

　　3、地埋管環路之間應并聯且同程布置，兩端應分別與供、回水管路集管相連接。每個環路集管連接的環路數宜相同。

　　4、地埋管換熱器宜靠近機房或以機房為中心設置。鋪設供、回水集管的管溝宜分開布置;供、回水集管的間距不應小于0.6m

　　三、管徑與流速設計

　　1、確定管徑

　　在實際工程中確定管徑必須滿足兩個要求：

　　(1)管道要大到足夠保持最小輸送功率;

　　(2)管道要小到足夠使管道內保持紊流以保證流體與管道內壁之間的傳熱。

　　顯然，上述兩個要求相互矛盾，需要綜合考慮。一般并聯環路用小管徑，集管用大管徑，地下熱交換器埋管常用管徑有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管內流速控制在1.22m/s以下,對更大管徑的管道，管內流速控制在2.44m/s以下或一般把各管段壓力損失控制在4mH2O/100m當量長度以下。

　　備注：

　?、?地下埋管換熱器環路壓力損失限制在30～50kPa/100m 為好，最大不超過50kPa/100m。同時應使管內流動處于紊流過渡區。

　?、?地下埋管系統單位冷噸(1 冷噸=3024kcal/h=3.52kW)水流量控制在0.16～0.19L/s.t

　?、?最小管內流速(流量)：在相同管徑、相同流速下，水的雷諾數最大大。所以采用CaCl2 和乙二醇水溶液時，為了保證管內的紊流流動，與水相比需采用大的流速和流量。

　　2、校核管材承壓能力

　　管路最大壓力應小于管材的承壓能力。若不計豎井灌漿引起的靜壓抵消，管路所需承受的最大壓力等于大氣壓力、重力作用靜壓和水泵揚程一半的總和[1]，即：

　　P=P0+ρgH+0.5Ph

　　p——管路最大壓力，Pa

　　P0——建筑物所在的當地大氣壓，Pa

　　ρ——地下埋管中流體密度，kg/m3

　　g——當地重力加速度，m/s2

　　H——地下埋管最低點與閉式循環系統最高點的高度差，m

　　Ph——水泵揚程，Pa

　　3.其它

　　3.1與常規空調系統類似，需在高于閉式循環系統最高點處(一般為1m)設計膨脹水箱或膨脹罐，放氣閥等附件。

　　(四)設計舉例

　　一.設計參數

　　上海某復式住宅空調面積212m2。

　　1、室外設計參數

　　夏季室外干球溫度tw=34℃, 濕球溫度ts=28.2℃

　　冬季室外干球溫度tw=-4℃, 相對濕度φ=75%

　　2、室內設計參數

　　夏季室內溫度tn=27℃, 相對濕度φn=55%

　　冬季室內溫度tn=20℃, 相對濕度φn=45%

　　二.計算空調負荷及選擇主要設備

　　1、參考常規空調建筑物冷熱負荷的計算方法

       計算得到各房間冷熱負荷并選擇風機盤管型號;考慮房間共用系數(取0.8)，得到建筑物夏季設計總冷負荷為24.54kW，冬季設計總熱符負荷為16.38kW，選擇NOBO SI20TR型地源源熱泵機組1臺，本設計舉例工況下的 COP1=5.9， COP2=4.2。

　　2、計算地下負荷

　　根據公式(1)、(2)計算得

　　Q1'= Q1*(1+1/COP1)=24.54*(1+1/5.9)=28.7 kW

　　Q2'= Q2*(1-1/COP2)=16.38*(1-1/4.2)=12.48 kW

　　取夏季向土壤排放的熱量 進行設計計算。

　　3、確定管材及埋管管徑

　　選用聚乙烯管材PE63(SDR11)，并聯環路管徑為DN20，集管管徑分別為DN25、DN32、DN40、DN50。

　　4、確定豎井埋管管長

　　根據公式(3)計算得

　　L=28.7*1000/25=1148 m

　　5、確定豎井數目及間距

　　選取豎井深度50m，根據公式(4)計算得

　　N=L/(4*H)=5.74 個

　　圓整后取 6 個豎井，豎井間距取 4 m。

　　6、計算地埋管壓力損失

　　參照本文2.6介紹的計算方法，分別計算1-2-3-4-5-6-7-8-9-10─11─11′-1′各管段的壓力損失，得到各管段總壓力損失為40kPa。再加上連接到熱泵機組的管路壓力損失，以及熱泵機組、平衡閥和其他設備元件的壓力損失，所選水泵揚程為15mH2O。

　　7、檢查管道承壓能力

　　夏天南京P0=100250 Pa，水密度ρ=1000 kg/m3，

　　局部重力加速度 g=9.8米/秒2，高度差 H=50.5米

　　靜壓ρ gH=494900 Pa的重力波

　　半升泵0.5 ph=7.5mH2O=73529 Pa

　　所以管道最大壓力 P=P0+ρ gH+0.5 Ph=673550 Pa (Mpa)

　　PE聚乙烯管的額定承載能力為1.6 MPa，管道材料完全滿足設計要求。