地源热泵系统的工程设计
在现代医院建筑中引入绿色节能的地源热泵技术，以改善医院的空气质量，优化医院的气流循环，降低医院能量消耗，扩大医院绿化覆盖率，使医院真正成为和谐舒适、环境优美、绿色生态的现代化疗养场所。
地源热泵系统与大型的现代化医院建筑相结合，其设计与常规的地源热泵系统相比在机组选型，水泵匹配及控制，热水系统运行等方面有一些不同。本篇先了解下关于地源热泵系统的工程设计规范。
一般规定
地源热泵系统工程设计
在空调系统冷热源选择时，宜将地源热泵系统列为重要的比选方案。
采用地源热泵系统方案时，应根据建筑负荷特性，对现场条件、能源政策、节能效果、经济效益、环境影响等进行可行性分析。此外，还应对系统全年冷、热负荷特性进行分析，宜与其它空调冷热源组成复合冷热源。
01
地埋管换热系统设计
地埋管地源热泵系统的容量应与系统冷热负荷、地埋管有效埋设空间匹配；确定地埋管的换热面积应有冗余。应进行全年冷、热负荷计算，计算周期应不少于 1年；设计阶段宜进行系统十年以 上岩土温度场数值模拟以及运行预期效果分析。
地埋管地源热泵系统宜设置地温场监测系统，埋管如设在建筑物的基础下时，应与有关专业协调考虑基础沉降、防水、安全及施工工艺等因素。
地埋换热管埋管区域，应避开地下各种管线与重型车辆的车道，并考虑未来可能有的管线施工和空间利用。地埋换热管与管件应符合以下规定:
- 换热管与管件应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小的塑料管，两者材料应相同，各项性能指标应符合国家现行标准中的有关规定。
- 换热管与管件的公称压力及使用温度应满足设计要求且公称压力值不应小于 1.0MPa， 换热管的外径及壁厚可按相关规定选用。
地埋换热管内的换热介质一般为水，选用其他介质时应符合安全、腐蚀性弱、与换热管材无化学反应、冰点较低、传热性能良好、摩擦阻力系数较小、易于购买、运输和储藏等要求。
竖直换热孔的回填料应根据地质条件确定，回填料的导热系数不应小于周围岩土体的导热系数。
地埋换热管长度应通过计算确定。计算时应考虑管材岩土体及回填料热物性的影响，宜采用专用软件计算。地埋换热管的设计长度应满足热泵系统最大取热量或最大释热量的要求；当全年累计取热量和释热量不平衡时，应采取热量平衡措施。
设计地埋管换热管时，环路集管不应计入地埋换热管总长度内。除桩基埋管外，竖直地埋换热管埋管深度宜大于60m，小于120m；单U 管钻孔孔径不宜小于110mm，双U管钻孔孔径不宜小于140mm；钻孔间距宜为 4m~6m；水平环路集管距地面不宜小于 1.5m，且应在冻土层以下 0.6m。
地埋换热管内的流体应保持亲流状态，单U型管内的流速不宜小于 0.6m/s，双 U 型管内的流速不宜小于 0.4m/s，水平环路集管敷设坡度不应小于0.002。
地埋换热管系统的位置应远离水井及室外排水设施，并宜邻近机房或以机房为中心设置。
竖直地埋换热管环路两端应分别与供、回水环路集管(或中间分、集水器)相连接。且宜同程布置，与每对供、回水环路集管(或分、集水器)连接的地埋管环路数宜相等，供、回水环路集管的间距不应小于0.6m。
大型项目中，竖直地埋换热管应分组连接，每组换热管的数量宜相等，且每组集管连接的竖直换热管环路数不宜超过8个。大型地埋换热 管系统宜分区域设计，宜与主机容量适应。
地埋换热管系统设计时，应控制系统最低点的工作压力在 1.5MPa 以内。若建筑物内系统压力超过地埋管换热器的承压能力时，应设中间换热器，将地埋管换热器与建筑物内系统隔离。
02
地表水换热系统设计
地表水地源热泵系统形式应根据水体的用途、面积、深度、水质、水位、水温、径流量、系统经济性以及与项目现场条件等因素确定。开式地表水换热系统在水深、水质、水量等条件合适时宜采用直接供水系统。
取水口 退水口
地表水取水口应设置在回淤强度弱、水质较好、水体最低水位下较深处；取水量变化较大或需要连续运行时，应设置多根取水管。应避开水系中的集中释热点，退水口应位于取水口下游较远处，对于双向流动的水系，应避免取、退水口之间的热传递。地表水取、退水口应邻近项目现场，系统取水所提升的水位不应过大，对于水位变化较大的水体，取水泵宜采用变频调速控制。
地表水取水系统的水处理方案应根据水质情况确定，取水段宜设机械或人工清污的拦污格栅装置，水泵压出段宜设自动反冲洗过滤器。
热泵机组的换热管材质和管型应根据水质情况和清洗除污措施确定。淡水系统的换热管宜选铜管或铜镍合金管。
开式地表水换热系统
开式直接供水的地表水系统的换热器，应采用在线自动清洗装置，并应采取药物灭藻措施。
闭式地表水换热系统
闭式地表水换热系统的换热量，应满足系统设计释热量和取热量要求，换热器形式应由水体的面积、深度、水质等因素确定。换热单元的换热性能和规格应通过计算或试验确定，换热管内的流体应保持亲流状态。换热器选择计算时，夏季工况下的接近温度宜取2~10℃，冬季的接近温度宜取 1.5C~6℃；设计工况下换热器夏季出水温度不应高于 32℃，冬季不宜低于5℃。宜同程布置，各中间分、集水器所辖并联环路的水阻力宜相同，环路管道的布置应与水体形状相适应。供、回水集管宜分开布置。
闭式地表水换热盘管应可靠地固定在水体底部，换热盘管的底部与水体底部的距离不应小于 0.2m；换热盘管的顶部与地表水最低水位距离不应小于 1.5m；换热单元间应保持一定的距离。
闭式地表水换热系统的设计，应确保系统压力不超过换热盘管的承压能力。地表水换热盘管的位置应远离其他取、退水口。地表水换热盘管水系统宜采用变流量调节。地表水换热盘管的管材与传热介质应分别符合相关规定。
03
热泵机房系统设计
地源热泵系统的机房设计，应符合国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736 的规定。其中涉及生活热水或其他热水供应部分，应符合国家标准《建筑给水排水设计规范GB 50015 的规定》。
热泵机组的装机容量，应按空调计算负荷确定，不另作附加。
地源热泵系统需要辅助散热设备时，可采用冷却塔，或与水冷冷水机组、空气源热泵机组及其他冷热源设备组成复合式冷热源系统。
地源热泵系统与其他冷热源系统，宜在空调水侧合并组成多源复合式水系统，不宜采用各自独立的水系统。有条件时，地源热泵空调系统可作为生活热水系统的热源。
地源热泵空调系统增设蓄热(冷)装置时，应进行技术经济性分析。
热泵机组的性能与台数，应适应空调负荷全年变化规律，满足季节及部分负荷要求，一般不宜少于两台。
热泵机组使用的制冷剂，必须符合国家现行的环境保护规定。热泵机组、水泵、末端装置等设备和管路及部件的工作压力，应不大于其额定工作压力。地源侧换热系统循环水泵的流量，应由所配主机与水系统设计温差确定，水泵的扬程应由循环管路的水力计算确定。
开式地表水换热系统 循环水泵的安装高度应满足水泵允许吸水高度的要求，水力计算时应结合水质条件予以修正。并应考虑取、退水口落差和地表水位的变化。
管道的水力计算应依据管内换热介质的水力特性、管道的阻力损失计算。
地源侧换热管系统宜具有反冲洗功能。闭式管路换热系统应设置排气、定压、膨胀、自动补水以及水过滤装置。
热泵机组应与各相关设备进行电气联锁,顺序启停;采用自动运行方式时,宜利用冷(热)量、地源侧换热管内水温等参数进行优化控制。
热泵机房内系统的监测与控制可包括参数检测、参数与设备状态显示、自动调节与控制、工况自动转换、设备联锁与自动保护、能量计量以及中央监控与管理等。
地埋管地源热泵机组采用开式冷却塔作为冬、夏季地源侧热平衡调节手段时，泠却塔的冷却水侧应增设板式换热器。直供机组的地表水热泵系统的供冷、供热水侧切换管路，应具有放水与清洗功能。
采用板式换热器的地表水热泵系统机房，应有清洗、维护换热器的空间；必要时，可设置备用换热器。
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