施工容易，安装费用相对较低，但由于水平管埋深较浅，其埋管换热器性能不如垂直埋管，而且施工时，占用场地大，浅埋水平管受地面温度影响大，因此适用于单季使用的情况如欧洲只用于冬季供暖和生活热水供应，对冬夏冷暖联供系统使用者很少竖直埋管地热换热器是采用垂直竖井布置的地下换热器。由于深层土壤的全年温度比较稳定，所以使用竖直埋管换热器的热泵系统运行工况更加稳定，系统效率更高。竖直埋管地热换热器又可分为套管式与型管式两种型式。在套管式换热器中，来自热泵机组的热媒水被输送到钻孔中，通过钻孔垂直壁面直接与周围岩土进行热交换，然后通过设在钻孔底部的回水管被重新抽回到热泵机组当中。虽然套管式换热器内热媒水与周围岩土的接触面积较大，换热效果较好，但适用于地下坚硬岩石区域，而不适于土壤区域。型管式地热换热器是在地层中垂直钻孔，钻孔深度般在，直径般为并在每个钻孔中放置个或数个型管，型管的直径般为，热泵机组中的热媒水通过型管与与周围的岩土进行换热。同套管是换热器相比，型管式换热器不仅适用于岩石区域，也使用于土壤区域，是目前使用作为广泛的热泵机组土壤换热器。大学毕业设计论文用纸本工程项目设计冷热负荷较大，适于使用垂直埋管地热换热器，而不适于水平埋管地热换热器。根据现场勘测井资料，本项目至地下深的地下岩层主要以粉质粘土粘土松散砂砾石等构成，更适于使用型管换热器。因此，本设计决定采用单型管的竖直埋管换热器作为热泵机组的土壤换热器。同时，为保持各环路之间的水力平衡,采用同程式系统塑料管的选择般来讲，旦将换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，这就要求保证埋入地下管材的化学性质稳定并且耐腐蚀。常规空调系统中使用的金属管材在这方面存在严重不足，且需要埋入地下的管道的数量较多，应该优先考虑使用价格较低的管材。所以，土壤源热泵系统中般采用塑料管材。目前最常用的是聚乙烯和聚丁烯管材，它们可以弯曲或热熔形成更牢固的形状，可以保证使用年以上而管材由于不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此，不推荐用于地下埋管系统。在实际工程中确定管径必须满足两个要求管道要大到足够保持最小输送功率管道要小到足够使管道内保持紊流以保证流体与管道内壁之间的传热，并且可以减小钻孔直径，降低工程造价。显然，上述两个要求相互矛盾，需要综合考虑。般并联环路用小管径，集管用大管径，地下热交换器埋管常用管径有，管内流速控制在以下,对更大管径的管道，管内流速控制在以下或般把各管段压力损失控制在当量长度以下。本设计选取聚乙烯管，管径选取，其导热系数•,工作压力可达。土壤耦合换热器的布置根据国内外有关科研单位的实验研究结果知，单根垂直埋管对周围土壤的热作用半径为,因此为了避免各管井间的热干扰，其间距根据埋管场地面积可用情况般可取为，这也是国内外常用的工程经验值。本设计各钻孔及型管换热器的间距确定为米。根据现场情况，拟将地下换热器布置在宾馆楼西侧生态停车场花坛及升旗广场等。大学毕业设计论文用纸竖井深度多数采用，根据现场勘测井资料地质，在深度米以上为各种粘土层，而在以下则为各种岩石层。考虑到钻孔的难易程度施工费用以及可用于布置地下换热器的场地面积，本设计将孔洞深度确定为。孔径的大小略大于型管与灌浆管组件的尺寸为宜，般要求钻机的钻头的直径根据需要在之间。本设计确定钻孔直径为。钻孔内型管换热器底部距井底，型管换热器长度。在各钻孔中型管地热换热器的联接上，其形式有串联和并联两种。串联系统管径较大,管道费用较高,并且压降特性限制了系统能力。并联系统管径较小,管道费用较低,且常常可布置成同程式,当各并联环路之间流量平衡时换热量也相同,其压降特性有利于提高系统能力，同时各并联管路系统的阻力损失也易于平衡。因此,本设计方案在型管换热器的管路连接上选用并联同程式，这也是大多数实际工程优先采用的管路布置连接方式。联接各型管换热器的分集水管，水平单层埋设，埋设深度太浅，地面车辆行人等动静荷载会对管道结构的稳定性产生影响，地表温和室外空气温度也会对管内流体温度产生较大影响埋设深度太深，施工费用会大幅增加。综合上述因素考虑，分集水管埋设深度确定为，。各并联环路水平分集水管在安装时,按流向应有左右的坡度。埋设水平埋管的管沟间的距离般可取为,管沟宽度通常取。供回水集管上装设排气装置。每根并联环路供水管线进地下埋管部分的入口处应设置带有关闭阀的检查井。土壤耦合换热器吸热与放热的平衡本工程项目，建筑物的冷负荷远大于热负荷，因此采用了混合土壤源热泵系统，在单纯的土壤源热泵系统的基础上附加冷却塔作为排放热源，克服了单纯的土壤源热泵系统由于向土壤排放热量和提取热量的不平衡性而产生的夏季埋地换热器出口水温升高热泵性能降低从而降低系统效率甚至影响系统运行的问题。其工作原理与单纯的土壤热泵基本相似。冬季混合土壤热泵系统的冷却塔不运行，其工作原理与单纯的土壤热泵的工作原理相同，将大地作为热泵机组的低温热源，通过埋地盘管获取土壤中热量为建筑物供热夏季热泵与冷却塔共同承担系统的冷负荷。冷却塔配合台热泵机组号机组使用，机组只在制冷状态运行。冷却塔和机组的启动主要由埋地换热器的进出口水温来大学毕业设计论文用纸控制，当进出口水温超过设定的最高值时，冷却塔和机组就开始运行，以满足整个系统的冷负荷的要求当埋地换热器的进出口水温降到设定最低的值时，冷却塔和机组就停止运行。这样整个热泵系统从长期运行的条件来看，冬季从大地中取出的热量与夏季排放到大地中的热量基本平衡，解决了单纯土壤热泵由于系统的负荷不平衡从而影响其整体效率的问题。土壤耦合换热器长度计算设计计算方法埋地盘管从土壤中的取放热率的大小随着建筑物负荷的大小及室外气象参数的改变而不断的变化，且其取放热过程将改变土壤初始温度的分布。因此，埋地盘管的传热是典型的不稳态传热过程。目前，针对型管地热换热器，有多种设计计算方法存在。这些计算方法，主要是基于以下基础理论，即线热源理论，目前大多数型管地热换热器的设计计算方法以该理论作为基础修正线热源理论以及三维瞬态远边界传热理论。本设计采用国际地源热泵协会计算模型作为型管地热换热器的设计计算方法。模型是北美确定地下埋管换热器尺寸的标准方法，是以线热源理论为基础，以最冷月和最热月的负荷为计算的依据，不仅考虑了管道热阻的计算，而且还提供了计算单根竖埋管多根竖埋管及水平埋管换热器土壤热阻的方法，为解决竖埋管间的相互热干扰问题提供了计算依据。模型给出的型管地热换热器的长度计算方程如下冬季制热工况时，夏季制冷工况时，式与式中，为多个型管地热换热器的土壤热阻，是将相邻型管换热器的热阻迭加到单个型管换热器的土壤热阻中计算得到，其计算式大学毕业设计论文用纸这里为指数积分，，为管道外壁半径为土壤的热扩散率导温系数，般可取为为土壤的导热系数，为时间为半径为的单根垂直埋管周围土壤热阻，为半径为的单根垂直埋管周围，距单根垂直埋管半径分别为处的根垂直埋管对单根垂直埋管产生热干扰而引起的附加土壤热阻。在时，当时，这里，在钻孔内部，把型管简化为具有当量直径的单管，管道外壁半径由当量半径取代。当量半径定义为，其中表示个钻孔中垂直埋管的根数，对于单型管地热换热器，。式与式中，为管壁热阻。对于单根垂直埋管，其中为管子内壁半径为管壁导热系数。对于型管，它的管壁热阻为大学毕业设计论文用纸这里分别为管道的内外直径为管道的当量外直径，对于单型管地热换热器，。式与式中，分别为热泵机组的供热部分运转系数和供冷部分运转系数最冷月的天数数最冷月热泵的运行小时最热月的天数数最热月热泵的运行小时为冬季制热工况时土壤的年最低温度为冬季制热工况时热泵机组的最低进口流体温度，。为冬季制热工况时埋地换热器的设计温差，。为夏季制热工况时土壤的年最高温度为夏季制冷工况时热泵机组的最高出口流体温度，。为夏季制冷工况时埋地换热器的设计温差，。为热泵处于最低进口流体温度时的供热负荷为热泵处于最高出口流体温度时的制冷负荷，。为冬季制热工况机组进口流体温度为时热泵机组的性能系数为夏季制冷工况机组出口流体温度为时热泵机组的性能系数。均由机组实测数据确定。根据式与式，可分别计算出设计热负荷与设计冷负荷所对应的型管换热器的长度和，本设计，地埋管只提供冬季热负荷所需热量，故只需根大学毕业设计论文用纸据式计算出设计热负荷所对应的型管换热器的长度。土壤的年最低温度模型采用分析解方程来计算土壤温度，计算式为,式中为在土壤地下深度处时间时的温度以年为周期为土壤地下平均温度，可认为等于地下水温度或当地年平均空气温度加为年地表面土壤温度波动，依据位置土壤类型和含水量而变化，对于草地表面，可取为为土壤热扩散系数，般可取为为最小土壤表面温度的天数，。利用式，位于定深度处的最高最低土壤温度分别为利用式与式计算的结果，地下土壤的年最高最低温度波动范围随着土壤深度的增加迅速下降，至深度时，年最高最低温度波动范围接近于零。如图所示。大学毕业设计论文用纸图土壤年最高最低温度变化曲线本设计中，垂直布置的型管换热器井深，地下土壤的年最高最低温度可取为土壤地下平均温度，即根据空气调节设计手册，查取市的全年平均气温为，因此可确