2013年暖通工程師考試輔導(dǎo)資料（一）

　　地源熱泵埋管系統(tǒng)的管徑選擇及水力和換熱計(jì)算

　　1.管徑的選擇原則

　　在選擇和設(shè)計(jì)管徑時(shí)應(yīng)考慮如下問(wèn)題：

　?、?gòu)倪\(yùn)行費(fèi)上考慮管徑越大越好，以降低泵的輸送功率，減少平時(shí)的運(yùn)行費(fèi);②從初投資上考慮管徑不能太大，必須保證管內(nèi)流體處于紊流區(qū)(Re≥2100)，以增加流體與塑料管壁的換熱系數(shù);③系統(tǒng)環(huán)路長(zhǎng)度不要太長(zhǎng);④不同的流體對(duì)阻力和換熱都有影響，因此選擇管徑時(shí)應(yīng)特別加以注意。

　　綜合考慮，推薦采用薄壁小管徑管子，并聯(lián)布置方案。

　　2.埋管內(nèi)工作流體

　　在國(guó)內(nèi)南方地區(qū)，由于地溫高，冬季地下埋管進(jìn)水溫度在0℃以上，因此多采用水作為工作流體;北方地區(qū)，冬季地溫低，地下埋管進(jìn)水溫度一般均低于0℃，因此一般均需使用防凍液。防凍液一般應(yīng)具有使用安全、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性、導(dǎo)熱性好、成本低、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。目前應(yīng)用較多的有：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。

　　一般來(lái)說(shuō)，鹽溶液具有安全、無(wú)毒、無(wú)污染、導(dǎo)熱性能好、價(jià)格低、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是系統(tǒng)有空氣存在時(shí)，對(duì)大部分金屬具有腐蝕性。在正確選用管材、部件和系統(tǒng)內(nèi)空氣被排除干凈的情況下，鹽溶液是一種很好的防凍液。

　　乙二醇水溶液相對(duì)安全、無(wú)腐蝕性，具有較好的導(dǎo)熱性能，價(jià)格適中，但使用壽命有限，且有毒。

　　酒精水溶液具有無(wú)腐蝕性、較好的導(dǎo)熱性、價(jià)格適中、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是有爆炸性和毒性。在使用酒精之前應(yīng)用水將其稀釋，以降低其爆炸的可能性，由于其無(wú)腐蝕性，作為防凍液很受歡迎。

　　3.最小管內(nèi)流速(流量)

　　臨界雷諾數(shù)

　　2 000為紊流，Re<2 000為層流。根據(jù)Re=Vdi/v，Vk=Rekν/di和Qk=πdi2/4　Vk　 600的計(jì)算公式，可求出上述三種流體在不同管徑下的最小流速，即最小流量。

　　上述公式中符號(hào)，Re――雷諾數(shù);V、Vk――流速;臨界流速，m/s;Qk――臨界流量，m3/h;di――管內(nèi)徑，m;ν――運(yùn)動(dòng)粘帶性系數(shù)，m2/s。

　　在相同管徑、相同流速下，其雷諾數(shù)大小依次為水、CaCl2水溶液、乙二醇水溶液，其臨界流速比為1：2.12：2.45。說(shuō)明采用CaCl2和乙二醇水溶液時(shí)，為了保證管內(nèi)的紊流流動(dòng)，與水相比需采用大的流速和流量。

　　4.不同流體管內(nèi)換熱系數(shù)aw (w/m2•k)計(jì)算

　　當(dāng)Re>104時(shí)，其流體側(cè)換熱系數(shù)aw可用下式計(jì)算，即：

　　aw=β=0.021(1)

　　當(dāng)2 100

　　上面公式中符號(hào)意義、單位同前。從表中看出在相同流速、相同管徑下，水的換熱系數(shù)最大。其大小排序?yàn)樗aCl2水溶液、乙二醇水溶液，其具體比值與管徑和流速有關(guān)，其大小比值為1：0.47～0.62：0.41～0.56。

　　管路沿程阻力hf(kPa/100m)計(jì)算

　　計(jì)算公式為：

　　hf=λ=λ(2)

　　式中：λ――沿程摩擦阻力系數(shù);L――管長(zhǎng)度，m。

　　由于地下埋管換熱器內(nèi)流動(dòng)一般均在紊流或紊流光滑(過(guò)渡)區(qū)內(nèi)，即2 100

　　幾種流體在不同流速、不同管徑下的hf見(jiàn)表3。從表3看出，在相同管徑、相同流量下，CaCl2水溶液的hf為水的1.44倍;乙二醇水溶液的hf為水的1.28倍。

　　5.有關(guān)水流量和壓力損失的推薦值

　?、俚叵侣窆軗Q熱器環(huán)路壓力損失限制在30～50kPa/100m為好，最大不超過(guò)50kPa/100m。

　　②地下埋管系統(tǒng)單位冷噸(1冷噸=3024kcal/h=3.52kW)水流量控制在0.16～0.19L/s•t(0.045～0.054L/s•kW或2.7～3.24L/min•kW)為好，大于0.19L/s•t(3.24L/min•kW)，泵的消耗功率顯著上升。

　?、垩h(huán)水泵消耗功率P與熱泵容量名義冷噸之比控制在50～75W/熱泵能力冷噸(14.2～21.3W/kW)為好。

　?、懿煌軓较碌穆窆苌疃燃白钚°@孔孔徑推薦值見(jiàn)表7。