地源熱泵

地源熱泵地下埋管換熱器的兩種形式

  目前地源熱泵地下埋管換熱器主要有兩種形式,即水平埋管和垂直埋管。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(gè)較穩定的溫度場(chǎng),換熱效率好于單層,而且占地面積較少。
 
  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(gè)較穩定的溫度場(chǎng),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。近年來(lái)國外又新開(kāi)發(fā)了兩種水平埋管形式,一種是扁平曲線(xiàn)狀管,另一種是螺旋狀管。它們的優(yōu)點(diǎn)是使地溝長(cháng)度縮短,而可埋沒(méi)的管子長(cháng)度增加。管路的埋設視巖土情況,可采取挖溝或大面積開(kāi)挖方法。單層管最佳深度0.8~1.0m,雙層管1.2~1.9m,但無(wú)論任何情況均應埋在當地冰凍線(xiàn)以下。由于水平管埋深較淺,其埋管換熱器性能不如垂直埋管,而且施工時(shí),占用場(chǎng)地大,在實(shí)際使用中,往往是單層與多層互相搭配;螺旋管優(yōu)于直管,但不易施工。由于淺埋水平管受地面溫度影響大,地下巖土冬夏熱平衡好,因此適用于單季使用的情況(如歐洲只用于冬季供暖生活熱水供應),對冬夏冷暖聯(lián)供系統使用者很少。
 
  垂直埋管根據埋管形式的不同,一般有單U形管,雙U形管,小直徑螺旋盤(pán)管和大直徑螺旋盤(pán)管,立式柱,套管、蜘蛛狀管、管式管等形式;按埋設深度不;同分為淺埋(≤30)、中埋(31~80m)和深埋(>80m)。
 
  目前使用最多的是U形管、套管和單管式。下面作一簡(jiǎn)述。
 
  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100~159mm,井深10~200m。U形管徑一般在φ50mm以下(主要是流量不宜過(guò)大所限),由于施工簡(jiǎn)單;換熱性能較好,承壓高,管路接頭少,不易泄漏等原因,目前應用最多。如美國加州斯托克斯大學(xué)供應了48萬(wàn)m2空調建筑地源熱泵系統,有390個(gè)深度超過(guò)120m的地下埋管,據介紹,采用這種地源熱泵系統較常規空調每年可節約各種費用45.5萬(wàn)美元,其中能量費用33萬(wàn)美元,節電25%,節約燃料費70%。
 
  國外有的工程把U形管捆扎在樁基的鋼筋網(wǎng)架上,然后澆灌混凝土,不占用地面。如瑞士某工廠(chǎng)地源熱泵系統從600個(gè)樁基中吸收熱量或冷量,用于2萬(wàn)平方米建筑物的供暖制冷。
 
  2)套管武換熱器的外管直徑一般為100~200mm,內管為φ15~φ25mm。由于增大了管外壁與巖土的換熱面積,因此其單位井深的換熱量高,根據試驗結果,其換熱效率較U形管提高16.7%。其缺點(diǎn)是套管直徑及鉆孔直徑較大,下管比較固難,初投資比U形管高。在套管端部與內管進(jìn)。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。為防止漏水,套管端部封頭部分宜由工廠(chǎng)加工制作,現場(chǎng)安裝,以保證嚴密性。
 
  3)單管型在國外常稱(chēng)為“熱井”,它主要用于地下水熱源熱泵系統,一般來(lái)講該種型式投資較少。其安裝方法是地下水位以上用鋼套管作為護套,直徑和孔徑一致,典型孔徑為150mm。地下水位以下為自然孔洞,不加任何設施??锥粗杏幸桓鏊転?a href="http://keyinmall.com/t/熱泵機組.html" >熱泵機組供水,回水自然排放或回到管井內。這種方式受地下水資源、國家有關(guān)政策及法規限制大。
 
  地源熱泵地下埋管深度
 
  水平埋管埋設情況比較簡(jiǎn)單,前面已述。關(guān)于豎直埋管的埋設深度應根據當地地質(zhì)情況,工程及場(chǎng)地的大小,投資及使用的鉆機性能等情況綜合考慮。結合國情,根據筆者的工程實(shí)踐體會(huì ),其中有幾點(diǎn)應注意到:①鉆井深60m以?xún)染畹?a href="http://keyinmall.com/t/鉆機.html" >鉆機成本少,費用低,如果大于60m,其鉆機成本會(huì )提高。②井深80m以?xún)?,可用國產(chǎn)普通型承壓(承壓1.0MP)塑料管,如深度大于80m,需采用高承壓塑料管,其成本大大增加;⑧據比較,井深50m的造價(jià)比100m的要低30%~50%。上述是針對地面中央機房而言,如果采用分室型韻系統還要考慮建筑高度的影響。
 
  水源熱泵系統還要考慮建筑高度的影響。 一般來(lái)講,淺埋管優(yōu)點(diǎn)是:投資少,成本低。鉆機要求不高,可使用普通承壓(0.6~1.0MP)的塑料管,由于受地面溫度影響,一般地下巖土冬夏熱平衡性較好,其缺點(diǎn)是占用場(chǎng)地面積大,管路接頭多,埋管換熱效率較中深埋者低。 深埋管優(yōu)點(diǎn)是:占用場(chǎng)地面積小,地下巖土溫度穩定。
 
  一般來(lái)講,淺埋管優(yōu)點(diǎn)是:投資少,成本低。鉆機要求不高,可使用普通承壓(0.6~1.0MP)的塑料管,由于受地面溫度影響,一般地下巖土冬夏熱平衡性較好,其缺點(diǎn)是占用場(chǎng)地面積大,管路接頭多,埋管換熱效率較中深埋者低。
 
  深埋管優(yōu)點(diǎn)是:占用場(chǎng)地面積小,地下巖土溫度穩定。