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和生活熱水供應)，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空調建筑的地源熱泵系統，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和制冷。

 

  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”，它主要用于地下水做熱源的熱泵系統，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。