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(wěn)定的溫度場,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(wěn)定的溫度場,換熱效率好于單層,而且占地面積較少,因此應(yīng)用多層管的較多。近年來國外又新開發(fā)了兩種水平埋管形式,一種是扁平曲線狀管,另一種是螺旋狀管。它們的優(yōu)點(diǎn)是使地溝長度縮短,而可埋沒的管子長度增加。管路的埋設(shè)視巖土情況,可采取挖溝或大面積開挖方法。單層管最佳深度0.8~1.0m,雙層管1.2~1.9m,但無論任何情況均應(yīng)埋在當(dāng)?shù)乇鶅鼍€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(yīng)),對冬夏冷暖聯(lián)供系統(tǒng)使用者很少。
 
  垂直埋管根據(jù)埋管形式的不同,一般有單U形管,雙U形管,小直徑螺旋盤管和大直徑螺旋盤管,立式柱,套管、蜘蛛狀管、管式管等形式;按埋設(shè)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。下面作一簡述。
 
  1)U形管型是在鉆孔的管井內(nèi)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(主要是流量不宜過大所限),由于施工簡單;換熱性能較好,承壓高,管路接頭少,不易泄漏等原因,目前應(yīng)用最多。如美國加州斯托克斯大學(xué)供應(yīng)了48萬m2空調(diào)建筑地源熱泵系統(tǒng),有390個(gè)深度超過120m的地下埋管,據(jù)介紹,采用這種地源熱泵系統(tǒng)較常規(guī)空調(diào)每年可節(jié)約各種費(fèi)用45.5萬美元,其中能量費(fèi)用33萬美元,節(jié)電25%,節(jié)約燃料費(fèi)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。如瑞士某工廠地源熱泵系統(tǒng)從600個(gè)樁基中吸收熱量或冷量,用于2萬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(nèi)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(jù)試驗(yàn)結(jié)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(nèi)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加工制作,現(xiàn)場安裝,以保證嚴(yán)密性。
 
  3)單管型在國外常稱為“熱井”,它主要用于地下水熱源熱泵系統(tǒng),一般來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(hù)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(shè)施。孔洞中有一根出水管為熱泵機(jī)組供水,回水自然排放或回到管井內(nèi)。這種方式受地下水資源、國家有關(guān)政策及法規(guī)限制大。
 
  地源熱泵地下埋管深度
 
  水平埋管埋設(shè)情況比較簡單,前面已述。關(guān)于豎直埋管的埋設(shè)深度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)?a href="http://xldcn.com/t/地質(zhì).html" >地質(zhì)情況,工程及場地的大小,投資及使用的鉆機(jī)性能等情況綜合考慮。結(jié)合國情,根據(jù)筆者的工程實(shí)踐體會(huì),其中有幾點(diǎn)應(yīng)注意到:①鉆井深60m以內(nèi)井深的鉆機(jī)成本少,費(fèi)用低,如果大于60m,其鉆機(jī)成本會(huì)提高。②井深80m以內(nèi),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(jù)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(jī)房而言,如果采用分室型韻系統(tǒng)還要考慮建筑高度的影響。
 
  水源熱泵系統(tǒng)還要考慮建筑高度的影響。 一般來講,淺埋管優(yōu)點(diǎn)是:投資少,成本低。鉆機(jī)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:占用場地面積小,地下巖土溫度穩(wěn)定。
 
  一般來講,淺埋管優(yōu)點(diǎn)是:投資少,成本低。鉆機(jī)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:占用場地面積小,地下巖土溫度穩(wěn)定。