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1、地埋管的設計及施工一、概述地源熱泵供熱空調系統(tǒng)是一種使用可再生能源的高效節(jié)能、環(huán)保型的系統(tǒng)。冬季通過吸收大地的能量，包括土壤、井水、湖泊等天然能源，向建筑物供熱；夏季向大地釋放熱量，給建筑物供冷。相應地，地源熱泵系統(tǒng)分土壤源熱泵系統(tǒng)、地下水熱泵系統(tǒng)和地表水熱泵系統(tǒng)3種形式。這里我們著重講述土壤源的一般情況。土壤源熱泵系統(tǒng)的核心是土壤耦合地熱交換器，即通過換熱井，利用地下閉式環(huán)路實現系統(tǒng)與土壤之間的熱量交換。該方案只需在建筑物的周邊空地、道路或停車場打一些地耦管孔，室外水系統(tǒng)注滿水后形成一個封閉的水循環(huán)，利用水的循環(huán)和地下土壤換熱，將能量在空調室內
2、和地下土壤之間進行轉換。故該方案不需要直接抽取地下水，不會對本地區(qū)地下水的平衡和地下水的品質造成任何影響，不會受到國家地下水資源政策的限制。二、系統(tǒng)形式1、埋管形式。換熱器埋管形式可采用垂直布置或水平布置方式，可在現場勘測的基礎上，并結合現場可用地表面積、當地土壤類型及鉆孔費用來確定。水平布置的方式通常為淺層埋管，可采用人工挖掘管溝，初投資一般較低，但其換熱性能比垂直布置時差很多，并且往往受可利用土地面積的限制，所以在實際工程中，一般采用垂直埋管布置方式。垂直埋管大致有3種形式，U型管、單管型、套管型。這三種形式中套管型的內外管中流體換熱時存在熱
3、損失，單管型的使用受水文地質條件的限制，所以以U型管的應用最多，其管徑一般在50mm以下，埋管越深，換熱性能越好，資料表明最深的U型管埋深已達180m。U型管的典型環(huán)路有3種，其中使用最普遍的是在每個豎井中布置單U型管。2、連接方式地下換熱器中流體流動的回路形式有串聯和并聯兩種。串聯系統(tǒng)管徑較大，管道費用較高，并且壓降特性限制了系統(tǒng)能力。并聯系統(tǒng)管徑較小，管道費用較低，且常常布置成同程式，當每個并聯環(huán)路之間流量平衡時，其換熱量相同，其壓降特性有利于提高系統(tǒng)能力。因此在實際工程中一般采用并聯同程式。三、管材選擇一般來講，一旦將換熱器埋入地下后，基本
4、不能進行維修和更換，這就要求地下埋管管材的化學性能性質穩(wěn)定并且耐腐蝕。另外由于需要埋入地下的管道的數量較多，所以還應優(yōu)先考慮使用價格較低的管材。這樣塑料管就成為首選。目前最長使用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材，它們可以彎曲或熱熔成更牢固的形狀，使用壽命在50年以上。而PVC管材由于不易彎曲，接頭處耐壓能力差，容易導致泄漏，因此，不推薦用于地下埋管系統(tǒng)。四、系統(tǒng)設計1、建筑物冷熱負荷及冬夏季地下換熱量計算建筑物冷熱負荷計算與常規(guī)空調系統(tǒng)冷熱負荷計算方法相同，可參考有關空調系統(tǒng)設計手冊，在此不再贅述。?冬夏季地下換熱量分別是指夏季向土壤排放的
5、熱量和冬季從土壤吸收的熱量。可以由下述公式[2]計算：?????????Q土1=Q1×（1+1/COP1）?Q土2=Q2×（1-1/COP2）其中Q土1--夏季向土壤排放的熱量，kW?Q1?--夏季設計總冷負荷，kW?Q土2--冬季從土壤吸收的熱量，kWQ2--冬季設計總熱負荷，kWCOP1?--設計工況下水源熱泵機組的制冷系數COP2--設計工況下水源熱泵機組的供熱系數2、管徑的確定在工程中確定管徑須滿足兩個條件：a）管道要大到可以滿足最小的輸送功率；b）管道要小到足夠使管道內保持湍流以保證流體與管道內壁的換熱。顯然，上述兩個要求相互矛盾，需要
6、綜合考慮。一般并聯環(huán)路用小管徑，集管用大管徑，地下換熱器埋管常用管徑有20，25，32，40，50mm，管內流速控制在1.22m/s以下，對于更大管徑的管道，管內流速控制在2.44m/s以下，或把各管段每m當量長度的壓力損失控制在0.04m以下。2、埋管管長的確定確定地下換熱器長度除了要知道系統(tǒng)布置和管材外，還需要知道當地的土壤物性參數資料，如地下溫度，傳熱系數等。在實際工程中，可以利用管材“換熱能力”來計算管長。換熱能力即單位垂直埋管深度或單位管長的換熱量，一般垂直埋管為70-110w/m（井深）或35-55w/m（管長），水平埋管為20-40
7、w/m（管長）。設計時可取換熱能力的下限值，即35w/m（垂直埋管管長），具體計算公式如下L=Q/35m3、確定豎井數目及間距在國外豎井深度多采用50-100m，設計者可以在此范圍內先選擇一個豎井的深度H，代入下式計算豎井數目：N=L/2H式中N豎井總數，H豎井深度，2豎井內管長約等于豎井深度的2倍。然后對計算結果進行圓整，若計算結果偏大，可以增加豎井深度，但不能太深，否則鉆孔和安裝成本大大增加。關于豎井間距的有關資料指出，U型管豎井的水平間距一般為4.5m，也有實例中提到DN25的管，其豎井水平間距為6m，而DN20的U型管，其豎井的水平間距為
8、3m。若采用串聯連接方式。可采用三角形布置來節(jié)約占地面積。5、管道的壓力損失在同程系統(tǒng)中，選擇壓力損失最大的熱泵機組所在環(huán)路作為最不利環(huán)
