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目前常用的地源热泵地埋管的几种形式介绍

  水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管等形式,由于多层埋管的下层管处于一个较稳定的温度场,换热效率好于单层,而且占地面积较少,因此应用多层管的较多。近年来国外又新开发了两种水平埋管形式,一种是扁平曲线状管,另一种是螺旋状管。它们的优点是使地沟长度缩短,而可埋没的管子长度增加。管路的埋设视岩土情况,可采取挖沟或大面积开挖方法。单层管***佳深度0.8~1.0m,双层管1.2~1.9m,但无论任何情况均应埋在当地冰冻线以下。由于水平管埋深较浅,其埋管换热器性能不如垂直埋管,而且施工时,占用场地大,在实际使用中,往往是单层与多层互相搭配;螺旋管优于直管,但不易施工。由于浅埋水平管受地面温度影响大,地下岩土冬夏热平衡好,因此适用于单季使用的情况(如欧洲只用于冬季供暖和生活热水供应),对冬夏冷暖联供系统使用者很少。

       垂直埋管根据埋管形式的不同,一般有单U形管,双U形管,小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管,立式柱,套管、蜘蛛状管、管式管等形式;按埋设深度不;同分为浅埋(≤30)、中埋(31~80m)和深埋(>80m)。

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目前使用***多的是U形管、套管和单管式。下面作一简述。


       1、U形管型是在钻孔的管井内安装U形管,一般管井直径为100~159mm,井深10~200m。U形管径一般在φ50mm以下(主要是流量不宜过大所限),由于施工简单;换热性能较好,承压高,管路接头少,不易泄漏等原因,目前应用***多。如美国加州斯托克斯大学供应了48万m2空调建筑的地源热泵系统,有390个深度超过120m的地下埋管,据介绍,采用这种地源热泵系统较常规空调每年可节约各种费用45.5万美元,其中能量费用33万美元,节电25%,节约燃料费70%。


       国外有的工程把U形管捆扎在桩基的钢筋网架上,然后浇灌混凝土,不占用地面。如瑞士某工厂地源热泵系统从600个桩基中吸收热量或冷量,用于2万平方米建筑物的供暖和制冷。


       2、套管武换热器的外管直径一般为100~200mm,内管为φ15~φ25mm。由于增大了管外壁与岩土的换热面积,因此其单位井深的换热量高,根据试验结果,其换热效率较U形管提高16.7%。其缺点是套管直径及钻孔直径较大,下管比较固难,初投资比U形管高。在套管端部与内管进。出水连接处不好处理,易泄漏,因此适用于深度≤30m的竖埋直管,对中埋采用此种形式宜慎重。为防止漏水,套管端部封头部分宜由工厂加工制作,现场安装,以保证严密性。


       3、单管型在国外常称为“热井”,它主要用于地下水做热源的热泵系统,一般来讲该种型式投资较少。其安装方法是地下水位以上用钢套管作为护套,直径和孔径一致,典型孔径为150mm。地下水位以下为自然孔洞,不加任何设施。孔洞中有一根出水管为热泵机组供水,回水自然排放或回到管井内。这种方式受地下水资源、国家有关政策及法规限制大。


地源热泵地下埋管深度


       水平埋管埋设情况比较简单,前面已述。关于竖直埋管的埋设深度应根据当地地质情况,工程及场地的大小,投资及使用的钻机性能等情况综合考虑。结合国情,根据笔者的工程实践体会,其中有几点应注意到:①钻井深60m以内井深的钻机成本少,费用低,如果大于60m,其钻机成本会提高。②井深80m以内,可用国产普通型承压(承压1.0MP)塑料管,如深度大于80m,需采用高承压塑料管,其成本大大增加;⑧据比较,井深50m的造价比100m的要低30%~50%。上述是针对地面中央机房而言,如果采用分室型水源热泵系统还要考虑建筑高度的影响。


       一般来讲,浅埋管优点是:投资少,成本低。钻机要求不高,可使用普通承压(0.6~1.0MP)的塑料管,由于受地面温度影响,一般地下岩土冬夏热平衡性较好,其缺点是占用场地面积大,管路接头多,埋管换热效率较中深埋者低。


       深埋管优点是:占用场地面积小,地下岩土温度稳定。

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