摘要：:豎直埋管地源熱泵技術(shù)的關(guān)鍵是地下埋管換熱器。地下埋管換熱器的設(shè)計(jì)包括:管材與管徑的選擇、埋管的深度與間距、回填、換熱器回路形式的選擇以及傳熱衰減的考慮等。文章即對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的探討與分析。 

　　關(guān)鍵詞：地?zé)岜?換熱器 豎直埋管 　 

　　1、引言 

　　地源熱泵是一種利用淺層地?zé)豳Y源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的即可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)設(shè)備，它通過(guò)輸入少量的能源（如電能），實(shí)現(xiàn)由低溫位熱能向高溫位熱能轉(zhuǎn)移。地能分別在冬季作為熱泵供熱的熱源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的熱量取出來(lái)，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖；夏季，把室內(nèi)的熱量取出來(lái)，釋放到地能中去。 

　　土壤熱交換器是地源泵機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)。地源熱泵土壤換熱器有多種形式，如水平埋管、豎直埋管等，這兩種埋管型式各有自身的特點(diǎn)和應(yīng)用環(huán)境。在我國(guó)采用豎直埋管更顯示出其優(yōu)越性：節(jié)約用地面積、換熱性能好，可安裝在建筑物基礎(chǔ)、道路、綠地、廣場(chǎng)、操場(chǎng)等下面而不影響上部的使用功能，甚至可在建筑物樁基中設(shè)置埋管，見(jiàn)縫插針充分利用可利用的土地面積。 

　　下面，文章即對(duì)豎直埋管的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析。 　　 

　　2、豎直埋管的管材與管徑 

　　2.1 管材 

　　一般來(lái)講，一旦將換熱器埋入地下后，基本不可能進(jìn)行維修或更換，這就要求保證埋入地下管材的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并且耐腐蝕。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中使用的金屬管材在這方面存在嚴(yán)重不足，且需要埋入地下的管道的數(shù)量較多，應(yīng)該優(yōu)先考慮使用價(jià)格較低的管材。所以，土壤源熱泵系統(tǒng)中一般采用塑料管材。目前最常用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材，它們可以彎曲或熱熔形成更牢固的形狀，可以保證使用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(dǎo)致泄漏，因此，不推薦用于地下埋管系統(tǒng)。 

　　2.2 管徑 

　　在實(shí)際工程中確定管徑必須滿足兩個(gè)要求：①①管道要達(dá)到足夠保持最小輸送功率；②管道要小到足夠使管道內(nèi)保持紊流以保證流體與管道內(nèi)壁之間的傳熱。顯然，上述兩個(gè)要求相互矛盾，需要綜合考慮。一般并聯(lián)環(huán)路用小管徑，集管用大管徑，地下熱交換器埋管常用管徑有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管內(nèi)流速控制在1.22m/s以下，對(duì)更大管徑的管道，管內(nèi)流速控制在2.44m/s以下或一般把各管段壓力損失控制在4mH２O/100m當(dāng)量長(zhǎng)度以下。 　 

　　3、豎直埋管的深度與間距 

　　對(duì)于豎直埋管的深度應(yīng)綜合考慮占地面積、鉆孔設(shè)備、鉆孔成本和工程規(guī)模。如果地表土壤層很厚，鉆孔費(fèi)用相對(duì)便宜，宜采用較深的豎直埋管，反之，采用淺埋。國(guó)外，豎井深度多數(shù)采用50～100m，設(shè)計(jì)者可以在此范圍內(nèi)選擇一個(gè)豎井深度H，計(jì)算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，若計(jì)算結(jié)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(guān)于豎井間距有資料指出：U型管豎井的水平間距一般為4.5m，也有實(shí)例中提到DN25的U型管，其豎井水平間距為6m，而DN20的U型管，其豎井水平間距為3m。若采用串聯(lián)連接方式，可采用三角形布置，來(lái)節(jié)約占地面積。當(dāng)然，也需要綜合考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)及土壤的傳熱情況。。 　　 

　　4、豎直埋管換熱器回填 

　　豎直埋管換熱器的形成是從地面向下鉆孔達(dá)到預(yù)計(jì)深度，將制作好的U型管下入孔中，然后在孔中回填不同材料。在接近地表層處用水平集水管、分水管將所有U型管并聯(lián)構(gòu)成地下?lián)Q熱器。根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，回填材料可以選用澆鑄混凝土、回填沙石散料或回填土壤等，材料選擇要兼顧工程造價(jià)、傳熱性能、施工方便等因素。從實(shí)際測(cè)試比較澆鑄混凝土換熱性能最好，但造價(jià)高、施工難度大，但可結(jié)合建筑物樁基一起施工。 　 

　　5、豎埋管回路形式的選擇 

　　地下熱交換器中流體流動(dòng)的回路形式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種。串聯(lián)系統(tǒng)管徑較大，管道費(fèi)用較高，并且長(zhǎng)度壓降特性限制了系統(tǒng)能力；并聯(lián)系統(tǒng)管徑較小，管道費(fèi)用較低，且常常布置成同程式，當(dāng)每個(gè)并聯(lián)環(huán)路之間流量平衡時(shí)，其換熱量相同，其壓降特性有利于提高系統(tǒng)能力。因此，實(shí)際工程一般都采用并聯(lián)同程式。結(jié)合上文，即常采用單U型管并聯(lián)同程的熱交換器形式。 

　　 6、豎直埋管換熱器中傳熱的衰減 

　　豎直埋管換熱器中流動(dòng)的循環(huán)水的溫度是不斷變化的。夏季供冷工況進(jìn)行時(shí)，由于蓄熱地溫提高，機(jī)組運(yùn)行時(shí)水溫不斷上升，停機(jī)時(shí)水溫又有所下降，當(dāng)建筑物得熱達(dá)到最大時(shí)水溫升至最高點(diǎn)；冬季供熱工況運(yùn)行時(shí)則相反，由于取熱地溫下降，當(dāng)建筑物失熱最多時(shí)，換熱器中水溫達(dá)到最低點(diǎn)，對(duì)于淺埋管尤其嚴(yán)重。 

　　設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)設(shè)定換熱器埋管中循環(huán)水最高溫度和最低溫度。同時(shí)，由于埋管換熱器的表面結(jié)垢等影響，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮衰減，設(shè)定值應(yīng)通過(guò)經(jīng)濟(jì)比較選擇最佳狀態(tài)點(diǎn)。 

　　7、結(jié)語(yǔ) 

　　豎直埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展剛剛起步，還面臨著許多技術(shù)難題，需要在工程實(shí)踐過(guò)程中繼續(xù)完善，例如: ①可供工程設(shè)計(jì)參考的設(shè)計(jì)計(jì)算方法還不夠成熟；②地下?lián)Q熱器的安裝、施工技術(shù)水平等還有待進(jìn)一步的提高等。相信隨著科技的發(fā)展與政策的支持，這項(xiàng)新的技術(shù)一定會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用前景。