矿业

浅谈U型埋管式地源热泵

发布时间：2013-11-29 | 所属分类：矿业：论文发表 | 浏览： | 加入收藏

　　内容提要：通过对埋管式地源热泵的工作原理、设计方法及在滨州公路大厦应用的详细介绍。使我们更清楚地认识埋管式地源热泵技术。

　　关键词：钻井，同程式，地源热泵，地下热交换器，U型埋管

　　1引言

　　随着我国建筑业持续发展，对建筑节能的要求越来越高，而供热系统和空调系统是建筑能耗的主要组成部分，因此，设法减小这两部分能耗意义非常显著。U型埋管式地源热泵供热空调系统是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的系统。因此积极探讨埋管式地源热泵技术是非常有必要的。针对它的原理、设计方法和在公路大厦中的应用在下面的资料里有详细地阐述，从而使我们更好的来认识这项技术。

　　2工程概况

　　滨州公路大厦工程位于黄河五路以北，黄河五～一路以南，渤海十七路以西，渤海十七～一路以东主楼地下一层，地上20层，其南侧部分十五层。东西裙楼各一层，西侧裙楼设地下车库，地上设局部夹层，东侧裙楼设局部地下库房，地上设局部夹层。整个大楼夏季冷负荷为2280KW，冬季热负荷为2050KW。1-6层的大厅及会议室采用中央空调，大楼的办公用房和客房采用风机盘管。

　　3工作原理

　　地下U型埋管式热泵工作原理，既夏季把吸收室内多余的热量通过室外地下换热器排放到大地中去；冬季通过地下热换热器从大地中吸取热量，释放到建筑物内；通俗说，地下埋管式热泵通过地下热交换器，夏季向大地放热，冬季从大地吸热。

　　4设计方法

　　地下U型埋管式热泵系统设计核心是地下热交换器设计，地下热交换器设计内容主要包括管材选择，管径、管长及竖井数目、间距确定，管道阻力计算及水泵选型等具体的步骤见下面的内容。

　　4.1建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算

　　4.1.1建筑物冷热负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算方法相同，可参考有关空调系统设计手册，在此不再赘述

　　4.1.2冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。可以由下述公式[2]计算：

　　kW（1）

　　kW（2）

　　其中Q1＇——夏季向土壤排放的热量，kW

　　Q1——夏季设计总冷负荷，kW

　　Q2＇——冬季从土壤吸收的热量，kW

　　Q2——冬季设计总热负荷，kW

　　COP1——设计工况下水源热泵机组的制冷系数

　　COP2——设计工况下水源热泵机组的供热系数

　　4.2地下热交换器设计

　　4.2.1选择热交换器形式

　　（1）串联或并联

　　地下热交换器中流体流动的回路形式有串联和并联两种，串联系统管径较大，管道费用较高，并且长度压降特性限制了系统能力。并联系统管径较小，管道费用较低，且常常布置成同程式，当每个并联环路之间流量平衡时，其换热量相同，其压降特性有利于提高系统能力。因此，实际工程一般都采用并联同程式。

　　4.2.2选择管材

　　一般来讲，一旦将换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，这就要求保证埋入地下管材的化学性质稳定并且耐腐蚀。前最常用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材，它们可以弯曲或热熔形成更牢固的形状，可以保证使用50年以上；

　　4.2.3确定管径

　　在实际工程中确定管径必须满足两个要求[2]：（1）管道要大到足够保持最小输送功率；（2）管道要小到足够使管道内保持紊流以保证流体与管道内壁之间的传热。显然，上述两个要求相互矛盾，需要综合考虑。一般并联环路用小管径，集管用大管径，地下热交换器埋管常用管径有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm。

　　4.2.4确定竖井埋管管长

　　地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热系数等。现在我们可以通过一个通用的公式(3)来计算.

　　（3）

　　其中L——竖井埋管总长，m

　　Q1＇——夏季向土壤排放的热量，kW

　　分母\"M\"是夏季每m管长散热能力的换热能力的下限值，W/m

　　4.2.5确定竖井数目及间距

　　竖井数目计算公式(4):

　　（4）

　　其中N——竖井总数，个

　　L——竖井埋管总长，m

　　H——竖井深度，m