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地埋管计算方法
地源热泵地埋部分设计
(一)管材选择及流体介质
一、管材
一般来讲,一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后,基本不可能进行维修或更换,因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性。
1、聚乙烯(PE)和聚丁烯(PB)在国外地源热泵系统中得到了广泛应用。
2、PVC(聚***乙烯)管的导热性差和可塑性不好,不易弯曲,接头处耐压能力差,容易导致泄漏,因此在地源热泵系统中不推荐用PVC 管。
3、为了强化地下埋管的换热,国外有的提出采用薄壁()的不锈钢钢管,但目前实际应用不多。
4、,工作温度应在-20℃~50℃范围内。
5、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择。
6、地埋管应能按设计要求长度成捆供应,中间不得有机械接口及金属接头。
二、连接
1、热熔联接(承接联接和对接联接,对于小管径常采用)
2、电熔联结
三、流体介质及回填料
流体介质
南方地区:由于地温高,冬季地下埋管进水温度在0℃以上,因此多采用水作为工作流体;
北方地区:冬季地温低,地下埋管进水温度一般均低于0℃,因此一般均需使用防冻液。
(①盐类溶液——***化钙和***化钠水溶液;②乙二醇水溶液;③酒精
水溶液等)。
埋管水温: 1、热泵机组夏季向末端系统供冷水,设计供回水温度为7—12℃,与普通冷水机组相同。地埋管中循环水进入U管的最高温度应<37℃,与冷却塔进水温度相同。
2、热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同,在满足供热条件下,应尽量减低供热水温度,这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提高cop值,并降低能耗。地埋管中循环水冬季进水温度,以水不冻结并留安全余地为好,可取3—4℃。当然为了使地埋管换热器获得更多热量,可加大循环水与大地间温差传热,然而大地的温度是不变的,因此只有将循环水温降至0℃以下,为此循环水必须使用防冻液,如乙二醇溶液或食盐水。但这样会提高工程造价、增加对设备的腐蚀。在严寒地区不得不这样做,而在华北地区的工程中用水就可满足要求,不一定要加防冻液。
地温是恒定值,可通过测井实测。有关资料介绍某地地下约100米的地温是当地年平均气温加4℃左右。℃,实测天津市地下约100米的地温约为16℃,基本符合以上规律。
回填材料
可以选用浇铸混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料选择要
兼顾工程造价、传热性能、施工方便等因素。从实际测试比较浇
铸混凝土换热性能最好,但造价高、施工难度大,但可结合建筑
物桩基一起施工。回填沙石或碎石换热效果比较好,而且施工容
易、造价低,可广泛采用。
(二)埋管系统环路
一、埋管方式
1、水平埋管
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,而可埋设的管子长度增加。
2 、垂直埋管
根据埋管形式的不同,一般有单U 形管,双U 形管,套管式管,小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管,立式柱状管、蜘蛛状管等形式;按埋设深度不同分为浅埋(≤
30m)、中埋(31~80m)和深埋(>80m)。
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100~150mm,井深10~200m,U 形管径一般在φ50mm 以下。
2)套管式换热器:的外管直径一般为100~200mm,内管为φ15~φ25mm。其换热效率较U %。缺点:⑴下管比较困难,初投资比U 形管高。⑵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。
二、地下埋管系统环路方式
1、串联方式
优点:①一个回路具有单一流通通路,管内积存的空气容易排出;
②串联方式一般需采用较大直径的管子,因此对于单位长度埋
管换热量来讲,串联方式换热性能略高
缺点:①串联方式需采用较大管径的管子,因而成本较高;
②由于系统管径大,在冬季气温低地区,系统内需充注的防冻
液(如乙醇水溶液)多;
③安装劳动成本增大;
④管路系统不能太长,否则系统阻力损失太大。
2、并联方式
优点:①由于可用较小管径的管子,因此成本较串联方式低;
②所需防冻液少;
③安装劳动成本低。
缺点:
①设计安装中必须特别注意确保管内流体