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最全面的地源热泵地埋管设计知识

http://www.hvacr.hc360.com2018年02月01日10:34 来源:制冷网T|T

    慧聪空调制冷网讯    一、管材选择及流体介质:

    1、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(聚氯乙烯)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(0.5mm)的不锈钢钢管,但目前实际应用不多。

    4)管件公称压力不得小于1.0Mpa,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。

    2、连接

    1)热熔联接(承接联接和对接联接,对于小管径经常采用);

    2)电熔联结。

    3、流体介质及回填料

    1、流体介质:

    (1)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;

    (2)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:氯化钙和氯化钠水溶液;②、乙二醇水溶液;③、酒精水溶液等)。

    2、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。

    3、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:

    1、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。(单层管最佳深度1.2~2.0m,双层管1.6~2.4m)

    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φ15mm~φ25mm。其换热效率较U形管提高16.7%。

    缺点:

    ①、下管比较困难,初投资比U形管高。

    ②、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。

    2、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。

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