土壤源热泵地埋管形式探讨

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1、土壤源热泵地埋管形式探讨摘要：依据土壤源热泵系统中地下耦合方式对地埋管的形式进行分类，列举了一些新的地埋管的埋管方式，并对其换热进行分析；通过对U型管和套管的特点进行对比，为土壤源热泵地埋管换热的进一步研究提供参考。Abstract：Thepaperclassifiestheformsofburiedtubeaccordingtotheundergroundcouplingmodeofgroundsourceheatpumpsystem,listssomenewburyingmethodsofburiedpipe,anddoessomeanalysisonheattransfer,

2、comparesthecharacteristicsoftheU-tubeandsleeve,providingareferenceforfurtherstudyofgroundsourceheatpumpheatexchange・关键词：土壤源热泵；U型管；套管Keywords：groundsourceheatpump；U-tube；sleeve中图分类号：TUI11文献标识码：A文章编号：1006-4311(2013)11-0045-020引言能源是我们人类社会生存发展的物质基础，而能源危机使我们对能源利用有了新的认识，为了国家经济能够持续快速的发展，因此加强节能、提高能源利用

3、率和改善能量利用中的环境保护成为了一个很重要的课题。随着空调产业的快速发展，空调制冷制热的方式开始多元化。由于地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能，相当于人类每年利用能量的500倍，而且不受地域、资源等的限制，为一种可再生、清洁能源［1］。因此，近年来地下土壤作为一种空调系统理想的冷热源，受到国内外学者的重视，进而促进了土壤源热泵技术的发展。1土壤源热泵系统的构成土壤源热泵系统按照构成可以分为四个部分：地下耦合换热循环、制冷剂循环、末端装置以及生活热水环路。地下耦合换热部分是由高密度塑料管（一般常用高密度聚乙烯HDPE管）组成的地下循环封闭环路，环路的介质通常为水

4、或者是防冻液［2］。冬季从地下吸取热量对建筑供暖，同时储存冷量，以备夏季使用；夏季向土壤中释放热量，对建筑进行降温，同时储存热量，以备冬季使用，其地下换热部分可以按照地埋管的形式的不同分为水平埋管和垂直埋管。2水平埋管的形式以及对其应用的研究目前水平埋管主要的应用形式有以下几种，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（如图1）,由于水平埋管占地面积较大，除了在单元住宅等建筑中能一定的应用外，其他中大型建筑形式中的应用较为有限，为了提高单位占地面积的换热量，因此考虑利用沿垂直方向的岩土层的蓄热作用，设置多层埋管，多层埋管的下层管路处于一个较稳定的温度场，换

5、热效果好于单层，且占地面积较小，因此在工程中常采用多层。水平埋管在国外有比较多的应用，但是由于地理条件的差异以及经济发展水平的不同，因此水平埋管式的土壤源热泵在工程中并没有广泛的应用，为了提高水平埋管的换热性能，有人提出将热管技术应用在水平埋管式的土壤源热泵系统中，提出了一种新型的地下埋管形式，热管是依靠自身内部工作液体的相变来实现传热的传热元件，液态的工作介质在热端蒸发吸热，变成气态，气态通过运动到冷端放出热量,变成液态并依靠重力作用重新回到蒸发端，如此循环进行，传递热量。由于热管内部主要靠工作液体的气、液相变传热,热阻很小，因此具有很高的导热能力，利用热管的这种特殊的传热方式，

6、来提高地下埋管的换热性能，利用更深层的土壤蕴含的热量，从而达到减少占地面积的目的。根据热管的工作温度范围，设定土壤源热泵运行的工况，然后进行计算、选择设备并搭建系统。天津大学郑宗和等人的努力，设计并完成了试验台的搭建，通过试验最终证实了在水平埋管系统中加入热管对提高水平埋管换热效能是有帮助的，虽然成本有所增加，但是增加的成本不大，且节约土地面积的效果明显，因此有很好的应用前景［4］。其应用的系统如图2所示:天津大学的李新国等人对垂直螺旋盘管地源热泵供暖制冷进行了实验研究，他们结合一个实际用户建立了垂直螺旋盘管地源热泵试验系统，通过测量地下盘管的进出水温度，盘管从地下的取热、排热量，

7、分析系统的性能。经过运行一段时间后得出的数据分析结果表明，与其他土壤埋管的取热性能相比较，垂直螺旋盘管的换热效果要优于水平盘管［5］。垂直螺旋盘管的应用，使盘管表面积增大,换热面积也相应的增大，进而提高了换热效率，同时也节约了占地面积，减少工程的造价，因此，对于现阶段土壤源热泵技术来说，具有很大的发展空间。3垂直埋管的形式与水平埋管相比，垂直地埋管具有在较小的占地面积下获得较大的换热能力的特点，因此在工程中的应用更为广泛。垂直埋管根据埋管形式的不同，一般有单U型管，双