地源熱泵系統設計與問題思考

1、2012年5月郭偉12021/8/6地源熱泵的概念，最早于1912年由瑞士的專家提出，而該技術的提出始于英、美兩國。 北歐國家主要偏重于冬季采暖，而美國則注重冬夏聯供。由于美國的氣候條件與中國很相似，因此研究美國的地源熱泵應用情況，對我國地源熱泵的發(fā)展有著借鑒意義。 22021/8/6熱泵是利用卡諾循環(huán)和逆卡諾循環(huán)原理轉移冷量和熱量的設備。熱泵實質上是一種熱量提升裝置，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質中貯存的能量加以挖掘，提高溫位進行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低，這也是熱泵的節(jié)能特點。通常熱泵用來進行空調制冷、采暖及產生生活熱水.32021/8/6地源熱泵地源熱泵是

2、利用淺層地能進行供熱制冷的能源利用技術，是熱泵的一種.地源熱泵通常是指能轉移地下土壤中熱量或者冷量到所需要的地方的設備. 地源熱泵利用了地下土壤巨大的蓄熱蓄冷能力,冬季地源把熱量從地下土壤中轉移到建筑物內,夏季再把地下的冷量轉移到建筑物內,一個年度形成一個冷熱循環(huán)。42021/8/652021/8/662021/8/6末端設備末端設備冷凝器蒸發(fā)器膨脹水箱循環(huán)泵制冷劑液體膨脹閥壓縮機制冷劑氣體地表室外水井、換熱孔t=4550t=5055t=1015t=57熱泵機房系統熱泵機房系統用戶（末端）用戶（末端）系統系統室外換熱系統室外換熱系統地下水熱泵系統組成地下水熱泵系統組成72021/8/68202

3、1/8/692021/8/6102021/8/6112021/8/6地下水系統過度開采地下水形成大面積地面沉降，地面塌陷頻發(fā)；回灌地下水的污染；回灌地下水的能力；上海不允許開采地下水。地表水系統 生態(tài)問題；過濾問題；政策風險。122021/8/6國家鼓勵土壤源熱泵作為建筑空調冷熱源使用可再生能源法：以國家立法形式鼓勵地源熱泵可再生能源專項補貼：建設部每年評審并給予財政補貼(上海浦江智谷獲得了1000萬元補貼）地方立法：北京給予每平米50元的政府補貼沈陽市政府給予電費等優(yōu)惠政策南京即將實施綠色建筑：LEED等綠色建筑認證，采用土壤源可以很經濟的獲得可再生能源部分滿分節(jié)能減排推廣技術目錄：土壤源熱

4、泵為國家重點推廣的節(jié)能技術132021/8/6142021/8/6土建概況某劇場工程地塊是一個矩形街區(qū)，紅線內占地5.46公頃。由主體建筑劇院、地面露天劇場以及相應綠地景觀三大功能組成。為很好地體現基地以綠為主的規(guī)劃定義，劇院主體建筑的大部分都設于地面線以下。其中劇院總面積為6.5萬平方米，其中地上0.8萬平方米，地下5.7萬平方米。劇場地上部分的設計是一個高雅的流線形建筑物漂浮于綠色的景觀中，與周邊和諧地融為一體。152021/8/6劇院的主要空間如下，地面上為劇場觀眾廳、觀眾廳大堂和舞臺主臺上空空間。在觀眾廳的兩側安排有消防樓梯間、電梯間、強弱電室、空調機房、男女衛(wèi)生間等用房。舞臺側面集中

5、布置了各類化妝間、搶妝間、小道具間及演出用房以及小排練廳。觀眾廳側旁和后部還設有練功房、淋浴間、服裝庫、倉庫等演出輔助用房。地下層主要為主臺臺倉上空、后臺臺倉和升降樂池、座椅存放、樂隊休息化妝、指揮休息化妝、男女衛(wèi)生間、倉庫、水處理、空調機房等用房。輔助性空間還有辦公室、職工餐廳、商場等。162021/8/6根據計算，并考慮該工程各方面的同時使用系數， 本工程主體空調系統的冷負荷約為4150 kW，合 1298冷噸；熱負荷約為 2560 kW。給排水生活 熱水（溫度不大于60）負荷1098kW。172021/8/6但是,這一設計存在如下問題:1, 鍋爐的燃氣難以落實;2,由于建筑的主要使用平面

6、位于地下, 地上部分的設計 是一個高雅的流線形建筑外殼, 鍋爐房的位置難以解決;3, 鍋爐的煙囪與建筑與環(huán)境極不協調;4,冷卻塔只能設于地面綠化中,將占用大量綠化面積,其噪聲對露天劇場的演出有影響。根據冷熱來源(土壤源換熱器)的形式，地源熱泵系統分土壤源熱泵系統、地下水熱泵系統和地表水熱泵系統3種形式。根據上海市的有關規(guī)定,及劇場所處的地理位置及基地現狀, 應用于該項目的形式選擇了土壤源熱泵系統。 經與業(yè)主協商，本工程的空調系統采用封閉式地源熱泵中央空調系統。182021/8/6冬夏季地下換熱量分別是指夏季向土壤排放的熱量和冬季從土壤吸收的熱量?？梢杂上率龉接嬎悖?192021/8/6劇場夏

7、季空調冷負荷4,150kw，冬季空調采暖負荷2,560kw，生活熱水1,098kw。根據以上公式計算，夏季峰值排熱量為：5187kW,冬季峰值吸熱量為：2743kW。由于夏季峰值排熱量大于冬季峰值吸熱量。因此，地下換熱器計算以根據冬季峰值吸熱量計算最大取熱量，夏季不足部分通過輔助冷卻補充（閉式冷卻塔并聯）。最小鉆孔數=（最大取熱量/單位井深取熱量/鉆孔深度）1.1；輔冷散熱量=最大排熱量-鉆孔數單位井深排熱量鉆孔深度/1.1。202021/8/6根據業(yè)主提供的 地塊地源熱泵系統巖土熱物性測試報告埋管深度可以到 100m .設計為80m，1#測試井（De32）單位孔深換熱量為排熱57.5W/m，

8、取熱45.4W/m。根據地源熱泵系統工程技術規(guī)范GB50366-2005（2009版），計算地下埋管系統最大釋熱量及最大取熱量。212021/8/6222021/8/6232021/8/6242021/8/6252021/8/6（1）本工程的地質勘測資料： 262021/8/6（2）根據計算，地下埋管換熱器有效鉆管長為 69600m。參照地質情況，需要鉆80米深870口豎井滿足該項目負荷要求，豎井間距4 m。（3）管材及其室外集分水器 為了保證埋入地下管材的化學性質穩(wěn)定并且耐腐蝕。根據地源熱泵的相關規(guī) 范要求 選擇高聚乙烯HDPE管。 室外檢修井采用混凝土制做，集、分水器的材質為PE，集、分水

9、器上的閥門采用銅閥門或PE閥門。272021/8/6（4）確定管徑目前市場上成熟的地埋管換熱器類型主要為 De25 雙U 井和De32 單U 井。常用的 De25 雙U 井造價大約比常用的De32 單U 井高10%左右。根據建設方提供的地塊地源熱泵系統巖土熱物性測試報告，De25 雙U 井單位井深換熱量比De32 單U 井高10.4%，因此兩者性價比相差不大。根據豎直地埋管設計計算，雙 U 井的孔間距至少達到4.5m，才能達到4m間距的單U 井110.4%的換熱量。因此，相同總換熱量的前提下，雙U 井系統的埋管面積需比單U 井系統至少大14.6%。在本項目中，在De25 雙U 井系統和De32

10、 單U 井系統兩者成本和換熱性能相差不大的情況下，選擇較小占地面積的地埋管換熱器類型應成為選取地埋管換熱器類型主要因素。綜上所述，本工程推薦De32 De32 單單U U 井系統。井系統。282021/8/6水力計算加大流速可以增強換熱，但過快的流速會增大管道沿程阻力損失，增大水泵的用電消耗。根據地埋管換熱器的布置形式和采用的換熱液特征，應使換熱液處于紊流狀態(tài)，流態(tài)形式主要通過雷諾數Re來進行判斷：Re2000為層流2000Re4000為紊流實際工程中確定管徑必須滿足兩個要求：（a）管道要大到足夠保持最小輸送功率；（b）管道要小到足夠使管道內保持紊流（流體的雷諾數Re達到3,000以上）以保證

11、流體與管道內壁之間的傳熱。 內徑小于50mm，管內流速0.61.2m/s 內徑大于50mm，管內流速小于1.8m/s一般并聯環(huán)路用小管徑，集管用大管徑，該項目地下熱交換器埋管采用外徑為32mm，集管采用40mm、50mm、63mm，各管段壓力損失控制在3.5mH2O/100m當量長度以下。292021/8/6STOR.UPDNUPDN標高為25米的區(qū)域，該區(qū)域建議不埋管。變電站保留建筑504口豎井96口豎井567口豎井埋管區(qū)域1埋管區(qū)域2埋管區(qū)域3廣玉蘭該部分的深化設計由負責制按的分包商進行。 埋管總平面圖302021/8/6。 集分水器室外地埋系統圖312021/8/6末端用戶裝置的選擇末端

12、用戶裝置的形式有兩種，一種采用大型水/水熱泵機組，產生空調冷凍水與空調熱水，通過空調冷熱水系統輸送到風機盤管與空調箱；一種采用水/空氣熱泵機組，從原理上看,就是傳統的水環(huán)熱泵空調系統的變種,用地源熱交換系統(土壤源換熱器)取代傳統的水環(huán)熱泵空調系統的閉式冷卻塔,鍋爐與熱交換器。第一種形式空調冷凍水與空調熱水的機組分別設置，需要的機房面積較大；空調冷凍水與空調熱水系統也分別設置，對建筑物的層高要求大；如前所述，劇院主體建筑的大部分都設于地面線以下，地面以上的高度已經固定，地面以下的深度越大，建筑的造價越高。本工程選用第二種形式，需要的機房面積較??；水系統為二管制冷卻水系統，保溫可參照冷凝水管的厚

13、度，比四管制系統對層高的要求低；能夠有效適應本工程各個區(qū)域的空調需求。322021/8/6室內部分水系統 室外水管合并成十送十排二十根水管，由-4.65處進入室內。進入室內后管材改用無縫鋼管，分別接入集水器與分水器。集水器接管處設平衡閥。設定壓閉式膨脹水箱，置于冷凍機房內?？照{水系統采用化學水處理。水泵 地埋管換熱冷卻水系統設水泵四臺（三用一備），流量：160 m3/h，揚程：45mH2o,功率：30 kW。 生活熱水 采用一臺制熱量為935 kW的地源熱泵機組，最高制熱水溫度65。大廳地采暖 另設制熱量為52 kW的地源熱泵機組一臺，45 供水，40 回水，供入口大廳地采暖用。配水泵二臺（一

14、用一備），流量：9 m3/h，揚程：10mH2o,功率：1.1 kW。332021/8/61. 觀眾廳：全空氣系統，組合式地源熱泵空調機組，采用單風機, 直接蒸發(fā)式表冷器，高溫冷媒管再熱，利用壓縮機把低溫低壓冷媒蒸氣壓縮成的高溫高壓冷媒蒸氣，通過在壓縮機排氣管與四通閥之間的旁通管對處理后的空調出風進行再熱，這樣既避免了二次回風接管復雜，需增設二次回風過濾段造成機組體積龐大的弊端，又有效的利用了冷媒蒸氣的高位熱源，提高了出風溫度，起到了節(jié)能的效果; 送風方式: 池座,下送;樓座, 下送及側送; 包廂, 小型分體式地源熱泵空調機組; 觀眾廳上部回風。觀眾廳上部回風管兼作排煙管。并在頂部特別是面光室

15、、追光室上溫度較高處設排風設施。 觀眾廳夏季空調焓濕圖342021/8/62. 舞臺主臺：全空氣系統，大型整體式地源熱泵空調機組; 送風方式為下送和側送風，下部與上部均設回風，上部設排風兼排煙。3. 舞臺側臺: 全空氣系統，大型整體式地源熱泵空調機組; 送風方式為下送和側下送風，側臺下部回風，上部設排煙。4. 舞臺后臺: 全空氣系統，大型整體式地源熱泵空調機組; 送風方式為下送和側下送風，后臺下部回風，上部設排煙。5. 舞臺臺倉: 小型整體式地源熱泵空調機組；上部設排煙，6次/時計算排煙量，另設補風。352021/8/66. 排練廳：全空氣系統，大型整體式地源熱泵空調機組，設溫控旋流風口向下送

16、風，上部回風，回風管兼作排煙管。7. 觀眾入口大廳：全空氣系統，大型整體式地源熱泵空調機組；-7.5m地板噴口上送風，0.00處風口側下送，并地板噴口上送風，正面噴口側送，機房回風口回風。另設地板熱水加熱的輔助采暖方式。8. 餐廳等大空間公共用房采用大型整體式地源熱泵空調機組，全空氣系統，氣流組織擬上送下回或上送上回。9. 小會議室、辦公用房及化妝間等采用小型分體或整體式地源熱泵空調機組加新風的系統，便于室溫獨立控制。并配置相應的排風系統，保持新風和排風平衡。10. 特殊儲藏室設地源恒溫恒濕空調機組。11. 消防中心、安保中心、硅控室、光控室、舞臺機械電話機房及電梯機房等采用小型分體或整體式地

17、源熱泵空調機組。362021/8/6上海市全年的室外大氣溫度分布，圖1為上海市各月的平均室外干球溫度分布圖，圖2為全年室外干球溫度分布圖，圖3和圖4分別為最熱月和最冷月的室外干球溫度分布。圖1 上海市各月平均室外干球溫度分布372021/8/6圖3 最熱月室外干球溫度分布圖2 上海市全年室外干球溫度分布382021/8/6圖4 最冷月室外干球溫度分布 由以上各圖可以看出，上海地區(qū)屬于“夏熱冬冷”地區(qū)，近幾年最熱月平均氣溫已達30.2，最冷月平均氣溫為4.2。高于35的酷熱天氣長達半個月至一個月，日平均溫度低于5的天數長達兩個月以上。由此可見，由于外界氣候條件存在較大的波動情況，且氣候條件在空調

18、運行期間大都偏離機組高效運行所需要的工況參數，因此這種氣候條件必將導致傳統空調設備的運行存在工況不穩(wěn)定、高于標準工況、機組產冷產熱量降低、系統耗電量增加的不利局面。392021/8/6熱泵運行時間 ：夏季各運行四個月，冬季運行四個月，考慮同時使用系數，根據前文中式一，式二可得結論：一年采暖期內的設計總熱負荷（包括生活熱水）為2909706kW.h；一年空調期內的設計總冷負荷為3283474kW.h； 冬季從土壤吸收的熱量為2182280 kW.h；夏季排放的熱量為4084321 kW.h402021/8/6區(qū)域與周圍土壤、上方大氣的換熱，這部分做了簡化處理，在空調季和取暖季間不考慮這部分換熱量

19、，每年空調系統的冷熱不平衡可以通過冷卻塔排放熱量，可以保持全年的熱平衡。412021/8/6根據上海地區(qū)不同深度處的溫度測試顯示，隨著地層深度的增加，底層溫度出現上升趨勢，在-40m和-80米處地溫分別約為18.8和20.2。此種溫度對于夏季冷凝、冬季蒸發(fā)而言，存在巨大的節(jié)能效益，這種效益可從如下分析中很明顯的看出。首先設定幾個工況，以進行制冷量、耗功率的比較，為了簡化計算，此處以基本理論循環(huán)進行計算比較。422021/8/6蒸發(fā)溫度吸氣溫度冷凝溫度再冷溫度工況15154035工況25154540工況35153530工況40104035工況510204035制冷量kJ/kg冷凝熱量kJ/kg

20、耗功率kJ/kg工況1207.52231.3923.87工況2207.52234.3726.85工況3207.52228.3120.79工況4199.71226.8427.14工況5215.52236.0920.57工況設定表各工況下的制冷量、冷凝熱量和耗功率表432021/8/6對上表中各值，可以看出，當冷凝溫度升高時，系統耗工量將增大，加幅度約為2.98 kJ/kg/5，即每升高1，耗功量約增加1.25；當冷凝溫度降低時，系統耗工量將減少，降幅約為3.08 kJ/kg/5，即每降低1，耗功量約減少1.29%；當蒸發(fā)溫度降低時，系統制冷量減少，耗功率增加，增加幅度約為3.27 kJ/kg/5

21、，即每降低1，耗功量約增加1.37%；當蒸發(fā)溫度升高時，系統制冷量增加，耗功率降低，降幅約為3.3 kJ/kg/5，即每升高1，耗功量約降低1.38%。由此可見，夏季系統冷凝溫度、冬季系統蒸發(fā)溫度的變化范圍，對于系統的產冷、產熱量以及系統的耗電量均有著較大影響。而對比上海地區(qū)氣溫波動值和地溫波動值，夏季地層溫度比室外氣溫低約815，而冬季地層溫度又比室外氣溫高約10-15，因此，其全年節(jié)能潛力至少在30以上。由此可見，上海地區(qū)對于淺層地熱資源在建筑空調系統中的應用具有較好的適應性和較大的節(jié)能效益。442021/8/6淺層地熱能淺層地熱能觀點認為：觀點認為： 蘊藏在地下巖土層含水土的恒溫蘊藏在地

22、下巖土層含水土的恒溫帶帶( (地下地下20-200 m)20-200 m)中熱量與溫度是一種資源，簡稱為中熱量與溫度是一種資源，簡稱為“淺淺層地熱能層地熱能”或或“淺層地溫能淺層地溫能”， 為地源熱泵系統提供了為地源熱泵系統提供了“熱量熱量”、“冷量冷量”與與“能源能源”；蓄熱層論蓄熱層論觀點認為：地下巖土層含水層在地源熱泵系統中觀點認為：地下巖土層含水層在地源熱泵系統中僅僅是起到一種僅僅是起到一種“蓄熱層蓄熱層”的作用。它的設計原則是必須的作用。它的設計原則是必須保持夏季向地下釋放的冷凝熱與冬季從地下吸取的熱量相保持夏季向地下釋放的冷凝熱與冬季從地下吸取的熱量相等，根本不需要利用地下任何其它

23、熱量，更談不上要利用等，根本不需要利用地下任何其它熱量，更談不上要利用任何任何“淺層地熱能淺層地熱能”或或“淺層地溫能淺層地溫能”。地源熱泵從本質。地源熱泵從本質上、原理上講是一種上、原理上講是一種“廢熱利用廢熱利用”。452021/8/6地源熱泵系統的優(yōu)點地源熱泵系統的優(yōu)點當地源熱泵工程的冬季從地下累計取熱量和夏季向地下累當地源熱泵工程的冬季從地下累計取熱量和夏季向地下累計放熱量基本相等時，地源熱泵系統可以不設任何冷卻塔計放熱量基本相等時，地源熱泵系統可以不設任何冷卻塔與輔助加熱設備，從而減少了保養(yǎng)費用和改善了建筑的外與輔助加熱設備，從而減少了保養(yǎng)費用和改善了建筑的外立面美觀；立面美觀；充分

24、利用了夏季制冷時的冷凝熱，儲存于地下，有效地減充分利用了夏季制冷時的冷凝熱，儲存于地下，有效地減輕了城市的夏季熱島效應，同時也便于提供全年的生活熱輕了城市的夏季熱島效應，同時也便于提供全年的生活熱水；水；一年四季地下的環(huán)境參數均較空氣溫度變化適宜的范圍內一年四季地下的環(huán)境參數均較空氣溫度變化適宜的范圍內變化，其夏季的制冷效率變化，其夏季的制冷效率EEREER與冬季的制熱效率與冬季的制熱效率COPCOP都相應都相應要比空氣源熱泵系統髙要比空氣源熱泵系統髙20204040；462021/8/6地源熱泵系統的缺點地源熱泵系統的缺點初投資髙，因為地下鉆井打眼埋管和打井都需要高額的工程建設費，尤其是初投

25、資髙，因為地下鉆井打眼埋管和打井都需要高額的工程建設費，尤其是在現場地質水文條件惡劣的情況下更為突出。在有一些工程中，其地下鉆眼在現場地質水文條件惡劣的情況下更為突出。在有一些工程中，其地下鉆眼埋管或打井費用甚至和地上空調系統的建設費用相接近；埋管或打井費用甚至和地上空調系統的建設費用相接近；地源熱泵系統的全年供冷供熱性能與經濟性強烈依賴于建筑的冷、熱負荷計地源熱泵系統的全年供冷供熱性能與經濟性強烈依賴于建筑的冷、熱負荷計算，設備選用，和地下埋管或水井設計計算與施工。精心設計與精心施工的算，設備選用，和地下埋管或水井設計計算與施工。精心設計與精心施工的工程和粗制濫造的工程，無論在性能上、在初投

26、資上、還是運行費用上、及工程和粗制濫造的工程，無論在性能上、在初投資上、還是運行費用上、及使用壽命上都會有成倍的差別；使用壽命上都會有成倍的差別；目前，無論國內或國際水平而言，人們對于地下巖土層與含水層中的傳熱，目前，無論國內或國際水平而言，人們對于地下巖土層與含水層中的傳熱，蓄熱，以及熱、質交換與遷移的規(guī)律的研究相對還是比較少和不夠成熟，不蓄熱，以及熱、質交換與遷移的規(guī)律的研究相對還是比較少和不夠成熟，不一致、不統一的地方還是比較多，有時同一工程由不同的人進行設計，其差一致、不統一的地方還是比較多，有時同一工程由不同的人進行設計，其差異性可能較大；異性可能較大；就目前國內熟悉地源熱泵系統的合

27、格設計者而言，其數量有限。就目前國內熟悉地源熱泵系統的合格設計者而言，其數量有限。目前國內有經驗的、合格的承包商不多。目前國內有經驗的、合格的承包商不多。472021/8/6全年地下恒溫帶溫度處于全年地下恒溫帶溫度處于101020 20 C C的地域；的地域；具有經濟打井的地質條件和擁有合適淺層地下水資源的地域；具有經濟打井的地質條件和擁有合適淺層地下水資源的地域；全年向地下總排熱量和總取熱量相等或接近的供熱供冷工程，否則就需采用全年向地下總排熱量和總取熱量相等或接近的供熱供冷工程，否則就需采用一些工程的輔助與補救措施；一些工程的輔助與補救措施；夏季供冷溫度不低于夏季供冷溫度不低于5 5 C

28、C，冬季供熱溫度不高于，冬季供熱溫度不高于60 60 C C的工程；的工程；482021/8/6監(jiān)測井與監(jiān)測點的布設和系統大小的關系；監(jiān)測井與監(jiān)測點的布設和系統大小的關系；傳感器的選用要求：穩(wěn)定性、精確度與準確度，以傳感器的選用要求：穩(wěn)定性、精確度與準確度，以及其二次儀表的正確選配；及其二次儀表的正確選配；監(jiān)測井的施工與傳感器的安裝要求；監(jiān)測井的施工與傳感器的安裝要求；監(jiān)測系統的驗收；監(jiān)測系統的驗收；傳感器的定期標定與監(jiān)測系統的定期檢驗。傳感器的定期標定與監(jiān)測系統的定期檢驗。492021/8/6目前，工程中出現了利用建筑現有樁基埋設換熱器的實例。在工程樁中埋設換熱器，可以減少系統的初投資，使地

29、源熱泵能夠得到更普遍的使用。利用建筑本身的樁基，在樁基中埋入U型或W型土壤換熱器，節(jié)省了埋設土壤換熱器所需的打井費用，同時節(jié)省了占地面積502021/8/6512021/8/6522021/8/6 武昌對工程樁內埋設大直徑螺旋盤武昌對工程樁內埋設大直徑螺旋盤管換熱器和管換熱器和W W型換熱器的形式進行多次試型換熱器的形式進行多次試驗，埋設驗，埋設W W型換熱器一次試驗成功，兩次型換熱器一次試驗成功，兩次埋設大直徑螺旋盤管換熱器的試驗均失埋設大直徑螺旋盤管換熱器的試驗均失敗，分析失敗原因主要是試驗樁深敗，分析失敗原因主要是試驗樁深45m45m，存在樁位偏差，工程樁在放下導管和用存在樁位偏差，工程

30、樁在放下導管和用導管搗固混凝土時極易撞斷捆扎在鋼筋導管搗固混凝土時極易撞斷捆扎在鋼筋網架內側的網架內側的HDPE100HDPE100塑料管，雖然設計考塑料管，雖然設計考慮了在鋼筋網架內設置井字型導管艙保慮了在鋼筋網架內設置井字型導管艙保護塑料管，但吊裝護塑料管，但吊裝20m20m鋼筋網架易變形，鋼筋網架易變形，且旋噴鉆孔樁成孔速度快，泥漿護壁質且旋噴鉆孔樁成孔速度快，泥漿護壁質量不高，易造成塌孔，強行放下的鋼筋量不高，易造成塌孔，強行放下的鋼筋網架內的導管艙中心存在偏差，造成導網架內的導管艙中心存在偏差，造成導管放下失敗。故工程樁內埋設換熱器設管放下失敗。故工程樁內埋設換熱器設計采用計采用W

31、W型換熱器。型換熱器。532021/8/6 埋地換熱器內部溫度模擬如圖所示，可以看出管間距對溫度變化的影響，上圖為間距52mm，下圖間距72mm，為了防止供回水管間的熱干擾，管間距應選擇適宜長度。542021/8/6552021/8/6562021/8/6 管群中心區(qū)域熱堆積較顯著，模擬單管換熱量為50W/m的情況，經過一年的運行，溫度升高為1.3度左右。572021/8/6582021/8/6 紅色為距離換熱器最近點其溫度波動隨水溫的變化波動最大；黑色為距離換熱器最遠點其溫度變化滯后于水溫變化050100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650

32、 700 7501516171819202122232425262728293031323334 E D C B A土壤溫度（）時間（12h）592021/8/6602021/8/6試驗選用的井埋管編號試驗選用的井埋管編號1 1號井單號井單U U埋管埋管2 2號井號井W W型埋管型埋管垂直埋管段垂直埋管段垂直深度垂直深度 mm105105110110垂直管總長度垂直管總長度 mm210210440440回填材料回填材料水泥漿膨潤土水泥漿膨潤土水泥漿膨潤土水泥漿膨潤土安裝方法安裝方法自然下管自然下管自然下管自然下管井口直徑井口直徑400mm400mm500mm500mmPE PE 管管外徑外徑

33、mmmm25252525內徑內徑 mmmm20202020連接管連接管距離距離 mm20204545連接管總長度連接管總長度 mm40409090保溫材料保溫材料橡樹保溫套橡樹保溫套, , 厚度厚度20mm20mm612021/8/61 1號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析2 2號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析進水溫度進水溫度流量流量進出口溫差進出口溫差散熱量散熱量進水溫度進水溫度流量流量進出口溫差進出口溫差散熱量散熱量m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 37.237.20.8810.8815.15.158.

34、458.437.3637.360.8850.8856.686.6872.872.81 1號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析2 2號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析進水溫度進水溫度流量流量進出口溫差進出口溫差取熱量取熱量進水溫度進水溫度流量流量進出口溫差進出口溫差取熱量取熱量m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 4.34.30.810.814.64.641414.34.30.8120.8126.36.352.852.8622021/8/6試驗選用的井埋管編號試驗選用的井埋管編號1 1號井單埋管號井單埋管2 2號井號

35、井單單埋管埋管垂直埋管段垂直埋管段垂直深度垂直深度 mm30306060垂直管總長度垂直管總長度 mm6060120120回填材料回填材料混凝土混凝土水泥漿膨潤土水泥漿膨潤土安裝方法安裝方法300mm300mm鋼筋籠鋼筋籠自然下管自然下管井口直徑井口直徑400mm400mm110mm110mmPE PE 管管外徑外徑 mmmm25252525內徑內徑 mmmm20202020連接管連接管距離距離 mm14.614.610.110.1連接管總長度連接管總長度 mm29.229.220.220.2保溫材料保溫材料橡樹保溫套橡樹保溫套, , 厚度厚度20mm20mm632021/8/61 1號井埋管

36、垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析2 2號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析進水溫度進水溫度流量流量進出口溫差進出口溫差散熱量散熱量進水溫度進水溫度流量流量進出口溫差進出口溫差散熱量散熱量m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 36.936.90.860.862 264.364.337.0537.050.860.862.732.7344.744.71 1號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析2 2號井埋管垂直段傳熱性能分析號井埋管垂直段傳熱性能分析進水溫度進水溫度流量流量進出口溫差進出口溫差取熱量取熱量進水溫度進水溫度流量流量進出口溫差進出口溫差取熱量取熱量m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 m3/hm3/hKKW/mW/m井深井深 5.355.350.8570.8571.511.5148.648.65.355.350.8420.8422.262.2636.436.4642021/8/6試驗選用的井埋管編號試驗選用的井埋管編號1 1號井單號井單U