豎直埋管地?zé)釗Q熱器的設(shè)計(jì)和參數(shù)分析

1、豎直埋管地?zé)釗Q熱器的設(shè)計(jì)和參數(shù)分析         06-01-22 17:20:00     作者：陳衛(wèi)翠 李旻 刁乃仁    編輯：studa9ngns摘要： 本文通過(guò)對(duì)某住宅小區(qū)地源熱泵系統(tǒng)地?zé)釗Q熱器的方案設(shè)計(jì)的工程實(shí)例，介紹了采用地?zé)嶂擒浖O(shè)計(jì)地?zé)釗Q熱器的方法；討論分析了回填材料導(dǎo)熱系數(shù)、巖土導(dǎo)熱系數(shù)、鉆孔間距以及循環(huán)液的類(lèi)型四種主要因素對(duì)地?zé)釗Q熱器設(shè)計(jì)尺寸的影響，并指出提高回填材料導(dǎo)熱系數(shù)、適當(dāng)增大鉆孔間距以及選擇凝固點(diǎn)較低

2、的循環(huán)液有利于減小鉆孔長(zhǎng)度，從而節(jié)省地?zé)釗Q熱器的初投資。 關(guān)鍵詞： 地源熱泵 地?zé)釗Q熱器 設(shè)計(jì) 軟件1 引言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們對(duì)節(jié)能、環(huán)保意識(shí)的提高，具ss量的值可以產(chǎn)生數(shù)倍的變化。國(guó)內(nèi)有些關(guān)于地?zé)釗Q熱器設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)中推薦的每米鉆孔傳熱量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于實(shí)際工程設(shè)計(jì)可能產(chǎn)生誤導(dǎo)，因而不利于該項(xiàng)新技術(shù)在我國(guó)的推廣應(yīng)用。影響地?zé)釗Q熱器設(shè)計(jì)的最重要影響因素有：1.巖土的導(dǎo)熱系數(shù)；2.全年的冷熱負(fù)荷及其相對(duì)的比值5；3.回灌材料的導(dǎo)熱系數(shù)與U型管各支管的間距；4.地?zé)釗Q熱器排列方式與鉆孔間距；5.設(shè)定的循環(huán)液所允許的最高和最低溫度，在以供熱為主的應(yīng)用場(chǎng)合，這一參數(shù)常常取決于選用循環(huán)液的類(lèi)型。山東建筑

3、工程學(xué)院地源熱泵研究所開(kāi)發(fā)的地?zé)釗Q熱器設(shè)計(jì)及模擬專(zhuān)用軟件地?zé)嶂?采用了在國(guó)際上領(lǐng)先的二維和準(zhǔn)三維模型3-6，考慮了全年吸熱和放熱不平衡等復(fù)雜的情況，以保證地?zé)釗Q熱器在整個(gè)服務(wù)周期（20年或更長(zhǎng)的時(shí)間）中的性能為設(shè)計(jì)目標(biāo)，使地?zé)釗Q熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算脫離了按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)估算的狀況。該軟件還能同時(shí)對(duì)單U型埋管與雙U型埋管這兩種分別在美國(guó)和歐洲流行的不同埋管形式3進(jìn)行計(jì)算和比較。地?zé)嶂怯质菍?duì)用戶友好的，普通的暖通空調(diào)工程師都能很快掌握軟件的使用，輸入設(shè)計(jì)條件就可以直接得到要求的埋管長(zhǎng)度，因而可以方便地進(jìn)行多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。本文結(jié)合一個(gè)工程實(shí)例就其中的回灌材料的導(dǎo)熱系數(shù)、巖土的導(dǎo)熱系數(shù)、鉆孔間距及循環(huán)液

4、的類(lèi)型四個(gè)方面對(duì)地?zé)釗Q熱器的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和比較。2 工程概況該工程為位于湖北省的一個(gè)住宅小區(qū)，總建筑面積約7萬(wàn)平方米，擬采用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)其冬季的供熱、夏季的制冷以及供應(yīng)生活用熱水。該地區(qū)冬季空調(diào)室外計(jì)算溫度為；夏季空調(diào)室外計(jì)算溫度為；未受干擾的地下溫度為16。本設(shè)計(jì)主要通過(guò)地?zé)嶂窃O(shè)計(jì)軟件按1萬(wàn)平方米建筑面積來(lái)進(jìn)行方案比較和設(shè)計(jì)計(jì)算。3 方案比較和設(shè)計(jì)3.1 確定鉆孔參數(shù)鉆孔的幾何分布形式要根據(jù)可提供的場(chǎng)地確定，本研究選取矩陣排列為4×25。鉆孔間距取3*3、4*4、4*5、5*5、6*6、7*7、8*8、9*9（行間距*列間距）八種情況進(jìn)行比較計(jì)算。鉆孔半徑設(shè)為0.0

5、55m?；靥畈牧系膶?dǎo)熱系數(shù)取0.6，1.2，1.8，2.4，3.0 W/(m)進(jìn)行比較和研究。3.2 U型管的確定本工程采用單U型豎直埋管的形式。單個(gè)鉆孔的截面示意圖如圖1所示。管材采用目前國(guó)際上廣泛使用的高密度聚乙烯管（PE3408），其導(dǎo)熱系數(shù)為0.42 W/(m)；標(biāo)準(zhǔn)尺寸比為SDR11，管外徑為32mm，內(nèi)徑為26mm。兩支管間距選為C型，即兩根管子中心距為鉆孔半徑。3.3 巖土參數(shù)的確定當(dāng)?shù)剡h(yuǎn)端巖土溫度為16。當(dāng)?shù)貛r土的類(lèi)型可參考當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)勘探局提供的有關(guān)數(shù)據(jù)，但對(duì)于其熱物性擬應(yīng)用熱物性測(cè)定儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試7。在設(shè)計(jì)階段巖土平均導(dǎo)熱系數(shù)先按 0.8，1.2，1.6，2.0W/(m)試算，

6、同時(shí)可模擬不同巖土平均導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)要求的地?zé)釗Q熱器埋管尺度的影響。巖土體積比熱取為2000 kJ/(m3)。3.4 確定該小區(qū)的系統(tǒng)負(fù)荷系統(tǒng)負(fù)荷包括建筑物每月累計(jì)的總冷、熱負(fù)荷及月累計(jì)生活熱水負(fù)荷。取冬夏季的室內(nèi)計(jì)算溫度分別為=18,=25，則由以下公式計(jì)算可得建筑物每月累計(jì)的總冷負(fù)荷或總熱負(fù)荷，單位KWhr。冬季每月總熱負(fù)荷計(jì)算公式 夏季每月總冷負(fù)荷計(jì)算公式 式中，C為同時(shí)使用系數(shù)，對(duì)住宅樓這里取作50%；A為總建筑面積，單位；qh為熱負(fù)荷面積指標(biāo)，本方案取50；qc為冷負(fù)荷面積指標(biāo)，本方案取100；為月平均溫度，由氣象資料得到，i =1,212。又由手冊(cè)查得該地區(qū)采暖期為11月20日3月14

7、日，所以11月至3月需計(jì)算熱負(fù)荷；過(guò)度季節(jié)4月、5月及10月由于月平均溫度與室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度較接近，冷熱負(fù)荷均為零；6至9月由于月平均溫度較高，需計(jì)算冷負(fù)荷。其中月平均溫度由供熱空調(diào)能耗分析用逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)(Medpha)軟件計(jì)算得到。生活用熱水負(fù)荷按每人80L/day確定，同時(shí)使用系數(shù)取30%。最后計(jì)算結(jié)果匯總在表1中。表1 各月累計(jì)總冷、熱負(fù)荷及熱水負(fù)荷 月份123456789101112月平均溫度1.65 3.30 8.99 16.17 16.11 25.89 26.92 26.37 25.10 16.11 7.94 3.07 熱負(fù)荷kWhr2168981949001068330000000123492195646冷負(fù)荷kWhr0000013378925853519274139533000熱水負(fù)荷kWhr2835525611283552744028355274402835528355274402835527440283553.5 循環(huán)液參數(shù)的確定可根據(jù)當(dāng)?shù)貛r土的溫度和實(shí)際需要從軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇循環(huán)液的類(lèi)型進(jìn)行方案比較。本研究選擇了下列表2中的三種循環(huán)液進(jìn)行比較。循環(huán)液的總流量應(yīng)參考所選的熱泵設(shè)備提供的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)循環(huán)液的總流量為：21.3m3/h