地源热泵地埋管设计
地埋管地源热泵设计
0.00136
1.51
0.00209
1.53
0.00165
1.02
0.00176
1
0.00196
0.84
0.0021
1.01
0.00201
0.95
0.00255
0.99
0.00285
1.06
0.00281
0.93
0.0028
0.84
0.00228
1.39
0.00188
1.52
0.00318
0.88
第10 页，共27页，年编辑于2022 ，星期三
导热系数
(W/m.K) 1.55 1.69 1.85 1.19 1.6 0.73 0.64 0.65 0.86 0.79 1.06 1.06 1.41 1.04 1.88 1.75 1.44
导温系数 比热容
(m2/h) (kJ/kg.K)
0.00183
1.41
0.00184
1.64
0.00223
1.4
1) 确定管内流体的流量、公称直径和流体特性。
2) 根据公称直径，确定地埋管的内径。 3) 计算地埋管的断面面积：
式中 ——地埋管的断面面积（ ）； ——地埋管的内径（m）。
第16页，共27页，编辑于2022年，星期三
三、地埋管水力计算
4) 计算管内流体的流速:
式中
V ——管内流体的流速（m/s）； G——管内流体的流量（ ）。
第13页，共27页，编辑于2022年，星期三
表3 聚丁烯（PB）管外径及公称壁厚（mm）
公称外径dn 20 25 32 40 50 63 75 90 110 125 140 160
最小
地源热泵中央空调系统地埋管施工技术
地源热泵中央空调系统地埋管施工技术发布时间：2022-04-19T08:54:16.388Z 来源：《时代建筑》2022年1月中作者：朱国民[导读] 近些年，地源热泵中央空调系统的发展速度提高，这项技术具有节能、环保舒适、空气污染程度低等特点，并且经济性良好。
地源热泵中央空调系统在建筑物中运用能够有效地提高建筑功能。
本文是针对地源热泵中央空调系统实施中的施工技术进行分析，分析技术运用中需要注意的问题，希望为施工人员开展工作提供指导。
北京金茂人居环境科技有限公司朱国民摘要：近些年，地源热泵中央空调系统的发展速度提高，这项技术具有节能、环保舒适、空气污染程度低等特点，并且经济性良好。
地源热泵中央空调系统在建筑物中运用能够有效地提高建筑功能。
本文是针对地源热泵中央空调系统实施中的施工技术进行分析，分析技术运用中需要注意的问题，希望为施工人员开展工作提供指导。
关键词：地源热泵；中央空调系统；地埋管施工技术一、地源热泵中央空调系统地埋管施工技术概述地源热泵中央空调系统是一种综合性比较强的技术，主要是通过内部散热和热泵等系统实现换热的功能。
地源热泵中央空调系统能够调节建筑物的温度，其性能良好。
地埋管施工技术的实施可以实现空调调控的功能，在供热的施工可以将气体排出输入冷凝器内部冷却为气体，之后与气体蒸发。
而制冷是通过压缩机排出制冷气体，进入冷凝器中水的温度会不断的生长，进行蒸发循环制冷。
地源热泵中央空调系统能够实现能源的重复利用，可以再生，利用水和土壤就可以实现制冷和制热等，其应用价值比较高。
并且采用这种方式能够有效地改善环境污染情况，这项技术的运用能够降低对环境的压力，改变传统制冷装置和制热装置对于周围环境的影响。
地源热泵中央空调系统的运行效率比较高，室内外的环境对于系统运行的影响并不大，在地下就可以实现对建筑物室内温度的控制。
这项技术的运用能够有效地降低制冷和制热的成本，节省费用能够达到50%左右。
二、地源热泵中央空调系统地埋管施工技术（一）钻井施工地源热泵中央空调系统建设中要先进行钻井使用，结合地质情况钻孔，并且要制定埋管的方案，按照实际情况钻井施工。
地源热泵埋管方案
地源热泵埋管方案1. 简介地源热泵系统是一种利用地下热能进行取暖和制冷的环保能源利用技术。
在地源热泵系统中，埋管是一个关键的组成部分，它与地下热能的交换密切相关。
本文将介绍地源热泵系统中的埋管方案，包括埋管类型、埋管布置、埋深选择等内容。
2. 埋管类型地源热泵系统使用的埋管一般包括导热塑料管和U型管两种类型。
导热塑料管是将导热介质填充至塑料管道内，具有较高的导热性能，适合在小范围内进行敷设。
U型管是将导热管材弯曲成U形，适合用于大范围的敷设。
根据具体需求和场地条件，选择合适的埋管类型是确保地源热泵系统正常运行的关键。
3. 埋管布置埋管的布置方式会直接影响地下热能的交换效果。
一般来说，埋管的布置方式有水平布置和垂直布置两种。
3.1 水平布置水平布置是将埋管敷设于地表以下一定深度的平行水平管道中。
这种布置方式适用于土地面积较大的场地。
在水平布置中，埋管之间的间距应足够，以确保地下热能的充分交换，一般要求每米间距不小于5-10米。
3.2 垂直布置垂直布置是将埋管作成U型，或直接挖掘竖向孔穴或井孔，将埋管垂直敷设于孔穴或井孔中。
这种布置方式适用于土地面积较小的场地。
在垂直布置中，埋管的深度一般应达到15-30米，以确保地下热能的充分利用。
4. 埋深选择埋深是指埋管敷设的深度，它的选择要考虑到地下水位、土壤的热导率等因素。
一般来说，埋深越深，地下热能的交换效果越好，但也会增加工程的成本。
根据实际情况，一般可以选择埋深在1-3米之间。
在选择埋深时，还需要考虑到埋管对地下设施的影响，避免损坏地下管线等问题。
5. 埋管保护地源热泵系统中的埋管需要进行保护，以避免受到外力破坏或受损。
一般来说，可以采取以下几种措施进行埋管保护：•在埋管周围填土或覆盖保护层，以增加埋管的机械强度；•在埋管周围设置防护隔离层，以防止埋管受到腐蚀；•定期检查埋管状态，并及时修复或更换受损的埋管。
6. 总结地源热泵系统中的埋管方案是确保系统正常运行的重要环节。
关于地埋管地源热泵系统的设计
粤 ｝ ２ ） ｉ ） Ｃ Ｈ Ｐ — Ｂ Ｉ — ｚ 一 １ ￣ Ｄ Ｃ Ｈ Ｐ — Ｂ Ｉ — Ｚ － ｊ ｌ ＊ 斟
根 据空 调 负荷 计 算 ， 空 调计 算 冷负 荷 为３ ３ ７ １ ｋ Ｗ， 热负 荷 为２ １ ３ ６ ｋ Ｗ。采用 三 台 土壤 源 热泵 机 组 。一 台为标 准 机 组 ， 标 准工 态运 行 ； 两 台为 全 热 回收 机 型， 其 中一 台夏 季 热 回 收运 行 提 供 生 活热 水 （ １ ０ ０ ０ Ｋ Ｗ） ， 另 一 台 日常 标 准 工 态
１ 、 地 埋管 地源 热泵 空调 系统 概述
地 源热 泵 系 统是 以岩 土 体 、 地 下 水 或 地表 水 为 低 温 热源 ， 由水 源 热泵 机 组、 地 热 能交 换 系统 、 建筑 物 内 系统组 成 的供 热 空调 系统 。 根 据地 热 能交换 系 统形 式 的 不 同 ， 地 源 热泵 系 统 分 为地 埋 管 地 源热 泵 系 统 、 地 下水 地 源 热泵 系 统 和地 表水 地 源热 泵 系统 。 地埋 管 地源 热 泵系 统 的传 热介 质 是通 过 竖直 或水 平 埋管 换 热器 与 岩土 体进 行 热交 换 。
能对建筑物实现 ， 这是一项同时具备节能和环保的新型可再生能源技术。
注： １ 、 冷却 塔 不运 行 ， 仅 地 埋管 系 统 提供 冷 却 水 时 ， 阀 门开 启状 态 为 ： 关
闭 阀门 １ ２ 、 １ ２ ’ ； 开启 阀 门 １ １ 、 １ １ ‘ 。
２ 、 冷 却塔 运行 时 ， 有 冷 却塔 提供 部 分冷 却水 ， 阀门 开启 状态 为 ： 开启 阀门
１ ２ 、 １ ２ ’ ； 关 闭 阀门 １ １ 、 １ １ ’ 。
地源热泵地埋管系统施工方案
地源热泵地埋管系统施工方案一、引言地源热泵地埋管系统是一种利用地下地热能进行采暖和制冷的环保节能系统。
本文将介绍地源热泵地埋管系统的施工方案，包括施工前的准备工作、地埋管的敷设、管道连接及安装等内容。
二、施工前准备1.勘察设计：在施工前，需进行详细的现场勘察，并由专业设计人员设计详细的施工图纸。
2.材料准备：准备好各类施工所需的材料，如地埋管、管道连接件、地热液等。
3.人员组织：确定好施工人员的组织架构，包括项目经理、现场监理、施工人员等。
三、地埋管敷设1.开挖沟槽：根据设计要求，在地下开挖符合要求的沟槽。
2.敷设地埋管：将地埋管按照设计图纸要求进行布置，管道间距要保持一定距离，避免热交换效率下降。
3.连接固定：将地埋管与管道连接件连接固定，确保管道的稳固。
四、管道连接及安装1.连接管道：连接地埋管与地源热泵机组的管道，确保连接紧密密封。
2.机组安装：将地源热泵机组按照设计要求放置在适宜位置，并进行固定安装。
3.系统调试：完成管道连接后，进行系统的调试工作，确保系统的正常运行。
五、验收及交付1.管道检测：对地埋管系统进行全面检测，确保系统无漏水、漏气等问题。
2.试运行：进行系统的试运行，检查系统的运行情况，对运行参数进行调整。
3.竣工验收：项目竣工后，进行最终验收，验收合格后可对系统进行交付使用。
六、总结地源热泵地埋管系统施工是一项复杂的工程，需要保证施工人员的专业技能与严格的流程操作。
施工方案的制定和执行是确保地源热泵系统高效运行的关键。
希望通过本文的介绍，能对地源热泵地埋管系统的施工方案有所了解，为工程的实施提供参考。
地源热泵地埋管QC(修)1
2、要因确认
针对因果分析关联图中的8个主要末端因素召开全体小组成员“要因确认 会” 进行要因确认（见下表） 要因确认表
序号 末端因素 确认方法 确认情况 经过调查, 施工班组87%的人员均接受过培训，有 1 工人未进行岗前培训 管理人员考察学习不够 调查统计 现场验证 过类似施工经验，13%的操作人员第一次从事该工作。 有87%的人员把关、带领能满足该项工程的施工要求。 管理人员均考察、学习过多次。 地埋管施工过程中， 地埋管施工过程中，进场地埋管进行水压试验时 2 材料进场控制不严 现场测试验证 发现有试压不合格的情况； 发现有试压不合格的情况；垂直地埋管与水平管连接 件存在不配套情况。 件存在不配套情况。 现场钻孔与下管采用流水作业，各工序衔接紧密， 孔成型验收合格后即进行下管作业。 汪家恩 是 汪家恩 否 负责人 是否 要因
90% 88% 89.5%
目标柱状图
86% 84% 82% 80% 78% 现状 82.8%
目标 日期：2011.6
制图人：汪家恩
中建八局第三建设有限公司
过程精品 质量重于泰山
2、可行性分析
QC 术 术
目
可 行 性 分 析 本 QC 、 本
标 值 可 行
条
行 、
来
中建八局第三建设有限公司
过程精品 质量重于泰山
现场
施工全过程
翟兵
2
护壁泥浆 不合格
严格控制泥 浆比重
现场
施工全过程
曹海瑞
3
交底未层 层落实
加强现场施 工管理，交 底层层组织 落实到位。
确保各工序一次验 收合格
现场
施工全过程
汪家恩
制表人：汪家恩
日期：2011.6
地源热泵埋管方案
地源热泵埋管方案1. 概述地源热泵是一种利用地热能量进行空调供暖的绿色能源技术。
而地源热泵埋管方案是地源热泵系统的重要组成局部。
本文将介绍地源热泵埋管方案的设计原理、材料选择、施工方法以及相关应用案例。
2. 设计原理地源热泵埋管方案的设计原理是将地下的热能转移至地源热泵系统中供暖或制冷使用。
该方案主要通过埋设地源热泵系统中的地暖管道，将地热能源吸收到管道中，再通过地源热泵的工作原理，将地热能转移为供暖或制冷的能量。
因此，地源热泵埋管方案的设计需要考虑地下地质条件、土壤温度变化以及管道布置方式等因素。
3. 材料选择在地源热泵埋管方案中，选择适合的材料是至关重要的。
通常使用的地暖管材料有塑料管材〔如PE管、PP-R管等〕和金属管材〔如铜管、钢管等〕。
不同的材料具有不同的导热性能和耐腐蚀性能，选择适宜的材料能够确保地源热泵系统的运行效果和使用寿命。
4. 施工方法地源热泵埋管方案的施工方法包括以下几个步骤： 1. 地质勘测：根据需要进行地下地质勘测，确定地下土壤的特性、温度变化等因素，为后续的设计和施工提供数据支持。
2. 设计方案制定：根据地质勘测结果，制定地源热泵埋管方案的设计方案，确定地暖管道的布置方式、管道材料选择等。
3. 施工准备：准备好所需的施工工具和材料，对施工场地进行清理和准备工作。
4. 管道铺设：根据设计方案，开始进行地暖管道的铺设工作。
需要注意管道的坡度、固定方式和连接方法等细节。
5. 测试和调试：在管道铺设完成后，进行系统测试和调试，确保地源热泵系统的正常运行。
6. 防腐处理：根据需要对地暖管道进行防腐处理，延长使用寿命。
7. 工程验收：完成施工工作后，进行工程验收，确保地源热泵埋管方案的质量和性能到达设计要求。
5. 应用案例以下是几个地源热泵埋管方案的应用案例： 1. 住宅小区供暖系统：在住宅小区中，通过地暖管道将地热能源送入各个住户使用，实现集中供暖的效果。
2. 商业建筑空调系统：在商业建筑中，利用地源热泵埋管方案进行空调供暖，实现节能减排的目标。
暖通空调知识：地埋管地源热泵系统设计要点[工程类精品文档]
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暖通空调知识：地埋管地源热泵系统设计要点[工程类精品文档]本文内容极具参考价值,如若有用,请打赏支持,谢谢!1.地埋管换热系统工程勘察应包括以下内容：岩土层的结构及分布、岩土体的热物性参数、岩土体的温度分布；地下水温度、静水位、径流方向、流速、水质及分布；冻土层的厚度。
2.地埋管地源热泵系统通过竖直或水平地埋管换热器与岩土体进行热交换，在地下10m以下的土壤温度基本上不随外界环境和季节变化而变化，且约高于当年年平均气温2℃。
3.地埋管换热器设计计算宜根据现场实测岩土体及回填料的热物性参数、测试井的吸放热特性参数，采用专用软件进行。
4.地埋管换热器计算时，环路集管不应包括在地埋管换热器长度内。
5.水平地埋管换热器可不设坡度敷设。
最上层埋管顶部应在冻土层以下0.4m，且距地面不宜小于0.8m。
单层管最佳埋设深度为1.2～2.0m，双层管为1.6～2.4m。
6.竖直埋管换热器埋管深度宜大于20m，钻孔孔径宜大于0.11.m，为满足换热需要，钻孔间距应通过计算确定，一般宜为4～6m。
水平环路集管距地面不宜小于1.5m，且应在冻土层以下0.6m。
7.为确保地埋管换热器及时排气和强化换热，地埋管换热器内流体应保持紊流状态，单U形管不宜小于0-6m/s，双U形管不宜小于0.4m/s，水平环路集管应敷设不小于0.002的坡度。
8.竖直地埋管环路两端应分别与水平供、回水环路集管相连接，且宜同程布置，为平衡各环路的水流量和降低其压力损失，每对水平供、回水环路集管连接的竖直地埋管环路数宜相等。
水平供、回水环路集管的间距不宜小于0.6m。
9.竖直地埋管环路也可采取分、集水器联接的方式，一定数量的地埋管环路供、回水管分别接人相应的分、集水器，分、集水器宜有平衡和调节各地埋管环路流量的措施。
10.地埋管换热器的传热介质一般为水，在有可能冻结的地区，应在水中添加防冻剂。
地埋管换热系统设计时应根据实际选用的传热介质的水力特性进行水力计算。
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中南建筑设计院马友才摘要：根据地埋管传热特性,提出了地埋管换热能效度概念。
建立了竖直地埋管换热器的三维传热模型,模拟计算了地埋管换热器能效度在不同埋设深度条件下的分布。
揭示了区段能效度的迁移特性,将地埋管换热区域沿埋设深度范围分为无效换热区域和有效换热区域, 并给出了基于换热能效度的地埋管换热器长度设计方法。
关键词：地源热泵地埋管换热器能效度迁移特性1 竖直地埋管换热器埋设深度确定原则常用的竖直U形地埋管换热器如图1所示。
按照管内流体流动的方向,U形管分为上升支管和下降支管。
地埋管内来自热泵机组的流体进入到下降管, 沿程与周围土壤进行换热,管内流体温度发生变化后从地埋管上升管回到热泵机组中,从而完成一个换热循环。
在流量一定的条件下,流体与土壤的温差越大,地埋管的单位井深换热能力就越大。
在地源热泵的设计中,较普遍的做法是在满足地埋管换热量的要求下根据单位井深换热量、埋管面积和间距来确定埋管深度,根本没有考虑保障一定埋管出水温度要求以达到热泵主机的高效运行。
实际上, 当地埋管地源热泵运行到一定的时间后,由于土壤的蓄能特性,周围土壤冷热量堆积使得地埋管换热器的运行状态还要受到前一个状态的影响,地埋管换热器的换热能力随着时间增加逐渐下降,地埋管内流体的进出口温差降低,热泵主机的运行性能变差,增加了费用。
在工程项目现场已有的条件下要使地埋管的出口温度能够持续地满足主机高效运行,适当地增加地埋管换热器的埋设深度是最有效的方法。
本文以地埋管内工作流体出口温度随深度的瞬时变化程度为判定原则,通过建立地埋管换热器传热的三维传热模型,分析地埋管换热器埋设深度的设计方法。
2 地埋管换热器三维传热模型导热型地埋管换热器的传热过程十分复杂,其换热效果受很多因素影响,如地埋管几何结构,土壤的类型、导热系数、热扩散率、含水率以及热泵运行时间,间歇运行工况,负荷大小等等。
为便于理论分析求解,作如下假设:1)在整个传热过程中土壤的物理成分、热物性参数各向同性且保持不变。
2)忽略地表面温度变化对顶层土壤温度的影响,使用全年平均气温作为地表面的边界条件;忽略地表面温度波动对土壤温度的影响,认为土壤的初始温度均匀一致,且无穷远处恒定不变。
3)不考虑水分迁移和地下水对热量传递的影响,地埋管与土壤之间的热量传递过程只是纯导热的传热过程。
4)忽略地埋管与回填材料、回填材料与井壁间的接触热阻。
竖直U形地埋管换热器数学模型包括两部分:一部分是U形管壁、回填材料及土壤的导热传热模型,一部分是U形管内的流体流动与对流传热模型。
2.1 导热传热模型U形管壁、回填材料及土壤在直角坐标系中三维瞬态导热控制方程可表示为2.2 对流传热模型为提高地埋管内流体换热效果,U形管内流体在湍流状态下流动。
湍流流动的模型很多,K-ε双方程模型是湍流黏性系数模型中使用最多、应用最成功的一种模型,本文采用该湍流模型。
竖直U形管内的湍流流体与周围土壤传热的控制方程包括固体导热传热方程,对流换热的连续性方程、动量方程、能量方程、湍流动能方程以及湍流动能耗散率方程,所有这些方程满足如下通用形式的方程[1]:2.3 初始化和边界条件土壤、管壁、回填材料以及流体计算初始温度均取同一温度值,无穷远边界处的温度始终保持该温度值。
土壤与回填材料、管壁与回填材料交界处的传热采用整体离散、整体耦合求解,其界面热流相同。
管内流体与管壁间的对流传热为第三类边界条件,采用高Re求解流体与固体间的传热,壁面附近的黏性支层区域采用标准壁面函数法来处理。
U形地埋管换热器表面边界条件包括地埋管进水温度、与周围空气相邻的土壤表面换热,前者为恒定的进水温度,后者为第三类边界条件,其表面传热系数取19 W/(m2·℃)[2]。
3 地埋管换热能效度3.1 换热能效度定义地埋管地源热泵机组的出水进入到地埋管换热器的下降支管与周围土壤进行换热,从理论上来说地埋管出口流体温度均可以最大限度地接近土壤初温。
而实际的状况是,不管是冬季还是夏季, 地埋管换热器的流体出口温度均远离了土壤初温, 造成了换热效率下降。
其主要原因一方面是埋管越深钻井难度越大,成本急剧增加,从经济角度上不允许单井长度较大的地埋管;另一方面地埋管周围土壤经过一段时间的排/取热堆积了大量的热/ 冷量而温度升高/降低,因而换热能力随着时间推移逐渐下降,导致出口温度逐渐上升/降低,使得地埋管出口温度远离土壤初始温度。
针对地埋管换热器能量交换的特性,为量化地埋管换热效率,定义U形地埋管换热器能效度E为地埋管换热器实际换热量Q与最大理论换热量Q′的比值,其表达式为式中tin,tout,t0分别为U形地埋管换热器流体进口温度、出口温度、土壤初始温度,℃;G为地埋管内流体的质量流量,kg/s。
地埋管能效度是一个量纲一的量,在取热或排热工况下其取值范围为0~1,表征了U形地埋管与周围土壤换热后管中流体出口温度能够达到的最低或最高的能力,是换热能力的质特征体现,与地埋管换热器的设计参数相关。
它是一个随换热时间增加而变化的瞬时量,这与文献[3]中定义的效能概念有着很大的不同。
理论上地埋管能效度E=0时失去换热能力,但一般认为当E<0.05时就可近似处理为工程意义上的换热失效;若地埋管换热器的流体出口温度能够无限接近土壤初温,实际换热量就达到最大理论换热量,此时地埋管能效度E=1。
在流量一定的条件下,U形地埋管支管局部每一段与土壤的换热能力都对地埋管进出口温差产生作用,可以认为地埋管进出口温差由每小段的温差逐步叠加而成。
为分析各段对地埋管整体换热能效度的影响,可将地埋管换热器任意分成N 段,则整个地埋管进出口温差可表示为Δt = tin-tout=Δt1+Δt2+…+Δtn(4) 式中Δt为进出口温差,Δti(i=1,2,…,n)表示分区段流体温差。
将式(4)两侧同时除以tin-t0,则有（5）借鉴能效度E的定义,将如下量纲一参数称为地埋管区段换热能效度Ei则地埋管总能效度(全局系数)E为区段换热能效度Ei之和,即E = E1+E2+…+En(7)3.2 地埋管换热能效度迁移变化特性为了简便分析研究地埋管换热能效度变化规律,本文针对地埋管地源热泵系统夏季空调工况进行计算分析。
1)基本模拟计算条件(见表1)2)地埋管埋设深度对能效度的影响图2为埋设深度H分别为80,60,40 m条件下地埋管换热器能效度变化情况。
运行初期,埋设深度不同的地埋管中水与周围土壤换热的时间不同,排出的热量也有很大的差别,因而地埋管出水温度有较大差异,对应的地埋管换热器能效度分布有较大的差别,如在地埋管运行1h后,埋设深度为80,60,40 m的地埋管换热器能效度分别为0.424,0.337,0.238,相对应的进出口温差为8.4,6.7,4.7℃。
随着运行时间的增加,地埋管周围的土壤均不同程度地产生热堆积效应,对地埋管换热器能效度的影响占主导地位,能效度与前一时间段相比均有不同程度的降低,但埋设深度较大的地埋管换热器能效度比其他埋设深度小的换热器大,换热能力强。
类似分析可得到冬季工况存在同样的变化规律。
由此可知,加大地埋管换热器埋设深度可以增大换热器能效度和延长地埋管持续高效换热的时间,但工程中钻井费用占整个空调系统初投资的比例很大,而且钻井越深,单位长度的费用将成倍增长,因而一般工程设计地埋管的埋设深度时大多会考虑当地的钻井费用。
当然,钻井深度也并非越大越好,应根据需要和实际情况选择埋管深度,避免盲目提高地埋管换热器的埋设深度。
3)能效度迁移特性图3为埋设深度为40 m的地埋管换热器在运行到第100 h, 1 000 h和5 000 h时下降支管的各区段换热能效度分布情况。
从图3可以看出,地埋管换热器能效度的分布既不同于等热流,也不同于等壁温的工况,也没有表现出统一的变化趋势,而是根据埋管深度的不同而有所不同。
热泵机组的水流进入到地埋管的下降管中运行一段时间后,土壤上端由于靠近土壤表面可以与空气对流换热,地埋管排出的热量能够得到及时补充,因而其能效度相对于其他区段要高些。
底段部分由于邻接的土壤很广,因而能效度在此段加大。
地埋管换热器中间段埋管周围的土壤由于持续排热产生热堆积,导致土壤的温度不能够及时恢复,各段埋管内流体温度会有不同程度的变化,地埋管的换热能力显现出很强的区段特性。
当地埋管内流体与周围土壤的换热达到一定时间时,地埋管换热器的换热达到准稳定期。
在进水温度保持不变的情况下,下降支管在一定的深度范围内的能效度相对很小,接近于0,表明该段进出水温度没有发生很明显的变化,可近似认为此换热段的换热已接近饱和或准饱和状态,对提高整个地埋管的换热能力所起作用不大,但它是U形地埋管换热过程必不可少的部分。
这是由于该段处于下降支管的顶端,换热过程中排热量较大,使得地埋管周围的土壤温度极度上升,传热动力———埋管内流体与土壤间温差相对较小,换热效果相对于其他部位很差,如图3所示的第5 000 h工况下钻井深度在2~6 m的范围之内。
随着地埋管埋设深度的增加,区段的能效度有明显的变化。
从这一深度起,随着深度的增加,埋管内水温开始明显下降。
当地埋管换热器内的流体温度下降到一定程度时,与周围土壤的温差逐渐减小,能效度逐渐降低。
当接近底部后温度又有所回升。
根据模拟数据分析,在地埋管换热过程中,U形地埋管换热器上升管和下降管对应深度的换热特性变化类似,因而可用下降管的换热特性为代表来分析地埋管整体换热过程,冬季工况同样如此。
从地埋管换热器区段能效度分布规律来看,地埋管内流体的温度分布有很强的分段特性。
根据能效度是否大于给定值(由工程意义上的换热能力确定),可以将地埋管埋设深度范围,分为无效换热区和有效换热区。
无效换热区在地埋管埋设深度起始段,当地埋管换热器通过管壁与周围土壤的换热量和换热时间达到一定程度时,周围土壤热量产生大量堆积,区段能效度数值很小;换热器内流体与土壤之间的换热处于准饱和换热状态,不再具有工程意义上的价值。
这个即为无效换热区,如图3中的2~6 m的钻井范围。
除准饱和换热区外的区段均为有效换热区,在此区域地埋管能效度沿埋设深度变化。
在图3中,区段换热能效度随着时间的变化而变化,这种变化既表现在数值上的不同,也表现在数值发生变化的区段不同。
随着地埋管地源热泵系统运行时间的增加,地埋管承担的换热量是持续的,这就导致了换热器周围的土壤温度持续上升或持续下降,换热器的换热能力也逐步下降,地埋管无效换热区逐渐增加,向深度方向推移,该区段的能效度均保持很低的状态,可将地埋管换热器的这种特性称为换热区段能效度迁移特性。
4 基于换热能效度的地埋管换热器长度设计4.1 地埋管换热负荷特性下的埋设深度确定地埋管换热器的换热负荷是随着室内和机组工况动态变化的。