竖直埋管地热换热器的设计和参数分析

  摘 要 本文通过对某住宅小区地源热泵系统地热换热器的方案设计的工程实例，介绍了采用《地热之星》软件设计地热换热器的方法；讨论分析了回填材料导热系数、岩土导热系数、钻孔间距以及循环液的类型四种主要因素对地热换热器设计尺寸的影响，并指出提高回填材料导热系数、适当增大钻孔间距以及选择凝固点较低的循环液有利于减小钻孔长度，从而节省地热换热器的初投资。
    关键词 地源热泵 地热换热器 设计 软件
! 引言
     随着经济的发展以及人们对节能、环保意识的提高，具有、节能、环保等优点的地源热泵供暖空调系统愈来愈受到人们的重视。地源热泵（或称土壤源热泵）空调系统与传统空调系统的zui大不同就在于其地热换热器，地热换热器的设计合理与否直接影响到地源热泵空调系统的性能。此外，合理设计地热换热
器的大小对于节省初投资及运行费用也有重大意义［１］。
    地热换热器中的传热是一个复杂的过程，影响因素很多，导致不同情况下每米钻孔传热量的值可以产生数倍的变化。国内有些关于地热换热器设计的文献中推荐的每米钻孔传热量的经验数据，对于实际工程设计可能产生误导，因而不利于该项新技术在我国的推广应用。
     影响地热换热器设计的zui重要影响因素有： 岩土的导热    １．系数； 全年的冷热负荷及其相对的比值［５］； 回灌材料的导热２．    ３．系数与 Ｕ 型管各支管的间距；４．地热换热器排列方式与钻孔间距； 设定的循环液所允许的zui高和zui低温度，在以供热为 ５．主的应用场合，这一参数常常取决于选用循环液的类型。
     地热换热器设计及模拟软件《地热之星》［２］采用了在上的二维和准三维模型［３!６］，考虑了全年吸热和放热不平衡等复杂的情况，以保证地热换热器在整个服务周期（２０ 年或更长的时间）中的性能为设计目标，使地热换热器的设计计算脱离了按经验数据估算的状况。该软件还能同时对单 Ｕ 型埋管与双 Ｕ 型埋管这两种分别在美国和欧洲流行的不同埋管形［３］进行计算和比较。《地热之星》是对用户友好的，暖通空调工程师都能很快掌握软件的使用，输入设计条件就可以直接得到要求的埋管长度，因而可以方便地进
行多方案的技术经济比较。本文结合工程实例就其中的回灌材料的导热系数、岩土的导热系数、钻孔间距及循环液的类型四个方面对地热换热器的设计方案进行分析和比较。
" 工程概况
     该工程位于湖北省，总建筑面积约 ７ 万 ｍ ，拟采用地源热２泵空调系统来实现其冬季的供热、夏季的制冷以及供应生活用热水。该地区冬季空调室外计算温度为 ｔｗ＝－６ "；夏季空调室外计算温度为 ｔｓ＝３１ "；未受干扰的地下温度为 １６"。本设计主要通过《地热之星》设计软件按 １ 万 ｍ 建筑面积来进行２方案比较和设计计算。# 方案比较和设计
２．１ 确定钻孔参数
    钻孔的几何分布形式要根据可提供的场地确定，本研究选取矩阵排列为 ４#２５。钻孔间距取 ３#３、 、 、 、        ４#４ ４#５ ５#５ ６#６、#７、#８、#９（行间距#列间距）八种情况进行比较计算。７ ８ ９钻孔半径 ０．０５５ｍ 。回填材料的导热系数取 ０．６， ， ， ，           １．２ １．８ ２．４３．０ Ｗ／（ｍ·!）进行比较和研究。