地源熱泵埋管基礎知識

一、管材  

一般來講，一旦將地下埋管系統換熱器埋入地下后，基本不可能進行維修或更換，因此地下的管材應首先要保證其具有良好的化學穩定性、耐腐性。 

1、聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）

2、PVC（聚氯乙烯）管的導熱性差和可塑性不好，易彎曲，接頭處耐壓能力差，容易導致泄漏，因此在地源熱泵系統中不推薦用PVC 管。 

3、為了強化地下埋管的換熱，國外有的提出采用薄壁（0.5mm）的不銹鋼鋼管，但目前實際應用不多。 

4、管件公稱壓力不得小于1.0Mpa，工作溫度應在-20℃～50℃范圍內。 

5、地埋管壁厚宜按外徑與壁厚之比為11倍選擇。 

6、地埋管應能按設計要求長度成捆供應，中間不得有機械接口及金屬接頭。

二、連接   

1、熱熔聯接（承接聯接和對接聯接，對于小管徑常采用） 

2、電熔聯結 

三、流體介質及回填料   

南方地區：由于地溫高，冬季地下埋管進水溫度在0℃以上，因此多采用水作為工作流體； 北方地區：冬季地溫低，地下埋管進水溫度一般均低于0℃，因此一般均需使用防凍液。 

①鹽類溶液——氯化鈣和氯化鈉水溶液；②乙二醇水溶液；③酒精水溶液等）。

回填材料：可以選用澆鑄混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料選擇要兼顧工程造價、傳熱性能、施工方便等因素。從實際測試比較澆鑄混凝土換熱性能最好，但造價高、施工難度大，但可結合建筑物樁基一起施工。回填沙石或碎石換熱效果比較好，而且施工容易、造價低，可廣泛采用。

四、水平埋管

根據地質結構不同，鉆孔孔徑可以是Ф100、Ф150、Ф200或Ф300，湖南地區地表土壤層不是很厚，為了鉆孔、下管方便多采用Ф150孔徑。

 水平埋管主要有單溝單管、單溝雙管、單溝二層雙管、單溝二層四管、單溝二層六管等形式，由于多層埋管的下層管處于一個較穩定的溫度場，換熱效率好于單層，而且占地面積較少，因此應用多層管的較多。（單層管最佳深度1.2～2.0m，雙層管1.6～2.4m）     近年來國外又新開發了兩種水平埋管形式，一種是扁平曲線狀管，另一種是螺旋狀管。它們的優點是使地溝長度縮短，而可埋設的管子長度增加。

五、地下換熱量計算

地下換熱量可以由下述公式計算：       

         Q1'= Q1*(1+1/COP1)   kW          

                      Q2'= Q2*(1-1/COP2)    kW          

 Q1'——夏季向土壤排放的熱量，kW Q1——夏季設計總冷負荷，kW 

  Q2'——冬季從土壤吸收的熱量，kW Q2——冬季設計總熱負荷，kW 

 COP1——設計工況下水源熱泵機組的制冷系數 

  COP2——設計工況下水源熱泵機組的供熱系數

  1.水平埋管： 確定管溝數目: 埋管管長的估算：利用管材“換熱能力”，即單位埋管管長的換熱量。水平埋管單位管材“換熱能力”在20～40W/m（管長）左右，；設計時可取換熱能力的下限值，即20 W/m。 

    單溝單管埋管總長具體計算公式如下：  

  L=Q/20 

    L ——埋管總長，m 

   Q ——冬季從土壤取出的熱量，w 。

    分母“20”是每m 管長冬季從土壤取出的熱量（W/m）；   

   確定管溝間距： 為了防止埋管間的熱干擾，必須保證埋管之間有一定的間距。該間距的大小與運行狀況（如連續運行還是間歇運行；間歇運行的開、停機比等）、埋管的布置形式（如單行布置，只有兩邊有熱干擾；多排布置，四面均有熱干擾）等等有關。

 六、垂直埋管

根據埋管形式的不同，一般有單U 形管，雙U 形管，套管式管，小直徑螺旋盤管和大直徑螺旋盤管，立式柱狀管、蜘蛛狀管等形式；按埋設深度不同分為淺埋（≤30m）、中埋（31～80m）和深埋（>80m）。 

1）U 形管型：是在鉆孔的管井內安裝U 形管，一般管井直徑為100～150mm，井深10~200m，U 形管徑一般在φ50mm 以下。 

2）套管式換熱器的外管直徑一般為100～200mm，內管為φ15～φ25ｍｍ。其換熱效率較U 形管提高16.7%。缺點：⑴下管比較困難，初投資比U 形管高。⑵在套管端部與內管進、出水連接處不好處理，易泄漏，因此適用于深度≤30m 的豎埋直管，對中埋采用此種形式宜慎重。

3）          管層之間的間距宜≧1.2m。豎直埋管 確定豎井埋管管長 一般垂直單U 形管埋管的換熱能力為60～80 W/m(井深)，垂直雙U 形管為80～100W/m(井深)左右，設計時可取換熱能力的下限值。

4）          一般垂直埋管為70～110W/m(井深)，或35～55W/m(管長)左右；設計時可取換熱能力的下限值，即35W/m（管長）；水平埋管為20～40W/m（管長）。

5）          雙U管設計具體計算公式如下：              

6）           L=Q1/25  

7）          L——豎井埋管總長（m） 

8）          Q1——夏季向土壤排放的熱量（W）

9）          分母“35”是夏季每m管長散熱量（W/m）

10）       確定豎井數目及間距      國外，豎井深度多數采用50～100m，設計者可以在此范圍內選擇一個豎井深度H，代入下式計算豎井數目:           

11）     N=L/(4*H)    

12）     N——豎井總數（個） 

13）     L——豎井埋管總長（m）  

14）     H——豎井深度（m）

15）     U型管豎井的水平間距一般為4.5m，也有實例中提到DN25的U型管，其豎井水平間距為6m，而DN20的U型管，其豎井水平間距

七、    注意事項 

1、垂直地埋管換熱器埋管深度應大于30m，宜為60m～150m；鉆孔間距宜為3m～6m。水平管埋深應≧.2m。 

2、地埋管換熱器水平干管坡度宜為0.3%，不應小于0.2%。

3、地埋管環路之間應并聯且同程布置，兩端應分別與供、回水管路集管相連接。每個環路集管連接的環路數宜相同。

4、地埋管換熱器宜靠近機房或以機房為中心設置。鋪設供、回水集管的管溝宜分開布置；供、回水集管的間距不應小于0.6m。