垂直地埋管地源热泵膨润土基钻孔回填材料导热特性研究

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1、实验与研究垂直地埋管地源热泵膨润土基钻孔回填材料导热特性研究Experimentalstudyonthemalconductivityofbentonitebackfillmaterialofgeothermalheatexchanger王冲易发成吴利（西南科技大学，四川绵阳621010）摘要：实验通过对膨润土基回填材料的配比、干密度、孔隙率、含水率和环境温度等因素研究发现，膨润土基回填材料的导热性能主要是由骨料（石英砂）含量、干密度和孔隙程度共同决定的，环境温度对回填材料导热性影响较小。含水率应合理控制，适宜配比、正确回灌能有效提高导热性和

2、地下热交换器的工作效率，工程收益率高。关键词：地源热泵；回填材料；导热系数Abstract：Makeanexperimentontheinfluenceofcomposition,density,porosity,watercontentandtemperatureontheboreholebackfillmaterials.Theresearchresultsindicatethatthethermalconductivityofbentonitebackfillmaterialisdeterminedbythequartzsandcont

3、ent,densityandporosity.Thethermalconductivitywithtemperatureisslightlyhigher,andwatercontentshouldbereasonablelycontrolled.Suitablecomposition,correctbackfillcaneffectivelyimprovethethermalconductivityandtheundergroundheatexchangerefficiency,andacquireanhighprojectbenefit.K

4、eywords：groundsourceheartpump；backfillmaterial；thermalconductivity中图分类号：TB303文献标识码：B文章编号：1003-8965(2014)01-0048-03垂直地埋管地源热泵是一种利用地下岩土体成本低满足现实可用性。中浅层地热资源，通过输入少量的高品位电能，根据以往研究的土壤、岩石及回填材料的热[3]实现热能由低温热源向高温热源转移，既能供热物性，将膨润土和石英砂按表1质量百分比配又能制冷的高效节能环保型空调（见图1）。其制,试块硬化成型后为直径61.8mm高20mm的土

5、壤热交换器埋于地下垂直钻孔中，节约用地，圆柱体。换热性能好，目前在我国得到了最广泛的应用。地埋管回填材料是在钻孔完毕、下完U型管后，向钻孔中灌入的封孔材料。它介于地埋管换热器的埋管与钻孔壁之间，是将地层中的热量传递给U型管及管内液体的传热介质。回填材料密封钻孔后可以防止地面水通过钻孔向地下渗透，以保护地下水不受地表污染物的污染，并防止地下各个含水层之间的交叉污染。由于高性能的回填材料降低了钻孔内的热阻，一定程度减少了地下钻孔的深度，减少地源热泵的初期投资。1回填材料制备图1地源热泵工作机理试验选用新疆阿尔泰膨润土，其主要矿物成表1膨润土基回填

6、材料配比分为Na+蒙脱石，含量约65%，含有少量α-编号膨润土石英砂[1]A30%70%石英、Al2O3、Fe2O3等。阿尔泰地区膨润土具B20%80%有极强吸水膨胀特性、粘结性，遇水形成矿物凝胶，C15%85%具有增稠流变特性，从而能够防渗防漏。D10%90%良好的骨料决定了回填材料的导热性能，本次试验选择石英砂作为骨料，粒径0.5~2mm的回填材料需要有良好的粘结性和一定的膨胀[2]中粗砂为主，可以就地取材现场制作和泵送，性才可使埋管与钻孔紧密接触，减少空气热阻。48实验与研究图2中可以看出，试样A和B的混合填料膨胀性的导热系数最佳。大，

7、膨胀发展周期长。C和D的混合填料，初期上述表明相同条件下钻孔回填材料的导热性具有一定的膨胀性，很快趋于稳定。由此可见加能是由干密度、孔隙程度和骨料石英砂含量共同砂后的膨润土混合料膨胀性能仍满足工程需求。决定的，所以地埋管地源热泵钻孔回灌时一定要保证密实度，经济合理的选择导热性良好的骨料。图2同配比回填材料无荷载膨胀率2导热特性图3不同干密度下的导热系数岩土属于多孔介质，其导热系数与固体颗粒[4]组成、土体密度、孔隙率、含水量等密切相关。本次试验使用HotDisk热常数分析仪对试块导热系数进行精确测试，确定对膨润土基回填材料导热性能的影响因素。

8、2.1干密度和孔隙率对导热性的影响对四组试样控制相同的拌合用水量，硬化成型后测试导热系数，确定干密度对回填材料导热系数的影响。图3反映出回填材料导热系数随干密度增加