针对地源热泵地下管群换热器设计施工问题

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1、建筑热能通风空调·59·地源热泵地下管群换热器设计施工问题☆王　勇　付祥钊　曾　淼　胡鸣明　刘宪英(重庆建筑大学)[摘要]阐述地源热泵地下管群换热器的常用型式、实验装置及其设计施工方法,并对建设造价和运行情况作了简单介绍。[关键词]地源热泵　管群1概述2埋管形式的确定地源热泵以大地作为热源和热汇,热泵的换热器埋入地换热器埋管形式一般有两种形式,即竖埋管和横埋管。下,与大地进行冷热交换。由于地源热泵具有可持续发展由于横埋管占地面积较大,且换热指标小于竖埋管,因此,在性,国内外近年来正在加强对它的系统研究。实验中,我们以竖埋管研究为主。地源热泵原理如图1所示,埋

2、入地下钻孔中的换热管一竖埋管一般可分为U型管和套管型两种。其结构形式进一回形成回路与大地进行换热。夏热冬冷地区地温平均见图2。在前期的实验中,我们已经得到结果,套管型换热温度在15-20℃左右,通常冷凝器的夏季出水温度在35-器热能力大于U型管换热器,因此,在管群实验中,我们以竖40℃之间,与岩土换热温差可达20-25℃。有利于提高制冷直套管型换热器作为主要研究对象。系数,而且不会把热量、水蒸汽及细菌等排入大气环境,造成对环境的损害。冬季运行时,冷凝器作为蒸发器,进行地下换热后蒸发器出水温度一般均高于室外气温,可显著提高供热系数,不存在空气源热泵随气温下降供

3、热系数显著减少及除霜等问题。地源热泵在于夏季利用冬季蓄存的冷量供冷,同时蓄存热量,以备冬用;冬季利用夏季蓄存的热量供热,同时蓄存冷量,以备夏用。夏热冬冷地区供冷和供暖天数大致相同,冷暖负荷基本相当,可用同一地下埋管换热器实现建图2　竖埋管形式筑的冷暖联供,实属一种节能又保护环境的绿色空调。笔者结合国家自然科学基金课题,在地下单管换热器的实验基础上,建设一个8kw地源热泵的地下埋管管群换热器,目的在3换热器管长计算及平面布置于研究地下岩土换热的全年动态特性,为地源热泵的设计与地源热泵实验基地地下管群换热器换热量为8000w,根运行提供理论依据和可靠的基础数据。

4、本文仅对地下管群[1]据前期夏季的实验结果,地下岩土为砂岩,经测试及查阅换热器的设计及施工问题作一讨论。3有关文献,砂岩密度2500kg/m,导热系数λ=2.04W/(m.K),2导温系数a=0.0033m/h,蓄热系数s=34.89W/(m.K),在埋深10m的情况下,单根套管换热器(外管直径90-100mm)在夏季稳定情况下的平均传热系数(其定义为换热器内水与大地初始温度每相差1℃时,通过长度1m的钻孔,每秒钟传递的热量)k=3.26W/(m.K)左右,经测试计算,地下1-10m重庆地区夏季的大地原始温度为21.0℃,换热器内进出水温度取35-40℃,平

5、均水温tp=37.5℃。则单位长度钻孔的换热量q=K×Δt=3.14×(37.5-21.0)=51.8W/m。与实测值图1　地源热泵原理图49w/m非常接近。由于夏热冬冷地区热泵设计应以夏季降作者简介:☆王勇,男,重庆建筑大学城市建设学院　400045收稿日期:1999-03-03©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.·60·2000年第1期温为主,兼顾冬季供暖,而一般地下管群的传热量冬季大于供水主管进入室内后接水泵,板式换热器和空调器,膨夏季,因此夏季能满足要求,冬季一

6、般也能达到要求,故本装胀水箱置于室内,构成一个水-空气热泵系统。在竖直埋管置按夏季工况设计。换热器的水进入板式换热器之前,还设计了一个可进入地板地下管群换热量根据如上实验结果,设计了15根埋深下平行管的并联环路,以供冷热地板实验用。系统连接见图10m的套管,其换热量在7742W左右。另外,为了研究地下4。水平埋管换热器的换热规律还建设了两层3×4m,埋深2m5主要设备与管材选择和1m的水平蛇形管换热器,其埋管长度为50m。任何形式的换热器都对换热器之间的距离有一定的要(1)水泵求,这个距离主要是避免热短路。而具体确定这个距离要考　系统水流量W=7742×0.

7、86/(40-35)=1332kg/h虑多方面的影响因素,最重要的是确定换热器的运行时间,　水泵流量W=1.1×1332=1465kg/h对于竖埋管换热而言,换热模型是以埋管为中心的圆柱面辐　水泵扬程H=1.2×980=1.176kPa射状向外传热,且这种传热是以时间为坐标的不稳定传热。　根据W和H选择水型号为20SG3-14前期实验我们已经对影响单根竖管的换热距离作了一(2)板式换热器定的研究,一般影响单管换热距离为1.5和3m。短时间和选用舒瑞普(SWEP)公司CBE钎焊式B10型,40片,换热间歇运行的换热管间距在1.5m较适合,长时间连续运行的面积4

8、0×0.031=1.24m2,最大水流量3m3/h。