竖直埋管地热换热器的设计和参数分析

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1、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1引言随着经济的发展以及人们对节能、环保意识的提高，具ss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3.6设计要求在计算地热换热器的长度之前，还需输

2、入设定的夏季工况时进入热泵的循环液的最高温度和冬季工况时进入热泵的最低温度值。由于热泵进出口的循环液温差一般要保持在5℃左右，因此设计设定的值通常要求进入热泵循环液最低温度至少高出其凝固点7℃。根据各种循环液凝固点的不同，当循环液为纯水时，设计进入热泵循环液最低温度为7℃，当循环液为乙二醇16%或氯化钠11%时，设计进入热泵循环液最低温度分别至少应为0℃、-0.5℃。进入热泵的循环液的最高温度取为30、33、36、39℃来做计算比较。此外，软件还需确定峰值负荷持续的时间，该设定值与循环液可能达到的最高或最低温度有关。该设计中额定冷、热负荷满负荷持续运行时间均设定为

3、4小时。要求满足以上运行条件的运行时间定为20年。4方案比较综合以上所述，在该工程地热换热器设计的方案比较中主要考虑以下几项因素的影响：①回填材料导热系数；②岩土导热系数；③钻孔间距；④循环液的类型。4.1回填材料导热系数和岩土导热系数对地热换热器设计尺寸的影响当循环液为乙二醇16%，钻孔几何分布为矩形阵列4×25，钻孔间距为4*5（行间距*列间距）时，采用不同的回填材料导热系数以及岩土导热系数计算出了一系列地热换热器的尺寸，据此画出了1万平米空调面积总钻孔长度随岩土导热系数和回填材料导热系数的变化曲线图。图2中的曲线从上到下分别代表岩土的导热系数为0.8，1.2

4、，1.6，2.0.K)。从图中可以看出，随着回填材料的导热系数的增大，钻孔长度逐渐减小；随着岩土导热系数的增大，钻孔长度明显减小。另外，从图中还可以看到对于导热系数在0.8-2.0.K)范围内的岩土，当钻孔回填材料的导热系数由0.6.K)增大到1.2.K)时，仅增大了1倍，钻孔总长度就减少了500m左右。这说明：当回填材料导热系数较小，尤其当其小于1.2.K)时，提高钻孔回填材料的导热系数，可以减少相当可观的埋管长度。4.2钻孔间距对地热换热器设计尺寸的影响当循环液为乙二醇16%，钻孔几何分布为矩形阵列4×25时，取回填材料导热系数为：1.2.K)，画出了1万平方

5、米建筑面积所需钻孔总长度随着钻孔间距的变化关系图，见图3。图3中的曲线从上到下分别代表岩土的导热系数为0.8，1.2，1.6，2.0.K)，由图3可以看出，随着钻孔间距的增大，钻孔总长度逐渐减小；且钻孔间距越小，这种影响越明显。当钻孔间距较大，即行间距、列间距均为7m时，钻孔长度基本不再变化。另外，随着岩土导热系数的减小，钻孔间距对钻孔长度的影响将逐渐减弱。4.3循环液类型对地热换热器设计尺寸的影响在地热换热器的设计中，设定的进入热泵循环液最高、最低温度，对设计结果有着显著影响。在供热负荷为主导的地热换热器的设计当中，选择添加防冻剂的循环液可以使冬季工况下进入热泵

6、的最低温度降低，常常可以使地热换热器的设计尺寸减小。图4、图5就是当回填材料导热系数为1.2.K)，岩土的导热系数为1.6.K)时，改变循环液的类型，相应改变热泵入口处循环液最高、最低温度，所得出的1万平方米建筑面积所需地热换热器尺寸。图4画出了采用不同循环液最低温度时的地热换热器尺寸，图中三种循环液的热泵入口处最高温度均为36℃。从图中可以看出一个这样的总趋势：对于乙二醇16%、氯化钠11%和纯水这三种循环液，随着热泵入口循环液最低设计温度的升高，钻孔总长度逐渐增加。从图4中我们还可以看到当循环液最低设计温度相同时，采用乙二醇16%循环液所需要的地热换热器尺寸比

7、采用氯化钠11%循环液时稍大。但是随着循环液最低设计温度的增大，这种趋势越来越小，且当循环液最低设计温度达到7℃时，采用三种循环液时的地热换热器尺寸基本相同，说明此时地热换热器的尺寸基本不再受循环液的类型的影响。图5中的曲线从上到下分别代表纯水、乙二醇16%和氯化钠11%循环液设定不同夏季最高温度时的情况，它们对应的热泵入口最低设计温度分别为：7℃、0℃、-0.5℃。每根曲线都有一段平行于横轴，也就是说循环液最低温度一定时，当其最高温度升高到某个值，它将不再影响钻孔的长度。这表明该工程是以供热负荷为主导的，供热负荷决定了埋管的长度。反之，在以制冷负荷为主的场合，设

8、定的夏季最