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1、豎直埋管地熱換熱器的設計和參數(shù)分析摘要：本文通過對某住宅小區(qū)地源熱泵系統(tǒng)地熱換熱器的方案設計的工程實例，介紹了采用《地熱之星》軟件設計地熱換熱器的方法；討論分析了回填材料導熱系數(shù)、巖土導熱系數(shù)、鉆孔間距以及循環(huán)液的類型四種主要因素對地熱換熱器設計尺寸的影響，并指出提高回填材料導熱系數(shù)、適當增大鉆孔間距以及選擇凝固點較低的循環(huán)液有利于減小鉆孔長度，從而節(jié)省地熱換熱器的初投資。關鍵詞：地源熱泵地熱換熱器設計軟件1引言隨著經濟的發(fā)展以及人們對節(jié)能、環(huán)保意識的提高，具ss量的值可以產生數(shù)倍的變化。國內有些關于地熱換熱器設計的3.6設計要求在計算地熱換熱器的長度之前，還需輸
2、入設定的夏季工況時進入熱泵的循環(huán)液的最高溫度和冬季工況時進入熱泵的最低溫度值。由于熱泵進出口的循環(huán)液溫差一般要保持在5℃左右，因此設計設定的值通常要求進入熱泵循環(huán)液最低溫度至少高出其凝固點7℃。根據(jù)各種循環(huán)液凝固點的不同，當循環(huán)液為純水時，設計進入熱泵循環(huán)液最低溫度為7℃，當循環(huán)液為乙二醇16%或氯化鈉11%時，設計進入熱泵循環(huán)液最低溫度分別至少應為0℃、-0.5℃。進入熱泵的循環(huán)液的最高溫度取為30、33、36、39℃來做計算比較。此外，軟件還需確定峰值負荷持續(xù)的時間，該設定值與循環(huán)液可能達到的最高或最低溫度有關。該設計中額定冷、熱負荷滿負荷持續(xù)運行時間均設定為
3、4小時。要求滿足以上運行條件的運行時間定為20年。4方案比較綜合以上所述，在該工程地熱換熱器設計的方案比較中主要考慮以下幾項因素的影響：①回填材料導熱系數(shù)；②巖土導熱系數(shù)；③鉆孔間距；④循環(huán)液的類型。4.1回填材料導熱系數(shù)和巖土導熱系數(shù)對地熱換熱器設計尺寸的影響當循環(huán)液為乙二醇16%，鉆孔幾何分布為矩形陣列4×25，鉆孔間距為4*5（行間距*列間距）時，采用不同的回填材料導熱系數(shù)以及巖土導熱系數(shù)計算出了一系列地熱換熱器的尺寸，據(jù)此畫出了1萬平米空調面積總鉆孔長度隨巖土導熱系數(shù)和回填材料導熱系數(shù)的變化曲線圖。圖2中的曲線從上到下分別代表巖土的導熱系數(shù)為0.8，1.2
4、，1.6，2.0.K)。從圖中可以看出，隨著回填材料的導熱系數(shù)的增大，鉆孔長度逐漸減小；隨著巖土導熱系數(shù)的增大，鉆孔長度明顯減小。另外，從圖中還可以看到對于導熱系數(shù)在0.8-2.0.K)范圍內的巖土，當鉆孔回填材料的導熱系數(shù)由0.6.K)增大到1.2.K)時，僅增大了1倍，鉆孔總長度就減少了500m左右。這說明：當回填材料導熱系數(shù)較小，尤其當其小于1.2.K)時，提高鉆孔回填材料的導熱系數(shù)，可以減少相當可觀的埋管長度。4.2鉆孔間距對地熱換熱器設計尺寸的影響當循環(huán)液為乙二醇16%，鉆孔幾何分布為矩形陣列4×25時，取回填材料導熱系數(shù)為：1.2.K)，畫出了1萬平方
5、米建筑面積所需鉆孔總長度隨著鉆孔間距的變化關系圖，見圖3。圖3中的曲線從上到下分別代表巖土的導熱系數(shù)為0.8，1.2，1.6，2.0.K)，由圖3可以看出，隨著鉆孔間距的增大，鉆孔總長度逐漸減?。磺毅@孔間距越小，這種影響越明顯。當鉆孔間距較大，即行間距、列間距均為7m時，鉆孔長度基本不再變化。另外，隨著巖土導熱系數(shù)的減小，鉆孔間距對鉆孔長度的影響將逐漸減弱。4.3循環(huán)液類型對地熱換熱器設計尺寸的影響在地熱換熱器的設計中，設定的進入熱泵循環(huán)液最高、最低溫度，對設計結果有著顯著影響。在供熱負荷為主導的地熱換熱器的設計當中，選擇添加防凍劑的循環(huán)液可以使冬季工況下進入熱泵
6、的最低溫度降低，常?？梢允沟責釗Q熱器的設計尺寸減小。圖4、圖5就是當回填材料導熱系數(shù)為1.2.K)，巖土的導熱系數(shù)為1.6.K)時，改變循環(huán)液的類型，相應改變熱泵入口處循環(huán)液最高、最低溫度，所得出的1萬平方米建筑面積所需地熱換熱器尺寸。圖4畫出了采用不同循環(huán)液最低溫度時的地熱換熱器尺寸，圖中三種循環(huán)液的熱泵入口處最高溫度均為36℃。從圖中可以看出一個這樣的總趨勢：對于乙二醇16%、氯化鈉11%和純水這三種循環(huán)液，隨著熱泵入口循環(huán)液最低設計溫度的升高，鉆孔總長度逐漸增加。從圖4中我們還可以看到當循環(huán)液最低設計溫度相同時，采用乙二醇16%循環(huán)液所需要的地熱換熱器尺寸比
7、采用氯化鈉11%循環(huán)液時稍大。但是隨著循環(huán)液最低設計溫度的增大，這種趨勢越來越小，且當循環(huán)液最低設計溫度達到7℃時，采用三種循環(huán)液時的地熱換熱器尺寸基本相同，說明此時地熱換熱器的尺寸基本不再受循環(huán)液的類型的影響。圖5中的曲線從上到下分別代表純水、乙二醇16%和氯化鈉11%循環(huán)液設定不同夏季最高溫度時的情況，它們對應的熱泵入口最低設計溫度分別為：7℃、0℃、-0.5℃。每根曲線都有一段平行于橫軸，也就是說循環(huán)液最低溫度一定時，當其最高溫度升高到某個值，它將不再影響鉆孔的長度。這表明該工程是以供熱負荷為主導的，供熱負荷決定了埋管的長度。反之，在以制冷負荷為主的場合，設
8、定的夏季最
