PDF《桩埋管地源热泵系统及其应用》

2 桩埋管热泵的系统设计 桩埋管系统在设计上与其他埋管形式的地源 热泵并没有太大区别, 但有需要特别注意之处. 首先, 一旦桩的尺寸和长度确定, 则用于埋管的桩的 数量也已确定, 也就是说, 不能以冷热负荷的增加 而增加桩的数量.当桩埋管所提供的冷热负荷不 能满足所需要求时, 应优先考虑其他形式的埋管, 或增加冷却塔和锅炉等其他辅助措施.在系统设 计时, 也要考虑到地下换热器的热平衡问题, 针对 冷热负荷差距较大的情况, 可选取较小的负荷值 作为确定埋管长度的依据, 对于相对较大的负荷, 则可以选择辅助措施加以解决. 和其他形式的热泵系统一样, 土壤的地热特 性同样重要.需要测得土壤的组成成分、土壤温 度、 热导率、 热容量、 水质特性和水流方向及速度, 这些参数对于整个系统的优化有着重要的意义. 由于桩与桩之间有一定距离 ( 一般大于

6 m) , 桩基间的影响可以忽略.对于冬季和夏季工 况下, 单桩的换热量 Qc 和Qc′ 分别为[2] Qc = Lc( tmax- t∞ ) Rf+Rpe +Rb +Rs * Fc +Rsp ( 1- Fc) ( 1) Qc′ = Lc( t∞ - tmin) Rf+Rpe +Rb +Rs * Fc +Rsp ( 1- Fc) ( 2) 式中: Fc―― ―制热( 冷) 运行分额, 即机组在一个制 热( 冷) 季运行小时数和一个制热( 冷) 的小时数 比;

Rf ―― ―传热介质与 U 型管内壁的对流换热 热阻, Rf=1/( π diK) ;

Rpe―― ―U 型管内壁的热阻, Rpe=

1 2π p ln( de de- ( d0- d1) ) , 其中 de= n ! d0;

Rb――桩身的热阻, Rb=

1 2π b ln( db de ) ;

Rs―― ―地层热阻, 即从桩壁到无穷远处的热 阻, Rs=

1 2π a I( rb

2 a# ! ) , 其中: (u)=

1 2 ∞ u e-s s ds;

Rap―― ―短期连续脉冲负荷引起的附加热阻, Rap=

1 2π s I( rb

2 a#p ! ) ;

K―― ―传热介质与管壁的对流传热系数;

di, d0―― ―分别为 U 型管的内外直径;

de―― ―U 型管的当量直径;

n―― ―管的根数, 对单 U 型n=2;

对双 U 型n= 4;

db―― ―桩身直径;

p, b, s―― ―分别为 U 型管、 桩身混凝土以及 土壤的平均导热系数;

rb―― ―桩身半径;

a―― ―土壤的热扩散率;

#―― ―运行时间. 换热管应当尽量采用同程式连接, 以保证管 段的水利平衡, 而且一旦某个桩段的管段出现问 题, 不至影响整个系统的正常运行( 图2) .不仅挡 土桩和承重桩能够埋管, 承台上连接各个桩换热 器的水平管路也有很好的换热效果.水平管路的 布置要尽量清晰[3] . 图2典型的桩埋管系统设计图 Fig.2 The typical design for energy piles system 1- 热泵机组;

2- 冷却塔;

3- 热交换器;

4- 循环水泵;

5- 定压罐;

6- 补给水泵;

7- 补给水箱;

8- 集水器;

9- 分水器;

10- 电加热器;

11- 膨胀水箱 仲智, 等 桩埋管地源热泵系统及其应用

95 3 埋管施工注意事项 3.1 对于钢筋笼的制作 在整个制作过程中, 保证 PE 管牢固地固定 在笼中是最关键的, 距底部应留有 1~

2 m 的距 离.钢筋笼的结构要坚固, 以保护换热单元不受 损坏. 3.2 关于压力测试 当工作压力不大于 1.0 MPa 时, 测试压力应 为工作压力的 1.5 倍, 且不应小于 0.6 MPa;

当工 作压力大于 1.0 MPa 时, 测试压力应比工作压力 加0.5 MPa[2] .在浇注水泥以前, 应先进行压力测 试. 如果混凝土的灌注是分层进行, 则需在每一个 阶段进行压力测试.在每个换热单元管路的起始 和末端应安装浮球阀和压力表, 加大管路压力至 测试压力,以检验管路的完整性. 从浇灌过程直至 混凝土坚固的几天里, 都要保持这个压力, 这样做 是为了使 PE 管承受住浇灌混凝土的压力, 以免 管路被压扁而影响循环.在连接分集水器以及系 统全部安装完毕后还要进行