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举办《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》培训班的课件-2
地源热泵
增强地下换热器的传热方法:
1、  提高传热温差——地层温度,循环液温度,热泵参数
2、  增加传热面积——埋管数量
3、  减少传热热阻——土壤的传热性能(热物性)
地下换热器传热过程非常复杂,工程中为简化,以钻孔壁为界,分为钻孔以外的岩土部分和钻孔内的地埋管部分,采用不同的方法分别分析。
一、钻孔外热阻
1土壤热物性:
A、 热导率——热传导能力
B、 热扩散率——传递和存储热量能力的大小
土壤的含水量对这两个参数的影响很大。
当夏季工况(向土壤传热),地埋管周围的土壤被干燥,水分扩散减少,土壤热导率减小。随着壁温的升高,更多的水份从土壤中消失,这种土壤被认为是热不稳定的,将大大降低土壤的传热性能。
地下水丰富的地区或夏季冷负荷较小的地区,热不稳定性的影响不大,在西安地区,地下水位较低,夏季负荷较大,应考虑这种影响。
一般认为土壤含水量低于15%时,随着含水量的降低,土壤的传热性能迅速变差。含水量在25~50%时,传热性能得到有效的提高。
2、土壤温度特性(全年动态负荷)
地下换热器运行时,地埋管周围地土壤的温度场将发生变化,这种变化程度的增加和区域的扩大,相邻地埋管之间的换热将受到影响,这种换热阻力的增加和换热量的减弱称为温变热阻。
如果一年中冬季从地下抽取的热量与夏季向地下注入的热量不平衡,多余的热量(或冷量)就会在地下积累,引起地下年平均温度的变化。冷热负荷的不平衡对地下换热器的设计容量有很大影响。
以10年设计时限为例,冷热负荷比为2:1地地下换热器的设计容量是冷热负荷比1:1时的1.5倍。地埋管间距适当增加,可有效地减少温变热阻。
3、地下水渗流
地下水渗流和流动对通过土壤进行的热交换有着显著的影响,此时即有热传导换热,还有对流换热。
地下水的渗流或流动有利于地下换热器的传热,有利于减弱或消除由于地下换热器吸放不平衡而引起的热量累积效果。减少地下换热器的设计容量。
当地下渗流速度为30m/year左右时,热交换能力增加约30%。
二、钻孔内热阻
1、管间距的影响:
钻孔孔径通常为130~150mm,在这样的窄小空间内,支管间必然产生热回流现象,对实际的换热效果产生一定的影响。
影响间热回流的主要因素是两支管的间距和回填材料的热导率。
支管间距越小,或回填材料的热导率越大,热量回流越大。
但这种影响并不一致,相同负荷下,支管间距小,所需的换热器容量大。回填材料热导率大,一方面增加了支管间的热量回流,另一方面也强化了U型管与土壤间的传热。
综合比较下来,管间距S越大越好,最大和最小间距可导致15%的设计偏差。回填材料热导率也是越大越好。
2、回填材料的影响
回填材料位于埋管与钻孔壁之间,作用:
A、增强埋管和周围岩土的换热(避免成为保温隔热层);
B、 防止地面水通过钻孔向地下渗透,保护地下水不受污染,防止各蓄水层之间的交叉污染。
《网堵信誉排行前十的网址》中指出“灌浆回填材料一般为膨润土和细砂(或水泥)的混合浆或其它专用灌浆材料。“并且”回填料的导热系数不应低于钻孔外或沟槽外岩土体的导热系数。
三、西安地区某个地源热泵工程室外部分的状况和造价
1、地质状况:
第一层    粘土(0~10米)
第二层    漂卵砾石(10~21米)
第三层    粘土(21~32米)
第四层    粗中砂夹粘土(32~61米)
第五层    粘土(61~68米)
第六层    粗砂砾石夹粘土(68~86米)
第七层    粘土夹钙质结核(86~98米)
第八层    粗砂砾石夹粘土(98米以下)
2、造价

序号
工程内容
单位
数量
单价(元)
合价(元)
备注
1
垂直埋管成孔、回填
1041
6000
6246000
孔深100米,孔径130mm
2
PE管材、阀件安装
1041
2160
2248560
双U,de25×2.3
3
水平管沟开挖及回填
 
 
 
86000
 
4
水平管管路敷设、连接
 
 
 
176040
 
5
集、分水器
40
3900
156000
 
6
检查井
40
1000
4000
 
 
 
 
 
 
8952600