桩埋管地源热泵空调系统设计在具体工程中的应用.doc

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1、桩埋管地源热泵空调系统设计在具体工程中的应用【摘要】桩埋管和建筑结构结合在一起，发展成为了一个新型的地源热泵埋管方式，它大大提高了建筑物的地基面积的利用率。借助于桩基，与大地进行热交换。从而有效降低了钻孔和埋管的成本。本文通过与其他埋管方式的对比，详细的分析了桩埋管的优点，比如经济性和节能性，并且采用理论和实际相结合的论证方式为广大设计师们提供了一种全新的埋管方式，带来了良好的经济和社会效益。【关键词】桩埋管；地源热泵；经济性；节能性引言地源热泵是一种用于冬季供暖、夏季制冷和供应生活热水的高效节能的空调系统，但是，地埋管地源热泵系统的水平和垂直埋管的换热方式，均受到占用土地面积和打井、埋管投资

2、过高等相关因素的影响，或多或少的在一定程度上影响了桩埋管优势的完全发挥。桩埋管作为一种新的埋管方式，它在建筑混凝土的桩基中埋设U型管换热器，将桩埋管和建筑结构结合在一起，大大提高了建筑物地基面积的利用率，减少了打井及相关的成本和费用，建筑物桩基本身具有一定的特性，提高了U型管和桩之间、以及桩和大地之间的接触程度，从而提高了热传递的效率，提高循环介质与大地之间的传热速率。并且本文通过介绍桩埋管的各种形式，进而得出与建筑物最相符合的一种桩埋管的形式的最优方案，同时还采用相关的理论和建筑工程的实践来分析桩埋管的优点，以此来论证桩埋管地源热泵空调系统是一种高效经济的热泵系统。1实例分析某办公楼安装的地

3、埋管换热器采用了两种方式：桩埋管以及垂直竖井埋管。埋管的材料均为高密度聚乙烯塑料，该材料和常规材料相比，具有很好的耐热性和耐寒性。桩埋管深埋地下20m，共有60口井。垂直竖井埋管深埋地下90m，钻井直径为150mm，共有21口井。该系统除了地下埋管换热器闭式循环系统，还有半封闭单螺杆压缩式地源热泵机组和空调末端循环系统。处于制冷工况时，1、3、5、7阀门开启，2、4、6、8阀门关闭，地下埋管与热泵机组冷凝器相接，室内冷冻水管与蒸发器相接，通过冷凝载体循环，将热量释放到土壤中去。供热工况时刚好相反，阀门反向，从地下土壤吸收热量。在该地源热泵系统中，地下布置了14个测温点来观察热泵运行前后土壤温度

4、的变化。分别位于桩埋、井埋附近，距离桩、井中心都是0.5m，深度方向间隔（相互之间的距离）都为4米。是桩埋管和井埋管共用的，深度为8m，水平距离0.5m，到和到?水平距离也是0.5m。测温部件铜-康铜铠装热电偶、流量传送器、功率变送器、PLC下位机、组态王软件和PC上位机组成了数据实时监控和采集系统（SCADA）。数据的实时采集由铠装T型热电偶传感器产生的420mADC标准信号通过下位机PLC送至上位机PC完成。2桩埋管的系统分析和常规空调相比，地源热泵是优良的制备冷源和热源的设备，并且还有效率高、无污染等优势。地源热泵常规的埋设方式有两种：水平埋管以及垂直埋管。这两种埋设的地源热泵的换热方式

5、都受限于多个因素，包括设备占用土地面积、地埋管初期的成本等。作为地源热泵的一种新型的埋管方式，与水平埋管和垂直埋管不同的是，桩埋管将U型换热器埋设在建筑物的混凝土中，将其结合在建筑物的结构中，极大的提高了建筑物的利用率，借助于桩基，桩埋管与大地形成了良好的热交换，提高了换热效率，增强了传热介质与大地的传热效率。在埋管换热量计算及设计上和其他的地源热泵相比，桩埋管并没有什么大的不同，只是有几点特殊之处，首先，应用于埋管的桩的数量与桩的尺寸和长度相关，一旦明确了桩的尺寸和长度，其埋管的数量也就确定了。换言之，冷热负荷的增加不能作为增加桩的数量的依据。桩埋管冷热的输出功率不能达到要求时，应该改换其他

6、形式的埋管，或者不改变埋管形式和数量，而是增加冷却塔以及锅炉进行弥补。在设计系统时，要维持地下换热器的热平衡，当冷负荷和热负荷之间存在较大的差距时，应该选用小的负荷值来确定埋管长度，同时可以添加一定的辅助设备来维持大的负荷。土壤的地热性能对桩埋管的影响与对其他形式的地源热泵的影响一样很重要，需要在前期进行地质勘查报告和热响应实验报告，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设计有着重要的意义。3桩埋管的方案设计3.1岩土试验在桩埋管的方案设计之前，要先进行室外钻孔试验，在相关的仪器使用之下进行岩土的热响应试验，并且利用相关的分析软件进行

7、分析得出相应的结果，比如初始温度、导热系数和容积比热容等等，其次要进行桩基的测孔，采用岩土的热物性测试仪再一次进行岩土的热响应试验，通过专业的软件分析在此得出相关的初始温度、导热系数和容积比热容。通过岩土的热响应试验，可以得出相应的地埋管地源热泵系统方案，而得出的数据中也可得知在夏季和冬季采用地埋管时释放和提取得热量的差异。我们选择 7月16日、8月7日、8月11日机组满负载运行的3d天进行分析。处理的3d数据如图3所示。由图知，桩埋管沿深度方向单位换热量基本稳定在125W/m。例举工程的地基采用了钢筋混凝土空心管桩，可以利用一部分管桩安装地埋管，既可以解决面积不足的问题，也可以节约一定的成本

8、费用；同时在实际操作的过程中也要考虑相关的因素，如室外埋管和根基埋管的长度、接管是否方便、运行调节是否可靠等，为此就必须设计相应的方案来加以解决。如图4的桩埋管接管示意图。3.2机房设计桩埋管地源热泵机房内的设备选型与布置与常规的地源热泵机房设计并无差别。机房内主要设备均为地源热泵主机、与之配套的负荷侧循环泵及埋管侧循环泵、软水处理装置、集分水器以及埋管侧和负荷侧的定压装置，需要说明的是，地源热泵埋管侧的定压通常采用高位水箱，系统简单，水力工况稳定，且很容易找到水箱的设置位置。 4对桩埋管的评价桩埋管的应用，可以有效的解决其他埋管形式在工程应用中的瓶颈，十分适合我国的国情，目前虽然对于桩埋管的

9、技术还没有从理论上更加系统的进行研究，所以我们就需要了解影响桩埋管桩埋管的因素，从而对症下药，提高桩埋管与建筑结构之间的结合率，从理论上深入的研地源热泵系统的流动性能以及传热效果，系统的设计桩埋管地源热泵，降低桩埋管换热器的热阻，提高其传热效率，将其在更广泛的范围中应用。在此过程中要想提高桩埋管的利用率，就需要充分了解哪些因素会对桩埋管换热产生影响，使其不能够被更广泛的人群所了解和使用：埋管形式，桩基埋管形式很多，各种形式的换热能力不同。埋管数量，桩埋管的直径一般很大，埋管数量的多少直接影响到桩埋管的应有效性。循环液的流量，一定程度增加循环液的流量可以提高桩埋管的换热效率，但流量太大换热效果提

10、高不显著，反而会增加功耗。桩基的布置，布置太密会形成“热屏障”，造成热短路不利于换热，应充分考虑间距的选取，布置形式可以是直线、平行线或者是环线。运行工况的选取，间歇运行工况有利于土壤温度的恢复从而改善换热能力。土壤特性，土壤中的含水量的变化影响换热能力，研究表明土壤的含湿量在25%50%之间时，换热能力随含湿量的增加而变化明显。从上述的影响因素可知，在我们进行桩埋管的过程中还受到诸多因素的影响，只有对桩埋管进行全面的分析和评价，才能更好的掌握桩埋管的相关理论和实践经验，服务于现实。5结语近年来，随着能源与环境问题的突出，建筑节能越来越受到人们的重视。地源热泵由于其高效、环保和节能的特点在国内

11、外很多的建筑中都得到了应用，同时不少学者对该技术作了深入的研究，使得该项理论得到更深入的发展。这也为桩埋管地源热泵在现实生活中的运用打下了理论基础。我们在实际的生活过程中，除了对于建筑质量追求之外，还要求所居住及工作的建筑内有良好的生态环境和舒适的供冷供暖系统，桩埋管地源热泵系统作为一种全新的埋管形式之一，满足了人们对于该项系统的追求，同时它也有助于在保护环境的同时还能够在一定程度上节约能源，符合现代的环保理念，对此我们就需要大力的推行这种地源热泵系统，又因为它本身所具有的高效性、经济性和适用性等优点都会使得在未来的社会中得到更广泛的应用。参考文献：1唐志伟.桩埋管地源热泵系统及其应用J.环境与能源工程学院.2013（02）2黎文峰.地源热泵桩基埋管的研究J.机械与能源工程学院.2013（01）4