地源热泵埋管基础知识

一、管材  

一般来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性。 

1、聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）

2、PVC（聚氯乙烯）管的导热性差和可塑性不好，易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用PVC 管。 

3、为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用薄壁（0.5mm）的不锈钢钢管，但目前实际应用不多。 

4、管件公称压力不得小于1.0Mpa，工作温度应在-20℃～50℃范围内。 

5、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择。 

6、地埋管应能按设计要求长度成捆供应，中间不得有机械接口及金属接头。

二、连接   

1、热熔联接（承接联接和对接联接，对于小管径常采用） 

2、电熔联结 

三、流体介质及回填料   

南方地区：由于地温高，冬季地下埋管进水温度在0℃以上，因此多采用水作为工作流体； 北方地区：冬季地温低，地下埋管进水温度一般均低于0℃，因此一般均需使用防冻液。 

①盐类溶液——氯化钙和氯化钠水溶液；②乙二醇水溶液；③酒精水溶液等）。

回填材料：可以选用浇铸混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料选择要兼顾工程造价、传热性能、施工方便等因素。从实际测试比较浇铸混凝土换热性能最好，但造价高、施工难度大，但可结合建筑物桩基一起施工。回填沙石或碎石换热效果比较好，而且施工容易、造价低，可广泛采用。

四、水平埋管

根据地质结构不同，钻孔孔径可以是Ф100、Ф150、Ф200或Ф300，湖南地区地表土壤层不是很厚，为了钻孔、下管方便多采用Ф150孔径。

 水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管等形式，由于多层埋管的下层管处于一个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。（单层管最佳深度1.2～2.0m，双层管1.6～2.4m）     近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，一种是扁平曲线状管，另一种是螺旋状管。它们的优点是使地沟长度缩短，而可埋设的管子长度增加。

五、地下换热量计算

地下换热量可以由下述公式计算：       

         Q1'= Q1*(1+1/COP1)   kW          

                      Q2'= Q2*(1-1/COP2)    kW          

 Q1'——夏季向土壤排放的热量，kW Q1——夏季设计总冷负荷，kW 

  Q2'——冬季从土壤吸收的热量，kW Q2——冬季设计总热负荷，kW 

 COP1——设计工况下水源热泵机组的制冷系数 

  COP2——设计工况下水源热泵机组的供热系数

  1.水平埋管： 确定管沟数目: 埋管管长的估算：利用管材“换热能力”，即单位埋管管长的换热量。水平埋管单位管材“换热能力”在20～40W/m（管长）左右，；设计时可取换热能力的下限值，即20 W/m。 

    单沟单管埋管总长具体计算公式如下：  

  L=Q/20 

    L ——埋管总长，m 

   Q ——冬季从土壤取出的热量，w 。

    分母“20”是每m 管长冬季从土壤取出的热量（W/m）；   

   确定管沟间距： 为了防止埋管间的热干扰，必须保证埋管之间有一定的间距。该间距的大小与运行状况（如连续运行还是间歇运行；间歇运行的开、停机比等）、埋管的布置形式（如单行布置，只有两边有热干扰；多排布置，四面均有热干扰）等等有关。

 六、垂直埋管

根据埋管形式的不同，一般有单U 形管，双U 形管，套管式管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，立式柱状管、蜘蛛状管等形式；按埋设深度不同分为浅埋（≤30m）、中埋（31～80m）和深埋（>80m）。 

1）U 形管型：是在钻孔的管井内安装U 形管，一般管井直径为100～150mm，井深10~200m，U 形管径一般在φ50mm 以下。 

2）套管式换热器的外管直径一般为100～200mm，内管为φ15～φ25ｍｍ。其换热效率较U 形管提高16.7%。缺点：⑴下管比较困难，初投资比U 形管高。⑵在套管端部与内管进、出水连接处不好处理，易泄漏，因此适用于深度≤30m 的竖埋直管，对中埋采用此种形式宜慎重。

3）          管层之间的间距宜≧1.2m。竖直埋管 确定竖井埋管管长 一般垂直单U 形管埋管的换热能力为60～80 W/m(井深)，垂直双U 形管为80～100W/m(井深)左右，设计时可取换热能力的下限值。

4）          一般垂直埋管为70～110W/m(井深)，或35～55W/m(管长)左右；设计时可取换热能力的下限值，即35W/m（管长）；水平埋管为20～40W/m（管长）。

5）          双U管设计具体计算公式如下：              

6）           L=Q1/25  

7）          L——竖井埋管总长（m） 

8）          Q1——夏季向土壤排放的热量（W）

9）          分母“35”是夏季每m管长散热量（W/m）

10）       确定竖井数目及间距      国外，竖井深度多数采用50～100m，设计者可以在此范围内选择一个竖井深度H，代入下式计算竖井数目:           

11）     N=L/(4*H)    

12）     N——竖井总数（个） 

13）     L——竖井埋管总长（m）  

14）     H——竖井深度（m）

15）     U型管竖井的水平间距一般为4.5m，也有实例中提到DN25的U型管，其竖井水平间距为6m，而DN20的U型管，其竖井水平间距

七、    注意事项 

1、垂直地埋管换热器埋管深度应大于30m，宜为60m～150m；钻孔间距宜为3m～6m。水平管埋深应≧.2m。 

2、地埋管换热器水平干管坡度宜为0.3%，不应小于0.2%。

3、地埋管环路之间应并联且同程布置，两端应分别与供、回水管路集管相连接。每个环路集管连接的环路数宜相同。

4、地埋管换热器宜靠近机房或以机房为中心设置。铺设供、回水集管的管沟宜分开布置；供、回水集管的间距不应小于0.6m。