【導讀】螅肂芄薈袇羋膀蚇罿肀葿蚇蠆芆蒞蚆螁聿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂螞袈膅莈蟻羀羈芄螁蝕膄膀螀螂羆蒈蝿裊膂蒄螈肇羅莀螇螇芀芆螆衿肅薅螅羈羋蒁螅肄肁莇襖螃芇芃蒀裊肀腿葿羈芅薇蒈螇肈蒃蒈袀莃荿蕆膆芅蒆肄罿薄蒅螄膄蒀薄袆羇莆薃罿膃節(jié)薃蚈羆膈薂袁芁薆薁羃肄蒂薀肅艿莈蕿螅肂芄薈袇羋膀蚇罿肀葿蚇蠆芆蒞蚆螁聿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂螞袈膅莈蟻羀羈芄螁蝕膄膀螀螂羆蒈蝿裊膂蒄螈肇羅莀螇螇芀芆螆衿肅薅螅羈羋蒁螅肄肁莇襖螃芇芃蒀裊肀腿葿羈芅薇蒈螇肈蒃蒈袀莃荿蕆膆芅蒆肄罿薄蒅螄膄蒀薄袆羇莆薃罿膃節(jié)薃蚈羆膈薂袁芁薆薁羃肄蒂薀肅艿莈蕿螅肂芄薈袇羋膀蚇罿肀葿蚇蠆芆蒞蚆螁聿莁蚅羄莄芇蚄肆膇薆蚃螆羀蒂螞袈膅莈蟻羀羈芄螁蝕膄膀螀螂羆蒈蝿裊膂蒄螈肇羅莀螇螇芀芆螆衿肅薅螅羈羋蒁螅肄肁莇襖螃芇芃蒀裊肀腿葿羈芅薇蒈螇肈蒃蒈袀莃荿蕆膆芅蒆肄罿薄蒅螄膄蒀薄袆羇莆薃罿膃節(jié)薃蚈羆膈薂袁芁薆薁羃肄蒂薀肅艿莈蕿螅肂芄薈袇羋膀蚇罿肀葿蚇蠆芆

　　

【正文】 考慮到管群的管井垂直度不可能絕對控制好建議連續(xù) 運行的管群至少間隔為 米以 上 （若采用串聯(lián)連接方式 ， 可采用三角形布置來節(jié)約占地面積 ） 。 當然從換熱角度分析 ， 間距大熱干擾少 ， 對換熱有好處 ， 但占地面積大 ， 埋管造價也有所增加。 6 埋管系統(tǒng)的管徑選擇及水力和換熱計算 管徑的選擇原則 在選擇和設計管徑時應考慮如下問題： ① 從運行費上考慮管徑越大越好 ， 以降低泵的輸送 功率 ， 減少平時的運行費 ； ② 從初投資上考慮管徑不能太大 ， 必須保證管內流體處于紊流 區(qū) （ Re ≥ 2100） ， 以增加流體與塑料管壁的換熱系數(shù) ； ③ 系統(tǒng)環(huán)路長度不要太長 ； ④ 不同的流體對阻 力和換熱都有影響，因此選擇管徑時應特別加以注意。 而在實際工程中確定管徑必須滿足兩個要求 ： （ 1） 管道要大到足夠保持最小輸送功率 ； （ 2） 管道要小到足夠使管道內保持紊流以保證流體與管道內壁之間的傳熱。顯然，上述兩個要求相 互矛盾，需要綜合考慮。一般并聯(lián)環(huán)路用小管徑，集管用大管徑，地下熱交換器埋管常用管徑 有 20mm、 25mm、 32mm、 40mm、 50mm， 管內流速控制 在 （ 經(jīng)驗數(shù)字是 之間 ） ,對 更大 管徑 的管 道， 管內 流速 控制 在 4mH2O/100m 當量長度以下。 埋管內工作流體 在國內南方地區(qū) ， 由于地溫高 ， 冬季地下埋管進水溫度在 0℃ 以上 ， 因此多采用水作為工作 流體；北方地區(qū)，冬季地溫低，地下埋管進水溫度一般均低于 0℃ ，因此一般均需使用防凍液。 防凍液一般應具有使用安全、無毒、無腐蝕性、導熱性好、成本低、壽命長等特點。目前應用 較多的有： ① 鹽類溶液 —— 氯化鈣和氯化鈉水溶液； ② 乙二醇水溶液； ③ 酒精水溶液等。 一般來說，鹽溶液具有安全、無毒、無污染、導熱性能好、價格低、使用壽命長等優(yōu)點， 其缺點是系統(tǒng)有空氣存在時，對大部分金屬具有腐蝕性。在正確選用管材、部件和系統(tǒng)內空氣 28 被排除干凈的情況下，鹽溶液是一種很好的防凍液。 乙二醇水溶液相對安全、無腐蝕性，具有較好的導熱性能，價格適中，但使用壽命有限， 且有毒。 酒精水溶液具有無腐蝕性、較好的導熱性、價格適中、使用壽命長等優(yōu)點，缺點是有爆炸 性和毒性。在使用酒精之前應用水將其稀釋，以降低其爆炸的可能性，由于其無腐蝕性，作為 防凍液很受歡迎。 有關水流量和壓力損失 計算管道壓力損失 在同程系統(tǒng)中，選擇壓力損失最大的熱泵機 組 所在環(huán)路作為最不利環(huán)路進行阻力計算?？? 采用當量長度法，將局部阻力件轉換成當量長度，和管道實際長度相加得到各不同管徑管段的 總當量長度 ， 再乘以不同流量 、 不同管徑管段每 100m 管道的壓降 ， 將所有管段壓降相加 ， 得出 總阻力。 水泵選型 根據(jù) 上 述計算最不利環(huán)路所得的管道壓力損失，再 加 上熱泵機組、平衡閥和其他設備元件 的壓力損失，確定水泵的揚程，需考慮一定的安全裕量。根據(jù)系統(tǒng)總流量和水泵揚程，選擇滿 足要求的水泵型號及臺數(shù)。 校核管材承壓能力 管路最大壓力應小于管材的承壓能力。若不 計 豎井灌漿引起的靜壓抵消，管路所需承受的 最大壓力等于大氣壓力、重力作用靜壓和水泵揚程一半的總和（ ph 這個數(shù)字比較保守） 即： p = p0 + 241。gh + ph 其中 p —— 管路最大壓力， Pa， p0 —— 建筑物所在的當?shù)卮髿鈮海?Pa 241。 —— 地下埋管中流體密度， kg/m3， 241。 g —— 當?shù)刂亓铀俣龋?m/s2 h —— 地下埋管最低點與閉式循環(huán)系統(tǒng)最高點的高度差， m， h ph —— 水泵揚程， Pa 土壤換熱器的選型計算其他注意事項 ① 地下埋管換熱器環(huán)路壓力損失限制在 30～ 50kPa/100m 為好，最大不超過 50kPa/100m。 29 ② 地下埋管系統(tǒng)單位冷噸 （ 1 冷噸 =3024kcal/h=）水流量控制 在 ～ t （ ～ kW 或 ～ /m in kW）為好，大于 t（ kW） ，泵 的消耗功率顯著上升。 ③ 循環(huán)水泵消耗功率 P 與熱泵容量名義冷噸之比控制在 50～ 75W/熱泵能力冷噸（ ～ ）為好。 ④ 最小管內流速（流量 ） ：在相同管徑、相同流速下，其雷諾數(shù)大小依次為水、 CaCl2 水溶 液、乙二醇水溶液，其臨界流速比為 1： ： 。說明采用 CaCl2 和乙二醇水溶液時，為了 保證管內的紊流流動，與水相比需采用大的流速和流量。 ⑤ 不同流體管內換熱系數(shù) aw (w/m2 k)計算 ： 相同流速 、 相同管徑下 ， 水的換熱系數(shù)最大。 其大小排序為水 、 CaCl2 水溶液 、 乙二醇水溶液 ， 其具體比值與管徑和流速有關 ， 其大小比值約 為 1： ～ ： ～ 。 ⑥ 管路沿程阻 力 hf（ kPa/100m）計算：由于地下埋管換熱器內流動一般均在紊流或紊流光 滑 （過渡 ） 區(qū)內 ， 即 2 100Re105。 在此范圍內 ， 根據(jù) λ 可用布拉修斯公式計算 ； 在相同管徑、 相同流量下， CaCl2 水溶液的 hf 為水的 倍；乙二醇水溶液的 hf 為水 的 倍。 其他工程建議 。土壤的導熱系數(shù)范圍通常介于 ～ （ w/） 之間 。 導熱系數(shù)為 的土壤被認為是極好的土壤 ， 盡量避免在土壤導熱系 數(shù)低于 的場合使用土壤熱泵，因為土壤的傳熱效果太差會使得系統(tǒng)的初投資過高。 鉆孔是豎埋管換熱器施工中最重要的工序 。 鉆孔機械一般可采用中淺孔巖心鉆機 ， 鉆孔的孔 徑一般為 200mm（單 U 型管 150mm） 左右 。 鉆孔施工前應對埋管場地的地質狀況進行了解 ， 特別 應注意是否有地下管線及其準確位置。應對地面進行清理，鏟除地面雜草、雜物和浮土，平整 地面，確定鉆孔的具體位置。鉆孔過程中產(chǎn)生的泥漿水從鉆孔位置冒出地面，施工前制定好排 水措施，在排水溝的末端挖一個泥漿池，對鉆孔過程中產(chǎn)生的泥漿在泥漿池中沉淀。 下管是工程的關鍵之一 ， 因為下管的深度決定采取熱量總量的多少 ， 所以必須保證下管的深 度（一般是將預先裝配好的埋管上面標好相應的深度記號，再運到施工現(xiàn)場）。下管一般采用 人力下管與機械下管相結合的方式，在施工過程中，由于孔內情況復雜，下管時可能遇到很大 的阻力?？梢圆捎孟旅娴姆椒ㄟM行下管：在 PVC 管上套上粗麻繩，輔以扶正機構，通過加力杠 桿作用于粗麻繩上 ， 以便下管 。 實踐證明 ， 該方法行之有效 ， 一般可增加下管 l0～ 20m； 另外一 種經(jīng)常采用的方法是用專用的下管器具直接用鉆機下管。 30 4. 為了使熱交換器具有更好的傳熱性 ， 常選用特殊物質制成的專用灌注材 料 （專用配方回填料） 進行注漿。灌注時要求泥漿泵有足夠的泵壓，保證泥漿上返至地表。同時注漿也必須連續(xù)，否 則會降低傳熱效果。注漿管與 U 型管一并下入孔內進行注漿。當上返泥漿密度與灌注材料的密 度相等時，注漿過程結束?；靥钗镏胁坏糜写罅降念w粒，回填過程必須緩慢進行，以保證充 實度，減少傳熱熱阻。早期回填材料使用鉆孔時取出的當?shù)卦b土壤經(jīng)過篩分（去掉其中的礫 石和石塊）回填，但是往往影響傳熱效果。 ， U 型管換熱器應盡量采用成卷供應的 管 材，以利用單根管制作成一個埋 管單元，減少連接管件。在回填之前應對埋管進行試壓。確認無泄露現(xiàn)象后方可進行回境，試 壓壓力值一般為管路流體正常工作壓力的 倍。如果有泄漏發(fā)生，則必須再進行現(xiàn)場補接。 ，由于水的浮力影響，將對放管造成一定的困難；而且由于水 中含有大量的泥沙，泥沙沉積會減少孔洞的有效深度。為此，每鉆完一孔，應及時把 U 型管放 入并采取防止上浮的固定措施。在安裝過程中，應注意保持套管的內外管同軸度和 U 型管進出 水管的距離。 ，應進行清洗、排污，確認管內無雜質后，方可灌水。 31 三、水源熱泵系統(tǒng)（ GWHP）的方案設計 一、地下水系統(tǒng)設計原則 如果有足夠的地下水量、水質較好，有開采手段，當?shù)匾?guī)定又允許，就可考慮應用此系統(tǒng)，下 面介紹一些基本原則： 1） 水井流量的要求由計算出來的最大得熱量和最大釋熱量確定； 2） 地下水系統(tǒng)應使用板式熱交換器進行水井水和建筑物循環(huán)水熱交換； 3） 對一個開放式系統(tǒng)，建筑物最好是低層結構以便減少水泵耗能； 4） 如果選擇一個帶有板式熱交換器的閉式地下水系統(tǒng)，建筑物的高度就不必考慮； 5） 在寒冷地區(qū)，地下水系統(tǒng)的井水側管道應保溫，系統(tǒng)側的循環(huán)水路要求防凍； 6） 對于地下水系統(tǒng)的投資效益比，較大的建筑物比小的建筑物好，因為地下水供回井的投資 并不隨系統(tǒng)容量的增加而呈線性上升； 7） 對于熱泵選擇的進水溫度取決于深井水的水溫平均水溫，深井水的水溫一般約比當?shù)貧鉁? 高 1~2℃ 。 我國東北北部地區(qū)深井水水溫約為 4℃ ， 中部地區(qū)約為 12℃ ， 南部地區(qū)約為 12~14 ℃ ；華北地區(qū)深井水水溫約為 15~19℃ ；華東地區(qū)深井水的水溫約為 19~20℃ ；西北地區(qū)淺井 水水溫約為 16~18℃ ；深井水水溫約為 18~20℃ ；中南地區(qū)淺井水水溫約為 20~21℃ 。 南京市深井水的水溫在 18℃ 左右 二、管井的設計步驟 一般情況下、管井設計大致可循下