直埋闭式地源热泵回填土性能研究
地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析
地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析摘要：试验研究了两种不同回填材料地埋管换热器的热响应性能、地源热泵运行对地源温度场的作用。
热响应测试发现回填材料黄沙+膨润土的传热能力优于水泥浆+膨润土,散热能力前者高于后者11%。
对某地源热泵的运行测试发现,在地下10m地埋管井壁处土壤最高温度出现在9月初、最低温度出现在3月初,随离井距离的增加,井外测点温度出现最值的时间延后2~3个月。
数据显示,一年后井外测点地下温度场有1.9~2.2K不等的温升,升高程度随离井距离的增加而增加。
本文对优化地源热泵设计、探讨地源热泵的可持续运行具有参考价值。
关键词：回填材料;地源热泵;土壤温度场中图分类号：TK529 文献标识码: A1 前言地埋管地源热泵技术由于其节能和环保的特点正受到越来越多的关注。
然而地埋管地源热泵的推广需要开展对地埋管换热器存在的一些应用和理论问题的研究,其中包括选择合适回填材料、热泵系统对地埋管区域土壤作用时的温度变化问题等。
比较理想的回填材料,不仅具有良好的护壁作用,还能降低埋管井与周边土壤的热阻,提高换热器管网对地下土壤的传热性能,减少地埋管的工程和造价,同时还能改善热泵的运行参数,提高系统的节能潜力。
在热泵系统运行期间,地下土壤温度场的稳定性是关系到系统运行的可靠性和可持续性的问题。
对于夏热冬冷的华东地区, 地源热泵通过地埋管与地下土壤进行取热和散热的双向传热作用,相对于单一制热的北方地区和单一制冷的南方地区,华东地区为地源热泵提供了理想的应用环境。
但是,对于所有地埋管型地源热泵来说,地下土壤温度场的稳定性问题仍然是值得关注的大问题。
热泵系统的冷热负荷对地下的热作用很难自然取得平衡,需要调查地下温度场的变化特性,以便制定优化的设计方案,确保系统长期稳定可靠的节能运行[1]。
目前国内对回填材料和地下土壤热平衡问题的研究局限于计算机模拟或短期试验研究[2~4], 缺少可靠的试验测量数据。
地埋管地源热泵系统的研究现状
Ｌｉ ｎ ｈ ｉＬｉ ｈ ａ Ｗ ａ ｇＸｉｈ ａ ＪｎＬｅ ｎ ｎ ａ ｍ ｉ ｇ ｕ ， ｕＺｅ ｕ ， ｎ ｎ ｕ ， ｉ ｉ ｄＹａ ｇＸｉｏ ｎ Ｐｅ ａ
地 表 浅 层储 存 的地 热 是 一 种 可 再 生 能 源 。据
估 计 ，世 界地 热 资源 总量 约 １ ５ １２ ，相 当于标 ． × ０６ ４ Ｊ 煤 约 为 ４． ５ １ ｔ 由于 传 统 能源 （ 、 石 油 、 ９ × ０ ５。 煤
通过 热泵 把大地 中的热量 升 高后对 建筑 物供 暖 ，同 时使 大地 的温度 降低 ， 即蓄 存冷量 ， 以备 夏季 使用．
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地埋管地源热泵技术的应用分析及设计中应注意的问题
地埋管地源热泵技术的应用分析及设计中应注意的问题摘要：介绍目前地源热泵在国内的发展状况、系统的构成及发展历程，以及地源热泵系统的优点，同时对设计中存在的问题进行分析和探讨。
关键词：地源热泵优点发展历程设计问题1地源热泵系统的介绍地源热泵是一种利用地球浅层资源（包括土壤、地下水、地表水或城市中水）的既可供暖又可制冷的高效节能的空调系统。
它利用铺设在土壤、地表水等中的换热管道，实现空调房间和土壤、地表水等的换热，以达到建筑空调的效果。
根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。
地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现由低温位热能向高温位热能转移。
地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。
通常地源热泵消耗1kWh的能量，用户可以得到3-5kWh以上的热量或冷量。
2地源热泵系统的构成地源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、地源热泵机组和室内采暖空调末端系统。
下面以地埋管地源热泵系统为例做一介绍。
2.1室外换热系统。
室外换热系统主要有两种形式，即水平埋管和垂直埋管。
选择哪种形式取决于现场可用地表面积、当地岩土类型以及钻孔费用。
尽管水平埋管通常是浅层埋管，可采用人工开挖，初投资比垂直埋管小些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，所以在实际工程应用中，一般都采用垂直埋管。
垂直埋管通过集水管汇集，在管道集水器端设置循环水泵，与室内热泵机组形成一个闭式系统。
2.2室内换热系统。
室内换热系统夏季通过地源热泵机组向空调房间的风机盘管提供冷冻水，由风机盘管内水-空气热交换器换热向空调房间提供冷风。
冬季由地源热泵机组向风机盘管提供热水采暖。
2.3地源热泵机组。
机组由封闭式压缩机、同轴套管式水/制冷剂热交换器、热力膨胀阀(或毛细膨胀管)、四通换向阀、空气侧盘管、风机、空气过滤器、安全控制等所组成。
地埋管土壤源热泵技术应用分析与研究
地埋 管土壤源热泵 技术应用分析 与研 究
蒋 盛 刘 舰 姜 国 伟
（ 辽 宁工业大学土木建筑 工程 学院， 辽宁 锦州 １ ２ １ ０ ０ １ ） 摘 要： 本文对地埋管土壤 源热泵技术工作原理、 基本组成 、 管材选用以仅 地下埋管形式等一些技 术特点进行 了分析与研究 ， 指 出土 壤 源热泵是制冷和供暖兼用的一种低碳 高效环保的新 型节能空调技 术 ， 并对其在我 国应用前景进行 了展望。 关键词 ： 土壤 源热泵； 地埋 管； 节能 １地埋管土壤源热泵技术工作原理 ３ ． １ 土壤源热泵技术优势所在。土壤源热泵室外地埋管换热器通常 地埋管土壤源热泵工作是利用热泵原理实现的 ，因为地下土壤层 可设置在花坛 、 草坪等下面 ， 与其上面覆盖的土壤层不断地进行着热量 温度波动变化较小且较为恒定 ，在冬季供暖时作为低温热源通过地埋 传递 ， 浅层土壤本身相当于是—个巨大的取之不尽 、 无处不在 的太阳能 管从浅层土壤中将热量取出来， 经过热泵提升温度后 向空调用户采暖 ； 集热器， 所以土壤源热泵利用的是可再生能源 ， 并且可节省一些地上场 同理夏季空调制冷时作为高温热源 ，将建筑物内取出的热量经过地埋 地空间。 管释放 回土壤层中去 ， 以便使能量收支平衡。 可以说地埋管土壤源热泵 土壤源热泵机组本身内循环所需的制冷剂充灌量 比传统空调机要 机组主要是由冷凝器、 蒸发器 、 制冷压缩机、 节流阀等几大部件构成 ， 随 少很多，属于 自含式系统没有渗漏发生，减少了对大气环境 的污染破 着不同季节气温变化， 通过四通阀转换通常可以在夏季空调供冷 、 在冬 坏 ， 与普通热泵系统相 比属于低碳清洁能源。同时夏季机组不需要冷却 季供暖以及平时供生活用热水之用 。 塔和空调室外机部分，可以有效控制热量排放造成 的温室效应和噪声 ２土壤源热泵系统基本组成及地下埋管形式 污染 ， 冬季机组通常不需燃煤锅炉作为辅助热源 ， 可以减少烟气等污染 ２ ． １ 土壤源热泵系统基本组成。 土壤源热泵供冷供热空调系统通常 物排放从而保护生态环境。 由三个部分组成 ： 土壤源热泵机组 、 建筑物室外地埋管换热系统 、 建筑 土壤源热泵机组适用范围较广 ， 可以在宾馆 、 学生公寓 、 住宅 、 别墅 物室内冷暖空调末端换热系统。其中土壤源热泵机组本体主要有水 一 等一些公共和民用建筑中应用 ， 夏季制冷 、 冬季采暖和 日常生活热水供 空气和水 一水换热两种不同形式，根据工程具体情况合理选择机组形 应 ， —套设备替换了传统 的冬季加热装置和夏季制冷空调机两套设备 ， 式。土壤源热泵系统各组成部分之间通过空气或水作为热交换媒介进 机组结构紧凑 ， 易于设备机房的建筑空间布置 ， 机组有效使用年限一般 行能量转移 ， 其中建筑物室内冷暖空调用户热媒可以是空气或水 ， 室外 较长 ， 可 以说一机三用 ， 大大节省了建设单位初投 资费用 ， 更适合于城 地埋管换热系统与土壤源热泵机组换热介质一般为水，可以说与普通 市近郊的小型建筑的室内供暖 、 空调工程。 地源热泵系统组成基本相同。室内末端空调形式一般根据用户不同要 土壤源热泵机组本身运转部件较少 ， 维修相对简单 ， 机组运行平稳 求采用低温地板辐射供暖或风机盘管加新风系统。建筑物室外地埋管 可靠。在冬季工况 ， 土壤源热泵地埋管作为热泵空调机的蒸发器吸收地 换热系统由埋藏于浅层土壤中的 Ｐ Ｅ管材为代表的盘管换热器和管道 下浅层土壤低品位热量， 因为地下土壤温度相对恒定受地上空气温度变 系统组成 ， 在冬季代替传统锅炉为代表的加热装置 ， 同理在夏季代替冷 化影响小 ， 不会 出现某些空气源热泵空调机蒸发器表面结霜现象 ， 不需 却塔为代表的放热装置 。 要除霜专用设备 ， 使 系统制热系数提高 ， 维护费用降低 ， 延长其使用 寿 ２ ． ２ 土壤源热泵地下埋管形式 命。 ２ ． ２ ． １ 地下埋管管材的合理选用。土壤源热泵地下埋管是与室外侧 ３ ． ２土壤源热泵技术存在问题。 尽管土壤源热泵优 点较多 ， 但 同时也 浅层土壤进行热量传递的换热器 ，因此其地埋管的管材性能优劣会对 存在—些技术问题亟待解决 。首先其地下埋管的敷设对整个系统的机 热泵机组运行的 Ｃ Ｏ Ｐ性能系数 、 系统运行维护费用 、 循环水泵扬程等 组性能及其运行管理都有一定影响 ，如埋设深度过大则增加施工土方 方面产生影响， 所以地下埋管管材的合理选用十分重要。 尽管金属管材 量 目 热泵工况复杂、 检修 困难， 过小则受地面环境变化影响大而难于布 般导热性能 良好 ， 但是其容易腐蚀渗漏 、 耗能高、 使用年限较短 ， 目前 置且热泵效率降低 ； 其次地埋管普遍采用 Ｐ Ｅ 塑料管材 ， 其传热性能由 实际工程中属于淘汰产品不在使用 了。所以土壤源热泵地埋管应优先 于受地下土嚷层杂质影响而使之与浅层土壤传热效果减弱 ，势必加大 选用耐腐蚀较强 、 热力稳定性好 、 机械强度高 、 导热性能好、 流动阻力小 了地 下埋 管 的换 热 面积 ， 从 而增 加 了地 下埋 管耗 材费用 。 的高密度聚乙烯 Ｐ Ｅ塑料管， 并且其还具有使用寿命较长 、 初投资及造 ４地埋管土壤源热泵技术应用前景展望 价较低 、 节能环保等优 点。 地埋管土壤源热泵作为一种新技术与传统 空调热泵相 比具有低 ２ ． ２ ． ２ 水平式地下环路埋管形式。土壤源热泵水平式地下环路埋管 碳 、 节能 、 环保等许多优点 ， 符合 当今我 国倡导的构筑节能减排节约型 形式土方开挖工作量少， 地下环路埋管深度较浅平均在 ２ ｍ 以内 ， 挖沟 社会发展要求 ， 值得在我国广泛推广应用。 但是还要看到我国土壤源热 槽等土建成本与打井相 比较低， 安装施工及维修简单方便， 但缺点是水 泵技术还处在起步阶段， 在理论研究与实践应用上掌握的还并不全面 ， 平式埋管形式因为管材埋深偏浅， 故所需工程场地面积大， 同时其易受 再加上此项技术涉及面较广 ， 包括热能动力工程、 暖通空调 、 地质勘探 地上环境诸如降雨雪 、 气温波动、 地面荷载等变化影响较大， 系统全年运 等多领域 、 多学科技术 ， 这就要求不同专业技术人员应对于某一待建工 行性能较差使其应用受到一定限制 ，目前在实际工程中可以用在对室 程提前【 故好技术经济分析 比较 ， 确保土壤源热泵工程质量。同时由于我 内温度要求不高且场地开阔的小型公共建筑的冬季供暖工程。 国幅员辽阔不同地区地质情况 、 经济发展水平千差万别等原因， 使土壤 ２ ． ２ ． ３ 垂直式地下环路埋管形式。土壤源热泵垂直式地下环路埋管 源热泵技术应用在一些地区受到限制。但是随着我国建筑业的快速发 通常的施工方法是将高密度聚乙烯 Ｕ形塑料管分组放置于若干垂直钻 展和能源消耗 日益增加， 我们应继续加大这方面理论与应用研究 ， 有理 孔 内， 有深埋和浅埋两种敷设形式。 深埋深度一般 情况下为地面下 ３ Ｏ ～ 由相信不远的将来土壤源热泵技术在我国一定会有更加广阔的应用前 １ ８ ０ ｍ， 是根据施工现场的实际情况经过地质勘探后决定的 ； 浅埋深度 景 。 较浅 ， 一般为 ８ ～ｌ Ｏ ｍ， 其受地上环境因素影响与深埋相比较大。垂直式 参 考文献 地下环路埋管形式所需地上场地面积通常较小 ，并且因为深层土壤的 【 １ 】 李 芄． 关 于热泵技 术应 用 的几个 问题Ｊ Ｊ ］ ． 节 能， ２ ０ ０ ６ ， １ ２ （ ４ ） ： １ ９ － ２ ４ ． 温度场受四季变换 、 环境波动影响小， 热稳定性好传热系数高 ， 整个 系 ［ ２ ］ 郑万兵， 吴宜珍． 土壤 源热泵技术分析忉． 武汉科技 学院学￣－ ２ ０ ０ ５ ，１ ８ 统运行稳定，所 以在大型建筑的冷暖空调工程中如选用土壤源热泵作 （ ６ ） ． ４ ７ ＿ ４ ８ ． 为热源， 大多采用垂直式 ｕ型地埋管形式。 但是其埋设管道时施工过程 ［ ３ 亚娟， 革非． 土壤源热泵的研究与应用叨． 制冷与空￣２ ０ ０ ５ ， １ ９ （ ４ ） ： ７ ６ ． ７９ ． 较为复杂 ， 还需使用钻孔专用设备， 增加了系 统初投资费用。 ３地埋管土壤源热泵技术的优势及存在 问题
地下水源热泵系统中回灌能力分析
组 ２台 ， 热量 １ １ ｋ 、 率 ２ ０ Ｗ 机 组 ２台提 供 。 制 ０Ｗ 功 ０ ４ｋ
根据 区域水 文地 质条件 。在住宅 小 区所 在 范 围内凿井
取水 ， 利用地 下水 作为水 源热泵 系统 的冷热 源 ， 源 选 水 用第 四系孔 隙水【 ４ １ 。
住 宅 小 区所 在 的水 文 地 质 单 元 属 还 乡 河 冲洪 积 扇 顶 部平 原 水 文 地 质 区 。含 水组 在 垂 向上 划 分 为 四 个 含水 组 ， Ｉ、 Ⅲ 、 即 Ⅱ、 Ⅳ含 水 组 。 １、 第 Ⅱ含 水 组 属 潜水 ， Ⅲ、 第 Ⅳ含 水 组 均 属 承 压水 ， 中 以第 Ⅱ 、 其 Ⅲ含
水 组 （ ，含 水 组 底 板 埋 深 一 般 在 １ ～ ０Ｉ 左 右 ， Ｑ） ０ ３ Ｉ Ｔ 含
收 稿 日期 ：０ １ １－ ２ ２１－１０ 作 者 简 介 ： 宏 亮 （９ ７ ） 男 ， 北 乐 亭 人 ， 级 工 程 师 ， 事 水 文水 资 源 分 析 与 评 价 工作 。Ｅ ｍａ ： ａｈｗｄ＠１ ３ｃｒ 赵 １７ 一 ， 河 高 从 — ｉｚ ｏ ｌｉｅ ６ ． ｎ ｌｈ ｏ
摘
要 ：近年 ，地 下水 源热 泵技 术在 我 国被 广泛 应 用 ，并在 节 能 、环保 等 方 面取 得 了一定 效 益 。但
是 ，回灌 问题仍 是 困扰我 国地 下水 源热泵发 展 的瓶 颈 。 以唐 山市丰 润 区 乡居假 日住 宅 区 Ａ ４区地 下水
源热泵 系统 的应 用为例 ，从 区域 水 文地质 条件 方 面 ，对水 源热 泵 系统 中地 下 水 回灌能 力进 行 了分析 ．
回填材料对埋地换热器传热性能的影响研究
目前 随着全球 经济 的快 速发展 、能源 消耗过大 ，不仅 造成 资源 浪 费 ，也 引起 了 系列环 境 问题 ，特 别是 全 球气候变 暖 ．土壤源热 泵集成 系统 ，在加大 可再生 能源 （ 例如地 热能和 太 阳能）利 用柙度 、减低 空调冷热 源排 放 Ｃ ： Ｏ 引起 的温室效 应方面 都起到 了积极 的作用 ，成 为国 内建筑 节 能及暖遁 调界研 究 的热 点．特 别是
近年 来 ，随着地源 热泵项 目应 用规模 的不断扩 大 ，有 必要对 整个 系统 尤其 是地埋管 部分 的优 化进行 考虑 ，而
回填材 料作 为影响埋地 换热器 换热效 果好坏 的重要 因素，更成 为进 一 步研究地源 热泉 技术 的关键环节 ． 国 内在 回填材 料 的配 比和热 物性 方 面展 开一 系列研 究 ．例 如 ，张旭 …等 人对不 川 比例 Ｉ 混 合物 的换 沙
ｕ ｄｒｈ ｎ ｉｏ ｆ ｉｅｅｔａｋ ｌｍ ｔ ｉｓ ｔ ｉ ｊ ｅｓ ｈ ａｉ ｉ ｓ ｆｈ ｅｔｒ ｓ ｒａ ｆｈ Ｅｗｉ ｎ ｅ ｅ ｏ ｄｔ ｎ ｄｆ ｒ ｃ ｆｌ ａｅ ａ ａ ｉ ａ ａ．Ｔ ｅ ｒ ｔ ｎ ｔｅ ａｔ ｎｆ ｔｏ ｔｅ ｔ ｃ ｉ ｏ ｎ ｂ ｉ ｒ ｌａＴ ｎ ｎ ｒ ｖ ａｏ ｏ ｈ ａ ｅ ｒ ｅ ＧＨ ｔ ｈ
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地埋管地源热泵土壤温度场实验分析_刘业凤
专题研讨暖通空调ＨＶ＆ＡＣ ２０１４年第４４卷第３期１１９ 地埋管地源热泵土壤温度场实验分析上海理工大学 刘业凤☆ 艾永杰△ 熊月忠摘要 利用地埋管地源热泵实验系统，研究了地埋管地源热泵在冬季供暖和夏季制冷工况下，埋管间距分别为５．６５ｍ和４ｍ情况下，地下土壤温度随时间的变化；在夏季制冷工况下，对比了两种埋管间距下，地埋管热干扰现象对热泵机组运行效率的影响；研究了夏季制冷工况下，埋管间距为５．６５ｍ时，热泵采取间歇性运行方式下地下土壤温度随时间的变化。
结果显示，埋管间距为５．６５ｍ时，周围土壤温度变化幅度较小，地埋管换热器换热效果更好，比埋管间距为４ｍ情况下约节能１３％；与连续运行方式相比，间歇运行方式下热泵机组的运行效率约提高７％。
关键词 地埋管地源热泵 土壤温度场 埋管间距 热干扰 运行效率 间歇运行Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｗｉｔｈｇｒｏｕｎｄ－ｓｏｕｒｃｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍＢｙ Ｌｉｕ Ｙｅｆｅｎｇ★，Ａｉ Ｙｏｎｇｊｉｅ ａｎｄ Ｘｉｏｎｇ ＹｕｅｚｈｏｎｇＡｂｓｔｒａｃｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ－ｓｏｕｒｃｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ，ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｏｉｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｔｉｍｅ ｉｎ ｗｉｎｔｅｒ ａｎｄ ｓｕｍｍｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｂｕｒｉｅｄ ｐｉｐｅ ｓｐａｃｉｎｇ ａｒｅ５．６５ｍａｎｄ ４ｍ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎ ｓｕｍｍｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｃｏｍｐａｒｅｓ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｏｎ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｕｎｉｔｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂｕｒｉｅｄ ｐｉｐｅ ｓｐａｃｉｎｇ．Ｉｎ ｓｕｍｍｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｏｉｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｔｉｍｅ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｕｎｉｔ ａｄｏｐｔｓ ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｕｒｉｅｄ ｐｉｐｅ ｓｐａｃｉｎｇ ｉｓ ５．６５ｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｈｅｎ ｂｕｒｉｅｄ ｐｉｐｅ ｓｐａｃｉｎｇ ｉｓ５．６５ｍ，ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ｓｍａｌｌ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｃａｓｅ，ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｒｅｄｕｃｅｓ ｂｙ ａｂｏｕｔ １３％ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｉｎ ｔｈｅｃａｓｅ ｏｆ ｂｕｒｉｅｄ ｐｉｐｅ ｓｐａｃｉｎｇ ｏｆ ４ｍ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｕｎｉｔ ｉｍｐｒｏｖｅｓｂｙ ａｂｏｕｔ ７％ｉｎ ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｉｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｇｒｏｕｎｄ－ｓｏｕｒｃｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｓｏｉｌ，ｂｕｒｉｅｄ ｐｉｐｅ ｓｐａｃｉｎｇ，ｔｈｅｒｍａｌｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ★Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ ｆｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ，Ｃｈｉｎａ 地埋管换热器是地埋管地源热泵的重要组成部分，对地埋管地源热泵的运行起着决定性作用，对热泵系统的运行稳定性和运行效率起着重要作用。
如何增强地源热泵竖直埋管地下换热器换热性能
的可泵性 ，故砂 置换 率不能过高 ，以６ Ｏ ％～ ８ ０ ％为佳。
在砂 中加入少量的膨润土 ，添加膨润土 的用 量可 以增 加导热性 ，并能改善回填材料 的可 泵性 。但 是膨 润土吸水 膨胀 ，故不 能过 量 ，实验得出加入量不宜超过５ ％。
对于 回填材 料的优化 ，应将理论分析 与实践 工程相结
３ ９ ｍｍ时 钻 孔 热 阻 为０ ． ０ ６ ４（ ｍ． Ｋ） ／ Ｗ ，当 各 支 管相 互 靠 紧 时 ，即 当半 宽 Ｄ 为２ ２ ． ６ ｍｍ时 ，钻 孔 热 阻 可 达 Ｏ ． １ ３ ９（ ｍ
・
的回填材料和最大 限度地减 少热短路是提高换热器换热性
能的必要途径。 （ １） 地 下 换 热 器 形 式通 常 有 单 Ｕ型 ，双 Ｕ型 ，１ ＋ ２ 型
为了在施工中保证把钻孔 内热阻 降为最低 ，目前通 常 采用 人工下管 。下 管前 ，将灌浆 管与Ｕ 型 管捆绑在一起 ， 并加 上定位器 （ 此时定位器处于压缩状态 ）。捆绑 既要保 证 每根 管竖 直不 能弯 曲 ，又 要防 止灌 浆管灌 浆过 程 中提 升 困 难 ，Ｕ型 管 头 部 需设 防 护 装 置 ， 防止 在 下 管 过 程 中 损 伤 。在施工过程中 ，由于孑 Ｌ 内情况复 杂 ，下管时可能遇到 很 大 的 阻 力 ，应 在 Ｕ型 管 内 充 满 水 ，增 加 自重 ，减 少下 管 过程 中的浮力。并辅 以扶正机构 ，通过加 力杠杆 下管 ，当 Ｕ 型管 下到底部后 ，打开 定位器 ，这 时定 位器会尽量 分开 Ｕ 型管 ，保证管 间距离最 大 ，从而减 少钻 孔 内热阻 ，提高
合进行深入研 究 ，最 终找到高效、经济 的回填材料 。 三 、热短路
热 短 路 现 象 是 造 成 地 下 换 热 器 热 损 失 的 一 个 重 要 原
地源热泵埋地换热器回填土的实验研究
（ ｕ ｎＤ ｎ ｎｖｒｉ ｆ ｅｈ ｏ ｇ ， ｕｎｚ ｏ ０ ６ Ｃ ｉａ Ｇ ａ ｇ ｏ ｇＵ ｉ ｓｙｏ Ｔ ｃｎｌ ｙ Ｇ ａｇｈｕ５０ ０ ， ｈｎ ） ｅ ｔ ｏ １
Ａ ｓ ａ ｔ Ｔ ｅｍ ｉ ｏｊ ｔ ｅｏ ｅ ｒｓｎ ｓ ｄ ， ｈｃ ａ ｅ ｏ ｄｆ ｅ ｒ ｍ ｕｎ ｚｏ ｔｈ ｎｖｒｔ ｌ ｅ， ｂ ｔ ｃ： ｈ ａ ｂｅ ｉ ｆｈ ｅｅｔ ｔ ｙ ｗ ｉｈｗ ｓ ｒ ｒ ｒ ｈ ｓ ｔ ｅｉ Ｇ ａｇｈ ｕａ ｔｅｕｉｅ ｉ ｖｌ ｒ ｎ ｃｖ ｔ ｐ ｕ ｐｆ ｍｅ ｏ ｔ ｆ ｔｉ ｎ ｉ ｓｙｅ
１ 前 言
子 、 土作 为 回填 材 料 的导 热 系数 以及 对 埋 地 换 粘 热器 的换 热性 能 的影 响。
自２ 纪 ５ ０世 ０年 代起 ， 国 就 开 始 了对 热 泵 我
技术的探索研究 ， 主要集 中在对空气源热泵 和 但 ２ 实验 纪 ８ ０年 代末 ， 国内的许多学者开始 了对地源热泵 的探索
维普资讯
ＦＬ Ｄ ＵＩ ＭＡＣＨＩ ＮＥＲＹ
Ｖｏ． １ ３５， ． ２ ０７ Ｎｏ ８， ０
文章 编 号 ： １０ －－ ２ （０ ７ ０ — ０ ６ —０ ０ ５－ ３９ ２０ ） ８ ０ ０ ３ －０ － －
地源热 泵埋地换热器 回填 土的实验研 究
刘 湘云 。 陈 颖。 赖康 平 。 史保 新
５００ ） １０ ６ （ 广东工业大学 ， 广东广州
摘
要 ： 采集 了地 源热泵埋地换热器不 同深度 的粘土以及准备 回填的沙土 、 混凝 土样本 ， 对其 含水率 和导热 系数进 行
了测定 。同时对粘土 和沙子作 为不同回填土时 ， 热器性 能进行 了研究 。实验 表明 ， 换 相同含 水率 条件下 ， 混凝 土 的导 热
地埋管地源热泵系统垂直井孔回填材料换热效率研究
俄 托 ’地 沮
１ 引 言
地 源 热 泵 回 填 材 料 的 选 择 ，对 丁 提 高 系 统 运 行 效 果 ．减 少 投 资 等 方 而 有 符 重 要 的 意 义 。 近 卜多 年 来 ．仃 填 材 料 的 研 究 表 明 ．高 性 能 的 回 填 材 料 除 Ｊ 耍 冉 良 ＆ 的 导 热 性 能 外 ，还 要 有 较 好 的 流 动 性 、粘 结 性 以 及 较 低 的 渗 透 性 和 失 水 收 缩 性 等特 点 。 本 义 以 唐 山 市 阜 区 中 医 院 浅 层 地 温 能 州 评 价 项 ¨ 为 依 托 ．通 过 对 两 种 小 同 川 填 材 料 换 热 效 率 的 研 究 ．确 定 ＿ｒ 一种 导热 性 能 较 好 的 同 填 材 料 ．Ｊ１ 用 于 Ｉ 稃 以 提 高 地 管 的 换 热 效 率 。
（２）原浆 ＋细 砂 回填 料 钻 孑Ｌ时 自然 返 浆 上 来 的 原 浆 加 细 砂 作 为 回填 材 料 。
４ 测 试 设 备 与 原理 ，
测试装置采用 了北京华清荣昊新 能源 开发有限责
任公司开发 的浅层地 热能冷 、热 响应 试验 台。本 次测
２０１ ８年第 ｌ期
河 北 地 质
地 埋 管 地 源 热 泵 系 统 垂 直 井 孑Ｌ回填 材 料 换 热 效 率 研 究
王 朋 赵 昕 宁 苏 玲 李 品 品 牛 志科 季 倩 男
（河 北 省 地 矿 第 地 质大 队 脚 Ｉｌ１ ０６３０００）
摘 要 地 源 热 Ｉ¨１填 材 料 的选 择 。埘 丁提 Ｉ岛系统 运 行 效 果 ，减 少 投 资 等 方 Ｉ＿ １＿Ｉｆｎ 着 蕈 要 的 意 义．小 次 唐 山 ｆｔｉ ｆ－『々ｉ 【Ｉｌ医 院 浅 地 热 地 质 条 什 评 价 项 ｆ Ｉ．对 陔 区域 浅 层 地 热 地 质 条 件 ｌＩＪＪ的 Ｉ】ｌ】．刈 该 Ｉ 域 地 热 泉 系 统 睡竖 直 井 【｝１采 川 不 同 的 州 琐 材 料 所 产 生 的 ４ 同换 热 效率 进 行 了 研 究 。
不同回填材料对地源热泵埋管换热性能的影响
不同回填材料对地源热泵埋管换热性能的影响关键字地埋管回填材料土壤温度场换热地源热泵系统可以按制冷工况和供热工况运行。
夏天制冷工况下，空调房间的冷负荷与压缩机所耗功转化为热量排入地下土壤中。
一般很少采用将冷凝器盘管直接埋入地下的做法，通常通过中间介质（如水）的循环，达到热量转移的目的。
地下埋管换热器与冷凝器连接换热，埋管连成一个封闭的回路，水泵提供动力，水在回路中循环，循环管路在冷凝器中吸收制冷剂的热量，通过地下埋管换热器传给土壤。
在供热工况下，转动四通阀，与埋管换热器换热的冷凝器变成热泵机组的蒸发器，埋管换热器里的循环水吸收土壤的热量，流经蒸发器时把热量释放给制冷剂。
1 模型的物性参数模拟的一个重要前提条件是设置物体的物性参数。
影响换热的物性参数主要包括密度、比热容、导热系数。
土壤是地源热泵的冷热源，土壤的热物性参数很大程度上影响着地源热泵系统的换热效果。
根据资料给出表1典型土壤材质的热物性参数。
地源热泵模型除了设置土壤的物性参数，还需设置管材、回填材料和水的物性参数，本文模型中管材为高密度聚乙烯管，回填材料为20%膨润土加80%SiO2沙子，土壤为某地多种土壤材质的加权平均值。
模型物性参数如表2所示。
2 非稳态模拟本文研究不同导热系数的回填材料对埋管换热性能的影响。
建立埋深均为100m，埋管入口流速均为0.4m/s，两管脚间距均为80mm的单U 垂直埋管模型。
改变填充层导热系数分别为1.2W/（m·K）、1.7W/（m·K）、2.2W/（m·K）、2.7W/（m·K）、3.2W/（m·K）、3.7W/（m·K）时，以0.5W/（m·K）的等间距之差，研究埋管换热器出口温度、进出口温差和单位井深换热量的变化。
图1到图3是改变填充材料的导热系数得到的前2小时、2小时到1天和1天到10天埋管出口溫度变化曲线。
从图1可以看出，由于只改变填充材料物性，其他条件不变化，运行初期出口温度基本相等，随着运行时间的增长，埋管周围填充层导热速度快慢不同，出口温度就有了变化。
《2024年动态负荷下地源热泵性能研究》范文
《动态负荷下地源热泵性能研究》篇一摘要：随着绿色、低碳和节能理念在建筑领域的普及，地源热泵作为可持续、环保的建筑冷暖供应技术受到了越来越多的关注。
本文旨在研究动态负荷下地源热泵的性能表现，通过实验数据和理论分析，探讨其运行效率、稳定性及可能存在的问题，为地源热泵的优化设计和应用提供理论依据。
一、引言地源热泵技术是一种利用地下恒定温度资源为建筑提供冷暖供应的技术。
在动态负荷下，地源热泵系统面临着室内外温度变化大、负荷波动频繁的挑战。
因此，研究动态负荷下地源热泵的性能表现，对于提高其运行效率、稳定性和节能效果具有重要意义。
二、地源热泵系统概述地源热泵系统主要由地下换热器、热泵机组、循环水泵和控制系统等部分组成。
该系统通过地下换热器与土壤进行热交换，将地下的稳定热能传递给建筑内部的空调系统，从而实现供暖或制冷的目的。
三、动态负荷对地源热泵性能的影响（一）负荷波动的特点在动态负荷下，地源热泵系统面临室内外温度变化大、负荷波动频繁的挑战。
特别是在极端气候条件下，系统负荷的波动幅度更大，对系统的稳定性和运行效率提出了更高的要求。
（二）性能表现分析1. 运行效率：在动态负荷下，地源热泵系统的运行效率会受到一定影响。
当负荷波动较大时，系统需要频繁调整运行参数以适应负荷变化，导致运行效率降低。
2. 稳定性：地源热泵系统在动态负荷下的稳定性也是一个重要指标。
由于地下换热器的热交换过程相对缓慢，当系统负荷变化较快时，可能导致系统稳定性下降，影响供暖或制冷效果。
3. 能耗：动态负荷还会导致地源热泵系统的能耗增加。
为了满足负荷变化的需求，系统需要更多的能量输入，从而增加了能耗。
四、实验方法与数据采集（一）实验方法本研究采用实验方法，通过在不同动态负荷下对地源热泵系统进行实际运行测试，收集相关数据。
（二）数据采集与处理实验过程中，我们主要采集了以下数据：系统运行时间、负荷变化情况、供暖/制冷量、能耗等。
通过对这些数据的分析和处理，可以得出地源热泵系统在动态负荷下的性能表现。
竖直埋管地源热泵系统研究进展
竖直埋管地源热泵系统研究进展摘要：地源热泵作为利用可再生能源的一种技术，因其具有节能、高效、环保的优势，发展迅速并有广泛的市场需求.本文从地源热泵的主要形式、特点及优劣势、新型多热源复合式地源热泵系统等方面，探论了国内外研究现状和存在的问题，阐明地源热泵在建筑节能中的重要地位和未来发展趋势.关键词：竖直埋管地源热泵；系统运行;监测平台；实验测试；传感器；热工参数引言热泵是一种通过做功使热量从低温环境流向高温环境的装置。
地源热泵系统是以岩土体、地下水或者地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。
根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统[1]。
地埋管地源热泵系统利用地下深层土壤温度相对稳定的特性，通过埋设在地下的换热器系统与土壤进行冷热交换，从而实现供冷供热的目的。
随着国家提倡节能减排，坚持建设资源节约型、环境友好型社会，建设项目广泛使用地埋管地源热泵系统来供冷供热。
由于地埋管换热系统属于隐蔽工程，合理的设计和高质量的施工是地埋管地源热泵换热系统长时间高效运行的必要条件，所以笔者根据以往实例对地埋管地源热泵系统设计和施工中的关键控制点提出自己的建议。
1竖直管地泵技术的实际应用长春市某4层办公楼采用U形管形式的地泵技术，设计了16个100m深的直径不等的热交换井，工程自投入使用半年来，当室外最低温度达到30℃时，室内可达到15～20℃，CO2的排放量减少了30t，SO2的量减少了1.5t。
河北省廊坊市的新奥高科工业有限公司采用U形管形式，从2008年建成投产以来，系统已连续运行4a，实践证明该项目达到了设计预期，满足了设计要求。
重庆某绿色建筑示范楼为依托，采用在双U型垂直地埋管上预埋热电偶温度传感器的方式，对其地下埋管换热情况进行长期监测，并通过模拟及实测相结合的方式对地埋管不同深度的换热效果进行研究，并最终得出该项目的最佳地下换热器埋管深度，为实际工程做指导。
竖直地埋管地源热泵施工中的若干问题探讨57
竖直地埋管地源热泵施工中的若干问题探讨摘要：随着我国经济的快速发展，能源和环境问题却越来越严重，人们对能源和环境问题十分关注，人们更加重视利用可再生能源的地源热泵，这种技术得到快速的发展，但是在发展的同时遇到很多问题。
本文对竖直地埋管地源热泵实施中存在的问题进行研究与分析，使此种技术可以得到更好的发展。
关键词：竖直埋管；地源热泵；施工；问题；探讨一、施工准备阶段存在的问题1.竖直U形地埋管成品弯头的选用对于竖直U形地埋管，埋管前应进行组装，组装U形管的时候选择定形的U形弯头成品件，如果使用两个弯管对接的话，连接处内部就会凹凸不平，使得管路系统不通畅导致水流经过U形管时产生很大的阻力，影响换热效果。
2.竖直U形管管卡问题在竖直地埋管地源热泵施工时，怎样防止供、回水管热量回流是人们一致研究的问题，竖直地埋管产生热量回流的原因是供水管和回水管并排布置，贴靠在一起，但是管内的温度不同，随着深度的增加，热量回流造成很大的影响。
应该利用专用的地热弹簧将两个支管分开，并且使其与灌浆管连接，还可以用塑料管卡或者是塑料短管等支撑物将两个支管撑开，并将支撑物绑在支管上。
3.排水沟和泥浆池对管井的影响从施工程序来看，在钻孔施工之前应当对排水沟和泥浆池进行清理，以适应施工的实际需要进行泥浆的排放。
由于钻孔产生的你讲谁会喷出地面，可就此机会挖出排水沟，排水沟末端与泥浆池相连接，从而促进一个连续的运行过程，有助于喷出地面的泥浆直接流入泥浆池进行沉淀，促进回填。
但是在实际施工过程中，泥浆池的建设往往不尽人意，位置选择和宽度设计存在一定问题，从而不利于后期的相关工序的实施。
这就要求相关施工人员应当在施工过程中，全面布局规划，综合考量可能会产生影响的多种因素，进而选取最优化的方案进行施工。
二、竖直地埋管及水平管连接施工中存在的问题1.竖直地埋管井间距问题在实际的施工过程中，地埋管井的位置选取以及确定都需要严格遵照设计方案和图纸进行定位，以便竖直地埋管的施工符合国家标准和施工要求，从而保证施工的稳定运行。
直埋闭式地源热泵回填土性能研究
收稿日期:2002211213文章编号:025420096(2004)022*******直埋闭式地源热泵回填土性能研究庄迎春1,孙友宏2,谢康和1(1浙江大学建筑工程学院,杭州310027;2吉林大学建设工程学院,长春130026)摘 要:回填土的性能对直埋式地源热泵的设计有一定的影响。
对直埋闭式地源热泵用回填土的性能参数中的密度、含水率、饱和度以及导热系数进行了数学定义,并指出影响导热系数的主要因素是密度和含水率。
用平板探针原理的室内试验的方法研究了各种物质组成情况、时间以及不同温度对导热系数的影响,并对试验的结果进行了详细的分析,得出了随各种影响因素而变化的曲线。
试验结果表明,膨润土不适合单独用于回填材料,需与水泥配合并推荐使用非饱和态。
导热系数随水灰比的减小而增加。
掺入大颗粒的骨料是提高导热系数的有效途径,砂含量的增加使导热系数往往呈线性增长。
当水灰比为0145且砂的置换率为80%时回填材料具有较满意的导热性能,值得推荐使用。
关键词:地源热泵;回填土;性能参数;导热系数中图分类号:T K529 文献标识码:A0 引 言直埋闭式地源热泵系统一直以来以其工作可靠性好、维护费用低、可再生及零污染等优点[1]而被国际地热泵组织所推荐使用。
目前,流行的两种直埋式地源热泵系统如图1所示,分别为“U ”型和同轴(套管)式。
它们是靠其地下换热装置与地层之间进行热交换对建筑物实现供暖/制冷作用。
由于其与室内温差较之室内与室外空气的直接温差小而提高了供热效率,被誉为“二十一世纪最有效的空调技术”[2]。
图1 直埋闭式地下换热装置图Fig 11 types of the vertical buried G eo Exchanger地源热泵系统的工作效率由热泵本身的热机效率、管道的绝热性能以及地下换热器的热交换能力决定着。
目前,对地下换热器的热交换能力的研究工作主要集中U 型管/同轴套管的传热模型[3],[4]、设置间距设计[5]以及土壤的温度场[6]及热物性[7]等方面,而对管道与地层之间起着决定性作用的回填土性能研究甚少,国内尚无相关文献。
地埋管地源热泵系统垂直井孔回填材料研究
地埋管地源热泵系统垂直井孔回填材料研究马志强（北京市勘察设计研究院有限公司，北京 100038）摘要：本文通过对回填材料配比及导热系数的研究，发现回填材料的导热性能对换热孔总长的影响是有限的，采用本文研究的回填材料可以满足北京地区各类地层的要求，既满足工程需要，又具有较好的经济效益。
关键词：回填材料；导热系数；换热孔总长。
0 引 言地源热泵回填材料的选择，对于提高系统运行效果，减少投资等方面有着重要的意义。
近十多年来，有关回填材料的研究表明，高性能的回填材料除了要有良好的导热性能外，还要有较好的流动性、粘结性以及较低的渗透性和失水收缩性等特点。
有关回填材料的研究成果，或是选用的骨料成本昂贵，或是导热系数不够理想，都比较难以应用到实际工程中。
本文试图通过对回填材料的研究，找到一种配比合理的材料，不仅能适用于北京大部分地区的地层，同时材料成本低廉，易于工程应用。
1 回填材料国内外研究现状近年来, 对强化换热型回填材料的研究逐渐成为了热点。
在众多研究中，美国的Marita L. Allan 在他申请的专利中，对高性能回填材料的研究做的比较深入，其配制的回填材料在理想状态下的导热系数达到了2.42 W/(m·K)，给以后人们对回填材料的研究奠定了良好的基础【1】。
近年来，国内越来越多的科研机构和研究人员也在对回填材料各方面的性能做出不同程度的研究【2～6】，使回填材料的研究进入了新的阶段，但也存在一些问题，或是材料价格昂贵，或是导热系数不够理想，从而影响了这一技术的推广。
2 回填材料组成成分、性质及测试方法2.1回填材料组成成分及性质2.1.1水泥水泥是一种水硬性无机凝胶材料。
本次试验所选水泥为普通硅酸盐水泥，标号PO32.5、PO42.5。
2.1.2骨料良好的骨料有助于提高回填材料的导热性能，同时骨料的性质也决定回填材料的流动性、抗渗性能等。
本次选用多种骨料作为研究对象，粗骨料包括片麻岩、白云岩岩屑，混凝土用卵石，细骨料包括各种天然砂（河砂、山砂）、石英砂。
基于实际工程的地埋管地源热泵回填材料导热性能差异分析
基于实际工程的地埋管地源热泵回填材料导热性能差异分析杨珍;尚永升;肖雄;黄烜;李尧;刘健【期刊名称】《河南科学》【年(卷),期】2024(42)5【摘要】为研究实际工程应用中回填材料导热性能差异,以郑州市浅层地热能示范工程为研究对象,通过现场热响应试验、地温监测、数值模拟对中细砂、中细砂+水泥、中细砂+膨润土、原浆四种常见回填材料导热性能进行分析.研究结果表明:原浆的平均导热率最低为1.83 W/(m·℃),中细砂的平均导热率最大为2.17 W/(m·℃);同时中细砂排热和取热下单位深度换热量也为最大,分别为48.52 W/m和47.38 W/m.夏季制冷时中细砂+水泥材料温度仅升高0.0002℃,远低于中细砂材料温度升高;而冬季供暖时,四种材料的温度下降值相近,最小为4.2842℃.基于数值模拟结果,中细砂放热和吸热工况下热影响半径最小,为分别5.5 m和6 m;同时,岩土体温度增温速度由大到小为中细砂、原浆、中细砂+膨润土、中细砂+水泥.因此,中细砂导热性能最好,可作为研究区域地埋管地源热泵回填材料的首选.研究成果为场地条件相似地区地埋管地源热泵回填材料选择提供依据,并对推进郑州地区能源绿色低碳发展具有一定参考意义.【总页数】12页(P769-780)【作者】杨珍;尚永升;肖雄;黄烜;李尧;刘健【作者单位】河南省地质局生态环境地质服务中心;河南省地热能开发工程技术研究中心;中国石化集团新星石油有限责任公司【正文语种】中文【中图分类】TK52【相关文献】1.地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析2.重晶石粉用于提高地埋管回填材料导热性能的实验研究3.垂直地埋管地源热泵膨润土基钻孔回填材料导热特性研究4.回填材料导热性能对地埋管性能的影响研究5.地埋管地源热泵水泥基回填材料导热系数预测模型因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
地源热泵系统地埋管综合性能论述
地源热泵系统地埋管综合性能论述发布时间：2021-11-11T03:01:55.650Z 来源：《城镇建设》2021年6月第17期作者：关义民张静秋胡高峰鲁冠呈[导读] 高性能回填材料可以提高换热效果，提升系统运行效率，关义民张静秋胡高峰鲁冠呈中建八局西南分公司摘要：高性能回填材料可以提高换热效果，提升系统运行效率，减少地埋管长度，降低成本。
在保证地源热泵系统运行效率的同时，也应注重施工难度、使用寿命等问题，不同配比下回填材料的流动度、体积变化率、导热系数、强度等都不同，研究不同水灰比、沙灰比得到高性能回填材料，不仅能缓解土壤生态热失衡，防止地下水系统污染，还能提升系统运行效率，降低系统的成本。
关键词：地源热泵；综合性能；一、绪论地源热泵技术更多地出现在实际工程中，只需消耗一部分电能就能实现地埋管换热器的换热对建筑进行供暖或制冷。
地埋管换热器是地源热泵系统的重要组成部分，换热器与附近岩土层之间的换热结果极大程度地影响地源热泵的运行效率,高性能回填材料还可以显著减短地埋管长度,进而减少钻孔数量或缩短钻孔深度，从而有效地降低系统成本，因此研究回填材料的传热性能对提高地埋管换热器的性能有重要的意义。
目前制约我国地源热泵系统发展的主要原因是设备的初装成本过高。
很多工程中直接用原土加水泥等进行回填，导致地埋管换热效率低，系统工作效果差。
高性能回填材料能够降低初装时钻取的深度和钻取的数量,有效地减少地源热泵的初装成本,从而提升地源热泵系统的正常运行效率。
同时也需要考虑施工难度、使用寿命等，这就要求回填材料需要有合适的流动度、足够高的强度等。
综合流动度、导热系数、强度和体积变化率等参数得到的回填材料才是实际工程中最适用的回填材料。
二、地埋管回填材料概述地源热泵地埋管回填材料需满足有合适的热物性、强度、环保性等要求。
用合适的回填材料还能防止土壤的冻结收缩或受热膨胀等因素对地源热泵系统传热效率造成影响，提高系统运行时的换热效率，也可以防止地表污染水通过地埋管钻孔向地下渗透造成地下水污染，引起各个含水层之间的交叉污染。
回填材料对地源热泵的影响分析
回填材料是用于填充地下换热器钻孔与地层之间的材料，是连接换热器与土层的传热介质，其传热性能将直接影响整个换热器的性能。
从热阻分析来看，回填材料的热阻在土壤换热器未运行时占到约20%，因此，增大回填材料的热导率可以增加换热器的取放热量。
我们将回填间隙（空气夹层）分为a无空气层、b孔壁空气层(1mm)和c管壁空气层(1mm)三种情况来进行对比分析，可以发现无空气层时地埋管的换热性能最好，存在孔壁空气层时次之，而有管壁空气层时性能最差，表现在地埋管出水温度上（长时间运行时c的出水温度可能超出允许的范围），可见回填施工不密实会造成地埋管的换热性能降低。
从传热机理上看，1mm的空气夹层无疑增大了整个回填体的传热热阻（通常空气的热阻远大于回填材料的热阻），而这1mm作用在孔壁处和管壁处效果是不同的，因为这两处对应的传热面积相差甚远，所以总的传热量也就不同——b的换热能力要好于c，基本介于a和c中间，并与实际的换热能力相近（因为实际施工中难免存在空气夹层且其位置和大小是随机分布的）。
以此分析为基础，由此引起基于全寿命周期地下换热系统的热平衡状况可以大胆推论如下：a无空气夹层时热平衡能力最差，b次之，c的热平衡能力最强。
但c并非解决热平衡问题的手段，而是起到传热瓶颈的作用，减少了地埋管对大地的输入负荷！换言之，传热能力越强的其热平衡能力越差，因为它不能给岩土提供充分的恢复时间，且岩土的恢复能力是有限的，总输入负荷越大就越容易形成热累积，并会最早失效。
另外，在实际状况中，地源热泵换热器在运行时其外部为非稳态，周围土壤热阻随运行时间的增长而增大（传热温差不断减小），回填材料所占热阻的比重下降并趋于稳定，因此，一味增大热导率也是不经济和不必要的，在施工中只要按照规范操作就行了。
参考：P63\64P80 冷却塔的作用并非是解决热平衡的手段，而是恢复和减少地埋管的输入负荷！P18 负荷强度不平稳，在某些时间段内负荷强度大，在某些时间段内负荷强度小，甚至为零，这样的负荷特征使得地下换热器具备一定的恢复期，这对地下换热器的换热条件的改善是有利的。
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收稿日期:2002211213文章编号:025420096(2004)022*******直埋闭式地源热泵回填土性能研究庄迎春1,孙友宏2,谢康和1(1浙江大学建筑工程学院,杭州310027;2吉林大学建设工程学院,长春130026)摘 要:回填土的性能对直埋式地源热泵的设计有一定的影响。
对直埋闭式地源热泵用回填土的性能参数中的密度、含水率、饱和度以及导热系数进行了数学定义,并指出影响导热系数的主要因素是密度和含水率。
用平板探针原理的室内试验的方法研究了各种物质组成情况、时间以及不同温度对导热系数的影响,并对试验的结果进行了详细的分析,得出了随各种影响因素而变化的曲线。
试验结果表明,膨润土不适合单独用于回填材料,需与水泥配合并推荐使用非饱和态。
导热系数随水灰比的减小而增加。
掺入大颗粒的骨料是提高导热系数的有效途径,砂含量的增加使导热系数往往呈线性增长。
当水灰比为0145且砂的置换率为80%时回填材料具有较满意的导热性能,值得推荐使用。
关键词:地源热泵;回填土;性能参数;导热系数中图分类号:T K529 文献标识码:A0 引 言直埋闭式地源热泵系统一直以来以其工作可靠性好、维护费用低、可再生及零污染等优点[1]而被国际地热泵组织所推荐使用。
目前,流行的两种直埋式地源热泵系统如图1所示,分别为“U ”型和同轴(套管)式。
它们是靠其地下换热装置与地层之间进行热交换对建筑物实现供暖/制冷作用。
由于其与室内温差较之室内与室外空气的直接温差小而提高了供热效率,被誉为“二十一世纪最有效的空调技术”[2]。
图1 直埋闭式地下换热装置图Fig 11 types of the vertical buried G eo Exchanger地源热泵系统的工作效率由热泵本身的热机效率、管道的绝热性能以及地下换热器的热交换能力决定着。
目前,对地下换热器的热交换能力的研究工作主要集中U 型管/同轴套管的传热模型[3],[4]、设置间距设计[5]以及土壤的温度场[6]及热物性[7]等方面,而对管道与地层之间起着决定性作用的回填土性能研究甚少,国内尚无相关文献。
本文通过试验的手段试图找出有关回填土的最佳性能参数。
1 回填土的性能参数描述回填土实际就是用于填充地下换热器与地层之间的填充材料,国外文献报道[8],最佳的是将在钻孔过程中所排出的地层土或岩石进行回填,以获得与地层相一致的导热性能。
但是由于施工过程的影响,这些排出的岩土体受到了扰动,已经发生了本质性的改变,不具有与原有地层参数相同的性能,除非地层为均质岩土。
而事实上地层往往为各向异性,所以这种做法具有很强的局限性。
一般来讲,回填材料可以用与地层相近的材料,如膨润土、水泥、砂等充填、夯实。
这样既方便又有效,而且已经在许多工程中得到了有效的利用。
回填材料属多孔介质,描述其物理性质的基本参数包括密度ρ[kg/m 3]、含水率ω[%]、空隙比e 、饱和度S r 、导热系数K [W/m ・K]及比热容C p[kJ /kg ・K]等。
第25卷 第2期2004年4月太 阳 能 学 报ACTA EN ERGIAE SOLARIS SINICA Vol 125,No 12Apr.,2004 1)密度ρ密度按下式定义:ρ=m0V(1)其中:m0———含水后的回填材料质量;V———回填材料的体积;2)含水率ω其定义式为:ω=m0-m dm0×100%(2)其中:m d———回填材料中干质量(除水);3)饱和度S rS r=ω・de(3)其中:d———回填材料中物质的加权相对密度; e———回填材料的孔隙比。
4)导热系数K导热系数的定义式为:K=-q9t9n=-q・9n9t(4)式中:q———法线方向热流通量;9t9n———法线方向的温度梯度;导热系数是物质的热物性基本参数,随物质种类的不同其数值变化范围很大。
岩土等非金属固体材料的导热系数变化范围一般在01025～310W/m・K范围内,它们的导热系数受温度、湿度和密度的影响,一般随温度和湿度的升高而增大。
因为静止的空气是良好的保温材料(导热系数小于0125W/m ・K),所以随孔隙度的增加导热系数下降。
在描述回填材料的参数中,导热系数K是最关键的,也是决定系统的效率高低的主要因素。
已有的研究表明,它的导热系数K与t(温度)、ρ(密度)、e(孔隙比)、S r(饱和度)和ω(含水率)有函数关系,表示作:K=f(t,ρ,ω,e,S r)(5) 上述因素中,当回填材料的物质组成确定时,饱和度和空隙比也就随之而定了,而在常温下,温度对导热系数的影响并不大。
因此,对导热系数起决定作用的是密度ρ和含水率ω则(5)式可简化为:K=f(ρ,ω)(6) 如果把回填材料作为一个能量传递介质考虑,属于一个能量系统,它把自己的能量传给U型管以及热循环介质。
在这个能量的转化过程中,水分起到了能量的暂时存储与转换作用。
所以回填材料中含水率的大小对换热器换热效果有较大的影响。
2 室内试验研究211 试验方法从测试原理上来看确定导热系数的方法大致可分为两类:稳态法和非稳态法[9]。
由于回填土为气、液、固三相体,在恒定温差作用下其导热性能会随着时间变化物质的迁移而改变,所以宜采用非稳态法。
非稳态法可统称为探针法。
其实质是在待测介质中引进一个具有一定几何形状(球、圆柱、平板)的热源,通过测量探针附近介质和探针表面的温度随时间变化,来计算导热系数。
此法的特点是试验时间短(一般为几分钟到几十分钟)。
如图2所示为所用的设备的实物照片。
图2 导热仪实物照片Fig12 photograph of the thermal conductivity meter其工作原理是基于平板探针法,利用电脉冲测试导热系数。
它采用线热方法计算导热系数,是一种非稳态法,因此克服了因水分流失及产生的导热系数降低的问题。
测定时,平板探针被放在待测材料表面,恒定流通过传热线,在1min内被加热从21℃～60℃,仪器自动计算并显示其导热率。
212 试验数据与分析试验时分别对各种配方进行测试。
一种是在膨润土中掺入少量其它物质;另一种是以水泥、砂为基料。
21211 对膨润土进行实验研究实验采用的配比,一种是掺入水泥,另一种是712 2期 庄迎春等:直埋闭式地源热泵回填土性能研究 加入砂或者粉煤灰。
首先对加入膨润土进行了实验,得出了一组导热系数随时间变化的数据,表1所示。
表1 膨润土+水泥导热系数Table 1 thermal conductivity of bentonite and cement时间质量百分含量膨润土(1612%),水泥(217%)膨润土(1518%),水泥(513%)即时017077━━017217017217━4h 后017146016880017113017833017438017671016915━017014018228━━24h 后017671017798017252 直接采用膨润土与水泥混合,它们成型后,具有很强的可塑性,而且由于膨润土自身的吸水膨胀性,这种情况下形成的试块到24h 后,由于失水产生严重收缩并开始出现大量的裂缝而无法测量其导热系数。
所以在实际工程应用中,直接采用这两种物质混合,不适于用作回填材料。
表2是为膨润土中加入一定量的砂后的混合物所测得的导热系数。
一般来讲,导热系数随着砂的加入量的增加而呈现非线性增加,如图3所示。
但随着砂的加入量的增加,其可泵性受到一定的影响。
并且它的养护时间对导热系数也有一定的影响,随着养护时间的表2 膨润土+砂导热系数Table 2 thermal conductivity of bentonite and sand时间质量百分含量膨润土(1611%)砂(312%)膨润土(1516%)砂(516%)膨润土(1115%)砂(2311%)4h 01710101715401694201724001716801704501897101912401926424h 01711101743901783301733201746101779711032011046011018148h018368018321018349019296018856019135018972019077019100增加,导热系数往往呈增加的趋势,如图4所示。
图3 导热系数随含砂量变化曲线Fig 13 curve of thermal conductivity changingwith sand content图4 导热系数随养护时间的变化曲线Fig 14 Curve of thermal conductivity with maintain time表3 膨润土+粉煤灰导热系数Table 3 thermal conductivity of bentonite and fly ash膨润土含量/%粉煤灰含量/%导热系数平均1550172170170550170890171201001740301751901751601747915017659017671017664017665 在膨润土中加入了工业废料粉煤灰,由于粉煤灰含有比较高的SiO 2,它对回填土的导热系数影响不大,但由于利用工业废料,不失为一种良好的回填材料。
21212 对水泥、砂进行实验研究采用水泥和砂作为基料,由于水泥含有大量矿物成分而且砂的主要组成成分为SiO 2,其导热系数明显提高,其导热系数与含砂量的变化情况如表4所示。
采用不同的水灰比:015、0145、014。
表4 不同含砂率的导热系数Table 4 thermal conductivity with different sand content水灰比含砂量/%导热系数平均01550177520172990181820177441511114511114511114511114530112424111750111936112037812 太 阳 能 学 报 25卷 如图6所示,回填土的导热系数随着含砂量的增加而增加,但是增长速度逐渐趋于平缓。
当采用膨润土与砂配合进行导热系数的测量时发现,当砂的置换率增加时,其导热系数也随之增大。
表5为所测得的数据。
由图7可以看出,随着砂的置换率的加大其增长的趋势也有所减慢。
但当砂的置换率过高(超过80%)时,其可泵性受到了一定的限制,图5 导热系数随粉煤灰的不同加量变化曲线Fig 15 Curve of thermal conductivity with content offlyash图6 导热系数随含砂量变化曲线Fig 16 Curve of thermal conductivity with sand content图7 导热系数随砂的置换率变化曲线Fig 17 Curve of thermal conductivity changingwith sand content 表5 w/c 为0145时砂不同置换率导热系数Table 5 Thermal conductivity with differentsand content ,w /c =0145水灰比砂的置换率/%导热系数平均0145400177980177650176810177486011053011048611123411075080111076111174111214111155施工要求高。