| 目前地源熱泵地下埋管換熱器主要有兩種形式，即水平埋管和垂直埋管。
一、水平埋管主要有單溝單管、單溝雙管、單溝二層雙管、單溝二層四管、單溝二層六管等形式，由于多層埋管的下層管處于一個(gè)較穩(wěn)定的溫度場(chǎng)，換熱效率好于單層，而且占地面積較少，因此應(yīng)用多層管的較多。近年來(lái)國(guó)外又新開(kāi)發(fā)了兩種水平埋管形式，一種是扁平曲線狀管，另一種是螺旋狀管。它們的優(yōu)點(diǎn)是使地溝長(zhǎng)度縮短，而可埋設(shè)的管子長(zhǎng)度增加。管路的埋設(shè)視巖土情況，可采取挖溝或大面積開(kāi)挖方法。單層管******深度0.8～1.0m，雙層管1.2～1.9m，應(yīng)埋在當(dāng)?shù)乇鶅鼍€以下。由于水平管埋深較淺，其埋管換熱器性能不如垂直埋管，而且施工時(shí)，占用場(chǎng)地大，在實(shí)際使用中，往往是單層與多層互相搭配；螺旋管優(yōu)于直管，但不易施工。 二、垂直埋管
根據(jù)埋管形式的不同，一般有單U形管，雙U形管，小直徑螺旋盤管和大直徑螺旋盤管，立式柱狀管、蜘蛛狀管、套管式管等形式；按埋設(shè)深度不同分為淺埋（≤30m）、中埋（31～80m）和深埋（>80m）。
目前使用最多的是U形管、套管和單管式，下面作一簡(jiǎn)述。
1、U形管型是在鉆孔的管井內(nèi)安裝U形管，一般管井直徑為100～150mm，井深10~200m，U形管徑一般在φ50mm以下（主要是流量不宜過(guò)大所限）。由于其施工簡(jiǎn)單，換熱性能較好，承壓高，管路接頭少，不易泄漏等原因，目前應(yīng)用最多。
國(guó)外有的工程把U形管捆扎在樁基的鋼筋網(wǎng)架上，然后澆灌混凝土，不占用地面。 2、套管式換熱器的外管直徑一般為100～200mm，內(nèi)管為φ15～φ２５ｍｍ。由于增大了管外壁與巖土的換熱面積，因此其單位井深的換熱量高，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，其換熱效率較U形管提高16.7%。其缺點(diǎn)是套管直徑及鉆孔直徑較大，下管比較困難，初投資比U形管高。在套管端部與內(nèi)管進(jìn)、出水連接處不好處理，易泄漏，因此適用于深度≤30m的豎埋直管，對(duì)中埋采用此種形式宜慎重。為防止漏水，套管端部封頭部分宜由工廠加工制作，現(xiàn)場(chǎng)安裝，以保證嚴(yán)密性。
3、單管型在國(guó)外常稱為“熱井”，它主要用于地下水做熱源的熱泵系統(tǒng)，一般來(lái)講該種型式投資較少。其安裝方法是地下水位以上用鋼套管作為護(hù)套，直徑和孔徑一致，典型孔徑為150mm。地下水位以下為自然孔洞，不加任何設(shè)施。孔洞中有一根出水管為熱泵機(jī)組供水，回水自然排放或回到管井內(nèi)。這種方式受地下水資源、國(guó)家有關(guān)政策及法規(guī)限制大。
三、地源熱泵地下埋管深度
關(guān)于豎直埋管的埋設(shè)深度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況，工程及場(chǎng)地的大小，投資及使用的鉆機(jī)性能等情況綜合考慮。其中有幾點(diǎn)應(yīng)注意：①鉆井深60m以內(nèi)井深的鉆機(jī)成本少，費(fèi)用低，如果大于60m，其鉆機(jī)成本會(huì)提高；②井深80m以內(nèi)，可用國(guó)產(chǎn)普通型承壓（承壓1.0MPa）塑料管，如深度大于80m，需采用高承壓塑料管，其成本大大增加；③據(jù)比較，井深50m的造價(jià)比100m的要低30%～50%。上述是針對(duì)地面機(jī)房而言，如果采用分室型的水源熱泵系統(tǒng)還要考慮建筑高度的影響。
一般來(lái)講，淺埋管優(yōu)點(diǎn)是：投資少，成本低，鉆機(jī)要求不高，可使用普通承壓（0.6～1.0MPa）的塑料管，由于受地面溫度影響，一般地下巖土冬夏熱平衡性較好。其缺點(diǎn)是占用場(chǎng)地面積大，管路接頭多，埋管換熱效率較中深埋者低。
深埋管優(yōu)點(diǎn)是：占用場(chǎng)地面積小，地下巖土溫度穩(wěn)定，換熱效率高，單位管長(zhǎng)換熱量大，管路接頭少。其缺點(diǎn)是投資大，成本高，需采用高承壓（1.6～2.0MPa）塑料管，鉆機(jī)性能要求高；由于深層巖土溫度場(chǎng)受地面溫度影響很小，因此必須注意冬季吸熱量和夏季排熱量的平衡，否則將影響地源熱泵的長(zhǎng)期使用效果。
中埋管介于淺、深埋兩者之間，塑料管可用普通承壓型的。從統(tǒng)計(jì)的國(guó)內(nèi)外工程實(shí)例看，中埋的地源熱泵占多數(shù)。
在實(shí)際工程中采用水平式還是垂直式埋管、垂直式埋管深度多大，取決于場(chǎng)地大小、當(dāng)?shù)貛r土類型及挖掘成本。如場(chǎng)地足夠大且無(wú)堅(jiān)硬巖石，則水平式較經(jīng)濟(jì)，如果采用布管機(jī)進(jìn)行多管布置還可減少場(chǎng)地占用面積。
四、地源熱泵地下埋管系統(tǒng)環(huán)路方式 串聯(lián)方式和并聯(lián)方式
在串聯(lián)系統(tǒng)中，幾個(gè)井（水平管為管溝）只有一個(gè)流通通路；并聯(lián)方式是一個(gè)井（管溝）有一個(gè)流通通路，數(shù)個(gè)井有數(shù)個(gè)流通通路。在同樣埋管的換熱量下，垂直埋管比水平埋管換熱器占地面積少73%左右。
串聯(lián)方式的優(yōu)點(diǎn)是：①一個(gè)回路具有單一流通通路，管內(nèi)積存的空氣容易排出；②串聯(lián)方式一般需采用較大直徑的管子，因此對(duì)于單位長(zhǎng)度埋管換熱量來(lái)講，串聯(lián)方式換熱性能略高于并聯(lián)方式。其缺點(diǎn)是：①串聯(lián)方式需采用較大管徑的管子，因而成本較高；②由于系統(tǒng)管徑大，在冬季氣溫低地區(qū)，系統(tǒng)內(nèi)需充注的防凍液（如乙醇水溶液）多；③安裝勞動(dòng)成本增大；④管路系統(tǒng)不能太長(zhǎng)，否則系統(tǒng)阻力損失太大。
并聯(lián)方式的優(yōu)點(diǎn)是：①由于可用較小管徑的管子，因此成本較串聯(lián)方式低；②所需防凍液少；③安裝勞動(dòng)成本低。其缺點(diǎn)是：①設(shè)計(jì)安裝中必須特別注意確保管內(nèi)流體流速較高，以充分排出空氣；②各并聯(lián)管道的長(zhǎng)度盡量一致（偏差應(yīng)≤10%），以保證每個(gè)并聯(lián)回路有相同的流量；③確保每個(gè)并聯(lián)回路的進(jìn)口與出口有相同的壓力，使用較大管徑的管子做集箱，可達(dá)到此目的。
從國(guó)內(nèi)外工程實(shí)踐來(lái)看，中、深埋管采用并聯(lián)方式者居多；淺埋管采用串聯(lián)方式的多。 |
