地源热泵土壤换热器的设计

     垂直埋管技术是国际土壤源热泵组织所推荐的，特别适合于场地比较紧张的城市地区。工程上最多的是U型管换热器。

 

  关于垂直埋管换热器传热分析数值计算的论文很多，而且计算方法各不相同，在应用方面较少有通用性。本节主要阐述的是垂直式换热器的设计计算。但是，因为垂直埋管换热器传热问题影响因素众多，涉及空间范围大，计算时又很难查找有关可靠参考数据。所以，在当前的计算条件下用数值计算方法直接进行实际工程的设计计算还有一定的难度。目前，在实际工程中广泛釆用最大负荷估算法。设计计算是为了保证在地埋管换热器的寿命周期中，循环介质的温度变化都在设计要求的范围之内。

 

  1换热器换热量的确定

 

  查阅被选用的热泵机组的样册，统计出夏季空调运行所需要的机组制冷量之和Q冷以及冬季釆暧运行所需要的机组吸热量之和Q热，查出机组制冷运行和制热运行的能效系数EER和COP。

 

  夏季制冷时，土壤换热器向大地排放的热量为：

 

  Q放=Q冷X(1+1/EER)kW

 

  冬季制热时，土壤换热器从大地吸收的热量为：

 

  Q吸=Q热X(1-1/COP)kW

 

  从实践中得到，在地质情况相同的条件下，热泵机组允许的最低和最高进液温度是确定热交换器地耦管长度的主要因素。如果以允许最低进液温度为确定因素，热交换器的长度由吸热负荷确定；如果以允许最高进液温度为确定因素，热交换器的长度由放热负荷确定。在实际中，温度只会达到最低或最高温度限制值中的一个。降低机组的最高温度允许值或升高机组最低温度允许值，都要增加地耦管的长度。

 

  2换热器地耦管的选材

 

  常用的塑料管UPVC、PB、PP-R、PEX、ABC、PVC、PE中，地耦管换热器釆用PE管。

 

  一.选用的PE管材要具备以下要求：

 

  a、耐腐蚀性能好：聚乙烯PE管，耐化学介质的腐蚀，无电化学腐蚀，保证地耦管使用50年以上；

 

  b良好的柔性、延展性：聚乙烯PE管是一种高柔性管材，其断裂伸长率一般超过500%；

 

  c流体阻力小：聚乙烯PE管内壁光滑，绝对粗糙度K值不超过0.01mm，是钢的20%。内壁光滑使壁内不易结垢，流体磨擦阻力小；

 

  d优良的挠屈性：聚乙烯PE管小于$50的较长的管可盘卷供应，减少接头；

 

  e较好的耐冲击性：聚乙烯PE管耐冲击强度高，不易破裂；

 

  f导热系数高：聚乙烯PE管导热系数大于0.42W/㎡C；(土壤源换热器专用管导热系数大于65W/㎡C)；

 

  g良好的施工性能：尺寸规格目前，国内已有口径抑5—邮00。

 

  颜色

 

  A、GB15558.1规定，燃气用聚乙烯管道的颜色为黄色或黑色加黄条;

 

  B、GB13663规定，给水用聚乙烯规定为蓝色或黑色加蓝条

 

  长度

 

  长度一般为12米/根(标准规定为6、9、12米/根)，小口径管可盘卷

 

  性能指标

 

  短期静液压强度：

 

  在20°C、环向应力9MPa下，韧性破坏时间应大于100小时在80°C、环向应力4.6MPa下，脆性破坏时间应大于165小时※热稳定性：在200°C下，应大于20分钟※耐应力开裂：在80°C、环向应力4MPa下，应不小于170小时※压缩复原在80°C、环向应力4MPa下，应大于170小时※纵向回缩率：在110°C下，应不大于3Q%※断裂延伸率：应大于350%压力等级对于水管道，是按原材料的不同等级(PE100、PE80、PE63等)、标准尺寸比(SDR)给出的。

 

  MOP：最大允许工作压力MRS：材料的最小要求强度SDR：标准尺寸比。