桩埋管地源热泵系统

    桩埋管是地源热泵的一种新的埋管方式，它把地下U型管换热器埋于建筑物混凝土桩基中，使其与建筑结构相结合，充分地利用了建筑物的面积。通过桩基与周围大地形成换热。从而减少了钻孔和埋管费用。由于建筑物桩基的自有特点，使U型管与桩、桩与大地接触紧密，从而减少了接触热阻，强化了循环工质与大地土壤的传热。

    桩埋管主要有2种形式(图1)。一种是将换热管预先放置于桩基的钢筋框架内部，浇注混凝土时一起埋于建筑物地基部(图1a)；另一种是将换热管先固定在建筑物地基的预制空心钢筋笼中，然后随钢筋笼一起下到桩井中，再浇注混凝土(图lb)。目前，我国的建筑基础施工以钻孔灌注桩为主要形式，因此第二种形式的应用将更为广泛。埋管深度由桩深而定，形式为单U型管、双U型，单桩不宜采用3个以上U型管，以避免热短路，造成换热能力的下降。

    和其他埋管方式相比，桩埋管热泵系统不占用建筑物以外的土地面积。省去了钻孔和埋管的额外费用(该费用占土壤源热泵系统成本

    的50％以上)。可见，桩埋管的应用。可以有效地解决其他埋管形式在应用中的瓶颈，十分适合我国的国情。目前对桩埋管技术还缺乏系统性、理论性的研究，所以有效地结合建筑物结构。进行桩埋管地源热泵系统设计，深入研究桩埋管土壤源热泵系统的相关流动特性和传热性能，是提高桩埋管换热器的换热效率和促进其广泛应用的关键问题。

    桩埋管系统在设计上与其他埋管形式的地源热泵并没有太大区别，但有需要特别注意之处。首先，一旦桩的尺寸和长度确定，则用于埋管的桩的数量也已确定，也就是说，不能以冷热负荷的增加而增加桩的数量。当桩埋管所提供的冷热负荷不能满足所需要求时，应优先考虑其他形式的埋管，或增加冷却塔和锅炉等其他辅助措施。在系统设计时，也要考虑到地下换热器的热平衡问题。针对冷热负荷差距较大的情况，可选取较小的负荷值作为确定埋管长度的依据，对于相对较大的负荷，则可以选择辅助措施加以解决。

    和其他形式的热泵系统一样，土壤的地热特性同样重要。需要测得土壤的组成成分、土壤温度、热导率、热容量、水质特性和水流方向及速度，这些参数对于整个系统的优化有着重要的意义。

    换热管应当尽量采用同程式连接，以保证管段的水利平衡。而且一旦某个桩段的管段出现问题，不至影响整个系统的正常运行(图2)。不仅挡土桩和承重桩能够埋管，承台上连接各个桩换热器的水平管路也有很好的换热效果。水平管路的布置要尽量清晰。

    作为地源热泵一种较新的埋管形式，桩埋管在国内外的系统研究还比较少。但桩埋管有其自身独特的优势，随着技术的不断成熟，必将得到越来越多的应用。对于桩埋管换热模型、埋管后桩的载荷分析及对整个建筑使用的影响，还有待进一步地研究。另外，桩埋管的施工要点也有待在实际的工程中慢慢地摸索。