桩基螺旋埋管简介

    地源热泵在施工前期需进行专门的钻孔，大大增加了初投资，成为影响当前地源热泵系统经济适用性的最大因素，研究如何在保证地埋管换热效果的前提下减小其施工初投资对地源热泵技术的推广具有重要的意义。

    桩基埋管是地源热泵系统的一种新型埋管方式，它是把地埋管换热器的PE管埋于建筑物混凝土桩基中，与建筑结构相结合，充分地利用了建筑物的面积，通过桩基与周围土壤换热。由于建筑物桩基的自身特点，使桩基埋管换热器与桩、桩与大地接触紧密，从而减小了接触热阻，强化了循环工质与大地土壤的换热。早在1994年，Morino等人率先在钢管桩基埋设管状换热器并提出桩埋管换热器；1999年，Pahud等人提出在混凝土桩基中埋设U形管换热器，并在Munich机场大楼的500多根桩中使用；2007年Yasuhiro等人对该技术进行了研究，并进行了长期观测试验，得出桩埋换热器效率高等结论。在国内，有学者采用理论分析、数值模拟及实验方法对桩基螺旋埋管进行了研究。

    目前，在国内外的桩基埋管地源热泵系统应用中，桩基埋管主要采用了下列几种形式：单U形、W形、并联双U形、并联三U形和螺旋形。但是，采用U形和W形的管路配置存在明显的缺点，即桩中埋管的换热面积小、管子顶部容易集气使管路堵塞。由于螺旋管在相同空间里换热面积更大、安全性更高，同时竖直螺旋盘管占地面积小，换热性能优越，很大程度上可避免热短路现象，因此对桩基螺旋埋管进行换热性能的实验，并对影响螺旋埋管换热的因素进行对比分析十分有必要。

        根据试验结果，初步得到影响螺旋管换热性能的主要因素有螺旋管的埋管方式和管内流体的流速。不同埋管方式导致埋管换热热阻不同，三螺旋的换热热阻最大，单螺旋的比三螺旋的小，双螺旋的比三螺旋的小。管内流速越大，埋管换热热阻越小，但不同流速间的热阻差异较小，对于单螺旋埋管，流速由0．6 m／s增至0．8 m／s时，热阻只减小了3％，流速由0．4 m／s增至0．8 m／s时，热阻减小了9％。在地源热泵设计流速下，当管内为湍流时，流速的变化对埋管单位长度换热量的影响较小。

    该技术目前尚处于初步探索阶段，成熟的设计条件和施工工艺还需要在更多工程实例中进一步完善。