摘 要：在設(shè)計(jì)水平埋管的換熱器的尺寸的時(shí)候，采用一維無(wú)限大介質(zhì)中面熱源的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本模型，同時(shí)考慮水平布管密度的影響以及長(zhǎng)期負(fù)荷和短期負(fù)荷的不同作用設(shè)計(jì)水平埋管量。
關(guān)鍵詞：水地埋管；大開挖；非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱；熱泵
中圖分類號(hào)：TU71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
自地源熱泵空調(diào)引入我國(guó)以來(lái)，在政府大力推廣及暖通同仁的不斷努力下，技術(shù)不斷成熟、市場(chǎng)占有率迅速擴(kuò)大和相應(yīng)制度不斷完善，這種技術(shù)已成為暖通空調(diào)的一種發(fā)展趨勢(shì) ，但水平地埋管地源熱泵空調(diào)在我國(guó)的應(yīng)用研究方面還有很多空白，本文通過(guò)具體案例對(duì)水平埋管的設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。
一、工程概況
1建筑簡(jiǎn)介
某俱樂(lè)部位于成都市，建筑物集中布置在高爾夫球場(chǎng)的南部，俱樂(lè)部?jī)?nèi)有六種類型的建筑，其中A型建筑450㎡，B型建筑900㎡，C1型建筑600㎡，C2型建筑800㎡，E型建筑1800㎡。B型建筑布置集中，成線型排布，其他類型的建筑交錯(cuò)布置在近似矩形的區(qū)域。
2成都地區(qū)的氣候條件：
冬季采暖室外計(jì)算干球溫度：2℃；夏季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度：31.6℃；全年逐時(shí)最低溫度為：-9℃；全年逐時(shí)最高溫度為：34.8℃。
全年的日最高溫度出現(xiàn)在8月份，溫度值為：29.7℃；全年的日最低溫度出現(xiàn)在1月份，溫度值為：2.4℃； 得到地面的年溫度波振幅：
=13.7。
恒溫層土壤的溫度為18℃，淺層土壤受地表年平均溫度變化的影響，所以在供冷和供熱高峰期考慮了土壤原始溫度偏離深層土壤溫度的修正項(xiàng)：
夏季供冷的時(shí)候取+值，冬季供熱的時(shí)候取-值。
其中，T——年溫度波周期，
——水平埋管的埋深（m），在這個(gè)工程計(jì)算中我們按照埋深1.5
——地面年溫度波振幅
3建筑負(fù)荷
根據(jù)圖紙建筑群的冷負(fù)荷熱負(fù)荷以及運(yùn)行期間的平均負(fù)荷如表1。
二、方案概述
考慮到該建筑群周圍設(shè)有高爾夫球場(chǎng)，可利用埋管的面積大，決定采用大開溝方式水平螺旋埋管的布置方式。建筑物為別墅樓，為便于控制，采用一家一單獨(dú)熱泵機(jī)組，在每戶樓下設(shè)置一小型機(jī)房，根據(jù)建筑物面積的大小，A戶型每2-5棟雙拼樓房為一組，B戶型一棟雙拼為一組，C1和C2戶型4-6棟為一組，E戶型一棟為一組，每組水平埋管通過(guò)分集水器和用戶側(cè)和埋管側(cè)相連，分集水器安放放在室外窗井，各個(gè)螺旋管回路采用De32的管子，四個(gè)螺旋管回路通過(guò)聯(lián)箱，合成De63的管子，通向室外窗井的集水水器，又通向各棟樓的熱泵機(jī)房和熱泵機(jī)組相連，一戶一熱泵直接供給用戶，各個(gè)回路同程布置。
根據(jù)建筑物的負(fù)荷確定每組埋管的環(huán)路數(shù)，占地面積，埋管的總長(zhǎng)度，并計(jì)算出循環(huán)液進(jìn)入地下的溫度。具體的計(jì)算見方案設(shè)計(jì)計(jì)算。
1方案設(shè)計(jì)計(jì)算
在設(shè)計(jì)水平埋管的換熱器的尺寸的時(shí)候，采用一維無(wú)限大介質(zhì)中面熱源的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本模型，同時(shí)考慮水平布管密度的影響以及長(zhǎng)期負(fù)荷和短期負(fù)荷的不同作用。計(jì)算模型的基本框架介紹如下。
無(wú)限大介質(zhì)中面熱源的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱模型考察平面熱源引起的溫度場(chǎng)隨時(shí)間的變化，物體的初始溫度為，引進(jìn)過(guò)余溫度，當(dāng)時(shí)間時(shí)在處有一個(gè)恒定的熱流強(qiáng)度為的平面熱源持續(xù)的釋放熱量。則計(jì)算恒溫?zé)嵩幢砻嫣幍臏厣秊椋?nbsp;
其中——土壤未受干擾時(shí)的溫度場(chǎng)，即土壤的原始溫度
——單位面積上的熱流密度
下面以一組水平埋管的計(jì)算為例來(lái)說(shuō)明水平埋管的計(jì)算方法。各個(gè)區(qū)域的負(fù)荷情況如表2。
計(jì)算建筑區(qū)域2合用一組水平埋管，這一區(qū)域包括4棟A的建筑，建筑物的總面積為3600，該區(qū)域負(fù)荷情況如表3所示。
夏季制冷工況：
熱源表面處的溫升，可以將夏季運(yùn)行期間內(nèi)的負(fù)荷，考慮為一個(gè)持續(xù)作用的平均負(fù)荷和一個(gè)脈沖負(fù)荷作用所引起的溫度響應(yīng)的和。初步設(shè)計(jì)階段，將整個(gè)夏季的運(yùn)行時(shí)間考慮為4個(gè)月，脈沖負(fù)荷的持續(xù)時(shí)間取時(shí)間為8小時(shí)。
管內(nèi)流體的附加溫升
其中 ——每單位面積的峰值冷負(fù)荷
——單位管長(zhǎng)的熱阻，包括流體和管壁的對(duì)流換熱熱阻，管壁的熱阻和管壁到均溫平面的熱阻，考慮了管子的排布密度對(duì)溫升的影響。流體與管壁的對(duì)流換熱系數(shù)，考慮實(shí)際情況，根據(jù)流體的流速溫度，管材，估算得
——每土地中平均布置的管長(zhǎng)，示意圖如圖1所示。
根據(jù)以上的鉆孔壁的溫度和附加的溫升可以計(jì)算出流體的平均溫度：
流體進(jìn)入地下的極值溫度為：
夏天時(shí)：最高極值溫度
冬天制熱情況：
初步設(shè)計(jì)階段，將整個(gè)冬季的運(yùn)行時(shí)間考慮為4個(gè)月，脈沖負(fù)荷的持續(xù)時(shí)間取時(shí)間為24小時(shí)。
同樣得，冬天時(shí)：最低極值溫度
——每個(gè)環(huán)路所占的土地面積，
——每個(gè)環(huán)路循環(huán)液的流量，
——循環(huán)液的比熱，
考慮取土壤的熱擴(kuò)散系數(shù)：，
導(dǎo)熱系數(shù)：。
利用軟件計(jì)算結(jié)果如下：
水平埋管的布置方式為：螺旋埋管的直徑為1.2，每個(gè)環(huán)路之間的間距為0.6，每個(gè)環(huán)路的長(zhǎng)度為28米。每四個(gè)環(huán)路組成一個(gè)回路，共30組回路，采用同程布置。
所盤的螺旋管的直徑m
環(huán)路與環(huán)路之間的間距m
環(huán)路的總數(shù)為=60
總的埋地面積㎡
每單位面積的埋管長(zhǎng)度m
由設(shè)計(jì)計(jì)算軟件計(jì)算所得到的夏季進(jìn)入地埋管的最大溫度℃，冬天進(jìn)入地埋管的最低溫度℃。
采用以上的計(jì)算方法，分別計(jì)算各個(gè)區(qū)域的情況，區(qū)域的劃分見cad圖，表格中列出了各個(gè)區(qū)域的情況見表4。
結(jié)語(yǔ)
本方案最大的優(yōu)勢(shì)就是在設(shè)計(jì)水平埋管的換熱器的尺寸的時(shí)候，采用一維無(wú)限大介質(zhì)中面熱源的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本模型，同時(shí)考慮水平布管密度的影響以及長(zhǎng)期負(fù)荷和短期負(fù)荷的不同作用，由設(shè)計(jì)計(jì)算軟件計(jì)算得出每組埋管的環(huán)路數(shù)，埋地面積以及所需要的埋管長(zhǎng)度，并計(jì)算出了循環(huán)液夏天進(jìn)入地下的最高溫度和冬天進(jìn)入地下的最低溫度。采用此模型計(jì)算所需要的埋管面積為178655，考慮建筑群周圍的面積，適合采用大開挖水平埋管布置，采用水平埋管極大的降低了鉆孔費(fèi)用。
參考文獻(xiàn)
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