根据实际场地的大小,埋管可在建筑物周围布置成线形、方形、矩形、圆弧形等。但为了防止埋管间的热干扰,必须保证埋管之间距离在其热作用半径之外。间距的大小与土壤热物性、系统运行状况(如连续运行还是间歇运行,间歇运行的开、停机时间比等)、埋管的布置形式(如单行布置还是多排布置)等因素有关。
对于竖直埋管,地源热泵取热运行时(冬季)间距可取4m,放热时(夏季)间距可取5m,综合考虑冬夏工况,U形管埋地换热器间距大于5m较好,相邻井孔的最小距离应大于4.5m。
工程规模较小,埋管单排布置,地源热泵间歇运行时,埋管间距可取3m,;规模较大,埋管多排布置,地源热泵间歇运行时,埋管间距可取4.5m;若连续运行(或开停比较大)应取5~6m。
从换热角度分析,间距大,埋管间相互的热干扰少,有利于换热,但占地面积增大,工程造价会有所增加[2]。
根据以上资料,以及实验室预定研究项目的要求和施工场地的限制,对井的设计深度为60m、80m、100m、120m各两口,间距为4.5m,成矩形,井口直径为20cm。位置尽量靠近实验室,以缩短管线距离,缩小施工面积,减少工程造价。据实地勘测,打井位置确定在离实验室外墙25m的地方。
4.2 地埋管换热器的设计与施工
根据室外钻井的设计与布置,地埋管换热器的长度及布置位置也基本得以确定。根据实验要求,一个60m和一个100m井要设置为双U管路。故地埋管总长L=(60+25)×3+(80+25)×2+(100+25)×3+(120+25)×2=1130m。
采用地埋管换热器的管材应采用导热系数大、流动阻力小、热膨胀性及化学稳定性好、耐腐蚀的塑料管及管件。本设计采用目前应用最多的高密度聚乙烯管(HDPE)。这种聚乙烯管较为柔软,在7个大气压下使用寿命可达50年。
表4.2列出所用上海伟星管业聚乙烯(HDPE)地源热泵专用管材的主要参数及性能:
表4.2 聚乙烯(HDPE)地源热泵专用管材的主要参数及性能
尺寸规格    Φ32    公称压力    SDR11    断裂伸长率%    ≥350
纵向回缩率%    ≤3    氧化诱导时间(200℃),min    ≥20
静液压强度    20℃100h    PE80    9.0MPa    不破裂不渗漏
        PE100    12.4 MPa    
    80℃165h    PE80    4.6 MPa    不破裂不渗漏
        PE100    5.5 MPa    
对进入现场的管材、管件必须逐件进行外观检查。管道内外表面应清洁、光滑,不应有气泡、明显的划伤、凹陷、杂质、颜色不均等缺陷;管端头应切割平整,并与管轴线垂直。施工所用地埋管应具备生产厂家的合格证,不使用不合格的产品。地埋管应按设计要求长度成捆供应,中间不应用机械接口及金属接头。
管材和管件在存放、搬运和运输过程中,要注意保护,小心轻放,排列整齐,采用柔韧性的皮带、吊带或吊绳进行装卸,不能随意抛摔或沿地拖拽。夏季施工时管道因受热易发生热变形,对未安装的管子应采取遮蔽措施,避免被阳光直接照射。
在每钻一孔前,U形管必须组装好。换热器的U形弯管要选用定型的U形弯管成品件,不能采用两个90°的弯管对接构成的U形弯管,以免增大阻力,降低连接强度。为防止因U形管的两支管距离过近,运行过程中发生“热短路”,两支管间每隔2~4m应设一弹簧卡(或固定支卡),将其分开。
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