Question

地埋管热泵经济性分区

Answer 1

1.分区方法、步骤

地埋管热泵经济性分区方法和步骤同地下水热泵适宜性分区方法。

2.评级体系的构建

评价体系由三层构成，从顶层至底层分别由系统目标层（0,Object）、属性层（A,Attribute）和要素指标层（F,Factor）3级层次结构组成。0层是系统的总目标，即浅层地温能地下水热泵适宜区划分。A是属性指标层，由地层属性（X₁）、地质水文地质条件（X₂）、地温场（X₃）、施工便利性（X₄）、经济合理性（X₅）等指标构成。F要素指标层，选择地层岩性、地层厚度、地层热物理参数、地层岩土体的热传导速率、地热的影响范围、地下含水层分布、地下水位、地下水流动条件、地下含水层水质状况、回填材料、埋管形式、埋管深度、热泵系统投资、能耗及运行成本等15个指标作为要素指标层，建立层次结构模型（图4-2），进行综合评价指标计算（综合评价计算公式见地下水热泵适宜区划分），在此基础上进行地源热泵适宜性区划。从而选取出经济、技术合理、现有施工工艺可行、不会造成不同层位含水层沟通、污染的适合区域和适宜深度。

图4-2　地埋管热泵层次分析法模型结构图

3.分区指标的选取

地埋管换热系统勘查应查明场地岩土层的岩性、结构、地下水赋存状况；查明岩土层的导热性能、换热效率、导热系数、温度，确定恒温带的深度和温度；查明场地岩土体的含水率、颗粒级配、密度、比热、导热系数、温度；确定岩土层换热能力；热泵系统的投资成本、能耗及运行成本等。

1）地质、水文地质条件

调查区域地质、水文地质条件，掌握岩土层的结构；地下水静水位、水温、水质及分布；地下水径流方向、速度等，只有对各因素进行深入调查研究，才能进行地埋管布井设计，尽量避免施工过程对地下含水层水质污染的事件发生。

2）地层属性

地下埋管处岩土的热物性参数对埋管换热性能有着重要影响，钻孔地点的岩土热物性参数对埋管单位井深换热量的影响非常大，它是设计地热换热器的基础数据。地层岩性、地层厚度、地层热物理参数决定地埋管的适宜性和取热层位。

3）地温场

地层岩土体的热传导速率和地热影响范围决定地埋管的成井工艺、成井间距、埋管形式、埋管深度和适用范围等。

4）施工工艺

回填材料的导热性影响地埋管的传热性，填料中水分越多，导热系数越高，埋管传热性能越好，因此国外有些地源热泵工程，为了增加填料中的水分，在钻井端部加一塑料滴水管，间断地向填料中加一些水，以增强其传热性能；埋管形式主要有水平埋管和垂直埋管。相对于水平埋管垂直埋管有占地面积少，埋深大，换热效果稳定等优点，垂直埋管根据埋管形式的不同，一般有单U形管、双U形管、小直径螺旋盘管、大直径螺旋盘管、立式柱状管、蜘蛛状管、套管式管等形式；按埋设深度不同分为浅埋（埋深≤30m）、中埋（埋深31～80m）和深埋（埋深≥80m）。目前使用最多的是U形管、套管和单管式；水平埋管深度的确定比较简单，一般较浅。垂直埋管的埋设深度应根据当地地质情况、工程及场地的大小、投资及使用的钻机性能等情况综合考虑。

5）投资经济性

通过热泵系统的初投资、能耗和运行成本等经济合理性以及其与其他空调系统的经济成本对比分析确定地埋管热泵的经济性，划分地埋管热泵经济区，地层硬度和结构是成孔费用的决定因素，是经济性划分的重要因素。

4.各要素权值的确定

地埋管热泵经济性分区要素主要是考虑地下埋管的投资成本。