地埋管地源热泵系统的设计及优化.

1 总则1.1.1为规范江苏省地源热泵桩基埋管技术应用工程的工程勘察、测试、设计、施工、验收及运行维护等技术工作，使地源热泵桩基埋管工程符合安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、节能环保与减排的要求，制定本规程。

1.1.2本规程适用于江苏省内采用桩基埋管地源热泵换热系统的建筑工程。

1.1.3采用本规程进行地源热泵桩基埋管工程勘察、测试、设计、施工、验收及运行维护除执行本规程外，尚应符合国家和江苏省现行其它标准的要求。

12 2 术语和符号2.1 术 语2.1.1 桩基埋管换热器 Pile foundation buried heat exchange pipe埋设于桩内的密闭循环管组构成的换热器，根据管路安装型式不同，常见的有垂直U 型桩基埋管换热器、W 型桩基埋管换热器和螺旋型桩基埋管换热器等。

2.1.2 埋管桩基（能源桩） Energy pile通过在建筑桩基础中埋设换热器装置(即桩基埋管)，进行浅层低温地热能交换，起到基础承载和换热的双重功能的桩基础，也称为能源桩。

2.1.3 桩基埋管换热系统 Heat transfer system of buried pipe pile foundation传热介质通过桩基埋管换热器与岩土体进行热交换的地热能交换系统。

2.1.4 热响应测试 Geo-thermal response test通过测试仪器，对地埋管换热器或能源桩进行一定时间内的连续加热或取热，以获得岩土体或桩基埋管（能源桩）综合热物性参数的试验。

2.1.5 荷载-温度联合测试 Mechanical-thermo test for energy pile在埋管桩基静载试验同时进行一定时间内的连续加热或取热，以确定埋管桩基单桩热-力耦合作用承载力的试验方法。

2.1.6岩土综合导热系数 Geothermal comprehensive thermal conductivity parameter of the earth通过热响应测试得到的钻孔埋管或埋管桩基（能源桩）穿越岩土层的综合导热系数。

地源热泵应用现状调研及优化建议摘要：热泵是在电能驱动下，通过热力学逆循环连续地将热量从低位热源转移到高温物体或者介质，并用于制取热量的装置。

可以利用一份电能提取3~4份可再生能源中的低位热能，共同向用户供热，因此，热泵供热是一种节能、环保、高效的供热方式，在建筑供暖和生活热水供应上获得了广泛应用。

正是由于其这一特性，热泵技术的发展始终同能源与环境问题息息相关，紧密联系在一起。

进入21世纪，气候变化及能源问题更加严峻，热泵技术作为可再生能源利用的有效途径，成为国际能源署认定的节能减碳关键技术之一，在我国获得了广泛的应用。

关键词：地源热泵；应用现状；优化建议引言能源革命、低碳能源、清洁供暖目前已经成为我国能源战略的重要组成部分。

面对严峻的能源危机，国家大力支持低碳清洁能源的开发和利用，建筑行业领域也迎来能源革命。

在建筑领域，地源热泵系统作为一种使用清洁能源的采暖（制冷）系统，可以利用少量的高位能（一般为电能），将浅层的地热能转化为高位热能。

地源热泵主要是将土壤所储藏的庞大太阳能作为热源，通过热泵系统进行能量的相互转换，是一种实用的节能技术。

从长期来看，地源热泵系统具有良好的发展前景，国家大力支持，随着科学技术的进步，未来，其势必获得更广泛的利用。

1热泵发展现状根据热泵利用的低位热源不同分为：空气源热泵、地源热泵、太阳能热泵，其中地源热泵包括地埋管地源热泵、地下水地源热泵和江、河、湖、海、污水及再生水等地表水源热泵。

按照低位热源的可得性、稳定性及技术经济性，空气源热泵和地源热泵是我国热泵应用主要类型。

空气源热泵早期以冷暖空调形式应用推广，以供冷为主、供热为辅，主要应用于分散式短期供暖的长江流域及以南地区。

近年来随着我国清洁取暖国家战略的实施，空气源热泵供暖成为分散电代煤的主要技术形式，应用范围不断北扩。

长江流域供暖需求的日益增加，空气源热泵在这一区域的应用也进一步推广。

建筑节能工作的不断深入推进，迈入近零能耗时代，建筑负荷需求大幅度降低，供能灵活性要求提升，空气源热泵集成新风、净化、除湿的多功能产品不断涌现。

地源热泵地下埋管的优化分析摘要地源热泵是一种新型的技术，具有节能环保等优点。

本文结合舟山地区的实际情况，对地源热泵的地下埋管进行综合分析，内容包括地下埋管的形式、工质和回填材料等，希望能通过本文的分析对舟山市地源热泵的发展起到一定的推动作用。

关键词地源热泵；地下埋管；回填材料中图分类号tu831.3 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）34-0080-02abstract ground source heat pump is a new technology with the advantages of energy saving and environmental protection. combining the practical condition of ，zhoushan ，comprehensive analysis is made on buried pipe systems for ground source heat pump in this paper， including form，working medium and backfill material， etc， playing a significant role in the promotion of the development prospects of ground source heat pump in zhoushan.当今世界，常规能源日见短缺，环境污染日趋严重，为了避免对常规能源资源的过度索取和保护人类赖以生存的自然环境，大力开发利用可再生能源、节约能源已成为科技发展的潮流。

地热属于洁净的可再生能源工业自动化网，它一般具有稳定的能流参数、可全天候开采、使用方便、安全可靠、利用范围广、成本低廉等特点。

地源热泵技术是伴随着全球能源危机和环境问题的出现而逐渐兴起来的，它以大地为热源，可以充分发挥地下土壤蓄能系统的作用，来维持室内的热环境。

第三章地源热泵系统的设计及计算一说到设计，人们往往想到的是工程技术人员的计算和绘图，当然这些都属于设计领域里的工作，而寻找解决问题的途径，也是设计任务之一。

设计本身包括寻找解决问题的途径，所以它不限于事先构思，更不排斥实践，而应是思维活动与实践活动的统一。

空调设计的任务及目的，就是把现有能效高的设备组织好、使用好、充分发挥它们的作用。

现代空调系统的不断发展使建筑物内的设施日益增多和复杂，这对改善人们的生活和工作环境有着积极作用，但同时也带来了由于系统设计、工程施工和运行管理不当而造成对自然环境和人体健康有害的因素。

所以反过来力求解决这些问题就成为一种主要的推动力，促使空调技术更进一步向前发展。

目前，建筑节能的重要性越来越引起人们的关注。

从建筑设计方面来看，提高隔热保温性能，采用合理的朝向，增设必要的遮阳等可以减少空调负荷，降低能耗。

对于确定的空调负荷，提高设备的效率和优化运行过程提供相应的硬件软件，都成为降低能耗的关健。

空调系统的设计一般采用工况设计法，是以夏季和冬季室外空气设计参数为依据的典型工况进行计算，并且是按最不利情况考虑，按照设备的额定工况选择指标。

所以，设备选型较大。

空调设备经常处于部分负荷状态下运行，必须要求设备在部分负荷运行时也能高效率运行。

避免负荷变化了，而设备不能作相应调节，出现大马拉小车的现象；或设备也能调节负荷，但调节性能差，耗能指标落后。

因此，设计的任务就是要用先进的自控技术将空调全工况下的性能调整到最佳程度，这就是所谓的过程设计方法。

一、中央空调设计主要参考以下的规范及标准1、通用设计规范1)．《采暧通风及空气调节设计规范》（GB50019-2003（2003年版））；2)．《采暖通风及至气调节制图标准》（GBJ114－88）3)．《建筑设计防火规范》（GBJ116－87）4)．《高层民用建筑设计防火规范》（ GBJ0045－95）5)．《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26-95）2．专用设计规范：1)．《宿舍建筑设计规范》（JGJ36-87）2)．《住宅设计规范》（GB50096-99）3)．《办公建筑设计规范》（JG67－89）4)．〈旅馆建筑设计规范〉（JGJ67-89）5)．《旅游旅馆建筑热土与空气调节节能设计标准》（GB50189-93）6)．《地源热泵系统工程技术规范》（JGJ142－2004）7)．《地面辐射供暖技术规范》（GB50366－2005）8)．其它专用设计规范3．专用设计标准图集：1)．《暖通空调标准图集》2)．《暖通空调设计选用手册》（上、下册）3)、其它有关标准二、空调冷、热负荷计算空调负荷是指为保持室内空气设计条件，单位时间内室内空气输入或排出的热量，前者称为热负荷，后者称为冷负荷。

地源热泵方案设计一、地源热泵系统概述地源热泵是一种利用地下土壤、地下水或地表水等作为冷热源，通过热泵机组进行能量交换，为建筑物提供制冷、供暖和生活热水的系统。

与传统的空调和供暖系统相比，地源热泵系统具有以下显著优势：1、高效节能：地源热泵系统的能效比（COP）通常较高，可大大降低能源消耗和运行成本。

2、环保无污染：不使用化石燃料，减少了温室气体排放和对环境的污染。

3、稳定可靠：地下温度相对稳定，使得系统运行更加稳定可靠，不受外界气候条件的影响。

4、使用寿命长：热泵机组和地下换热器的使用寿命较长，维护成本相对较低。

二、工程场地条件评估在进行地源热泵方案设计之前，首先需要对工程场地的条件进行详细评估。

这包括地质结构、土壤类型、地下水位、水文地质条件等。

不同的场地条件会影响地下换热器的设计和安装方式。

1、地质结构：了解地层的分布、厚度和岩石类型，以确定钻孔的可行性和难度。

2、土壤类型：土壤的热导率和比热容会影响热量传递效率，常见的土壤类型如砂土、黏土和壤土等，其热性能有所差异。

3、地下水位：地下水位的高低会影响换热器的安装深度和防水措施。

4、水文地质条件：包括地下水的流动速度、水质等，这对于选择合适的换热器类型和防止地下水污染至关重要。

三、建筑物负荷计算准确计算建筑物的冷热负荷是地源热泵方案设计的基础。

负荷计算需要考虑建筑物的用途、面积、朝向、围护结构的保温性能、室内人员和设备的发热量等因素。

通过专业的负荷计算软件，可以得到建筑物在不同季节和不同时段的制冷和供暖负荷需求。

1、制冷负荷：主要由室内外温差、太阳辐射、人员散热和设备散热等因素引起。

2、供暖负荷：与室外温度、建筑物的保温性能、通风换气次数等有关。

根据负荷计算结果，可以确定热泵机组的容量和地下换热器的规模，以保证系统能够满足建筑物的冷热需求。

四、地源热泵系统类型选择地源热泵系统主要有三种类型：地下水地源热泵系统、地埋管地源热泵系统和地表水地源热泵系统。

收稿日期：2010-1-8作者简介：崔萍（1976～），女，博士，讲师；山东建筑大学热能学院（250101）；0531-863637626；E-mail:sdcuiping@ 基金项目：国家自然科学基金项目（No.50946039）竖直地埋管换热器优化设计与模拟软件崔萍1刁乃仁1杨洪兴2方肇洪11山东建筑大学地源热泵研究所2香港理工大学屋宇设备系摘要：本文首先讨论了地源热泵系统竖直埋管地热换热器的理论传热模型及其解析解，然后详细介绍了根据这一模型开发并完善的地热换热器设计和模拟计算软件“地热之星GeoStar V3.0”。

该软件除了根据负荷设计计算地埋管的总长度以外，还可计算系统的热泵能耗、地埋管换热器的换热量、孔壁的温度变化以及其他性能参数。

GeoStar V3.0还增加了设计太阳能辅助地源热泵系统的功能，可对热负荷占优的建筑进行太阳能集热器与地埋管换热器联合运行的优化设计。

本文最后针对某一地源热泵示范工程进行了设计计算。

使用结果表明，软件中采用的理论传热模型和设计计算方法可以较精确地用于指导工程实践与相关的科研项目。

关键词：地源热泵地热换热器设计计算传热Simulation Modeling and Design Optimization of Vertical Ground HeatExchangerCUI Ping 1,DIAO Nai-ren 1,YANG Hong-xing 2,FANG Zhao-hong 11Ground Source Heat Pump Research Center,Shandong Jianzhu University 2Department of Building Services Engineering,The Hong Kong Polytechnic UniversityAbst r act :The paper primarily discusses the analytical heat transfer models for the vertical GHEs and introduces the attendant program named “GeoStar ”developed for use in design and simulation of vertical GHEs.The GeoStar can calculate the required borehole length and predict time-varying heat pump energy consumption,heat transfer rates of GHEs,and other variables of interest during a long-time period of over 20years.Meanwhile,the simulation model for the solar-ground source heat pump systems is developed and incorporated into the program,which can design the solar collector area required for heating-dominated buildings.Finally,the program is used to design an existing GSHP project and to simulate the system performance.The results demonstrate the usefulness of the simulation model and attendant program as a tool for designing the GSHP systems.Keywor ds:ground source heat pump,ground heat exchanger,design,heat transfer0引言竖直埋管地源热泵技术利用可再生的浅层地热能通过热泵机组对建筑物实现供暖，空调及提供生活用热水。

热泵供热系统的设计与优化热泵供热系统是一种新型的供热方式，其环保节能的特点受到了越来越多人的青睐。

正确的设计与优化可以使得热泵供热系统的运行更加高效稳定，从而达到更好的环保效果和经济效益。

一、热泵供热系统的设计要点1.负荷计算在设计热泵供热系统时，首先要进行负荷计算，确定所需供热和制冷的热量，以及面积和热源的类型等。

这能够帮助我们选取合适的热泵型号，从而保证系统的运行质量和效益。

2.热泵选型根据负荷计算的结果来选择合适的热泵设备，包括压缩机状态、换热器面积、蒸发器、冷凝器等方面。

考虑到国内市场上的热泵设备品种丰富，价格差异较大，选择合适品牌和型号能够保证系统的稳定性，减少故障发生率，并降低运行成本。

3.系统分区经过对负荷的计算，我们应该根据实际情况进行系统的分区，按照不同区域的需求量配置合适的供热能力。

并且要注意，不同区域的管道长度和管径要进行相应的规划，并考虑到制冷状态下的对流阻力。

4.管道敷设管道敷设不仅要考虑到安装的方便快捷，更重要的是要对材料的选择有所了解，如PVC、PP等材质。

同时也要注意管道接头的牢固性和防渗漏性。

5.辅助设施的设计辅助设施的设计包括水泵、阀门、水箱、加热器等设备的选型和配置。

要注意其运行功率和工作稳定性，以确保系统的正常运转。

二、热泵供热系统的优化1.能量回收能量回收是提高热泵供热系统能效的关键。

在热水上升、压降、空调过程中产生的废热与废冷可以通过专门的设备进行回收，再经过处理再次利用。

能量回收技术不仅能降低系统运行成本，还能够减少对环境的影响。

2.定期维护热泵供热系统定期维护对于保证整个系统稳定运行至关重要。

需要维护的内容包括热泵设备的清洗、定期更换滤网、管道检查、泄漏检查和水质检测等。

定期维护能够有效地减少热泵设备的故障率，保证系统的高效运行。

3.智能控制在热泵供热系统的设计和优化中，智能控制技术是目前较为流行的一种技术手段。

通过设计智能控制方案，对系统进行动态监控和优化处理，提高系统的能效和运行稳定性。

《地源热泵系统工程技术规范》设计要点解析摘要：本文针对不同地源热泵系统的特点，结合《规范》条文，对地源热泵系统设计特点、方法及要点进行了深入分析，为地源热泵系统的设计提供指导。

关键词：地源热泵系统、设计要点、系统优化1 前言实施可持续发展能源战略已成为新时期我国能源发展的基本方针，可再生能源在建筑中的应用是建筑节能工作的重要组成部分。

2006年1月1日《可再生能源法》正式实施，地源热泵系统作为可再生能源应用的主要途径之一，同时也是最利于与太阳能供热系统相结合的系统形式，近年来在国内得到了日益广泛的应用。

地源热泵系统利用浅层地热能资源进行供热与空调，具有良好的节能与环境效益，但由于缺乏相应规范的约束，地源热泵系统的推广呈现出很大盲目性，许多项目在没有对当地资源状况进行充分评估的条件下就匆匆上马，造成了地源热泵系统工作不正常，为规范地源热泵系统的设计、施工及验收，确保地源热泵系统安全可靠的运行，更好的发挥其节能效益，由中国建筑科学研究院主编，会同13个单位共同编制了《地源热泵系统工程技术规范》（以下简称规范）。

该规范现已颁布，并于2006年1月1日起实施。

由于地源热泵系统的特殊性，其设计方法是其关键与难点，也是业内人士普遍关注的问题，同时也是国外热点课题，在新颁布的《规范》中首次对其设计方法提出了具体要求。

为了加深对规范条文的理解，本文对其部分要点内容进行解析。

2 《规范》的适用范围及地源热泵系统的定义2.1 《规范》的适用范围该《规范》适用于以岩土体、地下水、地表水为低温热源，以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质，采用蒸气压缩热泵技术进行供热、空调或加热生活热水的系统工程的设计、施工及验收。

它包括以下两方面的含义：（1）“以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质”，意旨不适用于直接膨胀热泵系统，即直接将蒸发器或冷凝器埋入地下的一种热泵系统。

该系统目前在北美地区别墅或小型商用建筑中应用，它优点是成孔直径小，效率高，也可避免使用防冻剂；但制冷剂泄漏危险性较大，仅适于小规模应用。

地源热泵系统工程技术规范《地源热泵系统工程技术规范》1总则1.0.1 为使地源热泵系统工程设计、施工及验收，做到技术先进、经济合理、安全适用，保证工程质量，制定本规范。

1.0.2 本规范适用于以岩土体、地下水、地表水为低温热源，以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质，采用蒸气压缩热泵技术进行供热、空调或加热生活热水的系统工程的设计、施工及验收。

1.0.3 地源热泵系统工程设计、施工及验收除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

2术语2.0.1 地源热泵系统 groud-source heat pump system以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。

根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。

对于制冷来说，地源热泵与常规冷水机组最大的区别是：空调系统的冷却水冷却变为地下水或土壤冷却。

地下水或土壤冷却，又有若干种方式。

地埋管换热系统或地下水换热系统，地下水换热系统又分为直接和间接换热等等。

2.0.2 水源热泵机组 water-source heat pump unit以水或添加防冻剂的水溶液为低温热源的热泵。

通常有水／水热泵、水／空气热泵等形式。

2.0.3 地热能交换系统 geothermal exchange system将浅层地热能资源加以利用的热交换系统。

2.0.4 浅层地热能资源 shallow geothermal resources蕴藏在浅层岩土体、地下水或地表水中的热能资源。

2.0.5 传热介质 heat-transfer fluid地源热泵系统中，通过换热管与岩土体、地下水或地表水进行热交换的一种液体。

一般为水或添加防冻剂的水溶液。

2.0.6 地埋管换热系统 ground heat exchanger system传热介质通过竖直或水平地埋管换热器与岩土体进行热交换的地热能交换系统，又称土壤热交换系统。

地源热泵系统形式及优缺点(总5页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除地源系统类型1.水平式地源热泵水平式地源热泵通过水平埋置于地表面2～4以下的闭合换热系统，它与土壤进行冷热交换。

此种系统适合于制冷供暖面积较小的建筑物，如别墅和小型单体楼。

该系统初投资和施工难度相对较小，但占地面积较大。

地源热泵2.垂直式地源热泵垂直式地源热泵通过垂直钻孔将闭合换热系统埋置在50M～400M深的岩土体与土壤进行冷热交换。

此种系统适合于制冷供暖面积较大的建筑物，周围有一定的空地，如别墅和写字楼等。

该系统初投资较高，施工难度相对较大，但占地面积较小。

地源热泵3.地表水式地源热泵地表水式地源热泵地源热泵机组通过布置在水底的闭合换热系统与江河、湖泊、海水等进行冷热交换。

此种系统适合于中小制冷供暖面积，临近水边的建筑物。

它利用池水或湖水下稳定的温度和显著的散热性，不需钻井挖沟，初投资最小。

但需要建筑物周围有较深、较大的河流或水域。

地源热泵4.地下水式地源热泵地下水式地源热泵地源热泵机组通过机组内闭式循环系统经过换热器与由水泵抽取的深层地下水进行冷热交换。

地下水排回或通过加压式泵注入地下水层中。

此系统适合建筑面积大，周围空地面积有限的大型单体建筑和小型建筑群落。

近几年来，地能开发取得突破性进展。

地球表面水源和土壤是一个巨大的集热器，收集来自太阳48％的能量，比人类每年利用能量的500倍还多。

按换热载体分区，地源热泵空调主要有四种形式：一是地埋管地源热泵；二是地下水地源热泵；三是地表水地源热泵(包括海水源，江湖河溪水或地表潜水)；四是混合式地源热泵。

地表向下30～130米左右，一年四季的温度是相对恒定的，一般在15～ 20℃左右。

地源热泵正是利用地能这一特性，通过消耗少量的电能，实现由低温位向高温位或由高温位向低温位的转换，从而充分地利用地能。

在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天可以将室内的余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。

地埋管计算方法地源热泵地埋部分设计（一）管材选择及流体介质一、管材一般来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性。

1、聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）在国外地源热泵系统中得到了广泛应用。

2、PVC（聚氯乙烯）管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用PVC 管。

3、为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用薄壁（0.5mm）的不锈钢钢管，但目前实际应用不多。

4、管件公称压力不得小于1.0Mpa，工作温度应在-20℃～50℃范围内。

5、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择。

6、地埋管应能按设计要求长度成捆供应，中间不得有机械接口及金属接头。

二、连接1、热熔联接（承接联接和对接联接，对于小管径常采用）2、电熔联结三、流体介质及回填料流体介质南方地区：由于地温高，冬季地下埋管进水温度在0℃以上，因此多采用水作为工作流体；北方地区：冬季地温低，地下埋管进水温度一般均低于0℃，因此一般均需使用防冻液。

（①盐类溶液——氯化钙和氯化钠水溶液；②乙二醇水溶液；③酒精水溶液等）。

埋管水温：1、热泵机组夏季向末端系统供冷水，设计供回水温度为7—12℃，与普通冷水机组相同。

地埋管中循环水进入U管的最高温度应<37℃，与冷却塔进水温度相同。

2、热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同，在满足供热条件下，应尽量减低供热水温度，这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提高cop值，并降低能耗。

地埋管中循环水冬季进水温度，以水不冻结并留安全余地为好，可取3—4℃。

当然为了使地埋管换热器获得更多热量，可加大循环水与大地间温差传热，然而大地的温度是不变的，因此只有将循环水温降至0℃以下，为此循环水必须使用防冻液，如乙二醇溶液或食盐水。

但这样会提高工程造价、增加对设备的腐蚀。

在严寒地区不得不这样做，而在华北地区的工程中用水就可满足要求，不一定要加防冻液。

地源热泵地下埋管形式及计算本文介绍了地源热泵地下埋管换热器系统形式及设计计算中的有关问题，其中包括埋管方式、埋管深度、地下埋管系统的环路形式、埋管材料、埋管间距、埋管系统的管径选择及水力和热力计算等问题。

0引言地下埋管换热器是地源热泵系统的关键组成部分，其选择的形式是否合理，设计的是否正确，关系到整个地源热泵系统能否满足要求和正常使用，本文就这方面的有关问题作些讨论，供同行们参考。

1地源热泵地下埋管形式目前地源热泵地下埋管换热器主要有两种形式，即水平埋管和垂直埋管。

1.1水平埋管水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管等形式[1]，由于多层埋管的下层管处于一个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。

近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，一种是扁平曲线状管，另一种是螺旋状管。

它们的优点是使地沟长度缩短，而可埋设的管子长度增加。

管路的埋设视岩土情况，可采取挖沟或大面积开挖方法。

按文献[1]介绍，单层管最佳深度0.8～1.0m，双层管1.2～1.9m，但无论任何情况均应埋在当地冰冻线以下。

由于水平管埋深较浅，其埋管换热器性能不如垂直埋管，而且施工时，占用场地大，在实际使用中，往往是单层与多层互相搭配；螺旋管优于直管，但不易施工。

由于浅埋水平管受地面温度影响大，地下岩土冬夏热平衡好，因此适用于单季使用的情况（如欧洲只用于冬季供暖和生活热水供应），对冬夏冷暖联供系统使用者很少。

1.2垂直埋管根据埋管形式的不同，一般有单U形管，双U形管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，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（≤30m）、中埋（31～80m）和深埋（>80m）。

目前使用最多的是U形管、套管和单管式，下面作一简述。

1）U形管型是在钻孔的管井内安装U形管，一般管井直径为100～150mm，井深10~200m，U形管径一般在φ50mm以下（主要是流量不宜过大所限）。

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 3 期中深层地热地埋管管群换热性能模拟和布置优化陈宏飞，杨富鑫，谭厚章，曹静宇，吴盛源（西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室，陕西 西安 710049）摘要：在中深层地热地埋管（DBHE ）供热技术应用中，主要使用多个地埋管构成管群为建筑供暖。

为了研究中深层同轴地埋管管群换热性能，本文基于西安市西咸新区典型地质分布，构建了中深层同轴地埋管管群数值模型，研究了不同间距、不同分布下各地埋管换热器间热交互作用以及长期取热期水温衰减规律。

结果表明，多井集群供暖过程中周围岩土所形成的“冷堆积”现象是导致地埋管集群供暖能力逐年下降的主要原因；当地埋管间距从5m 增至25m ，平均出口水温和取热功率分别提升3.86%和11.5%；在西咸新区典型地质条件分布下，地埋管间间距应保持在15m 以上；本文提出的四种管群分布中，地埋管呈直线分布时各地埋管出口水温和取热功率衰减最小，其中心地埋管出口水温仅衰减5.74%。

在工程设计中，中深层地埋管管群应尽可能直线排布，避免重叠排布。

关键词：中深层地热；同轴地埋管；管群；换热；冷堆积中图分类号：TK529 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）03-1241-11Heat transfer performance simulation and optimization of deep boreholeheat exchanger arrayCHEN Hongfei ，YANG Fuxin ，TAN Houzhang ，CAO Jingyu ，WU Shengyuan(MOE Key Laboratory of Thermo-Fluid Science and Engineering, Xi ’an Jiaotong University, Xi ’an 710049, Shaanxi, China)Abstract: In the application of the deep borehole heat exchanger (DBHE), the pipe array is composed of multiple DBHEs and used for the building heating. In order to study the heat transfer performance of the coaxial DBHE array, a numerical model was established based on the typical geological distribution in Xixian New Area. The influence of the distance between the DBHEs and their distribution patterns was investigated on the thermal interaction and the attenuation of outlet-water temperature during the long-term heating period. The results showed that the ‘cold accumulation ’ of rock and soil around the DBHE was the main reason for the decline of the heating capacity of the DBHE array year by year. When the distance between the DBHEs increases from 5m to 25m, the average outlet-water temperature of the DBHE and the heat extraction power increased by 3.86% and 11.5%, respectively. Considering the geological distribution in Xixian New Area, the distance between the DBHEs should be kept above 15m. In the four types of DBHE array distributions (cross, circular, polyline, linear), the straight-line distribution exhibited the smallest attenuation in outlet-water temperature and heat extraction power. The outlet-water temperature of the central DBHE only decreased by 5.74%. In the engineering applications, it is necessary to avoid the overlapping arrangement of DBHEs and ensure that they are arranged in a straight line.研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0501收稿日期：2023-03-31；修改稿日期：2023-08-24。