埋管式土壤源热泵系统的技术发展

  也称地下耦合热泵系统（Ground-couple heat pumps GCHPs）或土壤热交换器地源热泵（Ground heat exchanger heat pumps），包括一个土壤耦合地热交换器，它或是水平地安装在地沟中，或是以Ｕ形管状垂直安装在竖井之中。通过中间介质（通常为水或者是加入防冻剂的水）作为热载体，使中间介质在土壤耦合地热交换器的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行热交换的目的。

 

  1）水平埋管地源热泵系统（Horizontal ground-coupled heat pump）  比较简单的方式是,当室内负荷比较小,土壤换热器长度比较短,可以把与单回路管子随开挖土方施工直接埋入地下.

 

  当室内负荷比较大,土壤换热器长度比较长,就需要考虑换热器的布置问题,常有的布置方式有以下两种.

 

  （a）串联式水平埋管（b）并联式水平埋管2）垂直埋管地源热泵系统（Vertical borehole ground-coupled heat pump）（a）比较简单的方式是,当室内负荷比较小,土壤换热器长度比较短,换热器井数比较少可以直接接入机房  （b）当室内负荷比较大,土壤换热器长度比较长,就需要考虑换热器井群的布置问题,一般是若干口井汇集到集水器中，然后统一由干管接入机房。

 

  （c）垂直埋管地源热泵系统有一种特殊形式叫：桩基换热器（或叫做能量桩，Energy Piles），即在桩基里布设在换热管道。

 

  （d）地热智能桥,类似桩基换热器，由桥板中埋管的地源热泵自动融雪的桥被称为地热智能桥。雪落到桥面后，这些盘管利用地热将雪融化。地源热泵的开启靠输入的当地气象参数来控制。

 

  3）螺旋埋管地源热泵系统（slinky ground-coupled heat pump）（a）长轴水平布置的螺旋埋管地源热泵系统（b）长轴竖直布置的螺旋埋管地源热泵系统（盘旋布置埋管地源热泵系统）（c）螺旋埋管地源热泵系统有一种特殊布置形式叫：沟渠集水器式螺旋埋管地源热泵系统，也有学者把它归到多层水平埋管地源热泵系统。

 

  2、 地下水热泵系统（Groundwater heat pumps, GWHPs）也就是通常所说的深井回灌式水源热泵系统。通过建造抽水井群将地下水抽出，通过二次换热或直接送至水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下。

 

  无论是深井水，还是地下热水都是热泵的良好的低位热源。地下水位于较深的地方，由于地层的隔热作用，其温度随季节气温的波动很小，特别是深井水的水温常年基本不变，对热泵的运行十分有利。深井水的水温一般约比当地气温高1~2℃。

 

  通常系统包括带潜水泵的取水井和回灌井。板式热交换器采取小温差换热的方式运行。

 

  单井换热热井（Standing column well heat pumps, SCW）也就是单管型垂直埋管地源热泵，在国外常称为"热井"。这种方式下，在地下水位以上用钢套作为护套，直径和孔径一致；地下水位以下为自然孔洞，不加任何固井设施。热泵机组出水直接在孔洞上部进入，其中一部分在地下水位以下进入周边岩土换热，其余部分在边壁处与岩土换热。换热后的流体在孔洞底部通过埋至底部的回水管被抽取作为热泵机组供水。这一方式主要应用于岩石地层，典型孔径为150mm，孔深450m。