（一）管材選擇及流體介質

一、管材　

一般來講，一旦將地下埋管系統換熱器埋入地下后，基本不可能進行維修或更換，因此地下的管材應首先要保證其具有良好的化學穩定性、耐腐性。

1、聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）在國外地源熱泵系統中得到了廣泛應用。

2、PVC（聚氯乙烯）管的導熱性差和可塑性不好，不易彎曲，接頭處耐壓能力差，容易導致泄漏，因此在地源熱泵系統中不推薦用PVC 管。

3、為了強化地下埋管的換熱，國外有的提出采用薄壁（0.5mm）的不銹鋼鋼管，但目前實際應用不多。

4、管件公稱壓力不得小于1.0Mpa，工作溫度應在-20℃～50℃范圍內。

5、地埋管壁厚宜按外徑與壁厚之比為11倍選擇。

6、地埋管應能按設計要求長度成捆供應，中間不得有機械接口及金屬接頭。

二、連接

1、熱熔聯接（承接聯接和對接聯接，對于小管徑常采用）

2、電熔聯結 　

三、流體介質及回填料　　

流體介質

南方地區：由于地溫高，冬季地下埋管進水溫度在0℃以上，因此多采用水作為工作流體； 　　

北方地區：冬季地溫低，地下埋管進水溫度一般均低于0℃，因此一般均需使用防凍液。 　　

（①鹽類溶液——氯化鈣和氯化鈉水溶液；②乙二醇水溶液；③酒精水溶液等）。 　　

埋管水溫：

1、熱泵機組夏季向末端系統供冷水，設計供回水溫度為7—12℃，與普通冷水機組相同。地埋管中循環水進入U管的最高溫度應<37℃，與冷卻塔進水溫度相同。

2、熱泵機組冬季向末端系統供水溫度與常規空調不同，在滿足供熱條件下，應盡量減低供熱水溫度，這樣可改善熱泵機組運行工況、減小壓縮比、提高cop值，并降低能耗。 地埋管中循環水冬季進水溫度，以水不凍結并留安全余地為好，可取3—4℃。

當然為了使地埋管換熱器獲得更多熱量，可加大循環水與大地間溫差傳熱，然而大地的溫度是不變的，因此只有將循環水溫降至0℃以下，為此循環水必須使用防凍液，如乙二醇溶液或食鹽水。但這樣會提高工程造價、增加對設備的腐蝕。在嚴寒地區不得不這樣做，而在華北地區的工程中用水就可滿足要求，不一定要加防凍液。 　　

地溫是恒定值，可通過測井實測。有關資料介紹某地地下約100米的地溫是當地年平均氣溫加4℃左右。天津市年平均氣溫是12.2℃，實測天津市地下約100米的地溫約為16℃，基本符合以上規律。 　

回填材料

可以選用澆鑄混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料選擇要兼顧工程造價、傳熱性能、施工方便等因素。從實際測試比較澆鑄混凝土換熱性能最好，但造價高、施工難度大，但可結合建筑物樁基一起施工。回填沙石或碎石換熱效果比較好，而且施工容易、造價低，可廣泛采用。

（二）埋管系統環路

一、埋管方式

1、水平埋管 　

水平埋管主要有單溝單管、單溝雙管、單溝二層雙管、單溝二層四管、單溝二層六管等形式，由于多層埋管的下層管處于一個較穩定的溫度場，換熱效率好于單層，而且占地面積較少，因此應用多層管的較多。（單層管最佳深度1.2～2.0m，雙層管1.6～2.4m）

近年來國外又新開發了兩種水平埋管形式，一種是扁平曲線狀管，另一種是螺旋狀管。它們的優點是使地溝長度縮短，而可埋設的管子長度增加。

2 、垂直埋管

根據埋管形式的不同，一般有單U 形管，雙U 形管，套管式管，小直徑螺旋盤管和大直徑螺旋盤管，立式柱狀管、蜘蛛狀管等形式；按埋設深度不同分為淺埋（≤30m）、中埋（31～80m）和深埋（>80m）。

1）U 形管型：是在鉆孔的管井內安裝U 形管，一般管井直徑為100～150mm，井深10~200m，U 形管徑一般在φ50mm 以下。

2）套管式換熱器：的外管直徑一般為100～200mm，內管為φ15～φ25ｍｍ。其換熱效率較U 形管提高16.7%。缺點：⑴下管比較困難，初投資比U 形管高。⑵在套管端部與內管進、出水連接處不好處理，易泄漏，因此適用于深度≤30m 的豎埋直管，對中埋采用此種形式宜慎重。

二、地下埋管系統環路方式

1、串聯方式 　　

優點：①一個回路具有單一流通通路，管內積存的空氣容易排出；

②串聯方式一般需采用較大直徑的管子，因此對于單位長度埋管換熱量來講，串聯方式換熱性能略高 　　

缺點：①串聯方式需采用較大管徑的管子，因而成本較高；

②由于系統管徑大，在冬季氣溫低地區，系統內需充注的防凍液（如乙醇水溶液）多；

③安裝勞動成本增大；

④管路系統不能太長，否則系統阻力損失太大。

2、并聯方式 　　

優點：①由于可用較小管徑的管子，因此成本較串聯方式低；

②所需防凍液少；

③安裝勞動成本低。

缺點： ①設計安裝中必須特別注意確保管內流體流速較高，以充分排出空氣；

②各并聯管道的長度盡量一致（偏差應≤10%），以保證每個并聯回路有相同的流量；

③確保每個并聯回路的進口與出口有相同的壓力，使用較大管徑的管子做集箱，可達到此目的。 　　

從國內外工程實踐來看，中、深埋管采用并聯方式者居多；淺埋管采用串聯方式的多種。

三、地埋管打孔孔徑

孔徑： 根據地質結構不同，鉆孔孔徑可以是Ф100、Ф150、Ф200或Ф300，天津地區地表土壤層很厚，為了鉆孔、下管方便多采用Ф300孔徑。

（三）地下埋管系統設計

一．地下換熱量計算　

地下換熱量可以由下述公式計算：

Q1'= Q1*(1+1/COP1) kW （1）

Q2'= Q2*(1-1/COP2) kW （2）

其中Q1'——夏季向土壤排放的熱量，kW

Q1——夏季設計總冷負荷，kW

Q2'——冬季從土壤吸收的熱量，kW

Q2——冬季設計總熱負荷，kW

COP1——設計工況下水源熱泵機組的制冷系數

COP2——設計工況下水源熱泵機組的供熱系數 　

一般地，水源熱泵機組的產品樣本中都給出不同進出水溫度下的制冷量、制熱量以及制冷系數、供熱系數，計算時應從樣本中選用設計工況下的 。若樣本中無所需的設計工況，可以采用插值法計算。

二、地下熱交換設計

1.水平埋管： 　

確定管溝數目: 　

埋管管長的估算：利用管材“換熱能力”，即單位埋管管長的換熱量。水平埋管單位管材“換熱能力”在20～40W/m（管長）左右，；設計時可取換熱能力的下限值，即20 W/m。 　　

單溝單管埋管總長具體計算公式如下：L=Q/20 　

其中L ——埋管總長,m

Q ——冬季從土壤取出的熱量，w

分母“20”是每m 管長冬季從土壤取出的熱量，W/m

單溝雙管、單溝二層雙管、單溝二層四管、單溝二層六管布置時分別乘上0.9、0.85、0.75、0.70 的熱干擾系數（熱協調系數）。 　　

確定管溝間距：

為了防止埋管間的熱干擾，必須保證埋管之間有一定的間距。該間距的大小與運行狀況（如連續運行還是間歇運行；間歇運行的開、停機比等）、埋管的布置形式（如單行布置，只有兩邊有熱干擾；多排布置，四面均有熱干擾）等等有關。

建議串聯每溝1 管，管徑1/4“～2”；串聯每溝2 管， 1 又1/4“～1 又1/2”。并聯每溝2 管， 1“～1 又1/4”；并聯每溝4～6 管，管徑13/4“～1”。 　　

管溝間距：每溝1 管的間距1.2m，每溝2 管的間距1.8m，每溝4 管間距3.6m。管溝內最上面管子的管頂到地面的的最小高度不小于1.2m。

2、豎直埋管 　　

確定豎井埋管管長

一般垂直單U 形管埋管的換熱能力為60～80 W/m(井深)，垂直雙U 形管為80～100W/m(井深)左右，設計時可取換熱能力的下限值。

一般垂直埋管為70～110W/m(井深)，或35～55W/m(管長)，水平埋管為20～40W/m（管長）左右。 　　

設計時可取換熱能力的下限值，即35W/m（管長），雙U管設計具體計算公式如下：

L=Q1/25  （3）

其中 L——豎井埋管總長，m

Q1——夏季向土壤排放的熱量，W

分母“35”是夏季每m管長散熱量，W/m

確定豎井數目及間距

國外，豎井深度多數采用50～100m，設計者可以在此范圍內選擇一個豎井深度H，代入下式計算豎井數目:

N=L/(4*H)  （4） 　　

其中 N——豎井總數，個

L——豎井埋管總長，m

H——豎井深度，m 　　

分母“2”是考慮到豎井內埋管管長約等于豎井深度的2倍。

然后對計算結果進行圓整，若計算結果偏大，可以增加豎井深度，但不能太深，否則鉆孔和安裝成本大大增加。

關于豎井間距有資料指出：U型管豎井的水平間距一般為4.5m，也有實例中提到DN25的U型管，其豎井水平間距為6m，而DN20的U型管，其豎井水平間距為3m。若采用串聯連接方式，可采用三角形布置來節約占地面積。 　　

工程較小，埋管單排布置，地源熱泵間歇運行，埋管間距可取3.0m；工程較大，埋管多排布置，地源熱泵間歇運行，建議取間距4.5m；若連續運行（或停機時間較少）建議取5～6m