一、常見(jiàn)巖土類型與回填材料

中國(guó)地域遼闊，因此我國(guó)大部分地區(qū)的巖土成因、物質(zhì)組成不盡相同，這就導(dǎo)致了巖土物理性質(zhì)的差異。例如土壤按照顆粒粗細(xì)可以分為礫土、砂土、粘土、粉性土等，其中砂土主要分布在松花江、黃河、長(zhǎng)江等大江河的階地上，粘土主要分布在東部各大平原、盆地及大湖周邊。表1為我國(guó)常見(jiàn)的巖土物性參數(shù)。

巖土類型雖種類眾多，但分布較為集中，這對(duì)土壤源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也給予一定的參考依據(jù)。但是《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（GB50036-2009)提出，在地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前應(yīng)該進(jìn)行巖土的熱物性參數(shù)測(cè)試以作為指導(dǎo)文件。但是不同的工程，其巖土物性參數(shù)參數(shù)也千差萬(wàn)別，廣東南方水泵選取砂巖、花崗巖、輕質(zhì)粘土、致密砂土四種巖土在同一仿真建筑的土壤源熱泵系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)費(fèi)用年值進(jìn)行對(duì)比分析，給實(shí)際工程以參考。

回填材料的的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)地下?lián)Q熱器系統(tǒng)的導(dǎo)熱能力有很大影響，《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（GB50036-2009)中規(guī)定，一般情況下，回填材料的導(dǎo)熱系數(shù)要高于周?chē)鷰r土的導(dǎo)熱系數(shù)，但對(duì)于地質(zhì)情況多為巖石的區(qū)域來(lái)說(shuō)，導(dǎo)熱系數(shù)較高，因此回填料的導(dǎo)熱系數(shù)可以低于巖土的導(dǎo)熱系數(shù)；回填材料在施工時(shí)應(yīng)采不大于15mmxl5mm的用網(wǎng)孔進(jìn)行過(guò)篩，以保證回填材料不摻雜尖利的巖石塊和其它碎石；對(duì)于地下巖土為非常密室或堅(jiān)硬的巖土體或巖石的情況，灌漿宜采用水泥基料，對(duì)于地下水資源豐富的地區(qū)，不宜采用水泥基料灌漿。規(guī)范中推薦的回填材料由表2給出。

由于選取的四種巖土的熱物性差距較大，因此本文選擇的回填材料為導(dǎo)熱系數(shù)較高的含有10%膨潤(rùn)土、90%SiO2砂子的混合物。

二、單孔換熱率

東莞南方水泵認(rèn)為土壤源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵之一是從地下取熱與向地下排熱的熱交換過(guò)程，而單孔換熱率即為衡量換熱過(guò)程是否良好的參數(shù)。單孔換熱率直接影響埋管總長(zhǎng)和鉆孔數(shù)量，而埋管總長(zhǎng)和鉆孔數(shù)量也直接影響著系統(tǒng)的運(yùn)行效果和初投資。文獻(xiàn)給出了穩(wěn)定傳熱條件下U形地埋管的單孔換熱率的計(jì)算公式。

式中，L為埋管長(zhǎng)度(m)；t1為地下?lián)Q熱器中傳熱介質(zhì)的平均溫度，℃；t4為埋管區(qū)域巖土體原始地溫，℃；λ1為地埋管材料的熱導(dǎo)率W/(m·K)，（PE管為0.42W/(m·K)；λ2為換熱孔中回填料的熱導(dǎo)率，λ3為換熱孔周?chē)鷰r土體的平均熱導(dǎo)率，W/(m·K)；r1為地埋管束的等效半徑，m，單U為管內(nèi)徑的2倍，雙U為管內(nèi)徑4倍；r2為地埋管束的等效外徑，m，等效半徑r1加管材壁厚；r3為換熱孔平均半徑，m；r4為換熱溫度影響半徑，m。鉆孔具體形式如圖1所示。

上面的公式中r4為換熱溫度影響半徑，它可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)熱響應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)設(shè)觀測(cè)孔求取或是根據(jù)數(shù)值模擬軟件計(jì)算得到，本文采用Ansys模擬軟件計(jì)算得出。

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