一、常见岩土类型与回填材料

中国地域辽阔，因此我国大部分地区的岩土成因、物质组成不尽相同，这就导致了岩土物理性质的差异。例如土壤按照颗粒粗细可以分为砾土、砂土、粘土、粉性土等，其中砂土主要分布在松花江、黄河、长江等大江河的阶地上，粘土主要分布在东部各大平原、盆地及大湖周边。表1为我国常见的岩土物性参数。

岩土类型虽种类众多，但分布较为集中，这对土壤源热泵系统的设计也给予一定的参考依据。但是《地源热泵系统工程技术规范》（GB50036-2009)提出，在地源热泵系统设计之前应该进行岩土的热物性参数测试以作为指导文件。但是不同的工程，其岩土物性参数参数也千差万别，广东南方水泵选取砂岩、花岗岩、轻质粘土、致密砂土四种岩土在同一仿真建筑的土壤源热泵系统的动态费用年值进行对比分析，给实际工程以参考。

回填材料的的导热系数对地下换热器系统的导热能力有很大影响，《地源热泵系统工程技术规范》（GB50036-2009)中规定，一般情况下，回填材料的导热系数要高于周围岩土的导热系数，但对于地质情况多为岩石的区域来说，导热系数较高，因此回填料的导热系数可以低于岩土的导热系数；回填材料在施工时应采不大于15mmxl5mm的用网孔进行过筛，以保证回填材料不掺杂尖利的岩石块和其它碎石；对于地下岩土为非常密室或坚硬的岩土体或岩石的情况，灌浆宜采用水泥基料，对于地下水资源丰富的地区，不宜采用水泥基料灌浆。规范中推荐的回填材料由表2给出。

由于选取的四种岩土的热物性差距较大，因此本文选择的回填材料为导热系数较高的含有10%膨润土、90%SiO2砂子的混合物。

二、单孔换热率

东莞南方水泵认为土壤源热泵系统的关键之一是从地下取热与向地下排热的热交换过程，而单孔换热率即为衡量换热过程是否良好的参数。单孔换热率直接影响埋管总长和钻孔数量，而埋管总长和钻孔数量也直接影响着系统的运行效果和初投资。文献给出了稳定传热条件下U形地埋管的单孔换热率的计算公式。

式中，L为埋管长度(m)；t1为地下换热器中传热介质的平均温度，℃；t4为埋管区域岩土体原始地温，℃；λ1为地埋管材料的热导率W/(m·K)，（PE管为0.42W/(m·K)；λ2为换热孔中回填料的热导率，λ3为换热孔周围岩土体的平均热导率，W/(m·K)；r1为地埋管束的等效半径，m，单U为管内径的2倍，双U为管内径4倍；r2为地埋管束的等效外径，m，等效半径r1加管材壁厚；r3为换热孔平均半径，m；r4为换热温度影响半径，m。钻孔具体形式如图1所示。

上面的公式中r4为换热温度影响半径，它可以通过现场热响应实验时设观测孔求取或是根据数值模拟软件计算得到，本文采用Ansys模拟软件计算得出。

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