地源热泵系统中导热灌注材料地研究进展.pdfVIP

地源热泵系统中导热灌注材料的研究进展 王宏霞 中国建筑材料科学研究总院，北京。100024 关键词导热灌注材转地源热摹系统熟传导牟渗进性机理 地源热泵系统是一种和】用地表浅层地热资源进行供暖和制冷的可再生能源利用技术．其通过深埋 于建筑物周厦的管道系统或地下水，采用热泵原理实现低位热能向商位热能转移进撇完成勾建筑物的 热交换。地源热泵系统高效节能及无任何污染的謇擎点符合我国能源与环保政策，目前芷成为我凰研究 与大力发展的一顼新燮能源剩用方式[1～钉． 地源热泵系统主要由热泵、地上热转换设备、地下授热体系及管道内薇环介质组成．图l所示为虺 源热浆系统中地下换热体系的纵向及平面永意豳．研究表明n_s】t位于臀道与地层土壤间谶注树料的 热性质是决定地潦热聚系统运行致率和成本的重要因素之一．具有良好物理特性的攥眭材料可强化管 邀与地层陲的导热过程，进而降低地下换热器的设计尺寸和韧期投资成本。本文结合目前地溅热泵系 统的大力推广发展趋势，综述了用于地源热泵系统中的导热灌注材料及其研究进展，阐述了导热灌溉材 料的研究发展方向，为进一步改善地源热泵系统的热效率及蘸效运行使用期限、撼动地源热泵系统豹普 遍应用提供借籀和指导． (-)缴向示意图 (b)平耐示意弼 翔1 埔下换熬器示意掰 一、导热灌注材料的组成及主要性能概述 地源热浆系统中导热灌注树料除作为传热媒介、发挥导热作用之外，还须作为保护媒质，对U型管 道提供镫封作用以使地下水体免受褥染∽蒯．导热满注材将主要分为两大类，即膨润土基类和水泥 苤类． L膨润土基类导热灌注材料 膨润土基类足最早用于地源热泵系统中的灌法材料．这种材料烹婴利用膨澜土典有较好密封性能 ·107· 的特点，那能有效填充浆俸空隙，满足灌注材料渗透性的要求，防止地袭水渗人地下造成对饮用水的拇 大攒的能盘消耗，无法满足赢注树料高导热性的妥求．为此，研究者们通过在膨澜士中掺入离导热性攮 究材料(例如石荧砂等)研制出一种热增强膨润土基灌注材料。该类灌注材|＆}主要由钠基膨润土、石荚 砂组成。美国材料试验协会采用“热偶测温法”对其导热性能进行测定．寂1列出了在湿弊14d时苯问 原料配比攥谯材料的导热系敷．由表1可见，材料的导热系数随石萸砂龠鬃的增大逐步提裔．当石英 砂质鐾台激为70％时。菇导热系敷达到2．2 传龉性损失较大．另外，由于环儇要求的提高。限制膨润土的大熬应用． 裹l不周骧料配比的热增强膨测土耕辩辱热系数p1 近年来出现另一类新型热增强膨润士基譬热灌注豺料cl归．较之上述传统膨润士类譬热材料，谈类 材料以看黑代替石英砂作为主要警热源，蕊主要源料有钠鏊膨润±、锈基膨澜土、硅粉、石墨、适量的金 属鬣亿物(饲如，氧化镁)及分散齐I。在整个导热灌浇材辩中，钠蒸膨润土豹主要作用是增强稚度，减小 渗透率，并使浆体形藏一个致密体．钙基膨润±主要甩象控翻浆体的和易性；吞墨欢薅浆体豹热传导 性；硅粉剩用其粒度小、比袤面积大的特点来政蒋渗透性能和增强热传导性鼹|金聪氯化物的作用是提 高凝结强度1分散剂埘选用巢燕混凝土外加剂。霞的冕改善浆体的流动性。提高其泵送能力。这燹材孝幸 的制各过程较之传统类导热灌注材料衡单．霹翩备威袋状成品，现场加水拌稠即可使用．研究表明，掩 上述愿辩进行不同羁已比(见袭2)，通过热传导仪测定其6小时后的导热系数最高可迭2．8 瀑养28天焚渗透菜数均低乎L 象．其有较好的环境友好性。新型热增强膨糕土基导热灌注材料具右质轻、制备简单、导熟性较好及渗 透搴低等的优点，因而应是今后地潦热泵系统中譬热滤注毒孝精发展的方向． 寰2不罔原料配比的新型热增强辫嗣土灌洼材科墨导热系救‘-们 2．水泥基类导热灌注材料 水泥基类导热灌注材料以水泥为纂奉组成Ⅲ““．早期的研究表明采用水泥净浆作灌注材料存在 的主要问题是较高的水灰比会产生大的毛细孔。进而引起浆体热传导率的降低．较高水灰比的水泥净 ·108· 浆会产生收缩，使得水泥净浆与U形管结合不紧密．为此，与膨润土基类导热灌注材料研究相似，有研 究选用在水泥