超强吸水树脂与源土混合作为地源热泵供热系统
回填材料的实验研究
王向岩 马伟斌 黄远峰 龚宇烈 廉永旺
（中科院广州能源研究所，510640，广州）

　　摘要：超强吸水树脂具有极强的吸水性和良好的热物性能，超强吸水树脂与源土混合作为回填材料，在热泵制热工况下，分别对螺旋盘管、U型管以及整个系统进行了实验研究，得出系统性能变化曲线。实验结果表明，超强吸水树脂与源土混合作为回填材料，特别是螺旋盘管换热器，可明显增大地下换热器换热量，提高地源热泵系统的效率和稳定性，适用于干旱、土壤非饱和以及地下水位比较低的地区。
　　关键词：地源热泵；超强吸树脂；螺旋盘管；U型管；制热系数
　　0 前言
　　新能源的研究、开发和利用已经成为世界各个先进国家能源战略的共同目标，地热能作为一种可再生绿色新能源，清洁、无污染，以及其巨大的储存量（地表浅层吸收了47%的太阳能，比人类每年利用能量的500倍还要多），已经使得人们认识到了地热能的利用价值。能够一机多用的地源热泵系统则在地热能应用中日趋活跃，广泛应用于供暖，空调领域中。然而地源热泵系统中埋地换热器受土壤性能影响较大，在连续运行工况下，热泵的冷凝温度和蒸发温度受周围土壤温度变化发生波动而不稳定。为了达到换热效果，目前大多采用垂直U型埋管，这需要钻相当深度的井，费用比较高，占初投资中很大比例。针对这一现状，对螺旋管和U型管在超强吸水树脂与源土混合作为回填材料的情况下，进行了实验研究。
　　1 回填材料及超强吸水树脂性能描述
　　地源热泵系统中，理论计算以及实验研究表明，回填材料的导热系数K是决定地下换热效果和系
　　统效率的主要因素，常温下，回填物质组成确定以后，对回填材料导热系数起决定作用的是密度和含水率，函数关系可表示为[1]：
              K=ƒ（ρ，ω）                               （1）
              ρ——回填材料密度(Kg/m3)；
　　ω——回填材料的含水率(%)
　　如果把回填材料作为一种能量传递介质考虑，它把自己储存和吸收的能量传给地下换热器以及热循环介质，在这个能量转换过程中，水分起到了能量转换和储存的作用，所以回填材料中含水率的大小对换热器换热效果起着很大的作用。
　　超强吸水树脂是一种吸水能力特别强的高分子材料，吸水率为自身的几十至几百倍，甚至千多倍。如Sumika凝胶S-50的吸水倍率为500~700（g/g）,在低温（900C以下）吸水倍率基本不随温度变化；保水能力也非常高，吸水后无论加多大压力也不会脱水，但会随时间慢慢释放水分，且具有良好的蓄热、蓄冷能力[3]。以下按照一定比例在源土中混合超强吸水树脂作为回填材料，并采用螺旋盘管和U型管两种地下换热形式，进行实验研究和分析。