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盘锦虹吸-地热双系统管材技术突破:多物理场耦合分析重构管网设计范式


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建硕管业联合大连理工大学开发的‌复合式虹吸-地热管网系统‌,通过‌湍流-传热多场耦合算法‌实现管径优化,使虹吸排水效率提升‌38%‌的同时,地热交换效率增加‌27%‌。该系统采用‌双壁中空PE管结构‌(专利号ZL202310756842.1),在辽东湾新区示范工程中,成功将暴雨径流系数从0.68降至0.42,地热取热量达‌82W/m‌。


技术原理
该系统的‌三维螺旋导流肋‌设计(见图1),通过调整肋片高度与管径比(h/D=0.18-0.22),使虹吸流速稳定在‌2.5-3.2m/s‌(传统系统1.8-2.4m/s)。计算流体力学模拟显示,在‌DN300管径‌条件下,‌Nusselt数‌提升至‌126.7‌(普通PE管98.3),验证了其强化传热特性(参见《工程热物理学报》2024年第3期)。

材料创新
地热管采用的‌纳米石墨烯改性PE材料‌(GB/T28799.3-2023),经第三方检测显示:

  • 导热系数达‌0.48W/(m·K)‌(普通PE管0.35)
  • 热膨胀系数降低至‌1.3×10^-4/℃‌(行业标准≤1.8×10^-4)
  • 在‌80℃/0.8MPa‌工况下,蠕变断裂寿命达‌8760h‌(国标要求≥5000h)

工程验证
在盘锦大学城地下管廊工程中,双系统管网表现出显著优势:

  • 虹吸排水峰值流量‌285L/s‌(设计值250L/s)
  • 地热管冬季取热功率‌96kW‌(同区域传统系统72kW)
  • 管道连接处‌Mises应力‌最大值‌58.3MPa‌(许用值80MPa)

行业影响
中国市政工程协会2024年技术白皮书指出,该技术使管网建设成本降低‌22%‌(按单位面积计算),且符合《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》(GB50400-2024)修订草案中关于‌"雨热联供系统"‌的强制性条款要求。

参考文献
王建军等.改性pe管材多场耦合传热特性研究[J].工程热物理学报,2024,45(3):589-595.
建硕管业.复合式地下管网系统施工工法.1[P].2023-12-18.
GB/T28799.3-2023冷热水用耐热聚乙烯(PE-RT)管道系统第3部分:管材[S].


本文编辑——王振宇

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