地埋熱交換器(Ground Heat Exchanger)

由於土壤源熱泵系統主要透過地埋熱交換器與土壤進行熱交換，所以地埋熱 交換器之性能會大大影響土壤源熱泵系統的效率。

Aresti 等人[19]整理並回顧了 GHE 系統的設計相關文獻，地埋熱交換器主要 分為水平式和垂直式地埋熱交換器，而重直式地埋熱交換器又分為 U 型管、雙 U 型管、套管式、螺旋管、能量樁等類型。

水平式地埋熱交換器

水平式地埋熱交換器通常把熱交換器埋在約 1-5 米深的土壤之中，由於土壤深 度較淺，施工比較簡單。所以開發成本比非常低，但是所需土地面積非常大，不式 合用於土地需求量大之地區，由於熱交換器之位置相當接觸地表，所以容易受到外 氣之影響。

垂直式地埋熱交換器

常見的垂直式地埋熱交換器為單 U 型地埋熱交換器(如圖 1-18 所示)，其設計 為在地表鑽一垂直深孔，並於孔內置入 U 型管後再用細砂、水泥、膨潤土等回填 物回填 U 型管與鑽孔間的空隙。在垂直 U 型管地埋熱交換器的操作上，以散熱為 例，管內流體先流經熱泵冷凝器吸收熱量，再流經低溫土壤排熱，最後得到較低溫 的出口流體後再流回冷凝器，如此不斷重複循環，持續對土壤散熱。垂直式地埋熱

交換器雖然開發成本比水平式的高很多，但佔地面積非常少，式合土地擁擠的地區，

而且較深之地表不受外氣影響，有更高的性能。而垂直式地埋熱交換器之形狀除了 常見的單 U 型外，還有圖 1-20、1-21、1-22 所示的雙 U 型、單套管式、複合套管 式、螺旋管等形狀。

圖 1-18 水平式地埋熱交換器示意圖[11]

圖 1-19 垂直式地埋管示意圖[18] 圖 1-20 單 U 型與雙 U 型地埋熱管示意圖[19]

圖 1-21 單套式與複合式地埋熱管示意圖[19] 圖 1-22 螺旋地埋管示意圖[19]

能量樁(Energy pile systems)

垂直式地埋熱交換器除了在地表鑽一垂直深孔外，在新建建築物時，還可以熱 交換器安裝在建築物的基礎中，減少鑽孔和回填材料之成本。

垂直 U 型管地埋熱交換器的鑽孔中的回墳材料除了可用固態材料進行回填外，

亦可使用水等液態材料回填，並對液態回填物進行強制對流，提高地埋管熱交換效 率，而不會發生使用固態材料回填時會產生的熱回流現象。學者 Liebel 等人[20]利 用沉水泵對一回填水的 U 型地埋管進行強制對流實驗，實驗設置如圖 1-23 所示。

結果顯示，使用水泵強制對流回填水可有效地提高地埋熱交換器性能，在同樣的熱 量下可較不使用水泵時有較淺的鑽孔深度，進而節省初設成本。

圖 1-23 Liebel 等人實驗示意圖[20]

圖 1-24 強制對流與沒有強制對流所需鑽孔深度之對比[20]