地源热泵系统在暖通工程实践中的应用

【摘要】随着经济的发展和人们生活水平的提高，公共建筑和住宅的供暖和空调已经成为普遍的要求。作为中国传统供热的燃煤锅炉不仅能源利用率低，而且还会给大气造成严重的污染，因此在一些城市中燃煤锅炉在被逐步淘汰，而燃油、燃气锅炉则运行费用很高。地源热泵就是一种在技术上和经济上都具有较大优势的解决供热和空调的替代方式。本文通过分析地源热泵的技术特点，针对地源热泵系统在暖通工程实践中的应用问题进行探讨，以期通过本文的阐述进一步推进地源热泵技术在暖通工程的应用，对有效提升工程质量，提供理论依据。

地源热泵是一种利用土壤所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖制冷空调系统，地源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。地表土壤和水体是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳辐射能量，比人类每年利用的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量）；它又是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散相对的平衡，地源热泵技术的成功使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为现实。

一、地源热泵的技术特点

地源热泵分为地下水源热泵、地表水源热泵和地埋管地源热泵。地埋管地源热泵系统为闭式系统，通过循环液（水或以水为主要成分的防冻液）在封闭的地下埋管中流动，实现系统与大地间的传热。

（1）节能：地源热泵制冷时比传统中央空调系统运行效率要提高30％-50％；供暖时要比热力管网集中供热或燃油燃气供热系统降低20％～60％。

（2）减排：以清洁能源代替燃煤供暖，系统无燃烧设备不产生CO，CO2等温室气体。房间内采用水作为循环介质，没有氟利昂的泄漏。

（3）环保：没有燃烧过程，不存在污染物排放问题，属绿色环保技术。

（4）长效：冬季取出的热量可在夏天得到补偿，全年循环利用，有可再生性；没有环境污染隐患并避免了对资源造成破坏，有可持续性。

地源热泵也有一些不足之处表现在：初投资偏高；其次，对当地的地质条件及气候条件依赖性强等。

二、地源热泵系统的组成

地源热泵主要由四个部件组成：即压缩机、冷凝器、膨胀器和调节阀，其中压缩机是地源热泵的最主要部件，是热传导的动力源；冷凝器和膨胀器是地源热泵吸热和放热的部件；调节阀是地源热泵的控制部件。地源热泵系统可分为两部分：地下部分和地上部分。

2.1　地下系统的设计地下系统是地源热泵工作性能的关键，它直接制约着地源热泵系统供热／制冷效率的高低。

2.2　地上系统的设计

地上系统主要包括地源热泵机房和空调末端系统。由于地源热泵设备体积要小于传统制冷机组，它同时实现采暖功能，因此无需设置供暖设备，大大节省了制冷机房的占地面积和空间。空调末端系统的设计与普通中央空调末端系统没有太大区别，但是需要设计人员注意的是，地源热泵系统夏季、冬季的进出水温度与传统的中央空调主机的进出水温度有较大差异。如与正常进出水温度有偏差时，需向设备厂家进行冷热量的核算与修正，这将对整个系统有很大的影响。

三、地源热泵系统在暖通工程实践中的应用

3.1　钻孔施工

（1）钻孔前应勘测现场，做好和其他专业（如土建、给排水、消防、电缆等）的交叉与衔接。根据施工钻孔平面图的孔数、行距和面积，进一步核实现场的施工面积以满足打孔要求；

（2）核实无误后，按施工平面图检查定位放线，排水、泥浆倒运工序，合理安排土方、泥浆池、安全通道及堆土场的位置，保持通道畅通无阻；

（3）钻孔就位，要保证钻机钻杆垂直度，防止垂直偏差将已埋管道损坏。钻井机械定位保证水平度偏差≤1％；保证垂直偏差≤0.5％；

（4）在钻孔的两孔之间挖l400mm×700mm×500mm泥浆池，位置在地埋管挖沟方向两孔之间，用作钻井机在施工中水循环载体，不至于流到其他地方，保证施工现场的整洁；

（5）根据在其他工程的施工经验，可采用正循环回转钻井；

（6）钻孔过程中安排质量检查员随时检查钻孔的位置，确保钻孔位置的正确性，并做好检查记录工作，如发现偏差超过标准要求，应及时纠正重新进行定位；

（7）钻孔完成后，检查钻孔深度和钻孔的质量并做好隐蔽工程记录报建设单位（监理）验收；

（8）钻孔过程中产生的土方和土方开挖的土壤应集中堆放，并用彩条布覆盖；

（9）在钻孔过程中为避免钻孔塌方，在钻孔过程中灌入泥浆对钻孔的井壁进行泥浆凝固护壁，防止塌孔。

3.2　现场预组装施工

（1）地埋U型管宜在现场预组装，管材预组装前应水平堆放在平整的地面上，不应局部受压使管材变形，堆放高度不宜超过2m；管件贮存应成箱存放在货架上或码堆在平整平面上，地面上码堆高度不宜超过2m。HDPE管运至工地采用彩条布覆盖，严禁长时间太阳下暴晒；

（2）HDPE管连接时应注意热熔管头清洁，管材切割时当管径≤de50时，采用旋转切刀；当管径>de50时，采用手工木工锯；

（3）HDPE管在地面连接完成，试压、合格后方可埋管；井回填后再次试压、合格后方可连接水平干管；水平总管连接完试压、合格后方可回填土。总管连接完后进行系统试压；

（4）HDPE管道的连接可采用热熔连接r热熔承插连接、热熔对焊连接），与金属管道连接应采用法兰连接；

（5）热熔对接：管材外径Φ≥63mm的HDPE管均可采用热熔对接方式连接，该方法经济可靠，其接头在承拉和承压时都比管材本身具有更高强度。热熔连接温度：200-210℃。使用该方法时，设备仅需热熔对接机，步骤如下：①把待连接管材置于焊机夹具上并夹紧；②清洁管材连接端并铣削连接面；③校直两对接件，使其端面错位量不大于管道壁厚的10％；④放入加热板加热；⑤加热完毕，取出加热板；⑥迅速接合两加热面，升压至熔接压力并保压冷却。 　　（7）HDPE管连接的注意事项：

①　管道连接前应对管材、管件及附属设备、阀门、仪表按设计要求进行核对，并在施工现场进行外观检查，符合要求方准使用。连接时应使用同一生产厂家的管材和管件，如确需将不同厂家（品牌）的管材、管件连接则应经试验证明其可靠后方准使用。每次连接完成后，应进行外观质量检验，不符合要求的必须返工；

②施工人员应进行上岗培训；

③每次施工后，管口应临时封堵；

④当室外温度<0℃时，塑料地埋管物理力学性能将有所降低，容易造成地埋管的损害，故当室外环境温度<0℃时，尽量避免地埋管热换器的施工，若赶工期，施工时应采用保护措施或调整施工工艺参数。

3.3　下管施工

钻孔完成后应立即下管，下管前应对U型管进行试压、冲洗。停留时间越长，孔内的积压现象越严重，管子也就越难放。

采用预制导头下井施工法。预制导头直径略小于钻孔直径，大于4根HDPE循环管所占位置的直径（预制导头制作后应进行试压试验）。依靠导头的重量和HDPE管内水的重量下井，这样既保证下管的速度又可保证HDPE管能有效地到达地源井底，同时，还能保护HDPE管材在下井过程中免受井壁尖石的刮伤、损坏。一般采用人工下管，下管时必须多人合作，提起管子时不得在地上拖拉，不应形成不自然的弯曲，更不允许产生角度。

为避免热桥损失，U型管管间距应严格按设计要求，下管时尽量保持同心度并且管与管不要接触太紧，施工时每隔2～4m设置固定支卡将U型管分开，以确保垂直地源换热管的相对位置不变，垂直换热管不会贴在一起。

HDPE管下井完成后，须将U型管两个端口密封。

四、结束语

综上所述，地源热泵系统已经在中央空调工程中显示出其自身的优势与特点，同时也被国家大力提倡使用。在某些城市，政府提出了大量的鼓励政策，如为采用地源热泵系统的建筑工程项目提供政府性补贴等。由此不难看出，地源热泵工程将在中央空调工程中占有越来越大的市场份额，将会是中央空调工程的一个大的发展趋势。