談地源熱泵技術在蘇州火車站的應用

(中鐵十二局集團建筑安裝有限責任公司，山西太原 030053)

1 工程概況

蘇州火車站站房位于新、老區交界的原站房位置，地上二層，地下一層;建筑主體高度31.25 m，蘇州站有南、北兩個子站房，北站房為新建，南站房為在既有站房的基礎上改擴建。北站房建筑面積34890 m2，蘇州火車站南北站房采用地源熱泵系統，北站房地埋管換熱器系統為豎直埋管換熱器系統。參照《蘇州站地埋管地源熱泵工程土壤導熱系數測試報告》，豎直雙U形埋管冬季每米孔深的提取熱量按64 W計，夏季釋放熱量按81 W/m計，夏季設計冷負荷為3523 kW，熱負荷為2440 kW。按照冬天的熱負荷計算吸熱量為2712 kW。

2 地源熱泵工作原理

地源熱泵就是利用地表和地下土層之間的溫差，用機組集儲熱量，實行制冷、供熱，其原理是依靠消耗電力驅動壓縮機完成制冷循環，通過深埋土壤的管線系統進行熱交換，冬天氣溫低時從地下吸收熱量，夏天氣溫高時向地下釋放熱量，從而實現制冷和供暖的要求。

3 地源熱泵空調系統施工

蘇州火車站改造工程地源熱泵系統工程，其施工過程主要分3個部分:室外地埋管系統施工、地源熱泵系統設備、空調末端系統施工。

3.1 室外地埋管系統施工

蘇州站北站房共完成的工程內容:打換熱孔440個眼，鉆孔深度103 m，鉆孔孔徑130 mm，水平管連接約5500 m，鉆孔、下管及回填施工。換熱管采用DN25的PE聚乙烯管材，埋地形式為雙U形，孔距為3 m～6 m。施工工藝流程:土壤熱物性測試及圖紙設計→地埋管換熱井施工→鉆孔→垂直段放管準備→垂直段放管→溫度探測器安裝→回填。

3.2 土壤熱物性測試及圖紙設計

蘇州站北站房地源熱泵系統根據實際的場地情況和地上建筑的功能使用情況進行深化設計。地源熱泵機組的工況參數跟室內熱負荷有關，室外鉆孔數量必須經過土壤熱物性試驗和室內熱負荷來確定，所以要先打測試孔來確定土壤熱物性數據，進行數據分析，然后確定鉆孔的深度、埋管管徑、數量，最后深化圖紙。

3.3 施工準備

1)因工期緊急，配備旋扭鉆機(XY-150)共10臺。2)按照施工圖紙進行定位，排定施工順序。

3.4 地埋管換熱井施工

3.4.1 鉆孔

鉆孔機就位后，檢查孔的位置，安裝鉆機頭，檢查鉆機水平度、垂直度無誤后，開機鉆孔，采用直徑130 mm三葉鉆頭鉆進直至設計深度。施工過程中，記錄人員填寫鉆孔記錄，鉆機開停的時間，鉆桿長度，排除的泥漿量。鉆機應確保鉆桿垂直度(用水平儀、目測或吊線)，避免鉆孔深部垂直交叉損壞已埋設的U形管;鉆機鉆孔深度一般應超過設計深度1 m～2 m，確保埋管的實際深度。鉆孔深度達到103 m時，由監理與質檢員共同檢查鉆孔的深度和孔徑，并把排除的泥漿及時外運。

3.4.2 垂直段放管準備

1)管材進場后，質檢員應查驗管材合格證、規格型號保證管材符合規范要求。2)U形接頭在廠家已經做好，并將DN25PE管保持試驗壓力，每根U形管帶著壓力表顯示讀數，下管前檢查壓力表讀數是否在出廠壓力讀數內。3)為保證換熱效果，防止支管間發生熱回流現象，兩根換熱支管之間需保持距離，下管前采用分離定位彈簧卡將兩根換熱管進行分離定位，分離定位管卡的間距為4 m。

3.4.3 垂直段下管

由于蘇州水位比較高，鉆孔完畢后，立即下管，如間隔時間長孔洞內易積水，在材料堆放地運到施工地點，要避免劃傷、管卡脫落，將DN25PE管順著井口緩慢下井，機械操作人員要控制鉆桿自重下管，速度不能過快，不可施加外力強制下管。當U形管垂直下到井底達到103 m，見管壁標尺，用水平管量至指定正負零位置，檢查壓力表讀數，讀數無變化表示下管成功。

3.4.4 溫度探測器安裝

換熱管埋設了溫度探測器，以便于系統運行時檢測地溫變化情況。溫度探測器與導線接口，進行絕緣防水處理。施工中直接將溫度探測器與PE管固定，采用絕緣帶進行綁扎。

3.4.5 回填

密封U形地埋管隨導漿管插入豎井底部103 m處，后回填，回填料時要使用專用的灌注系統，該灌注系統由高速攪拌機、攪拌池、低速攪拌機及泥漿泵和管路組成。回填土采用黃沙和膨潤土，灌注時，使用空壓機及輸送導管注入地埋管換熱井中，在井底部分層填入，填埋后觀察是否有沉降，如有沉降要及時再次填滿。

注漿注意事項:當注漿孔邊有水泥漿冒出應用水泥袋堵住，竄漿嚴重時應停止注漿，待水泥漿穩定后再注入設計水泥用量。注漿機采用GUB3.0型，立式水泥攪拌機，施工前將機械壓力調試好，水泥漿攪拌均勻，注漿管統一采用塑料管，經常清洗防止堵塞;當單孔注漿結束后，首先關閉注漿管頂端閥門再卸高壓管，防止管內水泥漿回噴。

3.5 水平管及檢查井施工

1)每10個孔成為一組，采用同程式連接，子環路供、回水管管徑均為D90;8組～12組為一個區。北站房共分6個區，3個檢查井，每個檢查井中設置兩組分、集水器，然后通過供回水干管接入冷凍機房。2)水平干管連接完成后進行水壓試驗，試驗合格才能回填隱蔽。在試驗壓力下，穩壓不少于2 h，無滲漏為合格。

4 機房熱泵系統設備安裝

地源熱泵機房設備主要有地源熱泵冷水機組、定壓補水裝置、全自動軟水器、集水器、分水器、地源冷卻泵、冷凍水泵、冷卻水泵、補水泵等，設備安裝前按圖紙尺寸及具體位置做好設備基礎，設備安裝時應充分考慮到設備的排水位置及方向，并提前核實機房設備動力電總負荷與設計施工圖是否相符。

5 室內空調末端系統安裝

空調末端系統包括:管路、風機盤管、數碼渦旋變冷媒多聯空調、空調機組、送新風系統、通風機、管道保溫等，均按《通風與空調施工質量驗收規范》和《采暖通風與空調調節設計規范》執行。

6 結語

本文介紹了地源熱泵技術在蘇州火車站北站房中的應用，從地源熱泵工作原理、土壤熱物性測試及圖紙設計、地埋管換熱井施工、垂直段放管、溫度探測器、水平管及檢查井施工、機房熱泵系統設備安裝、室內空調末端系統安裝等方面闡述，結果表明地源熱泵系統比常規的燃煤鍋爐供熱的采暖方式，污染低、運行費用低，達到最佳節能效果，綜合運行費用節省30%以上。

［1］趙榮義.空氣調節［M］.北京:中國建筑工業出版社，1994.

［2］趙榮義.供熱工程［M］.第3版.北京:中國建筑工業出版社，1994.

［3］陸耀慶.供暖通風設計手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，1987.

［4］劉金言.給排水、暖通、空調百問［M］.北京:中國建筑工業出版社，2001.