地源熱泵系統在暖通工程實踐中的應用

【摘 要】隨著經濟的發展和人們生活水平的提高，公共建筑和住宅的供暖和空調已經成為普遍的要求。作為中國傳統供熱的燃煤鍋爐不僅能源利用率低，而且還會給大氣造成嚴重的污染，因此在一些城市中燃煤鍋爐在被逐步淘汰，而燃油、燃氣鍋爐則運行費用很高。地源熱泵就是一種在技術上和經濟上都具有較大優勢的解決供熱和空調的替代方式。本文通過分析地源熱泵的技術特點，針對地源熱泵系統在暖通工程實踐中的應用問題進行探討，以期通過本文的闡述進一步推進地源熱泵技術在暖通工程的應用，對有效提升工程質量，提供理論依據。

【關鍵字】地源熱泵；暖通工程；施工；節能環保

地源熱泵是一種利用土壤所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量轉換的供暖制冷空調系統，地源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術。地表土壤和水體是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47％的太陽輻射能量，比人類每年利用的500倍還多（地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量）；它又是一個巨大的動態能量平衡系統，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發散相對的平衡，地源熱泵技術的成功使得利用儲存于其中的近乎無限的太陽能或地能成為現實。

一、地源熱泵的技術特點

地源熱泵分為地下水源熱泵、地表水源熱泵和地埋管地源熱泵。地埋管地源熱泵系統為閉式系統，通過循環液（水或以水為主要成分的防凍液）在封閉的地下埋管中流動，實現系統與大地間的傳熱。

（1）節能：地源熱泵制冷時比傳統中央空調系統運行效率要提高30％-50％；供暖時要比熱力管網集中供熱或燃油燃氣供熱系統降低20％～60％。

（2）減排：以清潔能源代替燃煤供暖，系統無燃燒設備不產生CO，CO2等溫室氣體。房間內采用水作為循環介質，沒有氟利昂的泄漏。

（3）環保：沒有燃燒過程，不存在污染物排放問題，屬綠色環保技術。

（4）長效：冬季取出的熱量可在夏天得到補償，全年循環利用，有可再生性；沒有環境污染隱患并避免了對資源造成破壞，有可持續性。

地源熱泵也有一些不足之處表現在：初投資偏高；其次，對當地的地質條件及氣候條件依賴性強等。

二、地源熱泵系統的組成

地源熱泵主要由四個部件組成：即壓縮機、冷凝器、膨脹器和調節閥，其中壓縮機是地源熱泵的最主要部件，是熱傳導的動力源；冷凝器和膨脹器是地源熱泵吸熱和放熱的部件；調節閥是地源熱泵的控制部件。地源熱泵系統可分為兩部分：地下部分和地上部分。

2.1 地下系統的設計地下系統是地源熱泵工作性能的關鍵，它直接制約著地源熱泵系統供熱／制冷效率的高低。

2.2 地上系統的設計

地上系統主要包括地源熱泵機房和空調末端系統。由于地源熱泵設備體積要小于傳統制冷機組，它同時實現采暖功能，因此無需設置供暖設備，大大節省了制冷機房的占地面積和空間。空調末端系統的設計與普通中央空調末端系統沒有太大區別，但是需要設計人員注意的是，地源熱泵系統夏季、冬季的進出水溫度與傳統的中央空調主機的進出水溫度有較大差異。如與正常進出水溫度有偏差時，需向設備廠家進行冷熱量的核算與修正，這將對整個系統有很大的影響。

三、地源熱泵系統在暖通工程實踐中的應用

3.1 鉆孔施工

（1）鉆孔前應勘測現場，做好和其他專業（如土建、給排水、消防、電纜等）的交叉與銜接。根據施工鉆孔平面圖的孔數、行距和面積，進一步核實現場的施工面積以滿足打孔要求；

（2）核實無誤后，按施工平面圖檢查定位放線，排水、泥漿倒運工序，合理安排土方、泥漿池、安全通道及堆土場的位置，保持通道暢通無阻；

（3）鉆孔就位，要保證鉆機鉆桿垂直度，防止垂直偏差將已埋管道損壞。鉆井機械定位保證水平度偏差≤1％；保證垂直偏差≤0.5％；

（4）在鉆孔的兩孔之間挖l400mm×700mm×500mm泥漿池，位置在地埋管挖溝方向兩孔之間，用作鉆井機在施工中水循環載體，不至于流到其他地方，保證施工現場的整潔；

（5）根據在其他工程的施工經驗，可采用正循環回轉鉆井；

（6）鉆孔過程中安排質量檢查員隨時檢查鉆孔的位置，確保鉆孔位置的正確性，并做好檢查記錄工作，如發現偏差超過標準要求，應及時糾正重新進行定位；

（7）鉆孔完成后，檢查鉆孔深度和鉆孔的質量并做好隱蔽工程記錄報建設單位（監理）驗收；

（8）鉆孔過程中產生的土方和土方開挖的土壤應集中堆放，并用彩條布覆蓋；

（9）在鉆孔過程中為避免鉆孔塌方，在鉆孔過程中灌入泥漿對鉆孔的井壁進行泥漿凝固護壁，防止塌孔。

3.2 現場預組裝施工

（1）地埋U型管宜在現場預組裝，管材預組裝前應水平堆放在平整的地面上，不應局部受壓使管材變形，堆放高度不宜超過2m；管件貯存應成箱存放在貨架上或碼堆在平整平面上，地面上碼堆高度不宜超過2m。HDPE管運至工地采用彩條布覆蓋，嚴禁長時間太陽下暴曬；

（2）HDPE管連接時應注意熱熔管頭清潔，管材切割時當管徑≤de50時，采用旋轉切刀；當管徑>de50時，采用手工木工鋸；

（3）HDPE管在地面連接完成，試壓、合格后方可埋管；井回填后再次試壓、合格后方可連接水平干管；水平總管連接完試壓、合格后方可回填土。總管連接完后進行系統試壓；

（4）HDPE管道的連接可采用熱熔連接r熱熔承插連接、熱熔對焊連接），與金屬管道連接應采用法蘭連接；

（5）熱熔對接：管材外徑Φ≥63mm的HDPE管均可采用熱熔對接方式連接，該方法經濟可靠，其接頭在承拉和承壓時都比管材本身具有更高強度。熱熔連接溫度：200-210℃。使用該方法時，設備僅需熱熔對接機，步驟如下：①把待連接管材置于焊機夾具上并夾緊；②清潔管材連接端并銑削連接面；③校直兩對接件，使其端面錯位量不大于管道壁厚的10％；④放入加熱板加熱；⑤加熱完畢，取出加熱板；⑥迅速接合兩加熱面，升壓至熔接壓力并保壓冷卻。

（7）HDPE管連接的注意事項：

① 管道連接前應對管材、管件及附屬設備、閥門、儀表按設計要求進行核對，并在施工現場進行外觀檢查，符合要求方準使用。連接時應使用同一生產廠家的管材和管件，如確需將不同廠家（品牌）的管材、管件連接則應經試驗證明其可靠后方準使用。每次連接完成后，應進行外觀質量檢驗，不符合要求的必須返工；

②施工人員應進行上崗培訓；

③每次施工后，管口應臨時封堵；

④當室外溫度<0℃時，塑料地埋管物理力學性能將有所降低，容易造成地埋管的損害，故當室外環境溫度<0℃時，盡量避免地埋管熱換器的施工，若趕工期，施工時應采用保護措施或調整施工工藝參數。

3.3 下管施工

鉆孔完成后應立即下管，下管前應對U型管進行試壓、沖洗。停留時間越長，孔內的積壓現象越嚴重，管子也就越難放。

采用預制導頭下井施工法。預制導頭直徑略小于鉆孔直徑，大于4根HDPE循環管所占位置的直徑（預制導頭制作后應進行試壓試驗）。依靠導頭的重量和HDPE管內水的重量下井，這樣既保證下管的速度又可保證HDPE管能有效地到達地源井底，同時，還能保護HDPE管材在下井過程中免受井壁尖石的刮傷、損壞。一般采用人工下管，下管時必須多人合作，提起管子時不得在地上拖拉，不應形成不自然的彎曲，更不允許產生角度。

為避免熱橋損失，U型管管間距應嚴格按設計要求，下管時盡量保持同心度并且管與管不要接觸太緊，施工時每隔2～4m設置固定支卡將U型管分開，以確保垂直地源換熱管的相對位置不變，垂直換熱管不會貼在一起。

HDPE管下井完成后，須將U型管兩個端口密封。

四、結束語

綜上所述，地源熱泵系統已經在中央空調工程中顯示出其自身的優勢與特點，同時也被國家大力提倡使用。在某些城市，政府提出了大量的鼓勵政策，如為采用地源熱泵系統的建筑工程項目提供政府性補貼等。由此不難看出，地源熱泵工程將在中央空調工程中占有越來越大的市場份額，將會是中央空調工程的一個大的發展趨勢。

參考文獻：

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