地源热泵空调系统设计施工分析

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摘要：地源热泵空调具有显著节能、舒适环保、零空气污染、经济有效等特性。地源热泵空调系统是利用地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力,通过有效提取和能量转化,给建筑物提供热量或制冷的系统。阐述了地源热泵空调系统施工过程中一些常见问题,逐一进行分析并提出解决方法。

关键词：地源热泵空调系统； 节能； 环保； 施工管理；

地源热泵空调系统是利用地下浅层地热资源作为冷热源的空调换热系统，采用高强度PE 管埋置于地下，组成封闭式循环系统，用水作为热量交换的介质，在冬季作为热泵供暖的热源，把地能中的热量“取”出来，提高温度后供给室内采暖;在夏季，作为空调冷源，把室内热量“取”出来，释放到地能中去。既节能又环保。为节约用地，地源热泵空调地埋管系统常设置在建筑物基础底板下。因此，垂直地埋管管井、地埋管、水平地埋管组成的整个地埋管系统全部位于基础底板以下，底板施工后，地埋管系统无法观察，变成永久性工程，因此，垂直地埋管管井、水平地埋管沟槽的回填一旦不密实，可能导致建筑物不均匀沉降，引起建筑物开裂或倾斜，回填质量将直接影响建筑物的质量。同时，回填碾压过程中，如何保证水平地埋管抵抗碾压、避免破损，给回填施工也带来相当大的难度。

1.地源热泵空调系统工作原理

地源热泵空调系统是近代科学发明的一种节能技术。其工作原理为向热泵机组输入一定电能驱动压缩机做功，使机组中的工作质反复发生蒸发吸热和冷凝放热的物理相变过程，就能实现空间上的热量交换和传递。冬季热泵机组从地源（浅层水体或岩土体）中吸收热量，向建筑物供暖；夏季热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地源中，实现建筑物空调制冷。

2.地源热泵空调系统的特点

（1）属于可再生能源利用技术。地热是可再生能源，处处存在，取之不尽，用之不竭，不需要消耗任何资源。

（2）高效节能节资，能搬运与提升几倍的热能，一次能源利用率远大于100％，较传统的供暖供冷方式节能30％以上；具有制冷与制热双功效，安装一套系统可替代传统的燃料锅炉和冷水机组两套设备，节约初期投资；机组能效比一般为4～6，即输入1 份的电能可从地源体中置换出3～5 份的热能，既节约了传统能源，又降低了运行费用。

（3）运行稳定可靠，地源的温度一年四季相对稳定，其波动范围远远小于空气，因此热泵机组运行稳定可靠、高效经济，也不存在冬季除霜等问题。

（4）环保效益显著，热泵机组无燃烧过程，不排烟，无废弃物，不需要燃料和废弃物堆放及往返运输。用来驱动机组运行的电能比传统冷水机组少30％，比电采暖少70％，因此与发电相关联的一次能源消耗量和二氧化碳排放量大大减少，是绿色环保供热新技术，减少城市污染。

（5）应用范围广，可以制冷、供暖和提高生活用水，一机多用，特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物，此系统有明显的优势，不仅节省了大量能源，还减少了设备的初期投资；大型的设备可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑；小型的地源热泵更适用于别墅住宅的采暖、制冷、提供生活热水。

（6）自动运行。系统设计简单，部件较少，运行稳定，机组运行可靠经济，维护费用低，智能化自动控制程度高，具有多重自动保护功能，可实现远程监控。

3.施工中应注意的问题

3.1钻孔

施工前应了解埋管场地内已有的地下管线、地下构筑物的功能及其准确位置，每个竖孔开钻前都应人工开挖探坑，探坑直径不小于300mm 深度不小于1.2m钻孔时保证钻杆的垂直以确保每个竖孔平行，防止窜孔。另外，还需要注意钻孔垂直度检测与控制，《建筑工程地质钻探技术标准》（JGJ87-92）规定:对垂直钻孔，50m 测量一次垂直度，每100m 深允许偏差为±1°。

3.2 竖直下管

下管前必需对所有管材进行试压，不小于0.6MPa 稳压15 分钟，压力不降，不渗不漏，认为合格。下管后回填前应及时对PE 管试压，合格后方可进行下一个孔的开钻。为防止孔内泥沙沉积，减少孔的有效深度，钻孔完毕后，应及时下管，并采取防止PE 管上浮的固定措施，换热管加矫正块。试压合格后，及时密封U 形管的四个开口端部，U 形管以每组对分别绑好，方便以后管道联接。

3.3 水平铺管及管道连接

水平地埋管可不设坡度，最上层埋管顶部应在冻土层以下0.4m 且距地面不小于0.8m，供回水环路集管的间距不小于0.6m。管道连接目前常采用专用设备进行电熔焊接。电熔焊接有专用仪器控制时间，焊接工艺好，但电熔焊接件价格较高。PE 管电熔连接的施工条件和操作要求较严。PE 管件电熔时熔热部位的熔温约210℃，熔接时间为50s。当熔接完成后3min 内，因熔热部位的余热温度仍然较高，这时只要稍微用力仍能将PE 管从熔热管件中拔出。由于被熔热的管道本身也存在应力，若熔热管件与管道不进行固定，则熔热管件与管道之间的连接就会因不同轴向的应力而产生变形、位移，导致熔接失败或出现质量隐患。为防止和避免此类事故的发生，在PE 管熔接前采取了以下技术措施：在每一处管段上用塑料扎带绑扎一节角钢，保证了PE 管在电熔时固定，同时还应确保每一处连接管段在熔接后仍保持固定不少于2h。

3.4地埋管换热系统试压

根据GB50366-2005 中的4.5.2 规定，整个地埋管换热系统的施工在不同施工阶段分别进行了四次水压试验。水压试验步骤：①竖直地埋管换热器插入钻孔前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压后至少15min，稳压后压力降不应＞3%，且无泄露现象；将其密封后，在有压状态下插入钻孔，完成灌浆之后保压1h。②水平地埋管换热器放入沟槽前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压后至少15min，稳压后压力降不应＞3%，且无泄露现象。③竖直或水平地埋管换热器与环路集管装配完成后，回填前应进行第二次水压试验。在试验压力下，稳压至少30min，稳压后压力降不应＞3%，且无泄露现象；④环路集管与机房分集水器连接完成后，回填前应进行第三次水压试验。在试验压力下，稳压至少2h，且无泄露现象；⑤地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗、排气、回填完成后，应进行第四次水压试验。在试验压力下，稳压至少12h，稳压后压力降不应＞3%。系统试压不得以气压代替水压试验；水压试验时应采用手动泵缓慢加压，加压过程中应安排专人随时观察与检查线路，不得有渗漏现象。

3.5 灌浆回填

竖孔灌浆资料根据地基承载力需要，采用水泥砂浆，确保钻孔灌浆密实，无空腔。否则会降低传热效果，影响工程质量。灌浆管采用与地埋管相同的PE 材质，管径为32mm。灌浆管必须与地埋管一同插入钻孔内，整根灌浆管中间应无接头。灌浆管的长度应大于地埋管的长度（以方便与灌浆设备连接为宜），灌浆管可以重复多次使用。用泥浆泵通过灌浆管将混合浆注入孔中，灌浆时应根据灌浆泵的速度将灌浆管逐渐缓慢抽出，使混合浆自下而上回灌封井。灌注回填料时，要求高压回填确保无回填空隙，回灌应密实，无空腔。回填过程中随时观察垂直地埋管的水压是否下降或泄漏，回填完后应再次检查，确认没有泄漏才能进行封孔。回填完后将留在地面的PE 管管口进行封堵保护，防止后续施工造成损坏。

地源热泵空调系统简便易行，综合造价低，占地面积小，可以满足大面积的建筑物供暖制冷要求，是今后相当长的一段时间内广泛推广的新型技术，它优质、高效、环保、节能，是一种平民化的优质能源利用方式，能够为实现我国节能减排的基本国策做出巨大的贡献。