一、引言
地源熱泵技術是一項值得大面積推廣的建筑供能技術。地源熱泵是一種利用淺層和深層的大地能量，包括土壤、地下水、地表水等天然能源作為冬季熱源和夏季冷源，然后再由熱泵機組向建筑物供冷供熱的系統(tǒng)，是一種利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空調系統(tǒng)。目前，大面積推廣使用的是埋管式地源熱泵技術，被認為是一種充分利用淺層地熱的最佳技術途徑。但是，地熱能資源如果無限制地提取或釋放，將會導致冷熱不平衡。所以說，如何合理有效利用這一資源，是我們每一個從業(yè)人員應該共同努力的方向。那么，接下來我們針對地源熱泵系統(tǒng)的設計以及施工過程中的每一個步驟都做個簡單的介紹。
二、工程勘察
地源熱泵系統(tǒng)方案設計前，應進行工程場地狀況調查，并應對淺層地熱能資源進行勘察。
1、地埋管地源熱泵系統(tǒng)方案設計前，應對工程場區(qū)內(nèi)巖土體地質條件進行勘察。
2、工程勘察應由具有勘察資質的專業(yè)隊伍承擔。工程勘察完成后，應編寫工程勘察報告，并對資源可利用情況提出建議。
3、地埋管換熱系統(tǒng)勘察應包括下列內(nèi)容：
3.1巖土層的結構；
3.2巖土體熱物性；
3.3巖土體溫度；
3.4地下水靜水位、水溫、水質及分布；
3.5地下水徑流方向、速度；
3.6凍土層厚度。
三、可行性分析
地埋管換熱系統(tǒng)設計前，應根據(jù)工程勘察結果評估地埋管換熱系統(tǒng)實施的可行性及經(jīng)濟性。不同的地質條件，埋管的費用可能相差2-3倍以上，甚至無法進行打井或埋管。以下幾種情況會造成成本的上漲：
1)地質中有鵝卵石層；
2)地質中有松散的回填層；
3)地質中有巖洞或地下河；
4)地質中有堅硬的巖石層。
四、地埋管換熱系統(tǒng)設計
1、地埋管換熱系統(tǒng)設計前應明確施工區(qū)域內(nèi)各種地下管線的種類、位置及深度，預留未來地下管線所需的埋管空間及埋管區(qū)域進出重型設備的車道位置。
2、地埋管換熱系統(tǒng)設計應進行全年動態(tài)負荷計算，最小計算周期宜為1年。計算周期內(nèi)，地源熱泵系統(tǒng)總釋熱量宜與其總吸熱量相平衡。在技術經(jīng)濟合理時，可采用輔助熱源或冷卻源與地埋管換熱器并用的調峰形式。
3、地埋管換熱器設計計算宜根據(jù)現(xiàn)場實測巖土體及回填料熱物性參數(shù)，采用專用軟件(瑞典隆德大學EED、美國SolarEnergy實驗室TRNSYS等)進行。
豎直地埋管換熱器的設計也可按GB50366-2009地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范的方法進行計算。
4、地埋管換熱器設計計算時，環(huán)路集管不應包括在地埋管換熱器長度內(nèi)。
5、豎直地埋管換熱器埋管深度宜大于20m，鉆孔孔徑不宜小于0.11m，鉆孔間距應滿足換熱需要，間距宜為3～6m。水平連接管的深度應在凍土層以下0.6m，且距地面不宜小于1.5m。
6、地埋管環(huán)路兩端應分別與供、回水環(huán)路集管相連接，且宜同程布置。每對供、回水環(huán)路集管連接的地埋管環(huán)路數(shù)宜相等。供、回水環(huán)路集管的間距不應小于0.6m。
7、地埋管換熱器安裝位置應遠離水井及室外排水設施，并宜靠近機房或以機房為中心設置。
8、地埋管換熱系統(tǒng)應設自動充液及泄漏報警系統(tǒng)。需要防凍的地區(qū)，應設防凍保護裝置。
9、地埋管換熱系統(tǒng)應根據(jù)地質特征確定回填料配方，回填料的導熱系數(shù)不應低于鉆孔外或溝槽外巖土體的導熱系數(shù)。
10、地埋管換熱系統(tǒng)設計時應根據(jù)實際選用的傳熱介質的水力特性進行水力計算。
11、地埋管換熱系統(tǒng)宜采用變流量設計，并且宜設置反沖洗系統(tǒng)，沖洗流量宜為工作流量的2倍。
12、地埋管換熱系統(tǒng)設計時應考慮地埋管換熱器的承壓能力，若建筑物內(nèi)系統(tǒng)壓力超過地埋管換熱器的承壓能力時，應設中間換熱器將地埋管換熱器與建筑物內(nèi)系統(tǒng)分開。
五、管材以及傳熱介質的選擇：
1、地埋管及管件應符合設計要求，且應具有質量檢驗報告和合格證。
2、地埋管管材及管件應符合下列規(guī)定：
2.1地埋管應采用化學穩(wěn)定性好、耐腐蝕、導熱系數(shù)大、流動阻力小的塑料管材及管件，宜采用聚乙烯管(PE80或PE100)或聚丁烯管(PB)，不宜采用聚氯乙烯(PVC)管。管件與管材應為相同材料。
2.2地埋管質量應符合國家現(xiàn)行標準中的各項規(guī)定。管材的公稱壓力及使用溫度應滿足設計要求，且管材的公稱壓力不應小于1.0MPa。
3、傳熱介質應以水為首選，也可選用符合下列要求的其他介質：
3.1安全，腐蝕性弱，與地埋管管材無化學反應；
3.2較低的冰點；
3.3良好的傳熱特性，較低的摩擦阻力；
3.4易于購買、運輸和儲藏。
4、在有可能凍結的地區(qū)，傳熱介質應添加防凍劑。防凍劑的類型、濃度及有效期應在充注閥處注明。
5、添加防凍劑后的傳熱介質的冰點宜比設計最低運行水溫低3~5℃。
選擇防凍劑時，應同時考慮防凍劑對管道與管件的腐蝕性，防凍劑的安全性、經(jīng)濟性及其對換熱的影響。
六、地埋管換熱系統(tǒng)施工
1、地埋管換熱系統(tǒng)施工前應具備工程勘察資料、設計文件和施工圖紙，并完成施工組織設計。
2、地埋管換熱系統(tǒng)施工前應了解埋管場地內(nèi)已有地下管線、其他地下構筑物的功能及其準確位置，并應進行地面清理，鏟除地面雜草、雜物，平整地面。
3、地埋管換熱系統(tǒng)施工過程中，應嚴格檢查并做好管材保護工作。
4、管道連接應符合下列規(guī)定：
4.1埋地管道應采用熱熔或電熔連接。聚乙烯管道連接應符合國家現(xiàn)行標準《埋地聚乙烯給水管道工程技術規(guī)程》CJJ101的有關規(guī)定；
4.2豎直地埋管換熱器的U形彎管接頭，宜選用定型的U形彎頭成品件，不宜采用直管道煨制彎頭；
4.3豎直地埋管換熱器U形管的組對長度應能滿足插入鉆孔后與環(huán)路集管連接的要求，組對好的U形管的兩開口端部，應及時密封。
5、水平地埋管換熱器鋪設前，溝槽底部應先鋪設相當于管徑厚度的細砂。水平地埋管換熱器安裝時，應防止石塊等重物撞擊管身。管道不應有折斷、扭結等問題，轉彎處應光滑，且應采取固定措施。
6、水平地埋管換熱器回填料應細小、松散、均勻，且不應含石塊及土塊。回填壓實過程應均勻，回填料應與管道接觸緊密，且不得損傷管道。
7、豎直地埋管換熱器U形管安裝應在鉆孔鉆好且孔壁固化后立即進行。當鉆孔孔壁不牢固或者存在孔洞、洞穴等導致成孔困難時，應設護壁套管。下管過程中，U形管內(nèi)宜充滿水，并宜采取措施使U形管兩支管處于分開狀態(tài)。
8、豎直地埋管換熱器U形管安裝完畢后，應立即灌漿回填封孔。當埋管深度超過40m時，灌漿回填應在周圍臨近鉆孔均鉆鑿完畢后進行。
七、地埋管換熱系統(tǒng)的檢驗與驗收
1、地埋管換熱系統(tǒng)安裝過程中，應進行現(xiàn)場檢驗，并應提供檢驗報告。檢驗內(nèi)容應符合下列規(guī)定：
1.1管材、管件等材料應符合國家現(xiàn)行標準的規(guī)定；
1.2鉆孔、水平埋管的位置和深度、地埋管的直徑、壁厚及長度均應符合設計要求；
1.3回填料及其配比應符合設計要求；
1.4水壓試驗應合格；
1.5各環(huán)路流量應平衡，且應滿足設計要求；
1.6防凍劑和防腐劑的特性及濃度應符合設計要求；
1.7循環(huán)水流量及進出水溫差均應符合設計要求。
2、水壓試驗應符合下列規(guī)定：
2.1試驗壓力：當工作壓力小于等于1.0MPa時，應為工作壓力的1.5倍，且不應小于0.6MPa；當工作壓力大于1.0MPa時，應為工作壓力加0.5MPa。
2.2水壓試驗步驟：
2.2.1豎直地埋管換熱器插入鉆孔前，應做第一次水壓試驗。在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少15min，穩(wěn)壓后壓力降不應大于3%，且無泄漏現(xiàn)象；將其密封后，在有壓狀態(tài)下插入鉆孔，完成灌漿之后保壓lh。
2.2.2豎直地埋管換熱器與環(huán)路集管裝配完成后，回填前應進行第二次水壓試驗。在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少30min，穩(wěn)壓后壓力降不應大于3%，且無泄漏現(xiàn)象。
2.2.3環(huán)路集管與機房分集水器連接完成后，回填前應進行第三次水壓試驗。在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少2h，且無泄漏現(xiàn)象。
2.2.4地埋管換熱系統(tǒng)全部安裝完畢，且沖洗、排氣及回填完成后，應進行第四次水壓試驗。在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少12h，穩(wěn)壓后壓力降不應大于3%。
2.3水壓試驗宜采用手動泵緩慢升壓，升壓過程中應隨時觀察與檢查，不得有滲漏；不得以氣壓試驗代替水壓試驗。
3、回填過程的檢驗應與安裝地埋管換熱器同步進行。
八、總結
通過上述有關地源熱泵系統(tǒng)的設計以及施工過程的淺析，希望對各位同行在工作能有所幫助。
（責編：zy）
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