談地源熱泵技術(shù)在蘇州火車站的應(yīng)用

(中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝有限責(zé)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(qū)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(gè)子站房，北站房為新建，南站房為在既有站房的基礎(chǔ)上改擴(kuò)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(tǒng)，北站房地埋管換熱器系統(tǒng)為豎直埋管換熱器系統(tǒng)。參照《蘇州站地埋管地源熱泵工程土壤導(dǎo)熱系數(shù)測試報(bào)告》，豎直雙U形埋管冬季每米孔深的提取熱量按64 W計(jì)，夏季釋放熱量按81 W/m計(jì)，夏季設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為3523 kW，熱負(fù)荷為2440 kW。按照冬天的熱負(fù)荷計(jì)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(jī)組集儲熱量，實(shí)行制冷、供熱，其原理是依靠消耗電力驅(qū)動壓縮機(jī)完成制冷循環(huán)，通過深埋土壤的管線系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，冬天氣溫低時(shí)從地下吸收熱量，夏天氣溫高時(shí)向地下釋放熱量，從而實(shí)現(xiàn)制冷和供暖的要求。

3 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)施工

蘇州火車站改造工程地源熱泵系統(tǒng)工程，其施工過程主要分3個(gè)部分:室外地埋管系統(tǒng)施工、地源熱泵系統(tǒng)設(shè)備、空調(diào)末端系統(tǒng)施工。

3.1 室外地埋管系統(tǒng)施工

蘇州站北站房共完成的工程內(nèi)容:打換熱孔440個(gè)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?jiān)O(shè)計(jì)→地埋管換熱井施工→鉆孔→垂直段放管準(zhǔn)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?jiān)O(shè)計(jì)

蘇州站北站房地源熱泵系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際的場地情況和地上建筑的功能使用情況進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。地源熱泵機(jī)組的工況參數(shù)跟室內(nèi)熱負(fù)荷有關(guān)，室外鉆孔數(shù)量必須經(jīng)過土壤熱物性試驗(yàn)和室內(nèi)熱負(fù)荷來確定，所以要先打測試孔來確定土壤熱物性數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，然后確定鉆孔的深度、埋管管徑、數(shù)量，最后深化圖紙。

3.3 施工準(zhǔn)備

1)因工期緊急，配備旋扭鉆機(jī)(XY-150)共10臺。2)按照施工圖紙進(jìn)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(jī)就位后，檢查孔的位置，安裝鉆機(jī)頭，檢查鉆機(jī)水平度、垂直度無誤后，開機(jī)鉆孔，采用直徑130 mm三葉鉆頭鉆進(jìn)直至設(shè)計(jì)深度。施工過程中，記錄人員填寫鉆孔記錄，鉆機(jī)開停的時(shí)間，鉆桿長度，排除的泥漿量。鉆機(jī)應(yīng)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(shè)的U形管;鉆機(jī)鉆孔深度一般應(yīng)超過設(shè)計(jì)深度1 m～2 m，確保埋管的實(shí)際深度。鉆孔深度達(dá)到103 m時(shí)，由監(jiān)理與質(zhì)檢員共同檢查鉆孔的深度和孔徑，并把排除的泥漿及時(shí)外運(yùn)。

3.4.2 垂直段放管準(zhǔn)備

1)管材進(jìn)場后，質(zhì)檢員應(yīng)查驗(yàn)管材合格證、規(guī)格型號保證管材符合規(guī)范要求。2)U形接頭在廠家已經(jīng)做好，并將DN25PE管保持試驗(yàn)壓力，每根U形管帶著壓力表顯示讀數(shù)，下管前檢查壓力表讀數(shù)是否在出廠壓力讀數(shù)內(nèi)。3)為保證換熱效果，防止支管間發(fā)生熱回流現(xiàn)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(jìn)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(shí)間長孔洞內(nèi)易積水，在材料堆放地運(yùn)到施工地點(diǎn)，要避免劃傷、管卡脫落，將DN25PE管順著井口緩慢下井，機(jī)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(qiáng)制下管。當(dāng)U形管垂直下到井底達(dá)到103 m，見管壁標(biāo)尺，用水平管量至指定正負(fù)零位置，檢查壓力表讀數(shù)，讀數(shù)無變化表示下管成功。

3.4.4 溫度探測器安裝

換熱管埋設(shè)了溫度探測器，以便于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)檢測地溫變化情況。溫度探測器與導(dǎo)線接口，進(jìn)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(jìn)行綁扎。

3.4.5 回填

密封U形地埋管隨導(dǎo)漿管插入豎井底部103 m處，后回填，回填料時(shí)要使用專用的灌注系統(tǒng)，該灌注系統(tǒng)由高速攪拌機(jī)、攪拌池、低速攪拌機(jī)及泥漿泵和管路組成。回填土采用黃沙和膨潤土，灌注時(shí)，使用空壓機(jī)及輸送導(dǎo)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(shí)再次填滿。

注漿注意事項(xiàng):當(dāng)注漿孔邊有水泥漿冒出應(yīng)用水泥袋堵住，竄漿嚴(yán)重時(shí)應(yīng)停止注漿，待水泥漿穩(wěn)定后再注入設(shè)計(jì)水泥用量。注漿機(jī)采用GUB3.0型，立式水泥攪拌機(jī)，施工前將機(jī)械壓力調(diào)試好，水泥漿攪拌均勻，注漿管統(tǒng)一采用塑料管，經(jīng)常清洗防止堵塞;當(dāng)單孔注漿結(jié)束后，首先關(guān)閉注漿管頂端閥門再卸高壓管，防止管內(nèi)水泥漿回噴。

3.5 水平管及檢查井施工

1)每10個(gè)孔成為一組，采用同程式連接，子環(huán)路供、回水管管徑均為D90;8組～12組為一個(gè)區(qū)。北站房共分6個(gè)區(qū)，3個(gè)檢查井，每個(gè)檢查井中設(shè)置兩組分、集水器，然后通過供回水干管接入冷凍機(jī)房。2)水平干管連接完成后進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)合格才能回填隱蔽。在試驗(yàn)壓力下，穩(wěn)壓不少于2 h，無滲漏為合格。

4 機(jī)房熱泵系統(tǒng)設(shè)備安裝

地源熱泵機(jī)房設(shè)備主要有地源熱泵冷水機(jī)組、定壓補(bǔ)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(bǔ)水泵等，設(shè)備安裝前按圖紙尺寸及具體位置做好設(shè)備基礎(chǔ)，設(shè)備安裝時(shí)應(yīng)充分考慮到設(shè)備的排水位置及方向，并提前核實(shí)機(jī)房設(shè)備動力電總負(fù)荷與設(shè)計(jì)施工圖是否相符。

5 室內(nèi)空調(diào)末端系統(tǒng)安裝

空調(diào)末端系統(tǒng)包括:管路、風(fēng)機(jī)盤管、數(shù)碼渦旋變冷媒多聯(lián)空調(diào)、空調(diào)機(jī)組、送新風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)機(jī)、管道保溫等，均按《通風(fēng)與空調(diào)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》和《采暖通風(fēng)與空調(diào)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》執(zhí)行。

6 結(jié)語

本文介紹了地源熱泵技術(shù)在蘇州火車站北站房中的應(yīng)用，從地源熱泵工作原理、土壤熱物性測試及圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、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(jī)房熱泵系統(tǒng)設(shè)備安裝、室內(nèi)空調(diào)末端系統(tǒng)安裝等方面闡述，結(jié)果表明地源熱泵系統(tǒng)比常規(guī)的燃煤鍋爐供熱的采暖方式，污染低、運(yùn)行費(fèi)用低，達(dá)到最佳節(jié)能效果，綜合運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省30%以上。

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［2］趙榮義.供熱工程［M］.第3版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1994.

［3］陸耀慶.供暖通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1987.

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