地埋管地源熱泵技術(shù)在建筑空調(diào)工程中的研究及應(yīng)用

摘 要：介紹了地埋管地源熱泵技術(shù)在建筑空調(diào)工程中的應(yīng)用實(shí)例，給出了方案設(shè)計(jì)的方法，工程實(shí)施的程序和注意事項(xiàng)，取得了節(jié)能環(huán)保的實(shí)用效果。

關(guān)鍵詞：地埋管；地源熱泵；建筑空調(diào)

1 工程概況

工程范圍包括：（1）地源熱泵系統(tǒng)的室外循環(huán)即高強(qiáng)度塑料管組成的在地下循環(huán)的封閉環(huán)路，配備低功率的地源側(cè)循環(huán)水泵構(gòu)成的環(huán)路的實(shí)施；（2）原制冷機(jī)房改為熱泵機(jī)房的設(shè)備安裝工程的實(shí)施；（3）辦公樓原集中空調(diào)室內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)即空調(diào)末端（風(fēng)機(jī)盤管）不變；原水路系統(tǒng)拆除辦公樓地下室熱交換間的熱交換設(shè)備，其余不變；拆除原制冷站冷卻水系統(tǒng)。集中空調(diào)系統(tǒng)冷、熱源由原來的制冷和制熱兩套系統(tǒng)改為熱泵（一機(jī)兩用）一套系統(tǒng)。

工程設(shè)計(jì)條件：（1）建筑冷、熱負(fù)荷情況，辦公樓主樓建筑面積24800m2，空調(diào)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為1905KW、空調(diào)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為2300KW；配樓建筑面積5008m2，空調(diào)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為360KW、空調(diào)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為390KW。共計(jì)空調(diào)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為2154KW，空調(diào)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為2583KW。（2）辦公樓原集中空調(diào)熱源：額定抽汽壓力為0.981MPa、額定抽汽溫度為302℃的過熱蒸汽，經(jīng)熱交換站內(nèi)汽～水交換器一次交換為95℃～70℃的熱水，再經(jīng)地下室熱交換間內(nèi)的水～水交換器二次交換為50℃～42℃的熱水供大樓冬季空調(diào)用；（3）辦公樓原集中空調(diào)冷源：由辦公大樓以東的制冷站供給，使用的制冷機(jī)為雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)（其熱源為上述過熱蒸汽經(jīng)減溫減壓后的0.6MPa的蒸汽），制冷站提供7℃～12℃供回冷凍水供給大樓夏季空調(diào)用。

2 方案設(shè)計(jì)

（1）地源側(cè)地?zé)釗Q熱器的選擇：通過調(diào)研資料和其他工程的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)本工程項(xiàng)目特點(diǎn)以及工程周圍環(huán)境，以面積為3.6萬m2的廣場(chǎng)設(shè)置布井鉆孔，確定了鉆孔100米深，成井432個(gè)。根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告和巖土熱物性測(cè)試報(bào)告，巖土熱響應(yīng)性測(cè)試結(jié)果：夏季每延長(zhǎng)米鉆孔換熱量為55W，可提供冷量2612.5KW；冬季每延長(zhǎng)米鉆孔換熱量為38W，可提供熱量1786KW。最終確定的地埋管的實(shí)施方案：在廣場(chǎng)中央空地設(shè)計(jì)950個(gè)深度為50m的豎直鉆孔，孔徑150mm，間距4m，總換熱長(zhǎng)度為47500m；地埋管孔內(nèi)敷設(shè)雙U型PE管，規(guī)格PE100，型號(hào)為De32，公稱壓力為1.6MP。每4-6個(gè)井口組成一個(gè)水平環(huán)路，就近通過鋼塑轉(zhuǎn)換接頭與分水器相連接。分、集水器分設(shè)于9個(gè)檢查井內(nèi)，分、集水器由水平DN300主干管連接，主干管同程設(shè)計(jì)，各并聯(lián)環(huán)路壓力損失接近相等，易于實(shí)現(xiàn)水力平衡。

（2）機(jī)房設(shè)備選擇：根據(jù)項(xiàng)目建筑設(shè)計(jì)冷、熱負(fù)荷以及地源側(cè)換熱器的換熱量，熱泵機(jī)房確定了三臺(tái)GSG780ASB型半封閉螺桿熱泵機(jī)組（螺桿式壓縮機(jī)組是利用氣缸中的一對(duì)螺旋齒轉(zhuǎn)子相互嚙合旋轉(zhuǎn)，造成由齒型空間組成的基元容積的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)制冷劑氣體的吸入和壓縮。它利用滑閥調(diào)節(jié)氣缸的工作容積來調(diào)節(jié)負(fù)荷，轉(zhuǎn)速高、允許壓縮比高、排氣壓力脈沖性小、容積率高，適用于大、中型熱泵機(jī)組等優(yōu)點(diǎn)；半封閉式具有結(jié)構(gòu)緊湊，振動(dòng)和噪聲明顯低于開啟式壓縮機(jī)，對(duì)機(jī)房使用環(huán)境要求低，沒有軸封，不存在制冷劑與潤(rùn)滑油的泄漏等優(yōu)點(diǎn)。因此選擇該型機(jī)組），機(jī)組額定工況制冷量2311.6KW，冷凍水供回水溫度為7℃～12℃；機(jī)組額定工況制熱量2637.6KW，空調(diào)用熱水供回水溫度為45℃～40℃。根據(jù)室外環(huán)路壓力損失地源側(cè)選用4臺(tái)IS125-80-200A水泵完成室外循環(huán)。

（3）機(jī)房?jī)?nèi)管材選擇：空調(diào)冷、熱水管DN<70采用熱鍍鋅鋼管；DN≥70采用無縫鋼管；自來水管、軟化水管采用熱鍍鋅鋼管。

機(jī)房?jī)?nèi)冷、熱水管采用難燃橡塑海綿保溫，保溫層厚參見L03S001-141。熱泵機(jī)組冷凝器側(cè)的地埋管供、回水DN300主管采用直埋高密度聚乙烯預(yù)制管（即預(yù)制塑套鋼管），保溫材料為聚氨酯（該種管熱損失1000m不足1℃，提高熱源利用率）。

（4）機(jī)房?jī)?nèi)其他裝置的設(shè)置：水系統(tǒng)的最高點(diǎn)設(shè)DN20放氣閥，最低點(diǎn)設(shè)DN40泄水閥。為保護(hù)設(shè)備，保證水質(zhì)，水泵和地源熱泵機(jī)組入口處均采用濾網(wǎng)為φ3mm的水過濾器。機(jī)房平面布置、系統(tǒng)流程及系統(tǒng)圖參見附圖。

3 項(xiàng)目實(shí)施

根據(jù)工程場(chǎng)地和地質(zhì)情況，室外鉆孔采用了XY-2型水鉆和履帶式潛孔錘鉆機(jī)。

（1）地源側(cè)鉆孔實(shí)施：內(nèi)容包括室外鉆井、管道試壓、埋管、材料回填等工序。

（2）室外網(wǎng)實(shí)施：內(nèi)容包括溝槽開挖、水平敷設(shè)環(huán)路集管、覆土等工序。

（3）機(jī)房改造：內(nèi)容包括原設(shè)備拆除、各類管道、閥門更新、機(jī)房新設(shè)備安裝、水壓試驗(yàn)、系統(tǒng)沖洗調(diào)試、配電系統(tǒng)敷設(shè)等。

（4）水壓實(shí)驗(yàn)：本項(xiàng)目水壓試驗(yàn)壓力為0.6MPa；試壓步驟①豎直地埋管換熱器插入鉆孔前，應(yīng)做第一次水壓試驗(yàn)。在試驗(yàn)壓力下，穩(wěn)壓15min，穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%，且無滲漏現(xiàn)象；將其密封后，在有壓的狀態(tài)下插入鉆孔，完成灌漿之后保壓1h。②豎直地埋管換熱器與環(huán)路集管裝配完成后，回填前應(yīng)進(jìn)行第二次水壓試驗(yàn)。在試驗(yàn)壓力下，穩(wěn)壓至少30min，穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%，且無滲漏現(xiàn)象。③環(huán)路集管與機(jī)房分、集水器連接完成后，回填前應(yīng)進(jìn)行第三次水壓試驗(yàn)。在試驗(yàn)壓力下，穩(wěn)壓至少2h，且無滲漏現(xiàn)象。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(yīng)進(jìn)行第四次水壓試驗(yàn)。在試驗(yàn)壓力下，穩(wěn)壓至少12h，穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%；試驗(yàn)方法，采用手動(dòng)泵緩慢升壓，升壓過程應(yīng)隨時(shí)觀察與檢查，不得有滲漏。不得以氣壓試驗(yàn)代替水壓試驗(yàn)。

（5）調(diào)試階段：根據(jù)調(diào)試任務(wù)劃分六個(gè)階段，準(zhǔn)備階段、系統(tǒng)試壓階段、系統(tǒng)沖洗階段、系統(tǒng)調(diào)整階段、送電試運(yùn)轉(zhuǎn)階段、聯(lián)合調(diào)試階段。

經(jīng)過施工單位的精心施工，建設(shè)單位的監(jiān)督指導(dǎo)，設(shè)計(jì)單位的技術(shù)支持、監(jiān)理方的協(xié)調(diào)，該工程一次通過了聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)，并正式投入冬季空調(diào)供暖。

4 結(jié)語

地源熱泵是一種新型清潔能源利用方式，借助地下土壤的有利條件，充分利用從土壤中有效能量作為建筑能源，可減少燃煤、燃油、燃?xì)鈱?duì)大氣環(huán)境的污染，節(jié)能環(huán)保，提高環(huán)境質(zhì)量。

作者簡(jiǎn)介：李開剛（1976-），男，工程師，畢業(yè)于山東礦業(yè)學(xué)院供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)（暖通）專業(yè)。