地源熱泵施工工藝研究及節(jié)能潛力分析

朱南軍

（上海建筑設(shè)計研究院有限公司，上海 200041）

1 地源熱泵的概念

地源熱泵施工技術(shù)其實就是利用少量的電能來將地下淺層的能源有效轉(zhuǎn)化成可供人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活使用的能源。目前的地源熱泵主要包含了地下水熱泵、土壤熱泵以及地表水熱泵幾大類，其實也可以說是清潔能源當(dāng)中的一種。該項技術(shù)主要可以應(yīng)用到暖通空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中，實現(xiàn)了對室內(nèi)溫度的有效調(diào)節(jié)，還實現(xiàn)了冷熱交替功能。除此之外，地源熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)當(dāng)中的應(yīng)用大大提升了工作效率，還有效節(jié)約了能源，降低了溫室氣體的排放量，實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的目標，也可以為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益，符合國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

2 地源熱泵空調(diào)施工工藝技術(shù)

2.1 放線定位

在放線定位時，工作人員一定要嚴格按照換熱孔的具體位置操作，然后再根據(jù)孔洞設(shè)置木樁的具體位置，從而開始鉆孔，盡可能地將誤差控制到最小，如果誤差過大，就需要進行重新定位。

2.2 挖掘泥漿池

在挖掘泥漿池時，也需要滿足附近鉆機使用的相關(guān)標準，一般情況下都選用人工開挖的模式，在挖掘完成之后還應(yīng)該對現(xiàn)場的泥漿進行調(diào)制。需要注意的是，應(yīng)該盡可能避免泥漿池出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，否則會對地基造成一定的破壞，還會進一步影響地基的承載力，這就需要在泥漿池當(dāng)中放置彩布并添加一定的塑料薄膜，這樣可以有效避免滲漏現(xiàn)象的發(fā)生。在這些操作完成之后，還應(yīng)該保證泥漿池的承載力。

2.3 鉆機定位施工

地源熱泵施工過程中，一般情況下都是采用潛孔錘鉆機加普通的鉆機，在實際作業(yè)過程中，這種鉆機的施工效率要比普通的鉆機高一些，大約每天就可以完成1個孔的鉆進，而普通鉆機鉆進1個孔大約需要1周的時間才能完成。

2.4 鉆孔施工

鉆孔位置達到工程實際要求之后，相關(guān)的工作人員還應(yīng)該對鉆孔的垂直度和直徑進行嚴格審查，一定要確保其嚴格符合相關(guān)的規(guī)定和標準。另外，鉆機還應(yīng)該設(shè)置一定的扶正器，但是對地質(zhì)條件有著比較嚴格的要求，可以設(shè)置一定的護臂套管，以更好地避免坍塌現(xiàn)象的發(fā)生。

2.5 下管之前需要有準備工作

雙U形管在連接時，通常情況下都采用電熔接的方式對連接處進行處理。在下管時，先應(yīng)用水對管道進行徹底沖洗，然后將管卡放置在合適位置，在對管卡進行設(shè)定時一定要對其距離進行嚴格把控，以有效防止熱量損失，否則就會影響到換熱作業(yè)的效果。

2.6 九通以及地埋立管進行連接

在對九通進行鋪設(shè)時，應(yīng)提前鋪設(shè)一層細砂，然后再利用石灰粉對管道的方向進行設(shè)置，并對標高作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，最后采用電熔的方式對管道進行連接處理，盡可能避免在連接過程中出現(xiàn)熔接不平衡現(xiàn)象的發(fā)生。

3 地源熱泵技術(shù)分類與應(yīng)用策略

3.1 地源熱泵技術(shù)的主要應(yīng)用形式

根據(jù)熱量來源的不同，可以將地源熱泵暖通系統(tǒng)分為地下水源、地表水源以及土壤源三大類。土壤熱泵技術(shù)其實是將使用水作為工作的介質(zhì)，在土壤當(dāng)中的換熱管道和熱泵機組兩者之間進行反復(fù)流動，從而完成機組和土壤之間熱量的交換。根據(jù)埋管方式的不同，可以將其分為水平和垂直兩種模式，這也是目前比較常見的地源熱泵形式，這兩種方式在實際應(yīng)用過程中不需要將水抽取出來。地下水源熱泵其實就是把地下水源當(dāng)作是熱量的來源，把地下水抽出之后輸送到換熱器和熱泵機組當(dāng)中，在將熱量提取之后又將其送回到地下。在該項操作之前一定要向當(dāng)?shù)卣嘘P(guān)部門進行申請和審批，在得到允許之后方可開始施工，這種方式使用的前提條件一定是當(dāng)?shù)匾哂谐浞值牡叵滤?。地表水源熱泵技術(shù)其實是同樣的道理，將地表水當(dāng)作冷熱源，把水抽出之后采用開式循環(huán)或者是閉式循環(huán)模式來進行熱交換處理。開式循環(huán)是在抽取之后直接實施熱交換，閉式循環(huán)是借助地表水和熱交換器之間來實現(xiàn)熱交換。根據(jù)地源水在應(yīng)用方式方面的不同，可以將地源熱泵主要劃分為閉環(huán)和開環(huán)兩種模式，開環(huán)系統(tǒng)是直接將外部的水源當(dāng)作介質(zhì)，利用板式換熱器和外部水實現(xiàn)熱量的交換；閉環(huán)系統(tǒng)的換熱器和外部的水還有土壤是不相通的，在密閉的系統(tǒng)當(dāng)中完成熱量的交換。

3.2 空調(diào)方案

想要不斷提升暖通空調(diào)的運行效率和對能源的利用率，就需要不斷優(yōu)化空調(diào)的運行方案，在對建筑空調(diào)進行設(shè)計時，一定要滿足消防房間和電梯機房的相關(guān)需求，其他各個方面也應(yīng)該充分滿足空調(diào)的集中方案。由于暖通空調(diào)方案和普通的設(shè)計方案之間存在比較大的差異，特別是對地埋熱泵空調(diào)的最末端體現(xiàn)得尤為明顯，換熱器占據(jù)著最為核心的內(nèi)容，所以，應(yīng)該充分結(jié)合建筑工程的具體規(guī)模來對地埋管鉆井的數(shù)量和長度進行最為科學(xué)、合理的確定，同時，還應(yīng)該對鉆井的具體分布情況進行合理規(guī)劃。除此之外，還應(yīng)該對暖通空調(diào)的換熱性能進行一定的測試，要控制在暖通空調(diào)的施工范圍之內(nèi)，對鉆孔的換熱量也要進行嚴格的計算，以更好地掌握鉆井單位的換熱能力，一般情況下可以選擇雙U換熱器，并充分結(jié)合供熱的總需求對鉆井?dāng)?shù)進行準確的計算，具體的計算公式為：鉆孔數(shù)=（1 000×地埋管熱負荷）/（現(xiàn)場換熱性能測試單位鉆孔深度換熱量×鉆孔深度）。

根據(jù)計算結(jié)果和以往的成功經(jīng)驗，對鉆井的間距、直徑、井深以及埋深等各種參數(shù)進行合理確定，在對鉆井周邊的綠化帶進行利用時，可以設(shè)計一定的梅花形狀，并與制冷機房連接在一起，盡可能保證水壓的平衡性。支路總管可以通過穿墻的方式進入到機房當(dāng)中的集水器和分水器。我國目前正在對空調(diào)熱回收技術(shù)進行大量的研究，并取得了很大的成就，可以充分借助熱回收機組將冷卻水的熱量進行有效集中，然后應(yīng)用到生活熱水和生產(chǎn)過程中，對熱量進行有效的利用，大大減少了空調(diào)的熱污染。

3.3 運行冷卻塔的策略

冷卻塔可以實現(xiàn)對地?zé)岬钠胶庑哉{(diào)節(jié)，這種輔助冷源可以很好地彌補損失的熱量，就實際情況來看，彌補效果并不是非常好，如果將冷卻塔引入到其中，就可以更好地實現(xiàn)對地?zé)岵黄胶庑缘恼{(diào)節(jié)。由此可以看出，冷卻塔的起停運行方式可以起到很好的地?zé)崞胶庾饔?。在冷卻塔實際運行過程中，我們應(yīng)該注意以下幾個方面的問題：①對作業(yè)設(shè)備進行最為科學(xué)、合理的選擇，所選用的冷卻塔一定要滿足工程的實際需求，對整個系統(tǒng)當(dāng)中的釋放熱量和制造熱量的差額進行有效彌補，同時，還應(yīng)該盡可能避免選用過大的冷卻塔，以免造成不必要的浪費。具體計算公式為輔助散熱冷卻塔設(shè)計放熱量=（設(shè)計中供冷月的總散熱量－設(shè)計總散熱量）/2×供冷月小時數(shù)。②制訂科學(xué)、合理的啟停策略。在同一個作業(yè)環(huán)境當(dāng)中，冷卻塔地源熱泵系統(tǒng)的啟停策略也具有比較大的差異性。在方案一中，將地埋管當(dāng)中的地源熱泵作為主要的換熱方式，充分利用埋管將熱水輸送到冷凝器當(dāng)中，當(dāng)水溫達到一定標準的時候，也就說明了地源熱泵的散熱負荷達到了其自身的最高值，這個時候就應(yīng)該啟動冷卻塔；在方案二中，利用埋管將熱水輸送到冷凝器當(dāng)中之后，一定要將室外的溫度與水溫之間的差距控制在一個合理的范圍之內(nèi)，否則，就應(yīng)該啟動冷卻塔來進行輔助降溫處理；在方案三中，每年都應(yīng)該定期對冷卻塔進行開啟，堅持數(shù)月如此操作。根據(jù)以往多年的經(jīng)驗總結(jié)發(fā)現(xiàn)，方案一和方案二相比較而言具有更大的應(yīng)用優(yōu)勢。

4 市場潛力和發(fā)展趨勢

據(jù)統(tǒng)計，我國城鎮(zhèn)現(xiàn)有民用建筑總面積約1.05×1010m2，預(yù)計到2020年底，民用建筑面積將達3.0×1010m2。到目前為止，符合節(jié)能標準的建筑面積還不到5%，剩余部分均需在后期逐步進行節(jié)能改造，國家初步計劃在未來5年，完成地源熱泵利用面積3.5×108m2。另外，隨著氣候條件的變化，我國采暖區(qū)域也逐步由北向南推移，采暖面積也會因此大幅度增加，可見地源熱泵技術(shù)具有巨大的市場潛力和廣闊的發(fā)展空間。能源問題已經(jīng)受到國際社會的共同關(guān)注，節(jié)能減排和新能源開發(fā)利用成為了近年來接連召開的聯(lián)合國氣候變化大會的中心議題。全面促進節(jié)能減排，大力推進環(huán)境治理，成為我國發(fā)展過程中所面臨的主要問題?！笆濉币?guī)劃已明確提出，到2020年我國要實現(xiàn)單位GDP碳排放要比2015年下降40%～45%的奮斗目標，充分顯示了我國政府堅定不移地走綠色發(fā)展之路的信心和決心。

總而言之，在地源熱泵技術(shù)實際應(yīng)用過程中，一定要充分結(jié)合該地區(qū)的實際地質(zhì)環(huán)境來進行最為科學(xué)、合理的選擇，特別是對地下水比較豐富的區(qū)域更是要引起重視，該地區(qū)的施工工藝更加復(fù)雜，需要對施工技術(shù)進行不斷的提升，更好地促進地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用。