基于被動(dòng)房項(xiàng)目暗埋式地源熱泵系統(tǒng)的分析

張毅鵬

地?zé)豳Y源是指能夠被人類利用的地球內(nèi)部熱能資源，除淺層地?zé)崮芡猓渌麩崮苜Y源都需要繁瑣的轉(zhuǎn)化步驟才能進(jìn)行利用，而淺層地?zé)崮懿坏褂梅奖?、可再生、可循環(huán)利用，還具有綠色無(wú)污染、使用效率及壽命高等明顯優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排與保護(hù)環(huán)境的雙贏局面。

1.工程概況

某工程作為被動(dòng)房技術(shù)體驗(yàn)中心，占地面積4850m2，長(zhǎng)約77m，寬約64m，總建筑面積約為13771.30m2，主建筑高度22.13m，其中地上五層共8190.23m2，地下三層共5581.07m2。該體驗(yàn)項(xiàng)目以土壤熱源泵作為建筑的冷熱源系統(tǒng)依托，以新風(fēng)及冷梁系統(tǒng)作為其提供渠道，同時(shí)為了充分保證地源熱泵系統(tǒng)在冬夏兩季的熱量收支平衡，增加了地埋孔間距，傳熱系數(shù)越高則間距越大，提高了地源熱泵的熱回收能力。

1.1 冷熱源及其相關(guān)參數(shù)

該工程主要包括2 個(gè)熱泵機(jī)組，其中1 號(hào)熱機(jī)泵的能效等級(jí)為Ⅰ級(jí)，額定制冷量為130KW，制熱COP ＞4.6，制冷COP ＞5.1，綜合負(fù)荷性能系數(shù)＞6.6，供回水溫度41℃/46℃（冬季），2 號(hào)熱機(jī)泵的能效等級(jí)為Ⅰ級(jí)，額定制冷量為300KW，制熱COP ＞4.6，制冷COP ＞5.1，綜合負(fù)荷性能系數(shù)＞6.6，供回水溫度16℃/19℃（夏季）。

1.2 冷熱源系統(tǒng)的工作原理

冷熱源系統(tǒng)的具體工作原理如圖1 所示。

圖1 冷熱源系統(tǒng)原理圖

2.地源熱泵工作原理

暗埋式地源熱泵系統(tǒng)的主要工作原理是利用并轉(zhuǎn)化地表淺層的地?zé)豳Y源，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)的供暖及制冷，其是一種新型的具有節(jié)能作用的清潔能源空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：夏天持續(xù)制冷，冬天持續(xù)供暖，溫度適宜可控，淺表地能可以直接作為夏、冬兩季的制冷、制熱源。

3.暗埋式地源熱泵系統(tǒng)施工工藝

3.1 施工工藝流程

圖2 施工工藝流程圖

3.2 施工各要點(diǎn)分析

3.2.1 施工前勘察

在施工前要做好所有的準(zhǔn)備工作，對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行考察，并委托專業(yè)人員帶領(lǐng)隊(duì)伍進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)及淺層地?zé)崮茉吹目辈?，?duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研，記錄影響施工的各種因素，形成具有專業(yè)性、科學(xué)性、合理性的勘察報(bào)告。

3.2.2 測(cè)量放線

地源熱泵的進(jìn)路線要進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，測(cè)量要以特定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，其設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)為建筑結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)軸線。在設(shè)計(jì)時(shí)保證各定點(diǎn)定位準(zhǔn)確，測(cè)量結(jié)構(gòu)無(wú)誤后進(jìn)行鉆孔，鉆孔時(shí)要保證大小、深度、形狀、間距等符合規(guī)定條件。

3.2.3 工程鉆孔

在對(duì)各定位線實(shí)施鉆孔前需勘察周邊是否有障礙物及其他管線，如果有則要及時(shí)避開(kāi)或采取保護(hù)措施，避免鉆孔導(dǎo)致地下管道受損。在開(kāi)鉆前還需仔細(xì)檢查鉆具是否完好、能否正常使用，鉆孔時(shí)保證鉆具與定位孔之間有一定距離。之后開(kāi)通泥漿泵，注入沖洗液，待其循環(huán)暢通后再將鉆具移動(dòng)至孔底，注意速度不宜過(guò)快。在鉆具工作過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)壓力不足、回轉(zhuǎn)阻力增加等情況，應(yīng)立即停止施工，仔細(xì)尋找問(wèn)題原因，在得到有效解決后再進(jìn)行工程。對(duì)于施工地表上層的疏松土壤在施工時(shí)要注意四個(gè)要點(diǎn)：松壓、慢速、大泵量、稠泥漿。

3.2.4 豎直地下?lián)Q熱器施工

（1）下置管道：換熱器在下管前需進(jìn)行相關(guān)測(cè)試以驗(yàn)證其質(zhì)量是否合格。測(cè)試方式為液壓試驗(yàn)：試驗(yàn)時(shí)需使用純凈水為試驗(yàn)介質(zhì)，鋼制換熱器水溫需≥5℃，其他金屬結(jié)構(gòu)的換熱器測(cè)試水溫需≥15℃。試壓時(shí)壓力大小要符合相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，試壓壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.25 倍。

（2）下管時(shí)要注意下管的位置，不可提前或延后下管，正確下管位置為預(yù)先設(shè)計(jì)位置。若下管時(shí)間有誤，可能造成鉆孔出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致出現(xiàn)塌陷或堵塞，造成下管困難或下管有誤，正確的下管時(shí)間及位置可避免這一問(wèn)題。另外，下管時(shí)還需保證U 型管中充滿水液。

3.2.5 水平管道施工

水平管道的施工需要注意以下要點(diǎn)：（1）施工時(shí)不要破壞原地基，防止開(kāi)挖管道溝影響地基穩(wěn)固，出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，影響后期施工。（2）將管道四周40m 范圍內(nèi)的土層全部換土振實(shí)，保證其硬度相同。（3）在對(duì)管道底部進(jìn)行鋪沙前需保證所有雜物、硬物、碎石全部清除，同時(shí)保持溝底平整。（4）管道各處的焊接采用熱熔方式進(jìn)行，操作時(shí)環(huán)境溫度不得≤0℃。熱熔前需清潔管道連接各面，檢查管材是否完好。熱熔時(shí)注意控制加熱的時(shí)間、溫度、壓力以及冷卻的溫差及時(shí)間，對(duì)可能出現(xiàn)的異常做好防范工作及相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。（5）水平地埋管換熱器下管前同樣需要做液壓測(cè)試，保證能夠正常使用。下管后采用直埋方式進(jìn)行鋪設(shè)。具體操作：鋪設(shè)時(shí)水平管的深度保持在1.5m～1.6m，管道的上、下方需鋪墊20cm 左右的細(xì)沙，防止鋪設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)管道互相擠壓的現(xiàn)象。

3.2.6 系統(tǒng)清洗、試壓

為了保證地埋管的換熱系統(tǒng)能夠正常使用、不出故障，需在安裝前對(duì)其進(jìn)行沖洗、試壓，達(dá)到條件后才能進(jìn)行之后的工作。地埋管各階段的試壓操作及結(jié)果如表1 所示。

表1 地下?lián)Q熱器系統(tǒng)試壓情況

3.2.7 灌漿回填

當(dāng)所有管道的壓力測(cè)試合格、合規(guī)之后即可進(jìn)行回填工作，回填時(shí)要注意仔細(xì)檢查水平管的間距及其水平度，保證其處于規(guī)定范圍內(nèi)。注意選擇地下?lián)Q熱器孔的回填材料，目前多使用水泥砂漿進(jìn)行回填。在回填時(shí)要確保換熱器孔周圍土壤、巖層的導(dǎo)熱系數(shù)小于回填材料的導(dǎo)熱系數(shù)。同時(shí)為保證回填后鉆孔無(wú)空腔、無(wú)縫隙、緊密飽滿，要嚴(yán)格控制回填灌漿量，使其具有一定余量。

3.2.8 系統(tǒng)測(cè)定及調(diào)試

工程最后驗(yàn)收前還需測(cè)定水泵的流量并對(duì)系統(tǒng)的水流量進(jìn)行調(diào)整，在水路平衡閥上做好標(biāo)記。之后進(jìn)行帶冷熱源的系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示系統(tǒng)可持續(xù)8h 以上無(wú)異常運(yùn)轉(zhuǎn)后方能進(jìn)行最終驗(yàn)收。

4.暖通空調(diào)動(dòng)力系統(tǒng)冷熱源控制的具體要求

為了保證暖通空調(diào)動(dòng)力系統(tǒng)正常運(yùn)行，就要對(duì)其冷熱源控制做到以下要求：（1）空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源控制裝置設(shè)置：要將空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源控制裝置設(shè)置于地源熱泵的機(jī)房?jī)?nèi)，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)機(jī)組設(shè)計(jì)采用二管制冷熱水機(jī)組。從而實(shí)現(xiàn)冷熱源設(shè)備的連鎖啟停，同時(shí)根據(jù)冷卻水的溫度調(diào)節(jié)、控制冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)作頻率。（2）空調(diào)運(yùn)行負(fù)荷計(jì)算：為確保啟動(dòng)冷機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷達(dá)到七成以上，需結(jié)合冷凍水的總管流量及供回水的總管溫差來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)際冷負(fù)荷的運(yùn)算，最后根據(jù)冷機(jī)的額定冷量來(lái)確定其開(kāi)啟臺(tái)數(shù)。（3）保證循環(huán)泵的順利運(yùn)行：循環(huán)泵變頻、變量運(yùn)行的前提條件是空調(diào)供水系統(tǒng)供回水之間的壓力差及溫度差，為了確保循環(huán)泵能夠順利運(yùn)行，需做到冷水機(jī)的最小流量大于生產(chǎn)廠家的最低額定冷量標(biāo)準(zhǔn)，因此要在供回水總管上設(shè)置壓差旁通閥來(lái)進(jìn)行調(diào)控。（4）實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)調(diào)控：為防止出現(xiàn)建筑物及室內(nèi)過(guò)熱現(xiàn)象，需根據(jù)室外溫度變化調(diào)節(jié)供暖的二次供水溫度。

5.結(jié)語(yǔ)

暗埋式地源熱泵系統(tǒng)可在施工前結(jié)合施工當(dāng)?shù)氐牡責(zé)豳Y源及地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行評(píng)估、分析、調(diào)節(jié)，這種模式可以使資源得到充分的、可循環(huán)的利用，從而保證系統(tǒng)能夠最大程度地達(dá)到節(jié)能的目的。同時(shí)，該技術(shù)還具有綠色環(huán)保、沒(méi)有污染的優(yōu)點(diǎn)，與房屋建設(shè)結(jié)合后可以提高熱回收效率、維持熱收支平衡，符合未來(lái)綠色建筑的發(fā)展趨勢(shì)。