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1、地埋管地源热泵技术在建筑空调工程中的研究及应用摘 要：介绍了地埋管地源热泵技术在建筑空调工程中的应用实例，给出了 方案设计的方法，工程实施的程序和注意事项，取得了节能环保的实用效果。关键词：地埋管；地源热泵；建筑空调1工程概况工程范围包括：(1)地源热泵系统的室外循环即高强度塑料管组成的在地下循环的封闭环 路，配备低功率的地源侧循环水泵构成的环路的实施；(2)原制冷机房改为热泵机房的设备安装工程的实施；(3)办公楼原集中空调室内循环系统即空调末端(风机盘管)不变；原水 路系统拆除办公楼地下室热交换间的热交换设备，其余不变；拆除原制冷站冷却 水系统。集中空调系统冷、热源由原来的制冷和制热两套系统
2、改为热泵(一机两用) 一套系统。工程设计条件：(1)建筑冷、热负荷情况，办公楼主楼建筑面积24800m2,空调设计冷负 荷为1905KW、空调设计热负荷为2300KW；配楼建筑面积5008m2,空调设计 冷负荷为360KW、空调设计热负荷为390KWo共计空调设计冷负荷为2154KW, 空调设计热负荷为2583KWo(2)办公楼原集中空调热源：额定抽汽压力为0.981MPa、额定抽汽温度为 302c的过热蒸汽，经热交换站内汽水交换器一次交换为95c70的热水， 再经地下室热交换间内的水水交换器二次交换为5042的热水供大楼冬 季空调用；(3)办公楼原集中空调冷源：由办公大楼以东的制冷站供给，使
3、用的制冷 机为双效澳化锂吸收式制冷机(其热源为上述过热蒸汽经减温减压后的0.6MPa 的蒸汽)，制冷站提供7c12供回冷冻水供给大楼夏季空调用。2方案设计(1)地源侧地热换热器的选择：通过调研资料和其他工程的经验数据，根 据本工程项目特点以及工程周围环境，以面积为3.6万m2的广场设置布井钻孔, 确定了钻孔100米深，成井432个。根据地质勘查报告和岩土热物性测试报告， 岩土热响应性测试结果：夏季每延长米钻孔换热量为55W,可提供冷量 2612.5KW；冬季每延长米钻孔换热量为38W,可提供热量1786KW。最终确定 的地埋管的实施方案：在广场中央空地设计950个深度为50m的竖直钻孔，孔 径
4、150mm,间距4m,总换热长度为47500m；地埋管孔内敷设双U型PE管， 规格PE100,型号为De32,公称压力为L6MP。每4-6个井口组成一个水平环 路，就近通过钢塑转换接头与分水器相连接。分、集水器分设于9个检查井内， 分、集水器由水平DN300主干管连接，主干管同程设计，各并联环路压力损失 接近相等，易于实现水力平衡。(2)机房设备选择：根据项目建筑设计冷、热负荷以及地源侧换热器的换 热量，热泵机房确定了三台GSG780ASB型半封闭螺杆热泵机组(螺杆式压缩机 组是利用气缸中的一对螺旋齿转子相互啮合旋转，造成由齿型空间组成的基元容 积的变化实现对制冷剂气体的吸入和压缩。它利用滑阀
5、调节气缸的工作容积来调 节负荷，转速高、允许压缩比高、排气压力脉冲性小、容积率高，适用于大、中 型热泵机组等优点；半封闭式具有结构紧凑,振动和噪声明显低于开启式压缩机, 对机房使用环境要求低，没有轴封，不存在制冷剂与润滑油的泄漏等优点。因此 选择该型机组)，机组额定工况制冷量2311.6KW,冷冻水供回水温度为7 12；机组额定工况制热量2637.6KW,空调用热水供回水温度为4540。 根据室外环路压力损失地源侧选用4台IS 125-80-200A水泵完成室外循环。(3)机房内管材选择：空调冷、热水管DN70 采用无缝钢管；自来水管、软化水管采用热镀锌钢管。机房内冷、热水管采用难燃橡塑海绵保
6、温，保温层厚参见L03S001-141。热 泵机组冷凝器侧的地埋管供、回水DN300主管采用直埋高密度聚乙烯预制管(即 预制塑套钢管)，保温材料为聚氨酯(该种管热损失1000m不足1 C,提高热源 利用率)。(4)机房内其他装置的设置：水系统的最高点设DN20放气阀，最低点设 DN40泄水阀。为保护设备，保证水质，水泵和地源热泵机组入口处均采用滤网 为(P3mm的水过滤器。机房平面布置、系统流程及系统图参见附图。3项目实施根据工程场地和地质情况，室外钻孔采用了 XY-2型水钻和履带式潜孔锤钻 机。(1)地源侧钻孔实施：内容包括室外钻井、管道试压、埋管、材料回填等 工序。(2)室外网实施：内容包
7、括沟槽开挖、水平敷设环路集管、覆土等工序。(3)机房改造：内容包括原设备拆除、各类管道、阀门更新、机房新设备 安装、水压试验、系统冲洗调试、配电系统敷设等。(4)水压实验：本项目水压试验压力为0.6MPa；试压步骤竖直地埋管换热器插入钻孔前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳 压15min,稳压后压力降不应大于3%,且无渗漏现象；将其密封后，在有压的 状态下插入钻孔，完成灌浆之后保压Iho竖直地埋管换热器与环路集管装配完成后，回填前应进行第二次水压试 验。在试验压力下，稳压至少30min,稳压后压力降不应大于3%,且无渗漏现 象。环路集管与机房分、集水器连接完成后，回填前应进行第三次水压试验
8、。 在试验压力下，稳压至少2h,且无渗漏现象。地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗、排气及回填完成后，应进行第四 次水压试验。在试验压力下，稳压至少12h,稳压后压力降不应大于3%；试验 方法，采用手动泵缓慢升压，升压过程应随时观察与检查，不得有渗漏。不得以 气压试验代替水压试验。(5)调试阶段：根据调试任务划分六个阶段，准备阶段、系统试压阶段、 系统冲洗阶段、系统调整阶段、送电试运转阶段、联合调试阶段。经过施工单位的精心施工，建设单位的监督指导，设计单位的技术支持、监 理方的协调，该工程一次通过了联合试运转，并正式投入冬季空调供暖。4结语地源热泵是一种新型清洁能源利用方式，借助地下土壤的有利条
9、件，充分利 用从土壤中有效能量作为建筑能源，可减少燃煤、燃油、燃气对大气环境的污染, 节能环保，提高环境质量。建筑基坑内地源热泵埋管技术应用摘 要：本文介绍了地源热泵的原理及特点。现今，地源热泵系统越来越广 泛的被应用在单个建筑物及区域内多个建筑物提供制冷、供热上。该系统不仅具 有节能环保效益，而且在改善能源结构等方面上提供了有效措施。关键词：地源热泵系统；节能环保；建筑基坑内埋管能源与环保是人类生存和发展的两大主题，是全球关注的问题。随着经济的 飞速发展，空调、地暖、生活热水等暖通系统已经成为人类获取舒适健康空间的 重要选择。同时，暖通系统的普及所带来的能耗也日益突出，传统的暖通系统供 热、
10、制冷方式因产生大量环境污染和能源的浪费正面临着严峻的挑战。生态环境 的恶化、资源的枯竭，迫使我们寻找一种绿色能源的供热、制冷方式。而地源热 泵空调系统因其节能效果显著、绿色环保等优势，在工程中得到广泛应用。目前 大面积使用的是埋管式地源热泵技术，但由于地埋管热交换器是在地下进行的， 其使用受到场地限制。因此本文讨论的是一种埋于建筑基坑内的布管方式。1地源热泵空调系统工作原理地源热泵中央空调是一种从地下土壤/地下水中提取热量的高效、节能、环 保、再生的供冷（热）系统。2工程案例分析2.1 项目概况某项目占地面积35962 m2,地上建筑面积约108000 m2o2.2 暖通系统概述本工程空调冷负
11、荷：4693.4kW,空调热负荷：3173.3kWo夏季冷源由地源 热泵系统、电制冷水冷离心式冷水机组联合提供。冬季热源由地源热泵系统提供。 由于本项目建筑外用地范围有限，故确定采用在建筑基坑内桩间钻孔方式。实际 布置换热孔数量约为702眼，换热孔深度为100m,夏季负荷不足部分由电制冷 冷水机组提供空调冷水。2.3 建筑基坑内桩间钻孔布置原则、施工做法及分析（1）建筑基坑内桩间钻孔与常规地埋管换热器的安装位置不同，互相影响 的因素也不相同。基坑内埋管要注意以下几个问题：桩间地埋管换热器的设计与施工要考虑到基础桩与竖直埋管之间不能影 响工程桩的安全使用性能，因桩垂直中心线周围一定距离内的土壤层
12、的搅动会对 桩的承载能力造成不良影响，所以应结合结构设计进行合理性分析，并碓定竖直 地埋管换热器与基础柱间距。要考虑到建筑沉降对地下换热系统管道的影响，水平埋管在垫层内有足够 的缓冲余量，可用黄沙铺设保护层。由于埋管在基坑内，积水对基坑安全十分不利，基坑开挖后，要避免地埋 井出现涌泉、冒水，要对地埋管的回填采用压力回填，进行高压灌浆，回填料要 能够起到封堵地下水、满足换热能力，可在黄沙中加入膨润土及水泥，搅拌成混 合砂浆。基坑内埋管施工横埋阶段存在大量的挖土工作，挖土后的回填工作会对基 坑的密实度产生影响，必须保证全部黄沙回填，对基坑密实度的影响降到最低。地埋管总管需穿过外墙进入室内机房，管道
13、穿墙要做好防水措施，保护套 管由土建施工方预留以保证防水质量。（2）基坑内埋管施工工序可分为垂直埋管工序及水平管连接施工工序。在了解并掌握建筑桩基图及基坑内竖直埋管图后，垂直埋管施工工序如下： 施工前对施工场地进行平整，保证地面打孔平面在同一水平面上； 根据设计图纸对垂直孔用全站仪定位标示；盘管U型弯管制作与试压、封堵；钻机就位校准、钻孔并及时护臂；U型管钻杆下管；灌浆料调配搅拌；对钻孔进行高压灌浆；钻孔回填。水平管连接施工工序如下：土方开挖现场监督；用全站仪定位查找垂直孔管头；垂直管试压；水平管沟开挖；水平管热熔焊接；每完成一组管道系统立即进行试压；黄沙回填；水平管路出基坑处试压与成品保护；
14、二级集分水器及平衡阀安装。(3)基坑内地埋管换热器水平管直接穿地下二层底板孔洞不易封堵，容易 渗漏，此项目做法是地埋管换热器水平管引出地下二层底板，如图1所示。水平管从地下室二层底板引出后一般是在建筑外做井室，将二级分集水器放 于井室中，再将总管接至机房内的一级分集水器。但是从诸多工程实际案例中来 看此种设计在施工中难度及复杂程度大，若项目规模大管路多则室外二级分集水 器井室也多，不仅造成初投资费用增大，而且井室内易进水或地下水渗漏会对管 子造成腐蚀。该项目摒弃了这种传统的施工方法，将二级分集水器安装于地下一 层的侧墙上，并用不锈钢板将其封装，既方便又美观。如图2所示。结论通过本案例，当项目用地受限地埋孔在建筑外无法钻孔时，建筑基坑内桩间 埋设竖直地埋管换热器是完全可行的，桩间竖直地埋管换热器的布置应考虑相互 间安全使用间距，并在施工前对地埋换热器进行统一规划。参考文献1GB50189-2005,公共建筑节能设计标准S2 GB50366-2005,地源热泵系统工程技术规范S.3 CJJ101-2004,埋地聚乙烯(PE)给水管道工程技术规程S.4 GB/T 13663,给水用聚乙烯(PE)管材S.5 GB50019-2003,采暖通风与空气调节设计规范S.6地源热泵源机房设计与施工图集(06R115) M.