地埋管地源热泵技术在建筑空调工程中的研究及应用

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390KW。

共计空调设计冷负荷为2154KW，空调设计热负荷为2583KW。

（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302℃的过热蒸汽，经热交换站内汽～水交换器一次交换为95℃～70℃的热水，再经地下室热交换间内的水～水交换器二次交换为50℃～42℃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，使用的制冷机为双效溴化锂吸收式制冷机（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7℃～12℃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1.6MP。

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45℃～40℃。

根据室外环路压力损失地源侧选用4台IS125-80-200A水泵完成室外循环。

（3）机房内管材选择：空调冷、热水管DN<70采用热镀锌钢管；DN≥70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℃，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φ3mm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①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1h。

②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。

③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。

在试验压力下，稳压至少2h，且无渗漏现象。

④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。