土壤源热泵空调技术的应用及施工管理

浅析土壤源热泵空调技术的应用及施工管理

摘要：文章就土壤源的热泵系统工作原理以及系统安装施工及系统设计管理中存在的某些问题进行了大致的探讨。土壤源的热泵系统构成包括用户末端系统、热泵机组和地埋管式的换热系统。按照地下盘管敷设方式的不同，地埋管换热器又可分为垂直埋管和水平埋管等多种形式。通常情况下，工程中大多会使用垂直埋管的形式。对于较为大型的u型地埋管系统大多会采取多组并联管网形式，它的优点就在于方便进行分组调控，使运行的可靠性得到了提升。在施工过程中，需注意将地埋管的管材保护和验收工作做好。在完成换热管的下管施工之后，需用灌浆材料进行及时的回填封孔处理，同时按照规范要求将相应的水压试验工作做好。由于地热源泵的供暖空调技术具有非常好的环境效益和节能效益，因此得到了非常广泛的使用。文中就土壤源热泵的空调技术应用进行了大致论述，并对其施工管理方式也进行了一定的分析，以期为我国土壤源热泵技术的发展提供可供参考的意见和建议。

关键字：土壤源热泵；空调技术；施工管理；应用

一、土壤源热泵系统工作的原理

（一）工作原理

用户末端系统、热泵机组和地埋管式的热交换系统共同构成了土壤源热泵系统。在热泵机组的作用下，土壤源热泵系统将末端供暖系统和地埋管式的热交换系统连接起来。在水或者其他换热介质的载体作用下，土壤源热泵系统经由埋设于地表以下的换热器和岩土

体之间实行热交换。在冬季，当系统向建筑物进行制热供暖之时，经由循环作用把土壤中热量取出；在夏季，当系统正处在制冷空调的工况阶段之时，便可经由循环作用将建筑物内部的热量释放至土壤内部。

作为一种对浅层地热资源进行高效利用的环保型热源系统，土壤源热泵系统不仅能提供热量，同时也能进行制冷，因此它所具备的优点是非常突出的。

一方面，土壤源热泵空调属于一种可再生的能源利用技术。因为地下岩土具有非常优良的蓄热能力，按照系统工作的相关原理，在冬季地埋管区域地下岩土丧失的热量，可以在夏季进行制冷之时得到相应的补偿。相反，在冬季岩土获取的热量，则会在夏天被相应的消耗掉。总的来说，其能量基本维持平衡，因此浅层地热资源可以被持续不断的利用。

另一方面，按照相关资料统计可知，相较于传统的供暖制冷系统，土壤源热泵系统的运行费用要节省百分之三十到四十左右。它的效率相对于传统空调要提升百分之四十到六十之间。

此外，此系统还具备非常好的环境效益。例如，杭州某街区的空调面积大概为十九万平方米，假如室内采暖使用燃煤锅炉，按照每平方米消耗实物煤为三十五千克来进行计算，那么每百万采暖需要的煤量大概为六千六百五十吨。如此一来，所产生的烟尘为一千九百顿，而生成的二氧化硫则为两千两百六十二吨。从此便可得知其对环境有着怎样恶劣的影响。因为此系统吸热与发热都是在地下进

行的，相较于传统空调对大气环境所形成的噪声和热污染也基本能得到消除。

二、对土壤源热泵系统加以设计

（一）勘察水文地质条件

杭州某工程地处下沙经济开发区，项目占地面积约为八千平方米，建筑总面积大约为二十一万平方米，由六栋高三十一到三十三层的高层建筑群以及一栋十八层和一栋三层的社区中心和一层地

下车库与商场构成，其中空调所占面积为十九万平方米。通过勘探发现，该工程的地下水流向为北向，渗透流速为每分十秒。工程区域内的温度分布与正常底层温度的分布规律相同。最后的勘测结果显示，此区域地质条件适合使用采用了土壤源热泵技术的空调系统。

（二）对系统加以设计

由前文可知，土壤源的热泵系统最主要是由用户末端和热泵机组以及地埋管式的换热系统构成的。其中，地埋管式的换热系统则主要是由循环水路以及循环水泵和地埋管式的换热器构成。埋设于地表以下的高密度的聚乙烯管构成了循环的封闭回路，其循环介质通常为水或者含有防冻液的某种水溶液，最终的循环是通过水泵来实现的。热泵机组则主要由调节控制系统、膨胀阀、蒸发器、冷凝器、压缩机构成，通常情况下，会在地下车库设置热泵机房。用户末端则主要包括连接管道、风机、水泵、空气处理机、天棚辐射器。其功能最主要是按照室内热负荷大小，来对热量进行合理分配，从而

确保室内能维持恒新风、恒氧、恒湿、恒温的环境标准。

按照地下盘管敷设形式的不同，可将地埋管式的换热器分为垂直埋管和水平埋管等多种形式。通常情况下，水平埋管单位管长的换热量非常小，占地的面积也比较大，因此很少在工程中被使用。而垂直埋管由于其占地面积小，工程量少，维护费用也很少，并且恒温效果明显，因此其在用地非常紧缺的城市使用特别适合。此外，垂直埋管的初始投资相对比较多，并且技术含量也非常大。通过上述分析，最终决定此项目的埋管方式为垂直埋管。

在对地埋管式的换热器加以设计之时，需注意如下几方面的问题：

1、计算系统负荷。在设计系统之时，应当按照全年动态负荷来进行计算，通常情况下，最小的计算周期是一年。在计算的周期之内，系统的总吸热量和总释热量应当维持平衡。不然，需进行辅助热源的设置，从而让其能维持平衡。

2、对地埋管式的换热器进行换热量处理。在明确要对换热器进行换热量处理之时，应使其满足系统最大的吸热量和释热量要求。

3、选择地埋管的管材。应当选择那些导热系数大、耐腐蚀、流动阻力小、化学性质稳定的高密度性聚乙烯管作为地埋管的管材，其管径大小为二十五毫米。传热的介质选择自来水，并确保管内的流体始终处于紊流的状态，同时双u型埋管的管内流速要在每秒四十厘米以上，而单u型埋管的管内流速则需在每秒六十厘米以上，从而确保换热效果的良好性。

4、垂直埋管施工的方式。在对垂直u型埋管换热器加以处理之时，通过在钻孔内插进u型管的方式，在其中一个钻孔中设置两组或一组u型管。此项工程选择的埋管为单u型管，对于坚硬程度较大的岩石层则最好选择双u型埋管。

5、回填料配方。应确保回填料的配方与设计要求相符，回填料导热系数应当高于钻孔外岩土的导热系数。

6、确定供回水环路的集管间距。确保供回水路的集管间距在六十厘米以上，进而使供回水管彼此之间的热干扰可以尽可能的降低，从而使热量损失得以减少。

7、地埋管式换热器各钻孔彼此之间连接的方式。在地埋管式的换热器各钻孔彼此之间不仅可以使用串联的形式，同时也可以使用并联的形式。现如今，项目工程中最主要是采取并联的形式。值得注意的是，在运用并联系统之时需确保管道中液体的流水比较高，从而便于将空气排出。与此同时，应确保并联管道各管道长度一致，以此保证各环路之间的流量也是相同的。

在设计地埋管式的换热系统管网之时，可以采取双u型或单u型的地埋管式换热器。双u型的埋管内液体流动比较复杂，在两组u 型管间可以使用串联形式也可使用并联形式。而单u型埋管内的液体流动则相对简单许多，从一个管口流入，然后从另一管口流出。在埋管深度一样的时候，单u型埋管的换热器换热量要比双u型管的换热器所换热量少百分之十五到二十。

通常情况下，地埋管式的换热器工程会采取垂直埋管的形式，这