地源热泵系统集成中的关键环节

 　摘要：地源热泵技术在我国的应用时间不长，人们对它的认识和一些规程规范的不尽完善，使得地源热泵技术的全面推广与应用存在不同程度的问题。相关工作人员要通过不断学习及研究，提高自身技术水平，使热泵系统不断完善、不断提高效率。 

　　关键词：地源热泵系统；集成； 

　　中图分类号：C35文献标识码： A 

　　1 地源热泵系统集成综述 

　　地源热泵系统是地质环境、热泵系统、自动控制和暖通空调系统等多学科的有机结合。需要加强暖通空调与水文地质工程地质人员的密切配合，做到每一部分都要与整体相协调，才能使整个系统达到经济、节能与环保。地源热泵技术在我国的应用时间不长，人们对它的认识和一些规程规范的不尽完善，使得地源热泵技术的全面推广与应用存在不同程度的问题。地源热泵系统涉及多专业结合性、各专业的密切配合等。合理利用浅层地温能、优化利用热泵技术仍然是地源热泵系统集成企业今后工作的重点。为此，需要聚集“地源热泵技术、水文地质工程勘察、监测和系统控制”等多专业的技术力量联合开展。地源热泵工程整个系统涉及评价报告编制及论证、设计、施工和验收，以及后期的监测与管理维护等内容，做好每项内容才能体现出专业的地源热泵系统集成企业优势。地源热泵系统包含室外地埋管系统、机房系统及末端系统3部分，本文将主要介绍室外地埋管系统有关内容。 

　　2.地源热泵系统集成内容 

　　2.1评价报告编制及论证 

　　以地质勘查评价为基础，查清资源家底。科学开发利用浅层地温能资源，必须重视开发利用前期的资源调查评价工作，重点开展热泵相关土壤参数调查。研究浅层地温能资源和地下水之间的相互关系。进行热泵适用区划分，估算热泵适宜区浅层地温能资源量。制订切合实际的浅层地热能开发利用规划，将浅层地温能的开发利用纳入近期或远期规划建设中。然后根据热泵适宜区划分及环境影响评价，结合项目具体情况钻凿地埋孔进行的热物性试验，编制地源热泵系统浅层地温能勘查评价报告。评价报告编制要合理，以调查的资料为基础进行，在编制完成后进行论证，专家论证工作由北京市地热协会组织，聘请相关地源热泵专家、地质水文地质专家、学者、教授等组成专家组对报告进行评审，由专家组提出地源热泵系统浅层地温利用项目的论证意见及建议。评价报告经修改,且经专家认同后报发改委。 

　　2.2地源热泵系统设计中的关键问题 

　　2.2.1地埋管换热系统设计前应明确待埋管区域内各种地下管线的种类、位置及深度，预留未来地下管线所需的埋管空间及埋管区域进出重型设备的车道位置。 

　　2.2.2地埋管换热系统应根据可使用地面面积、工程勘察结果及挖掘成本等因素确定埋管方式。 

　　2.2.3地埋管换热系统应根据地质特性确定回填料配方，回填料的导热系数不应低于钻孔外或沟槽外岩土体的导热系数。 

　　2.2.4地埋管换热系统水平主干管采用钢管或者塑料管，根据项目具体地质环境、主干管敷设区域的用途、管材性价比等而确定。 

　　2.3地源热泵系统施工中的关键 

　　2.3.1地埋管换热系统施工前应具备埋管区域的工程勘察资料、设计文件和施工图纸，并完成施工组织设计。 

　　2.3.2埋管换热系统施工前应了解埋管场地内已有地下管线、其他地下构筑物的功能及其准确位置，并应进行地面清理，铲除地面杂草、杂物，平整地面。 

　　2.3.3水平地埋管铺设前，沟槽底部应先铺设相当于管径厚度的细沙。水平地埋管安装时，应防止石块等重物撞击管身。管道不应有折断、扭结等问题，转弯处应光滑，且应采取固定措施。 

　　2.3.4竖直地埋管换热器U形管安装应在钻孔钻好且孔壁固化后立即进行。当钻孔孔壁不牢固或者存在孔洞、洞穴等导致成孔困难时，应设护壁套管。下管过程中，U型管内宜充满水，并宜采取措施使U型管两支管处于分开状态。 

　　2.3.5当室外环境温度低于0℃时，不宜进行地埋管换热器的施工。 

　　2.4地源热泵系统监测与管理维护工作中的关键 

　　2.4.1运行管理模式：选择使用自管、代管或托管等运行管理模式条件，适宜时宜优先选择地源热泵专业技术服务团队按合同能源管理模式运管。 

　　2.4.2建立热泵系统维护保养方案，实时监测机组、循环泵等设备的运行情况，及时更换冷冻机油、制冷剂、过滤芯等，检查设备配电及接地情况等，保证设备正常、安全、有效运行 

　　2.4.3人员要求：应经过地源热泵知识、自动化管理系统操作、建筑节能等方面的专门培训，熟悉其所管理的地源热泵系统。 

　　2.5地源热泵系统检验与验收工作的关键 

　　2.5.1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。 

　　2.5.2水压试验宜采用手动泵缓慢升压，升压过程中应随时观察与检查，不得有渗漏；不得以气压试验代替水压试验。 

　　2.5.3室外地埋管系统、机房系统、末端系统全部安装完毕，经调试合格后，由建设单位组织设计单位、监理单位及施工单位等进行验收，验收合格后在工程竣工验收报告中签字盖章。 

　　3.地源热泵系统集成创新工作 

　　3.1地埋管 地表水复合地源热泵系统。 

　　地表水在部分地区特别是南方城市较为乐观，但冬季水温偏低也是常见问题，在夏热冬冷地区常降至 4℃以下。对此，采用串联式地埋管和地表水集成系统（双热源系统），当冬季水温偏低，地埋管投下去后可让机组内的出水先经过它发热，然后进入地埋管，换热后再返回机组，从而使机组的地表水和土壤两方面都获得热量，减轻地表水温偏低的问题。需注意的是，当地表水温偏高时应关闭地埋管，使之成为单一的地表水源热泵系统。而当地表水温正常但水量不多时，需要有相应对策。 

　　3.2室内余热可作为资源，即水环热泵空调系统。 

　　项目可将太阳能、水、空气、土壤里面的能量引入并结合，如果这些能量较低，可将相应的热泵引入系统，以此替代辅助加热的锅炉，组成太阳能水环热泵空调系统或井水源水环热泵空调系统、土壤源水环热泵空调系统、空气源水环热泵空调系统等复合运行模式。 

　　3.3土壤蓄冷 土壤热泵耦合集成系统。 

　　这种设想将蓄冷装置与热泵地下吸热装置合二为一，通过冷水机组实现集成系统热泵、蓄冷和空调功能。这种复合模式虽然通过土壤蓄冷来削峰填谷，是对蓄冷空调的原始创新，但面临问题同样不少，包括仿真模拟环节、对土壤蓄冷溢冷过程的热力特性和冷量损失等问题都需要认真研究。 

　　3.4地埋管 太阳能复合地源热泵系统。 

　　众所周知，太阳能是无穷无尽、无公害的清洁能源，更是 21 世纪后最有希望的能源。但太阳能也是“不稳定”的品类。目前，我国年日照时间在 2000小时以上的地区占 2/3，考虑到阴天和晚间等不安全性、不可靠因素，让地埋管和太阳能构成复合系统成为可能。从供热的安全角度看，地埋管必须按照满负荷设计，以满足最不利工况要求。同时，从经济角度考虑太阳能完全免费，因此在集成系统中必须优先采用太阳能并充分利用，要安全又要经济，就需从运行模式考虑并解决问题。 

　　结束语：近几年，地源热泵得到了大量应用和迅猛发展，也暴露出不少严重甚至难以逆转的问题，如有些地区经过长期使用，土壤温度持续下降或上升，影响系统运行能效；有些系统引用地表水却出现结冰现象，造成能效下降甚至干脆停机。针对此类问题，系统集成创新的迫在眉睫。其原理十分简单，即用新技术、新系统改造传统地源热泵系统，或者将新技术、新系统与传统方式的技术要素整合利用，可称之为热泵空调集成系统、复合式地源热泵系统或混合式系统。文章对地源热泵系统集进行了综述，希望对相关行业可以起到一定的参考作用。 

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