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摘要：本文探讨地源热泵在商业化、市场化运作中亟待解决的问题，加强现有技术资源整合，推动地源热泵规模化应用和产业化发展。
关键词：地埋管地源热泵；技术；问题；措施
中图分类号： B82 文献标识码： A
引言
本文对地源热泵工程应用中发现的关键技术问题进行探讨，希望能够为从事地源热泵设计和施工的企业提供借鉴和参考。
一、地源热泵的必要性
随着我国经济的快速发展,我国的国内生产总值占全世界国内生产总值的5%,但为此消耗的资源量却十分惊人:消耗了全球石油的8%;原煤的40%等。据统计,我国建筑能耗占全国能源消耗近30%;采暖和空调的能耗占建筑总能耗的55%。近年来,空调负荷增长迅速,炎夏季节多数电网高峰负荷约有1/3用于空调制冷,使许多地区用电高度紧张,拉闸限电频繁。目前,中国房间空调器和单元式空调机的产量已达世界第一,而且今后将呈继续上升的趋势,因此,大力发展建筑节能刻不容缓。根据建设部的要求,到2010年,全国城镇新建建筑实现节能50%。到2020年,北方和沿海经济发达地区和特大城市新建建筑实现节能65%。热泵空调技术是空调节能技术的一种有效的节能手段,它不是像锅炉那样能产生热能,而是将热源中不可直接利用的低品位热量,提高其品位,变为可利用的再生高品位能源,作为空调系统的热源,这符合当今国家的能源政策。
二、地源热泵的优缺点
1、地源热泵优点
（1）土壤温度全年波动较小且数值相对稳定，热泵机组的季节性能系数具有恒温热源热泵的特性，这种温度特性使土壤耦合热泵比传统的空调运行效率要高40%-60%，节能效果明显。
（2）当室外气温处于极端状态时，用户对能源的需求量一般也处于高峰期，由于土壤温度相对地面空气温度的延迟和衰减效应，因此和空气源热泵相比，它可以提供较低的冷凝温度和较高的蒸发温度，从而在耗电相同的条件下，可以提高夏季的制冷量，冬季的制热量。
（3）土壤具有良好的蓄热性能，冬、夏从土壤中取出（或放入）的能量可以分别在在夏、冬季得到自然的补偿。
（4）地下埋管换热器无须除霜，没有结霜和融霜的能耗损失，节省了空气源热泵的结霜、融霜所消耗的3-30%的能耗。
（5）地下埋管换热器在地下吸热和放热，减少了空调系统对地面空气的热、噪声污染。同时，与空气源热泵相比，想对减少了40%以上的污染物排放量。与电供暖相比，相对减少了70%以上的污染物排放量。
（5）运行费用低。据世界环境保护组织（EPA）估计，设计安装良好的地源热泵系统平均来说可以节约用户30-40%的供热制冷空调运行费用。
2、地源热泵的缺点
（1）地下埋管换热器的供热性能受土壤性质影响较大，长期连续运行时，热泵的冷凝温度和蒸发温度受土壤温度变化的影响而发生波动。
（2）土壤的热导率小而使地埋管换热器的持续吸热率仅为20-40W/m，当换热量较大时，埋管换热器占地面积较大。
（3）地下埋管换热器的换热性能受土壤的热物性参数的影响较大。计算表明，传递相同热量所需传热管管长在潮湿土壤中为在干燥土壤中的1/3，在胶状土壤中仅为它的1/10。
（4）初投资较高。仅地下埋管换热器的投资约占系统投资的20%-30%。
3、地源热泵分类
根据布置形式的不同，地下埋管换热器可分为水平埋管和竖直埋管两大类。
（1）水平埋管根据一条沟中埋管的多少和方式又分为单管、双管、多管和螺旋管等多种形式。水平埋管的优点是在软土地区造价较低，但传热条件受到外界冬夏气候一定的影响，而且主要缺点是占地面积大，通常不太适合中国的国情。
（2）竖直埋管主要有单U型管和双U型管，U型埋管的换热器采用在钻孔中插入U型管的方法，一个钻孔中可设置一组或两组U形管。然后用封井材料把钻孔填实，以尽量减少钻孔中的热阻并防止地面污水流入地下含水层。
三、施工方法
1、测量、放线及鉆机定位
由于井口数量较多，为避免施工过程中的遗漏和误差，根据设计图纸对每个孔位进行编号。然后依据现场具体情况，采用全站仪进行测量定位及孔口标高，并用木桩做好醒目标示。
2、钻孔
初钻时，首先启动泥浆泵和转盘，让它空转一段时间，等到泥浆输进一定数量后，再可开始钻井。接、卸钻杆的动作要迅速、安全，力争在尽快时间内完成，防止停钻时间过长，增加孔底沉淀。
3、下管及回填
下管是地源热泵工程中核心之一，原因是下管的深度影响采取热量的多少，因此必须保证下管的深度。下管可采用人工下管、机械下管和重物下管的方法。钻孔完毕后若孔洞内有大量泥浆，将对下管造成一定的困难，并且由于泥浆中含有大量的泥沙，泥沙在静止时沉积会减少孔洞的有效深度，因此，每钻完一个孔，待下管完成并检查垂直管完好后应立即开始垂直管回填，固定管道的安装位置，防止垂直管在井内移动和沉浮。通常采用反浆回填的方法灌回填料。自孔底部位注入填料向上反填，逐步排除空气，保证无回填空隙，保证了传热效果。当上返泥浆密度与灌注材料的密度相等时，灌浆过程结束。
4、土方开挖配合
按照施工方案进行基坑土方开挖，即使用大挖机地面挖土，小挖机在基坑内配合清理承台及集水坑。土方开挖过程中，安装专业应安排人员现场密切配合。
5、水平沟槽放样及水平管沟开挖
当室外换热器施工开始后，将各水平汇总管道的位置及走向用石灰线标示出来，并在放线后对管沟进行开挖。地下室基坑开挖后，水平管沟开挖采用全人工开挖形式。土方可存放在沟槽上方，但堆土高度不得超过1.5m，距离槽边不得小于0.8m。同时保持施工场地整洁。
6、水平管敷设连接
在竖直地埋管施工完成后，我们就进行水平管连接，采用塑料管热熔器通过管件将各个竖直地埋管连接起来形成供回水环路。
7、地埋管系统试压
（1）地埋管预制完成后，插入垂直孔前，做1次水压试验。在试验压力下，稳压至少15min，稳压后压力降不应大于3%，且无渗漏现象。
（2）垂直钻孔完成后，地埋管安装在带压状态下完成，完成灌浆之后保压2d，压力表无大幅下降则地埋管安装符合系统要求。
（3）各支路竖直与水平集管装配完成后，回填前进行水压试验。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。
（4）每个系统环路集管与地下室二级集分水器连接完成后，进行第4次试压，在试验压力下，稳压至少2h，且无渗漏现象。试验合格后，回填管沟。
（5）地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗、排气及回填完成后，进行第5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%，且全程保压。
8、回填
调整水平管的间距、平整度。施工时应按照土层情况采取不同应对方法：如水平管沟开挖平整后沟面有较多坚硬石块或硬物的，水平管安装前下垫沙层150mm；如水平管沟土层较好，在水平管沟平整后直接安装水平集管。水平管安装并试压验收后，管道周边人工回填厚200mm的细土保护层，淋湿夯实，管道两侧采用人工打夯。再上部用原土回填并进行夯实。每步回填不得超过30cm，分层振捣密实后再填下一层。最后整体回填到地下室垫层浇筑面。
9、垫层浇筑
垫层浇筑时，应调整好管道水平度，避免垫层浇筑后管道不水平，影响套管安装。垫层管道穿越集水井侧壁时，由于侧壁外侧为斜面，内侧为垂直面，防水套管施工难度大，为此，池壁有套管的位置处均做局部加厚处理。
10、套管预埋
为保证防水效果，地下室所有水平集管穿集水井侧壁均采用柔性防水套管。
11、套管封堵
混凝土浇筑完成后应对套管进行封堵，套管封堵按照柔性套管做法将止水橡胶圈套入管道，橡胶圈应紧贴挡板，最后压入法兰压盖，螺栓固定。
结束语
地源热泵是一种新的中央空调工艺方式。该技术不破坏地下水资源，不造成空气热污染，不产生任何废气和废弃物，具有零污染的良好品质。目前我国在建筑能耗中，有将近65%是采暖和空调能耗，且仍在上升中，因而运用这项技术有良好的节能前景。
参考文献
[1]渠建纲，卢竟，朱渊．某火车站地源热泵系统施工管理要点［J］．山西建筑，2012，38(1):142-143.
[2]朱岩,杨历,李中领.土壤源热泵的节能与技术经济性分析[J].煤气与热力,2005,25(3):73-76.
[3]孙大国建筑电气安装工程质量问题及防治探析[J]现代商贸工业，2012（03）.
[4马最良，姚扬，杨自强。]水环热泵空调系统设计［I S B N ：7502561242］，化学工业出版社(2006-08-02).
[5] 马最良，吕悦主编.地源热泵系统设计与应用.北京：中国建筑工业出版社，2006.10.
关键词：地埋管地源热泵；技术；问题；措施
中图分类号： B82 文献标识码： A
引言
本文对地源热泵工程应用中发现的关键技术问题进行探讨，希望能够为从事地源热泵设计和施工的企业提供借鉴和参考。
一、地源热泵的必要性
随着我国经济的快速发展,我国的国内生产总值占全世界国内生产总值的5%,但为此消耗的资源量却十分惊人:消耗了全球石油的8%;原煤的40%等。据统计,我国建筑能耗占全国能源消耗近30%;采暖和空调的能耗占建筑总能耗的55%。近年来,空调负荷增长迅速,炎夏季节多数电网高峰负荷约有1/3用于空调制冷,使许多地区用电高度紧张,拉闸限电频繁。目前,中国房间空调器和单元式空调机的产量已达世界第一,而且今后将呈继续上升的趋势,因此,大力发展建筑节能刻不容缓。根据建设部的要求,到2010年,全国城镇新建建筑实现节能50%。到2020年,北方和沿海经济发达地区和特大城市新建建筑实现节能65%。热泵空调技术是空调节能技术的一种有效的节能手段,它不是像锅炉那样能产生热能,而是将热源中不可直接利用的低品位热量,提高其品位,变为可利用的再生高品位能源,作为空调系统的热源,这符合当今国家的能源政策。
二、地源热泵的优缺点
1、地源热泵优点
（1）土壤温度全年波动较小且数值相对稳定，热泵机组的季节性能系数具有恒温热源热泵的特性，这种温度特性使土壤耦合热泵比传统的空调运行效率要高40%-60%，节能效果明显。
（2）当室外气温处于极端状态时，用户对能源的需求量一般也处于高峰期，由于土壤温度相对地面空气温度的延迟和衰减效应，因此和空气源热泵相比，它可以提供较低的冷凝温度和较高的蒸发温度，从而在耗电相同的条件下，可以提高夏季的制冷量，冬季的制热量。
（3）土壤具有良好的蓄热性能，冬、夏从土壤中取出（或放入）的能量可以分别在在夏、冬季得到自然的补偿。
（4）地下埋管换热器无须除霜，没有结霜和融霜的能耗损失，节省了空气源热泵的结霜、融霜所消耗的3-30%的能耗。
（5）地下埋管换热器在地下吸热和放热，减少了空调系统对地面空气的热、噪声污染。同时，与空气源热泵相比，想对减少了40%以上的污染物排放量。与电供暖相比，相对减少了70%以上的污染物排放量。
（5）运行费用低。据世界环境保护组织（EPA）估计，设计安装良好的地源热泵系统平均来说可以节约用户30-40%的供热制冷空调运行费用。
2、地源热泵的缺点
（1）地下埋管换热器的供热性能受土壤性质影响较大，长期连续运行时，热泵的冷凝温度和蒸发温度受土壤温度变化的影响而发生波动。
（2）土壤的热导率小而使地埋管换热器的持续吸热率仅为20-40W/m，当换热量较大时，埋管换热器占地面积较大。
（3）地下埋管换热器的换热性能受土壤的热物性参数的影响较大。计算表明，传递相同热量所需传热管管长在潮湿土壤中为在干燥土壤中的1/3，在胶状土壤中仅为它的1/10。
（4）初投资较高。仅地下埋管换热器的投资约占系统投资的20%-30%。
3、地源热泵分类
根据布置形式的不同，地下埋管换热器可分为水平埋管和竖直埋管两大类。
（1）水平埋管根据一条沟中埋管的多少和方式又分为单管、双管、多管和螺旋管等多种形式。水平埋管的优点是在软土地区造价较低，但传热条件受到外界冬夏气候一定的影响，而且主要缺点是占地面积大，通常不太适合中国的国情。
（2）竖直埋管主要有单U型管和双U型管，U型埋管的换热器采用在钻孔中插入U型管的方法，一个钻孔中可设置一组或两组U形管。然后用封井材料把钻孔填实，以尽量减少钻孔中的热阻并防止地面污水流入地下含水层。
三、施工方法
1、测量、放线及鉆机定位
由于井口数量较多，为避免施工过程中的遗漏和误差，根据设计图纸对每个孔位进行编号。然后依据现场具体情况，采用全站仪进行测量定位及孔口标高，并用木桩做好醒目标示。
2、钻孔
初钻时，首先启动泥浆泵和转盘，让它空转一段时间，等到泥浆输进一定数量后，再可开始钻井。接、卸钻杆的动作要迅速、安全，力争在尽快时间内完成，防止停钻时间过长，增加孔底沉淀。
3、下管及回填
下管是地源热泵工程中核心之一，原因是下管的深度影响采取热量的多少，因此必须保证下管的深度。下管可采用人工下管、机械下管和重物下管的方法。钻孔完毕后若孔洞内有大量泥浆，将对下管造成一定的困难，并且由于泥浆中含有大量的泥沙，泥沙在静止时沉积会减少孔洞的有效深度，因此，每钻完一个孔，待下管完成并检查垂直管完好后应立即开始垂直管回填，固定管道的安装位置，防止垂直管在井内移动和沉浮。通常采用反浆回填的方法灌回填料。自孔底部位注入填料向上反填，逐步排除空气，保证无回填空隙，保证了传热效果。当上返泥浆密度与灌注材料的密度相等时，灌浆过程结束。
4、土方开挖配合
按照施工方案进行基坑土方开挖，即使用大挖机地面挖土，小挖机在基坑内配合清理承台及集水坑。土方开挖过程中，安装专业应安排人员现场密切配合。
5、水平沟槽放样及水平管沟开挖
当室外换热器施工开始后，将各水平汇总管道的位置及走向用石灰线标示出来，并在放线后对管沟进行开挖。地下室基坑开挖后，水平管沟开挖采用全人工开挖形式。土方可存放在沟槽上方，但堆土高度不得超过1.5m，距离槽边不得小于0.8m。同时保持施工场地整洁。
6、水平管敷设连接
在竖直地埋管施工完成后，我们就进行水平管连接，采用塑料管热熔器通过管件将各个竖直地埋管连接起来形成供回水环路。
7、地埋管系统试压
（1）地埋管预制完成后，插入垂直孔前，做1次水压试验。在试验压力下，稳压至少15min，稳压后压力降不应大于3%，且无渗漏现象。
（2）垂直钻孔完成后，地埋管安装在带压状态下完成，完成灌浆之后保压2d，压力表无大幅下降则地埋管安装符合系统要求。
（3）各支路竖直与水平集管装配完成后，回填前进行水压试验。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。
（4）每个系统环路集管与地下室二级集分水器连接完成后，进行第4次试压，在试验压力下，稳压至少2h，且无渗漏现象。试验合格后，回填管沟。
（5）地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗、排气及回填完成后，进行第5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%，且全程保压。
8、回填
调整水平管的间距、平整度。施工时应按照土层情况采取不同应对方法：如水平管沟开挖平整后沟面有较多坚硬石块或硬物的，水平管安装前下垫沙层150mm；如水平管沟土层较好，在水平管沟平整后直接安装水平集管。水平管安装并试压验收后，管道周边人工回填厚200mm的细土保护层，淋湿夯实，管道两侧采用人工打夯。再上部用原土回填并进行夯实。每步回填不得超过30cm，分层振捣密实后再填下一层。最后整体回填到地下室垫层浇筑面。
9、垫层浇筑
垫层浇筑时，应调整好管道水平度，避免垫层浇筑后管道不水平，影响套管安装。垫层管道穿越集水井侧壁时，由于侧壁外侧为斜面，内侧为垂直面，防水套管施工难度大，为此，池壁有套管的位置处均做局部加厚处理。
10、套管预埋
为保证防水效果，地下室所有水平集管穿集水井侧壁均采用柔性防水套管。
11、套管封堵
混凝土浇筑完成后应对套管进行封堵，套管封堵按照柔性套管做法将止水橡胶圈套入管道，橡胶圈应紧贴挡板，最后压入法兰压盖，螺栓固定。
结束语
地源热泵是一种新的中央空调工艺方式。该技术不破坏地下水资源，不造成空气热污染，不产生任何废气和废弃物，具有零污染的良好品质。目前我国在建筑能耗中，有将近65%是采暖和空调能耗，且仍在上升中，因而运用这项技术有良好的节能前景。
参考文献
[1]渠建纲，卢竟，朱渊．某火车站地源热泵系统施工管理要点［J］．山西建筑，2012，38(1):142-143.
[2]朱岩,杨历,李中领.土壤源热泵的节能与技术经济性分析[J].煤气与热力,2005,25(3):73-76.
[3]孙大国建筑电气安装工程质量问题及防治探析[J]现代商贸工业，2012（03）.
[4马最良，姚扬，杨自强。]水环热泵空调系统设计［I S B N ：7502561242］，化学工业出版社(2006-08-02).
[5] 马最良，吕悦主编.地源热泵系统设计与应用.北京：中国建筑工业出版社，2006.10.