（河南省建筑科学研究院有限公司 河南 郑州 450053）
【摘 要】本文基于“十二五”国家科技支撑项目“浅层地热能集成应用技术与评估及示范”的研究，结合当前地源热泵技术应用中存在的问题，从适宜性研究、热物性测试、勘探、施工、维护、运行效果评价和全生命期评价方面着手，提出完整的土壤源热泵集成技术应用体系，并通过工程案例研究对土壤源热泵集成技术应用进行推广。事实证明，夏热冬冷地区土壤热物性测试技术、地域适宜性评价技术、地下换热系统施工技术、全生命期评价模型及方法可以有效地指导、规范土壤源热泵示范项目的工程建设和施工，并确保工程质量，实现系统的高效运行。
【关键词】适宜性评价；热物性测试技术；地下换热系统；运行效果评价；全生命期评价
【中图分类号】TU83 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）08-0069-02
1. 引言
近年来随着地源热泵技术的应用发展，大量项目不断建设完成并投入使用，其运行效果和节能减排效益也成为建设单位、政府以及全社会最为关注的问题。本文结合当前地源热泵技术应用中存在的问题，提出完整的土壤源热泵技术利用与评估方法，从适宜性研究、热物性测试、勘探、施工、维护、运行效果评价和全生命期评价方面着手，通过工程案例研究对土壤源热泵集成技术应用进行推广。
2. 示范项目概况
汝南县人民医院病房综合楼土壤源热泵示范项目位于河南驻马店市，该项目建筑面积约23072m2，空调使用面积为21740m2，高度为65.7m。病房综合楼地上十六层，主要功能为病房、护士站、药房、手术室、资料室、办公室等，地下一层，主要功能为机房设备用房。
本工程空调冷负荷2220kW，热负荷1490kW。冷热源由位于地下室的2台热泵机组提供，型号为TWSF-0540.2BW2，空调循环泵3台，两用一备，型号为DFP200-315/4。空调供、回水立管采用同程式，每层水平管路为同程式系统。空调末端采用风机盘管加吊顶式新风形式，空调净化机组、空调新风机等，冬季均采用蒸汽加湿空气。
3. 示范工程集成技术应用与评估
3.1 土壤源热泵地域适宜性评价技术应用
《夏热冬冷地区地源热泵技术地域适宜性指南》为“十二五”国家科技支撑项目“浅层地热能集成应用技术与评估及示范”课题技术成果，该指南结合实际地源热泵工程案例，计算不同地区水源热泵系统影响因素指标：C1第四系厚度、C2卵石层厚度、C3含水层厚度、C4土壤平均温度、C5土壤导热系数、C6地形地貌，同时兼顾水文地质专家、地源热泵专家的建议和意见，确定出夏热冬冷地区地市级土壤源热泵适宜性的分区级别与综合指数表，如表1所示。
3.2 地下换热系统成套施工技术应用
3.2.1 土壤热物性测试技术
采用基于热泵热回收的冷热响应土壤热物性测试仪进行土壤热物性测试，测试现场见图1。
图1 基于热泵热回收的冷热响应土壤热物性测试仪测试现场
该测试设备作为本课题技术成果之一，可以实现四种工况模拟测试，即恒热流夏季工况、恒热流夏季工况、恒温法冬季工况、恒温法复合工况。具体测试结果如下：
（1）岩土的初始温度：试验孔测试数据的算术平均值为18.6℃。
（2）对于98m井深，设定夏季地埋管进出水温度分别为37.5、32.5℃，则钻孔单位延米换热量参考值为62.31W。
3.2.2 地埋管系统设计
汝南县人民医院病房综合楼竖井数量400个，井深约100米，内埋管尺寸均为φ32*3.0，钻孔直径为150，钻孔间距为4.5m。室外管线为高密度聚乙烯管HDPE，管径为DE32*3.0，U型管与水平管线应为热熔联接，PE管安装完闭后应用乙二醇溶液进行冲洗。地埋管换热系统设置自动冲液及泄漏报警装置，并配置反冲洗系统。
3.2.3 地埋管系统关键施工工艺
本工程针对不同地层、岩石特性，依据《水/土壤源地下换热系统施工技术手册》表8-1岩芯钻探岩石可钻性十二分级表、表8-2常用钻进方法及使用范围，主要选用硬质合金钻进及合金钻粒混合钻进。钻进过程中根据钻井设备使用要求，严格控制钻压、钻速、泥浆参数、泥浆泵流量等相关参数。竖直地埋管下管过程中，U型管应充满水，采用机械下管方式，利用回转钻机钻杆顶进，克服水的浮力并加快下管速度。U形管安装完毕后，应立即灌浆回填封孔，隔离含水层。
3.3 运行效果评价
（1）依据功能、位置抽取9个典型房间进行冬季、夏季室内温度测试，抽测房间室内温湿度均在设计值范围内，满足《建筑节能工程施工质量验收规范》GB50411-2007要求。
（2）对系统用户侧供水流量及供回水温度、机组用户侧供水流量及供回水温度、热源侧供回水流量及供回水温度、热泵机组耗电量、水泵耗电量等参数进行冬季测试。得出1#机组制冷能效比EER为4.87，系统制冷能效比EERsys为3.51。2#机组制热性能系数COP为4.15，系统制热性能系数COPsys为3.13。
（3）根据测试期间系统的实测冷负荷和室外气象参数，采用温频法计算供冷季累计冷负荷，采用度日法计算采暖季累计热负荷。依据《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T50801-2013计算得出该项目常规能源替代量常规能源替代量为755.61tce/年，二氧化碳减排量为1866.36t/年，二氧化流减排量为15.11t/年，粉尘减排量为7.56t/年。
3.4 全生命期评价
根据实际检测以及现场检查等数据，结合典型工程软件模拟情况，按照全生命周期地下土壤源热泵技术评价各指标的评分标准，得出该典型工程各指标的最后得分情况如下表3所示：
表3 评价指标评分表
根据全生命期土壤源热泵技术评价的综合指标值对应等级得出，该典型工程的评价等级为良好。
4. 集成技术应用与推广
示范工程的建设汇集了诸多项课题研究成果，良好的运行效果起到了积极的示范效应，具有较高的科学价值和广泛的应用前景，为合理开发、利用浅层地热能资源和政府规划、科学管理提供决策依据和技术支撑。课题承担单位已将课题成果应用到河南省住房和城乡建设厅发布的可再生能源建筑应用专项规划中，并在湖北省襄樊市、河南省南阳市、驻马店市、周口市、平顶山市等地建设多项示范工程，运行效果达到《可再生能源建筑应用工程评价标准》的1~2级标准，经济、节能减排效益显著。
5. 结论与建议
（1）夏热冬冷地区地市级土壤源热泵地域适宜性评价技术、热物性测试技术；地下换热系统施工、全生命期评价模型与评价方法可以有效地指导和规范土壤热泵项目的工程建设和施工，确保工程质量，实现热泵系统的高效运行。
（2）夏热冬冷地区浅层地热能技术地域适宜性评价模型是以城市总体水文地质资料数据评价得出。不同区域、位置，水文地质资料差别非常大，具体工程需根据具体水文地质勘察资料具体评价。
参考文献
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[4]杜永恒等.土壤热物性测试技术应用指南[M].黄河水利出版社出版，2016，ISBN978-7-5509-1266-3
项目来源：“十二五”国家科技支撑项目“浅层地热能集成应用技术与评估及示范”（编号：2011BAJ03B09）
论文作者:于飞宇,刘鸿超,潘玉勤,杜永恒
论文发表刊物:《建筑知识》2017年8期
论文发表时间:2017/6/20
标签：土壤论文; 评价论文; 源热泵论文; 技术论文; 物性论文; 系统论文; 测试论文; 《建筑知识》2017年8期论文;