东方电子股份有限公司 山东烟台 264000
摘要：地源热泵系统利用利用热量相对稳定的大地（土壤、地层、地下水）介质作为热源，夏季将室内的热量通过空调系统工质转移到地下；冬季将土壤中的低品位热量通过系统工质转移到室内的一套稳态热泵空调系统。
关键词：地埋管换热器；地埋管设计与施工
1 设计原则
地下换热层为岩石、沙砾层或者地下水量较为丰富的地区；夏季供热与冬季供冷时间近乎相等；现场有可用数量的地表表面积供打地埋管管井用。
2 工程设计
2.1影响换热器设计的因素及换热器的主要应用分类
地埋管换热器传热的过程是换热器中流动的工质与岩土体的换热，整个换热过程属于非稳态蓄热换热，换热器与岩土体的换热效率与岩土体的物性系数有关，换热器的传热系数和传热温差（循环工质的平均温度与岩土温度的差值）随时间和空间而变化；换热器的结构的结构布置与换热负荷对交换效果有较大影响；循环液进出口温度的设定、地热换热器面积、热泵机组的换热性能均有较大影响。
3 施工工艺
工程钻孔是地下换热器施工的重要环节，地埋管预埋深度一般在40m至200m，施工难度不大，一般采用工程勘察钻机或浅层岩芯钻机。钻进一般采用正循环或者反循环的回钻钻进方法进行施工。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.1地埋管管井施工
已具备埋管区域的地质勘查资料、地下已有管线的设计、施工资料；已具备施工图纸、施工方案；钻机就位后，用水准仪校核钻机底座的水平度，确保钻杆的垂直度，避免钻孔倾斜，钻机钻杆垂直度最大角偏值在1°以内；钻孔位置偏差10CM以内；采用正循环钻进，钻进过程中利用钻杆长度控制钻孔深度，确保设计深度；钻井深度值偏差为设计值±0.2m；为避免由于施工原因造成防冻液的渗漏，成孔施工时应在第四世纪松散土层下套管；排出泥浆统一处理，集中排放，保持场地清洁；可顺地势挖出排水沟，在沟末端连接一个灌浆池，从钻孔溢出的浆液可在灌浆池中沉淀后作为回填土；钻孔钻好且孔壁固化后立即进行U形管安装，在下管过程中U形管应充满水，利用静压及自重克服下管过程中的泥浆浮力，同时辅以钻杆顶进，确保U形管到达设计预埋深度；目前下管以人力为主，管道须扶正、下压、送管等工序，下管时应尽量保持同心度；U形管下部端头设置保护装置，避免下管过程中孔壁对PE管的损害；下管时，每隔1m~2m固定支卡将U形管分开，保证换热性能；下管完成后应采取防止管道上浮的措施，同时将U形管的管头密封，防止掉入异物；钻孔回填应在周围临近钻孔实施完毕后进行，回填料采用膨润土和细沙（或水泥）的混合浆或专用灌浆材料按照设计的比例放入搅拌机中搅拌2~3min，然后排入低速搅拌罐中搅拌；灌浆时先打开阀门，将浆液排入储浆池中，通过高压泥浆泵注入孔内，并通过=，即注入时浆液的密度与溢出时浆液的密度是否相等来判断是否停止注浆，如果相等则表示已经注满了孔内，可以停止注浆，回填料的导热系数不易低于钻孔土体的导热系数；如钻孔母体为岩石体，可采用水泥基灌浆回填；
灌浆量的计算公式：Vg=（η）H
式中，Vg—注浆量，m3；
η—超径系数，一般取1.3~1.5；
--钻头直径，m；
—U形管直径，m；
—孔深，m；
（1）灌浆时应保持回灌泥浆的连续性，依据机械灌浆的速度将灌浆管依据对应的速度缓缓抽出，保证浆液自下而上关注封孔，避免中间断层降低换热效果。
（2）第一次灌浆完成24h后检查，管井回填情况，如未灌满，应进行人工二次回填；回填的目的是防止地面上的污染物进入地下水层以及地下各水层之间因互相贯通而导致不同水层相互污染的可能。
（3）应考虑冻土层及由于天气季节变化、交通运输等外界因素的影响确定水平层埋管深度，水平埋设时，水平主管顶部距防冻层高度不应小于0.6m，距地面不应小于1.5m。
（4）回填料的特性
回填料的特性包含：渗流特性、力学特性和传热特性。渗流特性包括渗透系数，随温度的升高而降低，一般取值1.58*cm/s；力学特性研究回填料与U形管之间的结合力、回填料的弹性模量、剪切模量、泊松比。但须考虑有利与泥浆泵的可泵性，当硅砂的含量达到70%时，膨润土基灌浆的导热系数可达2.08—2.42W/m·K。地下水位常年保持较高，地下水流较好的地区，易在灌浆材料中增加膨润土的比例，膨润土在饱水状态下吸水膨胀，可使灌浆材料与钻孔孔壁以及换热管道密切接触，有效降低接触热阻，提升换热效率。
3.2施工质量控制要点
（1）土方开挖过程中，管井部位应采用人工开挖，避免挖土机械的施工造成已埋设管道的损坏；（2）沟槽开挖后，底部应铺设相当于管径厚度的细砂。水平地埋管施工时，应防止土块、石块等物体掉落在管道表面损坏管道；管道敷设过程中不应有折断、扭曲等现象发生，转弯处应光滑，对于管径较大的管道应采取固定措施。
4 系统运行测试
4.1 地埋管侧安装可通讯流量计变送器，4-20mA，1.6MPa；供回水温度变送器，温度范围-40℃-60℃；
4.2 空调使用侧安装可通讯流量变送器，4-20mA，1.6MPa；供回水温度变送器，温度范围-40℃-60℃；
夏季系统冷热量核算：Q地=Q空+N
即：G地**（-）= G空**（-）+N
Q地—地源侧放热量；Q空—空调侧制冷量；
当Q空/N4.5时，说明热泵机组能效比还可以，地埋管换热器系统设计合格，否则需要检查系统，考虑增加地埋管管井及地埋管，以保证系统低耗运行。
5 结束语
地源热泵系统设计与施工的优劣决定了系统运行的高效与否及后期维保费用的高低，优秀的系统设计及施工应完善好当中的每个环节，确保万无一失。
参考文献
[1]《地源热泵系统工程技术规范》GB5036-2005
[2]李家伟 土壤源热泵运行的试验研究 1996
[3]雷志栋等，《土壤水动力学》[M]，北京：清华大学出版社，1988
[4]张昆峰，土壤热源热泵的试验和理论研究[D]，华中理工大学博士学位论文，1996。
[5]赵军，戴传山，地源热泵技术与建筑节能应用[M]，北京：中国建筑工业出版社，2007
论文作者:谢锦坤
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/29
标签：换热器论文; 钻孔论文; 换热论文; 管井论文; 浆液论文; 系统论文; 系数论文; 《建筑学研究前沿》2017年第20期论文;