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摘要：地源热泵在使用的过程中通过在设备中输入较少的电能等高品位能源来实现将低温位的热能转移到高温位的工作目标。随着低碳经济理念的提出，以及人们环保意识的逐渐增强，地源热泵技术必然会在我国经济不断发展的过程中获得更大的应用空间。
关键词：地源热泵；技术应用；施工方法
1 地源热泵技术应用研究分析
1.1 节能的可再生性资源
地源热泵是利用地球表面小于四百米的浅层热带资源来作为冷热源进行转换的空调系统，由于地表浅层是一个能收集百分之四十七太阳能量的集热器，多于人类利用的五百倍。所以它不受任何资源地域的限制，可以说是无处不在，量大而广，这种资源无限的可再生性，让地能成为一种清洁的可再生资源。目前，地源热泵在建筑施工中的运用证明了它无限的可再生性，在建筑施工中，地源热泵的运行中所需要的经济费用低，不像以往的燃煤锅炉或者燃气锅炉在运行中需要投入大量的原材料费用，从而节约了成本，并且利用地源热泵，不仅有效利用了地层“冬暖夏凉”的地温资源，而且运行费用比耗电的空调节约百分之二十五，比燃煤燃油的锅炉节约百分之四十，还杜绝了燃煤锅炉冬季采暖造成的城市大气环境污染。在采用电动压缩式热泵，利用地下水的低品位热源，对建筑物供暖（冷）是十分有价值的，经热泵技术提升后供暖，可提供约700kw的热量，这相当于1t／h锅炉的供热量。一个采暖季可替代标准煤325吨（或206吨轻柴油，或25万N天然气）。这是我国解决冬季供暖、夏季制冷的重要节能环保措施，地源热泵技术的原理如下图。
1.2 应用方式灵活
由于地源热泵使用上不需要进行燃料废物堆放的场地，所以就不需要远距离进行热能输送，在应用上方式上就比较灵活。在建筑施工中，地源热泵系统可用于新建、扩建或者改建工程；并且在施工上可以用逐步分期的施工方式。热泵机组在施工场地的任何地方中，不仅安全可靠还能节约空间，地源热泵其冬暖夏凉的特点还能为建筑施工提供环境舒适的空调系统，同时还能提供生活热水。由于电源热泵的主机体积小，其机房可灵活安置在建筑施工的任何环境中，不像其他燃料装置需要专用的空间，地源热泵安置在建筑施工过程中底层窄小封闭的空间之内，不仅能缩减施工建筑空间的占用面积，而且其部分的热交换为地下工程，可隐藏在施工附近的绿地、道路、停车场等建筑物的下面或者周边可利用的空间，不去占用有限的土地资源。
1.3 运行稳定高效
作为传统的空调系统来说，不管是水冷还是风冷系统，换热环境都是大气，并且它的换热器都会暴露与空气之中，因此不可避免的受到外界环境的影响，风雨雷电、氧化作用等自然额侵蚀必然降低其使用寿命，同时对建筑物的外观造成直接的影响。与之相比较，地源热泵是以土壤作为热源，土壤温度普遍稳定，基本上不会受到外界环境的影响，热交换器采取埋管形式，不需要除霜技术，这样就会减少结霜和除霜的相对能耗，热泵的设计非常简单，灵活运动的不见较少，安装于室内，不会暴露在室外自然环境之中，从而延长了其使用寿命。因此，我们发现地源热泵技术提供的冷暖能量相对稳定，运行稳定，是一种非常可行的节能技术手段。
2 地源热泵系统施工方法的研究
2.1 施工前准备
工程现场实地勘察、设计施工图纸和编制设计，并有经审批的施工组织设计；对埋管场地应进行地面清理，铲除杂草和杂物，平整场地，达到三通一平；进入现场的设备以及地埋管、管件等应逐件检查，不合格产品严禁使用，宜采用制造不久的管材、管件；地埋管运抵现场后应用空气试压进行检漏试验。
2.2 钻孔
钻孔是竖埋管换热器施工中最为重要的一项工序。为保证钻孔施工完成后孔壁保持完整，应根据施工区域的土质进行有针对性的钻探。如果施工区地层土质比较好，可以采用裸孔钻进；如果是砂层，孔壁容易坍塌，必须下套管，孔径的大小略大于U型管与灌浆管组件的尺寸为宜，一般要求钻机的钻头直径根据需要在100mm～150mm之间，钻进深度可达到150m～200m，钻孔总长度由建筑的供热面积大小、负荷的性质以及地层及回填材料的导热性能决定，对于大中型的工程应通过仔细的设计计算确定，地层的导热性能最好通过当地的实测得到。在钻孔施工时，要注意不得损坏原有地下管线和地下构筑物。
2.3 下管
下管是整个工程施工阶段的关键之一，因为下管的深度决定采取热量总量的多少，所以必须保证下管的深度。下管方法有人工下管和机械下管两种，下管前应将U型管与灌浆管捆绑在一起，在钻孔完毕后立即进行下管施工。钻孔完毕后孔内有大量积水，由于水的浮力影响，会对放管造成一定的困难，而且由于水中含有大量泥沙，泥沙沉积会减少孔内的有效深度。为此，每钻完一孔，应及时把U型管放入，并采取防止上浮的固定措施。在安装过程中，应注意保持套管的内外管同轴度和U型管进出水管的距离。对于U型管换热器，可采用专用的弹簧把U型管的两个支管撑开，以减小两支管间的热量回流。下管完毕后，要保证U型管露出地面，在埋管区域做出标志并定位，以便后续施工。
2.4 灌浆封井
灌浆封井也称为回填工序。在回填之前应对埋管进行试压，确认无泄漏现象后方可进行回填。正确的回填要达到两个目的：一是要强化埋管与钻孔壁之间的传热，二是要实现密封的作用，避免地下含水层受到地表水等可能的污染。为了使热交换器具有更好的传热性能，一般选用特殊材料制成的专用灌注材料进行回填，钻孔过程中产生的泥浆沉淀物也是一种可选择的回填材料。回填物中不得有大粒径的颗粒，回填时必须根据灌浆速度的快慢将灌浆管逐步抽出，使混合浆自上而下回灌封井确保回灌密实，无空腔，减少传热热阻。当上返泥浆密度与灌注材料密度相等时，回填过程结束。系统安装完毕后，应进行清洗和排污，按要求对管道进行冲洗和试压，确认管内无杂质后，方可灌水。
2.5 安装水平地埋管换热器
铺设前沟槽底部应先铺设相当于管径厚度的细沙，安装时管道不应折断、扭结，沙中不得有石块，转弯处应光滑，并有固定措施。在室外环境温度低于0℃时不应进行地埋管换热器的施工。
3 实例分析地源热泵技术的施工方法
3.1 工程概况
H站区综合办公楼位于S铁路线的终点站———H车站站区内，5层框架结构，建筑面积2000m2。该办公楼冬季采暖靠传统的站区锅炉房供热，夏季靠壁挂式空调制冷。改造后的办公楼采用了新型地源热泵空调系统，起到冬季供热、夏季供冷的目的。同时H站区综合办公楼的首层洗浴间及卫生间热水供应也是靠地热泵房供应的。该工程系统设计冬季供回水温度为55℃/45℃，夏季供回水温度为7℃/12℃。地源热泵机房配置1台ZTRB—（40HP×2＋10HP×2）复合型机组，总制热量为180kW，总制冷量为272kW。
3.2 场地勘查与准备
根据换热器井的设计施工图及实际情况，在施工前，对施工现场和环境进行了实地勘察，以便合理配备施工机具和人员。同时对施工区地下相关管道做好探测、标记、保护工作，地面上的附属物予以及时拆移，妥善处理。（1）了解现场施工条件；钻机、管材等设备和物质的进场条件和堆放位置；查明施工中水、电、油等物质条件情况。（2）解决施工中噪音、污水、废浆、废土对周围环境的影响，制订相应的措施。
3.3 换热测试
按《地源热泵系统技术》规范，在正式设计方案出台之前，需打 1～2 个勘探井，了解成井及下管的难易程度，出具工程地质钻探报告，测试换热情况。
3.4 地源热泵施工方法
成孔施工：（1）钻机就位后，由质检员查核钻孔位置，钻机水平度、钻头直径，确认无误后签字开钻。钻头直径不小于 150 mm。（2）钻进过程中，记录员认真填写钻进记录表，记录启停钻的时间、钻杆长度以及在钻进过程中的其他问题。（3）钻进到达要求深度后，报质检员查验钻孔深度和孔径，在下管程序没有准备好以前不能过早提起钻具，做好洗井准备工作，并且必须保证泥浆循环。
下管准备：（1）HDPE 管进场后，质检员查验管材合格证、规格型号，并抽检管径大小、壁厚，保证所使用的材料符合设计及规范要求。（2）U 型接头熔接：U 型的接头采用电熔接方法在工厂进行，熔接由管材厂家的专业人员用专业设备按操作规范连接。每个 U型接头熔接成功后，进行清洗再进行打压试验，打压 1.5 MPa，不泄漏为合格，合格后方可出厂。
二次水压试验：打压 0.6 MPa，带压观测 1 h 以上，无渗不漏无破裂，压力下降不超过 0.05 MPa 即为合格。打压完后，每组 U 型换热管的管头上应立即封口，并做好保护以防止异物落入。
回填料：（1）下入换热管后，回填材料可根据现场实际情况选用细沙（只适合含沙的富水层地质）或钻井产生的原物质回填。该方法应注意成井的沉降，及时补充回填次数。（2）回填料采用设计要求的膨润土材料，使用空压机及输送导管注入地埋管换热器井中，由井底部逐渐分层填入，填满后发现下沉要及时再次填满。
4 总结
总之，我国地源热泵技术已经具备了较完成的技术手段，浅层地热的勘探技术、钻孔热反应技术、高效地下热交换技术及其与太阳能联合技术，都已经初具规模而且不断更新。在人性化的为来往旅客提供冬暖夏凉的适宜温度的同时还能大幅减少能源的消耗，极具推广价值。
参考文献
[1]田春雨.地源热泵技术的施工工艺与应用[J].商品与质量：建筑与发展，2012（5）：112-113
[2]李海东.浅析地源热泵基础下埋管施工技术的实际应用[J].工程技术：引文版，2016（2）：00159-00160
[3]朱一聪，黄青，郝斌.浅析地源热泵地埋管施工工艺[J].引文版：工程技术，2015（15）：151-152
论文作者:洪浩
论文发表刊物: 《建筑学研究前沿》2017年第10期
论文发表时间:2017/12/8
标签：源热泵论文; 钻孔论文; 技术论文; 换热器论文; 过程中论文; 材料论文; 方法论文; 《建筑学研究前沿》2017年第10期论文;