地源热泵空调技术与应用创新简析

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地源热泵空调技术与应用创新简析华诚博远(北京)建筑规划设计有限公司天津分公司天津300381【摘要】目前地源热泵技术在我国己经得到了快速的推广与应用，在技术水平方面己经可以与发达国家相媲美，其节能环保效果非常明显。但是，总体来说地源热泵技术尚属于新型技术，对一些已建成的地源热泵技术建筑进行调查可知，在应用该技术之后均取得了显著的节能减排效益，但也有不少项目暴露出了各种各样的问题，其中也包括因为对某些规律或技术尚未正真了解或掌握而产牛的问题，对地源热泵技术进一步推广应用产生了负面影响。本文结合大连甘井子区革镇堡棋盘村某宾馆的地源热泵空调项目进行研究，为今后同类工程施工提供参考。【关键词】地源热泵技术；供热空调；创新发展随着国家调整经济结构、转变经济增长方式的深入，房屋建设形势不容乐观，地源热泵行业发展面临严峻挑战。另一方面，“引领绿色发展”是我国政府向世界提出的倡议与承诺，到2020年，我国地热能利用规模达到5000万吨标准煤，地源热泵技术应用与发展同时充满机遇。国家启动了创新驱动发展战略,地源热泵技术与应用的持续发展也必须依靠创新驱动，地源热泵技术与应用创新包括系统技术创新、技术形式创新、应用创新、企业经营管理服务理念与模式创新等。地源热泵作为与太阳能供热系统结合最紧密的系统形式，已经日益广泛地应用在我国建筑行业之中，但如果对现有条件评估不充分、设计不合理以及在后期施工过程中的操作不当，都会造成地源热泵系统不能正常工作的后果。1地源热泵系统的创新设计1.1工程概述大连甘井子区革镇堡棋盘村某宾馆项目采暖面积约15000平方米。项目釆用集中地下水地源热泵空调与热水供应系统。项目中集热器：楼面544组(652.8m2)47度 辅助加热：100x6kw电磁感应加热管蓄热水箱：304不锈钢105吨（保温层60mm）空气对流：地热盘管住户室内采用风机盘管空调方式，部分自行加设地板采暖釆暖回路水泵:冋路压力降为12.128,流量为39,655.8l/h,燃料和电能消耗量为710.6kWho水泵：冋路压力降为3.144,流量为20,000l/h,燃料和电能消耗量为l,289.：lkWh。1.2地源热泵系统设计分析地源热泵的设计关键就是地下部分，而设计前埋管的管材和管径等都应该选定才能进行。根据数据资料显示，大连地区受海洋性气候影响，冬季一般平均气温在0度左右，应用地热源热泵优势明显。1.1埋管形式地下换热器的主要形式有U型管和套管两种形式，其各自特点如下：套管增大了介质与土壤之间的换热面积，换热效果好，但内腔与外腔内流体发生热交换会带来热损失，另外套管的密封比较困难，目前再国内应用较少。U型管介质在管内流动，受管径限制流量小，总换热效果稍差，但U型管有专用的管接头，口管接头的与U型管的连接采用热熔焊接，密封性较好。根据一个地源孔中放置U型管的数量不同，U型管式地下换热器又分为单U管和双U管两种形式。双U管与土壤的接触面积相对较大，无论是夏季排热工况还是冬季取热工况，均比单U管单位孔深换热量稍高，因此对于相同的冷热负荷，采取双U型管埋管方式可以减少地源孔的钻孔总深度，钻孔费用下降，但同吋管材费用成倍增加，管材价格和钻孔价格共同决定采用哪种埋管方式更经济。1.2埋管深度在埋管总长度和埋管形式确定的情况，如何确定单孔的埋管深度也是系统设计的关键步骤。土壤中的热量一部分来自太阳能，绝人部分来自地心热量,土壤温度随着深度增加而升高，深度每增加100m,土壤温度升高约3°C,因此单从提高地下换热 器的换热性能角度考虑，建议加大埋管深度。1.3地下换热器系统连接方式对于大型的地下换热器，系统设计是否合理，对于换热器的性能与整体造价都至关重要。影响大型地下换热器性能的难点主要是水利平衡，目前解决办法主要有两种，一是在系统管路异程连接+平衡阀，二是设计同程连接，同程连接的效果一般优于异程+平衡阀，但对于系统较大地源热泵系统，若完全采用同程连接，其管材以及井小室的数量大大增加，系统造价升高，为在保证地源热泵使用性能的前提下控制成本，一般采用局部同程或异程+平衡阀的方式，实践证明，使用该原则设计的地下换热器系统性能良好，造价比全部同程连接降低10%〜15%o2地源热泵系统施工要点2.1换热器埋管地源热泵系统中换热器埋管通常使用两种方法，一种是竖直埋管，另外一种是水平埋管。水平埋管因投资低、对技术水平要求不高的特点被广泛地应用于地源热泵系统当中，但是这种形式会在后期耗费较大的工程施工成本，所以,已经逐渐减少使用。与水平埋管技术相比竖直埋管技术优势越来越明显，它不容易受客观因素影响，工程开挖面积小，并且在施工完成后，地源热泵系统可以保持良好的恒温效果，后期维护成本非常低。所以，竖直埋管技术已经越来越广泛的应用于地源热泵系统当中。(1)竖直埋管换热器。竖直埋管换热器施工常用U型管，回路布置一般采用串联和并联两种形式。串联系统能够使管道达到高换热性，具有单一流程,并且容易排除多余空气和废物残渣。但是，它单位长度的压力相对较大，而且安装成本较大，在施工技术上有一定的技术要求。而并联系统恰恰相反，它的安装费用较低，但是，要求所有并联线路之间流量保持高度平衡，对排除系统空气和残渣等技术要求很高。(2)换热管材料。在选择换热管材料的过程中，应当着重考虑施工材料的 耐腐蚀性，现在行业内应用较多的两种材料为聚丁和高密度聚乙烯管。它们都具有高度的耐腐蚀性、使用寿命长、加工简便以及经济投入较低等特点。2.2钻孔在坚直埋管换热器施工过程中，最重要的工序就是钻孔。钻孔技术要根据施工地土质条件进行选择，裸孔钻井技术适合地层土质比较好的施工地，孔壁容易塌陷的施工地，需要下套管，而且要调整好孔径的大小以及钻头直径。根据工程的建筑面积、建筑负荷以及冋填材料材质确定好钻进深度。在人中型工程施工之前，应当实地考察、实地测量，并且运用计算软件对各项数据进行分析，经过对数据的精准比对，最终确定选择何种钻孔方式。2.3下管在完成钻孔施工后，要马上进行下管施工，下管方式有人工下管和机械下管两种，选择合适的下管方式是工程施工的关键。一般工程的取热量都是由下管深度决定的，故工程施工过程中必须保证准确的下管深度。在钻孔施工完毕后,孔洞内会出现的积水以及泥沙泥淀，都会对工程放管产生一定的影响。因此应在最短的时间内放入U型管并及吋采取有效的固定措施，以免U型管上浮，影响施工质量。在套管过程中，要计算好内外管同轴度和U型管进出水管之间的间距。对于U型管换热器，还可以用加入专用弹簧的方法撑开两上支管，减少两管间冋流热量。最后，为了保证之后的施工活动，要确保U型管在下管完毕后露出地面。2.4冋填工序冋填工序就是我们所说的灌浆封井过程。在进行此工序前，必须通过试压的方式确认埋管有无泄漏。确认管路无泄漏之后，要使用特殊材料进行灌注,钻孔后产生的的泥浆是很常用的灌浆封井材料。要特别注意的是灌浆封井所用的材料中不能含有大粒径颗粒物质，以免灌浆过程产生空腔，导致传热性能降低。强化钻孔壁与埋管之间的导热以及实现密封的作用是进行灌浆封井施工的主要目的。3结束语 随着地源热泵系统良好的环保效应，已经在我国实现人面积的推广，但是也发现了很多问题，其解决必须依靠我们的从业人员通过不断积累，学习国内外先进的行业技术，不断完善地源热泵系统优化设计与施工要求，使这一技术成为我国向可持续能源目标发展的强大推动力。参考文献：⑴孟华,龙惟定•地源热泵技术在暖通空调中的应用[J]•节能与环保,2013,(9)・[2]章俞昌，潘金文.地源热泵技术的特点及其在空调工程中的应用[J]•工程建设与设计，2014,(8)・