针对土壤源热泵在内蒙古中部地区的应用分析与研究

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1、土壤源热泵在内蒙古中部地区的应用分析与研究岳建军1徐向荣2（内蒙古工业大学能源与动力工程学院，内蒙古呼和浩特市010051）摘要:本文以内蒙古自治区发展和改革委员会综合办公楼土壤源热泵系统这个国家示范项目，着重介绍了对于土壤源热泵技术在整个设计和施工过程中的核心问题——地热换热器的设计、埋管回填施工和水压试验，以及在工程建成后如何进行跟踪测试，对其进行节能状况评估作了叙述。通过该示范项目，与传统的空调系统进行相比，总结得出了土壤源热泵技术在供热、制冷方面的应用优势，同时也为在内蒙古地区及全国更广泛的推广土壤源热泵技术在设计和施工方

2、面积累了宝贵经验。关键词:土壤源热泵地热换热器内蒙古中部地区节能0引言内蒙古自治区发展和改革委员会综合办公楼的空调系统采用了土壤源热泵技术，该项目是国家第一批可再生能源在建筑中应用示范工程之一，也是内蒙古地区首次使用土壤源热泵技术。内蒙古地区自然资源丰富，尤其是浅层地能十分丰富，在内蒙古地区利用土壤源热泵可有效的替代常规能源，从而可以缓解该地区能源危机和遏制环境污染。本文以该示范项目为实例，对该示范项目中的核心技术——地热换热器的设计、埋管施工及水压试验作如下探讨。1工程实例1.1工程概况内蒙古自治区发展和改革委员会综合办公楼工程

3、位于内蒙古呼和浩特市（在内蒙古中部地区）如意开发区,总建筑面积约5.1万平方米，A区为综合楼，B区为机关办公楼，C区为二级办公楼。本工程冷热源系统采用土壤源热泵系统，地下埋管换热器的数量为724个，占地面积为1.81万平方米。冬季，基本负荷由土壤源热泵系统承担，峰值负荷冬季由燃气锅炉产生经过换热器加热空调系统供水；夏季，冷负荷完全由土壤源热泵系统承担。用户末端主要采用风机盘管＋新风系统。该工程设有两个相互独立的热泵机房，均选用两台相同的热泵机组，单台制热量为865kw，单台制冷量为835kw。地源热泵机组工况参数见表1：表1地源热

4、泵机组工况参数参数工况空调供回水温度（℃）地埋管侧出水温度为（℃）冬季供暖50/408/3夏季制冷7/1218/261.2地热换热器系统设计与传统的空调系统相比较,土壤源热泵空调系统与传统的空调系统的主要区别在于增加了地热换热器,即地下埋管环路。因此，土壤源热泵空调系统设计的核心就是地热换热器的设计，地热换热器的设计与土壤的热物性参数、建筑物负荷以及换热器负荷随时间变化等都有很大的关系，不能仅根据建筑物冷热负荷来简单计算埋管长度。由于地热换热器换热效果受土壤热物性及地下水流动情况等地质条件影响非常大，使得不同地区，甚至同一地区不同

5、区域土壤的换热特性差别都很大。为保证地热换热器设计符合实际，满足使用要求，通常设计前，需要对现场土壤热物性进行测定，并根据实测数据进行计算，从而确定工程的埋管形式、垂直埋管的深度、钻孔数量和分布等情况。1.3地热换热器埋管施工本工程采用竖直埋管的换热器，每个钻孔中设置两组U形管，根据实测和计算结果表明：双U形埋管比单U形埋管可提高15％～20％的换热能力，可有效地提高单孔换热能力，减少钻孔数量，从而降低了施工量和初投资。地热换热器及至地埋管分集水器均采用PE管热熔连接。竖直U形管地埋管换热器的安装应在钻孔钻好且孔壁固化后立即进行，

6、下管过程中，U形管内充满水，并每隔2～4米设一弹簧卡或固定支卡，将U形管分开，以消除管间的热干扰。U形管安装完毕后，应立即灌浆回填封孔，隔离含水层。回填材料热物性的好环直接影响地热换热器周围温度场的分布和局部换热量的大小，因此要求回填材料要有较好的传热性能［1］。灌浆回填材料采用膨润土和细砂（或水泥）的混合浆，膨润土的比例占4％～6％。地热换热器埋管施工中的关键是回填，若要人工从孔口回填，会因压力不够使井内空气排不出来而造成回填料与换热器及孔壁之间空隙较多，严重影响传热效果。本工程采用导管灌浆，由孔底部导入填料逐渐向上反填，排除孔

7、内空气，确保无空隙，保证了传热效果，从而避免了此类问题。1.4地埋管水压试验水压试验宜采用手动泵缓慢升压，升压过程中应随时观察与检查，不得有渗漏；不得以气压试验代替水压试验［2］。聚乙烯管道的水压试验，是为了间接证明施工完成后的管道系统密闭的程度，应进行四次水压试验：1.4.1竖直地热换热器插入钻孔前，应做第一次水压试验，试验压力应为工作压力的1.5倍，且不应小于0.6MPa。在试验压力下，稳压至少15分钟，稳压后压力降不应大于3％，且无泄漏现象；将其密封后，在有压状态下插入孔内，完成灌浆之后保压1小时。1.4.2竖直地热换热器与

8、环路集管装配完成后，回填前应进行第二次水压试验。在试验压力下，稳压至少30分钟，稳压后压力降不应大于3％，且无泄漏现象。1.4.3环路集管与机房分集水器连接完成后，回填前应进行第三次水压试验。在试验压力下，稳压至少2小时，且无泄漏现象。1.4.4地