地源热泵系统的原理及其优点

摘要：文章简单介绍了地源热泵系统的原理及其优点，结合工程实践，分析了地源热泵系统主要施工技术要求，提出了地源热泵系统施工过程质量控制措施。

　　关键词：热泵系统；施工技术；质量控制

　　Abstract: this paper gives a brief introduction to the principle of ground source heat pump system and its advantages, combined with the engineering practice, this paper analyzes on the ground source heat pump system mainly construction technical requirements, and put forward the ground source heat pump system construction process quality control measures.

　　Keywords: heat pump system; Construction technology; Quality control

　　

　　

　　中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：

　　

　　引言

　　改革开放三十年来．我国经济发展进入快车道，经济能力持续增长。高速的经济增长同时拉动了能源需求的增速，我国已成为世界能源消费大国。但是这种高速的经济增长方式将受到能源资源的严重制约，能源发展趋势必须进行重火调整。开发利用可再生能源是落实科学发展观、构建和谐社会、建设资源节约型社会、实现可持续发展的基本要求。实施可持续发展能源战略已成为新时期我国能源发展迫在眉睫的基本方针，可再生能源在建筑中的应用和推广是建筑节能工作的重要组成部分。地源热泵系统作为可再生能源应用的主要途径之一．其开发利用属于经济高效的“热”和“冷”的热泵，同时也是最有利于与太阳能供热系统棚结合的系统形式，是对太阳能进一步的深度利用．也是我国建筑节能领域中潜力重火的一项．近年来在国内得到了日益广泛的应用。

　　1地源热泵技术原理

　　地源热泵技术，也称地热泵技术，是一种利用地下浅层常温土壤（或水）中的能量作为能源，借助热泵机组向建筑物内用户提供即可供暖、又可供冷的新型空调技术，并具有高效、节能、无污染、低运行成本之优点。通俗的讲，地源热泵技术是利用地下浅层土壤或地下水温度的相对稳定特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水，与建筑物内部进行热交换的技术。冬季，它可代替锅炉的运行，从土壤中取热，向建筑物供暖，夏季，它代替空调普通装置向土壤排热，给建筑物供冷。其实，它还能做到常年供应生活热水，被称为21世纪的“绿化空调”技术。

　　2主要施工技术要求

　　 2.1施工前准备：①工程现场实地勘察、设设计施工图纸和编制设计，并有经审批的施工组织设汁。②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。③进入现场的没备以及地埋管、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l00mm—l50mm之问，钻进深度可达到150m一200m，钻孔总长度山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没汁汁算确定，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．而且出于水中含有火量泥沙，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，以减小两支管问的热量回流。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问的传热，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。回填物中不得有火粒径的颗粒，回填时必须根据灌浆速度的快慢将灌浆管逐步抽出，使混合浆自匕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棚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施工过程质量控制措施

　　3.1钻孔施工

　　钻孔主要分为引孔及钻岩两部分，引孔主要有真空泵、偏心钻及引孔钻三种工艺，岩石部分主要采用履带式潜孔钻机施工。钻孔前应精确定位，允许偏差为10cm，施工过程中应随时检查钻进垂直度以确保地源孔垂直度，避免深度交叉损坏已完成的地源管，另外可通过控制钻杆长度以确保钻孔深度符合设计要求。

　　3. 2下管过程

　　 U形管安装应在成孔且孔壁固化后立即进行。当钻孔孔壁不牢固或者存在孔洞、洞穴等导致成孔困难时，应设护壁套管。由于钻孔完毕后孔内通常存有大量积水，将对下管造成一定的困难，水中的沉积物也会影响孔洞的有效深度，因此U型管应设置配重防止上浮，同时孔口应设置衬垫物以防止U型管下管过程中受损。下管水位较浅时可采用人工下管，否则应采取机械下管，U型管底部应设置防护措施以确保底部不受损。下管过程中，U形管内宜充满水，并宜采取措施使U形管两支管处于分开状态以保证换热效果。下管完毕后应对多出的余管采取保护措施。需要注意的是，当室外环境温度低于0℃时，不宜进行U型管施工。

　　3. 3回灌过程控制

　　 U形管安装完毕后，应立即灌浆回填封孔以强化换热效果，同时满足环保要求，防止地表污染物渗入孔内、不同含水层水质混合串通以及地下水向上泄漏。回填时应根据地质特征确定回填料配方，回填料的导热系数不应低于钻孔外或沟槽外岩土体的导热系数。灌浆回填料宜采用膨润土和细砂（或水泥）的混合浆或专用灌浆材料。当地埋管换热器设在密实或坚硬的岩土体中时，宜采用水泥基料灌浆回填。当采用机械进行灌浆回填时，采用的泥浆泵应能够使孔底的泥浆返至地表，当上返泥浆密度与灌注材料密度相等时方可终止灌浆。灌浆时应尽量保证连续进行并根据灌浆进度逐渐将灌浆管抽出，从而实现自下而上封孔确保密实、无空腔。灌浆12h后进行复查，如未灌满应采取人工补浆。

　　3. 4水平管施工

　　水平管施工前应安排人工开槽找平并留有一定的坡度，以方便水平汇总管向集水器方向保持一定坡度以利排气，严禁U型管倒坡、上下蜿蜒造成管道积气，同时水平管应留有一定的膨胀收缩空间以应对热胀冷缩，沟槽底部应先铺设相当于管径厚度的细砂。施工过程中应防止石块等重物撞击管身，同时管道不应有折断、扭结等问题，转弯处应光滑，且应采取固定措施。水平地埋管安装完毕后的填料应均匀，且不应含石块及土块，回填料应与管道接触紧密，但不得损伤管道，在顶端应上行一段以保证底板顺利施工，同时应对每根管进行打压试验，并在垫层实施过程中进行保压以保证水平管施工质量。

　　

　　4结语

　　地源热泵在我国还处于兴起阶段，有许多技术尚属空白，需要进行大量基础性研究，为解决复杂地层中钻孔和安管时可能遇到的困难，提高施工效率，降低施工成本，应不断地改进施工技术、研制先进的施工没备，为地源热泵技术的进一步推广和使用创造条件。

　　

　　参考文献：

　　【1】黄素逸．能源与节能技术【M】．北京：中国电力出版社，2004．

　　【2】中国建筑业协会建筑节能专业委员会编著．建筑节能技术【M】．北京；中国计划出版社，1996．

　　【3】刁乃仁，方肇洪．地埋管地源热泵技术【M】．北京：高等教育出版社，2006．