地源熱泵地下管群換熱器設(shè)計施工問題

文/徐楠 安徽中電節(jié)能科技有限公司 安徽合肥 230000

地源熱泵可以利用巖土作為系統(tǒng)熱源，由于這項技術(shù)有著環(huán)保以及節(jié)能特性，并且對于地面的占用面積較小，還可以節(jié)省建筑物空間的優(yōu)勢，在國外許多國家已經(jīng)得到了很快的發(fā)展和應(yīng)用，而我國近十年也開始逐步的關(guān)注這一領(lǐng)域，對于這項技術(shù)的工程應(yīng)用以及理論研究案例也是不斷的增加。而這項技術(shù)的關(guān)鍵點在于每個不同地區(qū)的地?zé)岘h(huán)境并不相同，不同的地區(qū)地下巖土情況也都影響著埋管換熱器的適用范圍。這就需要我們對地源熱泵的地下管群換熱器進行研究。

1、地源熱泵的地下管群換熱器理論基礎(chǔ)

地源熱泵的地下管群換熱器理論基礎(chǔ)主要是通過系統(tǒng)能量的平衡來達到工作效果。整個地源熱泵通過把大地作為熱源，地源熱泵把換熱器放置在地下來達到和大地進行熱冷交換的效果。這種對能源的利用不存在對環(huán)境的破壞以及復(fù)雜的工藝，所以近些年國外一直在加強對這項系統(tǒng)的研究。

埋入地下的換熱管群有一進一回，這樣可以在大地中行成回路，把系統(tǒng)溫度和地下溫度進行熱交換。在我國的冬冷夏熱地區(qū)中，平均地溫為十五到二十攝氏度，而正常冷凝器在夏季的出水溫度一般在三十五到四十攝氏度之間，這其中換熱溫差達到了二十多攝氏度，對于提高制冷系數(shù)而言，非常的有利。并且，由于地源熱泵的設(shè)備設(shè)計之初已經(jīng)考慮，這些地源熱量并不會排放到大氣中，損害環(huán)境。而在冬季運行時，機組的冷凝器又可以轉(zhuǎn)換成為機組的蒸發(fā)器，機組蒸發(fā)器的出水溫度由于經(jīng)過地下?lián)Q熱，可以有效的向空調(diào)系統(tǒng)提供溫度，并且避免常規(guī)的空氣源熱泵在冬季由于氣溫下降產(chǎn)生的結(jié)霜等問題。

2、確定地下管群換熱器的埋管形式

2.1 確定埋管形式

換熱器的埋管形式主要有橫埋管以及豎埋管構(gòu)成，一般情況下橫埋管的占地面積比較大，并且換熱的指標系數(shù)相較豎埋管較小，所以，一般狀況下大多是選擇豎埋管，所以我們的地下管群換熱器應(yīng)選用U 型豎埋管。

2.2 換熱器管群的布置情況

在合肥地區(qū)，地源熱泵的布置要考慮到地下管群在夏季的換熱量大于冬季，在換熱管群的布置上，應(yīng)當以冬季工況為基礎(chǔ)進行設(shè)計，夏季采用配置冷卻塔來平衡系統(tǒng)熱量。通過相關(guān)規(guī)范提供的數(shù)據(jù)作為參考，因地制宜的設(shè)置豎埋管的長度以及數(shù)量。要注意地緣熱泵的設(shè)置要避免出現(xiàn)熱短路現(xiàn)象，各個換熱器之間要設(shè)置一定的距離。在距離的設(shè)置上，最主要的就是換熱器運行時間，因為豎埋管換熱器的換熱模型要通過埋管交換熱量，距離過近會發(fā)生互相之間溫度干擾。

2.3 水環(huán)路的設(shè)計

在換熱管群的平面布置結(jié)束后，就要對交換水系統(tǒng)進行設(shè)計，因為管道距離比較近，所以可以使用串聯(lián)的方式進行支路串聯(lián)。在各個串聯(lián)支路之間采用并聯(lián)的方式方便對各個串聯(lián)支路進行控制，最后匯集到主管道。主管道在接入室內(nèi)后與分集水器、水泵、機組等聯(lián)接，完成水的熱泵系統(tǒng)環(huán)路。

2.4 管道的材料選擇

由于需要在地下熱源與地上換熱器間進行熱量交換，就需要使用傳熱性能好的材料，由于地下管群埋入地下后難以進行維護，并且使用壽命很長久，必須要考慮管線的耐腐蝕性能。目前，被廣泛應(yīng)用于地埋管換熱器的聚乙烯（PE）管材，可以彎曲或熱熔形成更牢固的形狀，可以保證使用50年以上。PE 管材的導(dǎo)熱系數(shù)大約為0.42 W/（m℃）左右，與土壤的導(dǎo)熱系統(tǒng)相近，是一種優(yōu)質(zhì)的地下導(dǎo)熱管，其標準尺寸比為SDR11，額定耐壓1.6Mpa。

3、地源熱泵的地下管群換熱器施工辦法

3.1 施工準備

在整個項目施工之前要對埋管地點的地下地質(zhì)狀況進行了解，并通過地質(zhì)情況確定埋管的布局以及鉆機的形式，在地表場地平整并且干凈的情況下，開始放線以及做好標高工作，把各個管井的位置確認。同時可以挖出泥漿池，以為后續(xù)的鉆孔泥漿做好準備。

3.2 鉆孔以及管道安裝

當挖好泥漿池后，準備好供水和供電，進行下一步的機械進場。首先要確保鉆塔位置上空不能有障礙物，以免阻礙鉆塔安放。因為鉆機在鉆孔的過程中會使用到大量的水，所以在孔洞鉆成后，鉆孔內(nèi)會存在大量的泥漿，熱交換管要在鉆孔結(jié)束前準備好。此外，由于鉆孔的泥沙沉積很容易導(dǎo)致鉆孔深度與實際深度不一致，所以現(xiàn)場要盡快的將管道放入孔中，防止因為孔內(nèi)的積水浮力，導(dǎo)致套管不能穩(wěn)定在孔內(nèi)而產(chǎn)生上浮。

3.3 管路的連接方法

管道必須采用熱熔或電熔的方法連接。管徑小于等于DN90 的管道，宜采用電熔或熱熔承插連接；大于DN90 的管道，宜采用熱熔對接連接。聚乙烯管道在和鋼管及閥門連接時采用鋼塑過渡接頭和鋼塑法蘭連接。對于小直徑的聚乙烯管（DN≤63mm）,一般采用一體式鋼塑過渡接頭；對于大直徑的聚乙烯管（DN＞63mm），一般采用鋼塑法蘭連接。

3.4 施工過程中的注意事項

（1）在施工開始之前要準備好灌漿池，在把鉆孔產(chǎn)生的泥漿統(tǒng)一集中處理的同時，還可以繼續(xù)回灌灌漿的填料，鉆孔過程中的泥漿可以回填到孔隙中去。

（2）鉆孔要做好影像記錄，確保井孔深度。

（3）管道連接：管道連接前應(yīng)對管材、管件及附屬設(shè)備、閥門、儀表按設(shè)計要求進行校對，并應(yīng)在施工現(xiàn)場進行外觀檢查，符合要求的方準使用。在寒冷氣候（-5℃一下）和大風(fēng)環(huán)境下進行連接操作時，應(yīng)采取保護措施或調(diào)整施工工藝。

（4）由于熔點和使用壽命不同，不同種類的管材或級別不同的管材不應(yīng)熔接。

（5）回填前，確認地埋管無滲漏后，方可回填地溝。回填全部完成后，方可拆除壓力檢驗裝置，有條件可以保留以備隨時檢測。

結(jié)語：

地源熱泵這項技術(shù)在上個世紀八十年代引入到我國之后，經(jīng)過連續(xù)一段時間的推廣和研究，可以做到系統(tǒng)的本土化適應(yīng)，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，由于設(shè)計以及施工可以有廣泛的普適性，所以這項技術(shù)和施工經(jīng)驗可以推廣到不同的地源熱泵技術(shù)上去，為地源熱泵在全國適宜范圍地區(qū)內(nèi)的推廣打下堅實的基礎(chǔ)。