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1、地源热泵质量控制 及施工技术要点卢启东一、地源热泵的综述地源热泵技术是一项值得大面积推广的建筑供能技术。地源热泵是 一种利用浅层和深层的大地能量，包括土壤、地下水、地表水等天然能源 作为冬季热源和夏季冷源，然后再由热泵机组向建筑物供冷供热的系统， 是一种利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空调系统。抽取地下水水源热泵，但由于技术限制，全部回灌不易做到，监督实施 也比较困难，而且容易造成地下水污染。在国外目前大面积推广使用的是埋管式地源热泵技术，是充分利用浅 层地热的最佳技术途径。目前埋管式地源热泵在欧美国家已得到普遍应用，已被充分证明是成 熟可行的技术，在我国，建设部和一些省市的建筑节能
2、政策中明确提出要 推广使用地源热泵。 （欧美普遍使用的是在别墅中，在冬天取暖、夏天空调的地区） 地地 源源 热热 泵泵 的的 优优 点点节能：性能系数较高，节省运行费用2550；环保：废除锅炉房，不向室外排热，不用地下水；可持续发展：热量冬取夏蓄，利用可再生能源；冷暖兼用：均衡用电负荷，节省建筑空间；美观：无室外机，不影响建筑外观与建筑一体化的热泵技术的供热制冷，如地源热泵、海水源热泵、污水源热泵等与建筑一体化的太阳能供应生活热水、采暖空调、光电转换、照明可再生能源建筑应用设备及产品产业化农村地区利用太阳能、生物质能等进行供热、炊事等培育相关能效测评机构，建立能效标识、产品认证制度及建筑节能服
3、务体系国家重点推广技术领域1、热泵生产企业上马v热泵主机已能生产大、小功率的螺杆式、涡旋式等 热泵v相关配件和PE管线生产 2、 设计和施工队伍膨胀v不断出现新的公司，承担项目设计和施工v出现控股公司投资地源热泵行业 3、行业组织和媒体活跃v地源热泵杂志今已3周年v北京市新能源与可再生能源协会地源热泵专业委员会2007年 成立v地源热泵网建立与发展 4、节能减排形势的需要、政府鼓励与公益性 投入/环保等等中央空调主要形式及与地源热泵系统中央空调主要形式及与地源热泵系统 经济性对比经济性对比 年运行费用.初投资造价.使用年限统计方案方案冷水机冷水机组组组组 + +集中供集中供热热热热冷水机冷水机
4、组组组组+ +燃气燃气锅锅锅锅炉炉VRVVRV系系统统统统风风风风冷冷热泵热泵热泵热泵地源空地源空调调调调 系系统统统统运行运行费费费费用用 元元/ /年年.M.M2 22626363638384848464658583232454518182626投投资资资资造价造价 元元/M/M2 2190190260260220220280280250250300300200200260260180180320320使用寿命使用寿命( ( 年年) )20-2520-2510-1510-1510-1510-1515-2015-2020-2520-25根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统 分为：1、地
5、埋管地源热泵系统2、地下水地源热 泵系统3、地表水地源热泵系统。对于制冷来说，地源热泵与常规冷水机组最大的区别是： 空调系统的冷却水冷却变为地下水或土壤冷却。地下水或土壤冷却，又有若干种方式。地埋管换热系统 或地下水换热系统，地下水换热系统又分为直接和间接换 热等等。地源热泵的分类A. 闭式地源热泵系统u地埋管B. 开式地源热泵系统u地下水u地表水9开 式 地 源 热 泵 系 统 地表水地源热泵系统 地下水地源热泵系统 地埋管热泵系统 闭式地源热泵系统地埋管垂直埋管：适用于受场 地限制而供热和制冷 负荷较大的商业建筑水平埋管：适用于民用 建筑和轻型商业建筑闭式地源热泵系统地埋管开式地源热泵系统
6、地下水优点： 1、施工周期短 2、打井费用低 3、能效比高开式地源热泵系统地表水适用于距江、河、湖、海等比较近的建筑开式地源热泵系统污水地源热泵与太阳能建筑一体化集成系 统v地源热泵与太阳能技术集成优 缺点：v优点：v 制热时，地源热泵与太阳能能 量 互补。v制冷时，地源热泵余热利用。v制热前期进行太阳能蓄热。v造价低于太阳能采暖投资。v缺点：v相对锅炉和集中供热造价高v控制程序需“因地因时”制宜， 技术要求高。水平地埋管换热器 horizontal ground heat exchanger换热管路埋置在水平管沟内的地埋管换热器，又称水平土 壤热交换器。竖直地埋管换热器 vertical g
7、round heat exchanger换热管路埋置在竖直钻孔内的地埋管换热器，又称 竖直土壤热交换器。地源热泵工作原理地源热泵就是以地下土壤为热源的，可进行制冷、制热循环的一种空调装置。供热时，地源热泵机组从土壤中提取低品位热能，通过电能驱动的热泵主机把热量“泵”送到空调系统的循环水，以满足用户供热需求；供冷时，地源热泵机组将用户室内的余热通过热泵主机转移到土壤中。地源热泵空调系统一般由地热换热器环路、制冷剂环路、室内环路 三个必需的环路组成，必要时可增加第四个预热生活热水环路。 图2 地源热泵系统原理图地源热泵工作原理说明：夏季制冷，阀门说明：夏季制冷，阀门A A开启，阀门开启，阀门B B
8、关闭关闭 ；地源热泵系统制冷运行示意图地源热泵系统制冷运行示意图正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温向低温，但人们可以 创造机器，如把水从低处提升到高处像采用水泵那样，采用热泵可以 把热量从低温抽取到高温，所以热泵实质上是一种热量提升装置，它 本身消耗一部分能量，把环境介质中储存的能量加以挖掘，这也是热泵的节能特点。 说明：冬季采暖，阀门说明：冬季采暖，阀门B B开启，阀门开启，阀门A A关闭关闭 ；地源热泵系统制热运行示意图地源热泵系统制热运行示意图基本原理夏季用于制冷冬季用于供热热量传递移动方向热量回收制取卫生热水垂直封闭式环路地下热交换系统管 道适用于受场地限制而供热和制冷负荷较大
9、的商业建筑水平封闭式环路地下热交换系统管道v适用于民用和轻型商业建筑地表水为特例地表水为特例利用地下水作为热交换 媒介的开放式循环系统地质情况复杂地质情况复杂 受地域限制较大受地域限制较大打井工艺要求严格打井工艺要求严格 回灌情况较复杂回灌情况较复杂二、调查与勘察v地源热泵系统方案设计前，应进行工程场地状况调查，并应 对浅层地热能资源进行勘察。 （此为强制性条文，本标准共2个强制性条文）v调查与勘察是设计的基础，勘察必须找有资质的队伍来做。v水源热泵井水100%同层回灌、地下埋管部分承诺50年，其 他设备寿命一般在2025年左右。（一）工程场地状况调查应包括下列内容：1 场地规划面积、形状及坡
10、度；（是否满足打井或埋管面 积和位置要求）2 场地内已有建筑物和规划建筑物的占地面积及其分布；3 场地内树木植被、池塘、排水沟及架空输电线、电信电 缆的分布；4 场地内已有的、计划修建的地下管线和地下构筑物的分 布及其埋深；5 场地内已有水井的位置。 （二）勘察 1、地下水换热系统勘察地下水地源热泵系统方案设计前，应根据地源热泵系统对水量 、水温和水质的要求，对工程场区的水文地质条件进行勘察。地下水换热系统勘察应包括下列内容：1 地下水类型；2 含水层岩性、分布、埋深及厚度；3 含水层的富水性和渗透性；4 地下水径流方向、速度和水力坡度；5 地下水水温及其分布；6 地下水水质；7 地下水水位动
11、态变化。 地下水换热系统勘察地下水换热系统勘察应进行水文地质试验。试验应包括下列内 容：1 抽水试验；水位的多年动态变化2 回灌试验；从而确定地层的可回灌性。3 测量出水水温；4 取分层水样并化验分析分层水质；5 水流方向试验；6 渗透系数计算。2、地埋管换热系统勘察地埋管地源热泵系统方案设计前，应对工程场区内岩土体地质 条件进行勘察。 地埋管换热系统勘察应包括下列内容：1 岩土层的结构；分清地层2 岩土体热物性；清楚地层的热物性能3 岩土体温度；即测量地温4 地下水静水位、水温、水质及分布；5 地下水径流方向、速度；6 冻土层厚度。 3、地表水换热系统勘察地表水地源热泵系统方案设计前，应对工
12、程场区地表水源的水 文状况进行勘察。地表水换热系统勘察应包括下列内容：1 地表水水源性质、水面用途、深度、面积及其分布；水 体的体积2 不同深度的地表水水温、水位动态变化（季节性）；3 地表水流速和流量动态变化；4 地表水水质及其动态变化；多年水位的变化趋势5 地表水利用现状；水质是否适合直接利用6 地表水取水和回水的适宜地点及路线。 三、地源热泵施工v（一）、地源热泵施工准备v1、技术与现场准备v （1）熟悉图纸并技术交底;v （2）分析施工重点：钻孔、管材焊接、下管深度、试压、 回填灌浆；v （3）现场勘查；v （4）准备材料：根据设计要求选购相应的合格材料，符合 国家相关的标准要求和认证
13、，v （5）准备钻孔机械、套管、彭润土等；v （6）根据图纸现场放线定位井孔位置；（二）、地源热泵施工：v根据测井结果及图纸设计进行垂直钻井施工v室外挖沟回填沟槽开挖v沟槽开挖必须在定位放线后进行。v管道沟槽底部的开挖宽度和深度按照图纸确定。 v当地质良好、土质均匀，地下水位低于沟槽底面高 程，且开挖深度在5m以内边坡不加支撑时，沟槽边坡 最陡坡度应符合规范中的有关规定。v当沟槽挖深较大时，应合理确定分层开挖深度，沟 槽深超过3m时应分层开挖，每层的深度不宜超过2m ；人工开挖多层沟槽的层间留台宽度：放坡开槽时不 应小于0.8m，直槽时不应小于0.5m，安装井点设备时 不应小于1.5m。沟槽开
14、挖v沟槽每侧临时堆土或施加其他荷载时，应符合下列规定：不得影响建筑物、各种管线和其他设施的安全；不得掩埋消 火栓、管道闸阀、雨水口、测量标志以及各种地下管道的井盖 ，且不得妨碍其正常使用；人工挖槽时，堆土高度不宜超过 1.5m，且距槽口边缘不宜小于0.8m。v当开挖沟槽发现已建的地下各类设施或文物时，应采取保护 措施，并及时通知有关单位处理。v沟槽的开挖质量应符合下列规定：v不扰动天然地基或地基处理符合设计要求；槽壁平整，边坡 坡度符合施工设计的规定。钻机要求v合理选用钻进方法、钻具、钻进技术参数及工艺。 严格按 钻探规程进行作业，合理掌握回次进尺长度。v在施工过程中，按一定的钻孔深度，使用水
15、平尺校正钻机。 桩机应准确对位，对位误差小于2.0cm，由质检员复检后方能 施工。调平钻机，用垂直吊线法检验其主轴的垂直度，使其垂 直度误差0.5%L。v孔径：施工前和施工过程中，经常检查钻头直径，确保不小 于140mm。磨损超过5mm时及时补焊，确保钻头直径达到设 计桩径要求。v地埋管的施工，一般孔深 100米左右。选定区域，打井埋管室外埋管系统水平联管水平联管可以采用六口井一组，假设102眼井，供水17组，回水17组， 采用电熔焊结，保证焊结质量水平联管施工费约16000元，材料费大约54000元，每口井约650-700元在转弯、三通、阀门等部位应采取防推脱的混凝土支敦或金属卡箍拉杆 等技
16、术措施进行固定。管件连接v管件带正负极 两侧带一个钮钮v电熔连接电熔焊接的工艺v三个重要参数：温度、压力、时间温度的确定v温度的确定：聚乙烯管材对接焊的最佳焊接温度为200230，一般生 产厂家确定为21010；是聚乙烯材料的加工温度，在材料粘 流态转化温度之上，只有在这种条件下，聚乙烯产生熔融流动 ，聚合物的大分子才能进行相互扩散形成缠绕，得到最大的强 度和高质量的焊接结果；实践证明，温度低于180，即使加 热时间长，也不能达到质量好的焊接结果。如果温度过高，将 有可能激活分子链中的C键与氧发生反应，使材料降解，聚乙 烯材料将受到氧化破坏。析出挥发性的物质和气体，材料结构 发生变化，生成不饱和烃，出现杂质，从而使焊接质量降低。时间的确定 加热时间的确定：焊接端面平整后10壁厚（mm）秒。加热时间的长短，决定焊接的质量；是否能将
