地源热泵技术在“和裕广场住宅小区”的应用

引言随着经济的发展，人们生活水平的不断提高，与之相应对建筑住宅的供热和制冷空调的需求也在逐步提高。煤炭作为中国传统的采暖燃料，燃烧过程会给大气造成严重的污染。在一些大城市，燃煤锅炉已基本被燃油、燃气锅炉替代，然而石油、天然气等能源费用很高，且已日趋枯竭，这就要求我们必须寻找不可再生能源的替代品。地源热泵技术是利用地下常温土壤相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统，利用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移与建筑物完成热交换的一种技术
【1】。在欧美国家的实例应用证实地源热泵无论在技术上还是经济上都可作为供热和空调传统能源的替代方式。
一、热泵技术的发展和地源热泵的优势热泵是通过少量电能做功把热量从低温处抽到高温处，目前热源种类分为三类：空气源热泵、水源热泵、地源热泵。空气作为热源的热泵运行条件及稳定性差，若不能对热泵机组定期除霜会导致运行效率低下。空气源热泵适用于中小型公建和住宅小区，但随着城市化进程的加快，空气源热泵已很少采用。水源热泵是利用地表水或地下水作为冷热源的热泵，水的热容量大，全年温度稳定，传热性能好，但水源热泵的局限性在于对地下水具有很强的依赖性，如果地下水位过低，不仅增加了打井的费用，而且运行中热交换量也会大大降低。因此水源热泵不适用于中国北部的缺水城市。地源热泵是利用土壤为冷热源的热泵，它不受地域限制，也是目前世界上应用最广的热泵技术。地表浅层(一般为地面下200米)一年四季温度相对稳定，冬季时地表浅层温度比室外温度高，因此建筑物通过热泵可从大地中吸收热量;夏季时地表浅层温度比室外温度低，热泵将建筑物热量导入大地，并从大地中吸收冷量。
二、地源热泵与传统技术的比较及其综合效益分析地源热泵机组利用地球表面浅层地热资源作为冷热源，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温，它本身只消耗很少的电能，把环境介质中贮存的能量提取到建筑物中去，这种特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率高40%，也就是说节省运行费用40%左右
【2】。地源热泵可发挥供暖和空调双重作用，一套地源热泵系统可以取代传统的锅炉和制冷机组两套系统。众所周知，冬季锅炉运行时，制冷机组要停止使用，夏季制冷机组运行时，锅炉要停止使用，而且锅炉需要燃料(油或气)储存的容器，对防火防爆提出了更高的安全要求。冬夏季设备的轮换也增加了设备闲置率，增加了设备占地面积和维护成本。地源热泵的环保效益十分突出，地源热泵在运行中只是从土壤中吸热和排热，没有任何污染，没有燃烧和排烟，也不会产生可吸入颗粒物和硫化物，更不需要堆放燃料的场地，节省了宝贵的土地资源。
三、“和裕广场”住宅小区实例分析和裕广场住宅小区工程位于北京亦庄经济开发区北环西路，为高80米左右的住宅小区，总建筑面积约80万平方米，分为A、B、C三个地段，均采用地源热泵系统结合常规能源系统(冷却塔+锅炉房)的方式，满足该项目全年供暖空调需求。仅以建筑面积约14万平方米A地段为例，该地段设置一套地埋管换热系统，配置集中的地源热泵机房。夏季空调总冷负荷7623KW，空调水温度7/12℃，制冷空调不足部分，采用冷水机组+冷却塔形式进行调峰;冬季采暖热负荷6512KW，采暖供回水温度45/35℃，采暖不足部分，采用锅炉房进行补充。
供暖空调末端形式均为风机盘管+地板辐射采暖，采用高低区形式。室外地埋管换热器布置于地下车库基础的下方，共设380个钻孔，孔径180mm，地埋管换热器有效换热深度为80m，钻孔内设置已经在加工厂预制完成的双U形地埋管换热器，U形管为公称直径DN32的pE管材，承压1.6Mpa，连接方式为电熔连接。回填材料采用原浆回填，回填不足部分采用砂补充，保证管和孔井之间空隙密实，确保换热效果。换热管通过水平联络管汇集到小室内集分水器，最终通过主干管进入到机房内与设备机组相连。此阶段与土建挖沟放坡、回填、夯实各个步骤紧密配合，是与土建专业配合最为重要的一步，为保证各管段在回填中出于随时监督受控状态，水管内应带压回填。
四、地源热泵在施工中需要注意的问题地源热泵技术是未来代替采暖空调系统的最佳选择，但我国的地源热泵事业起步较晚，存在着勘探与热泵设计、热泵设计与其它专业设计、设计单位与施工单位之间脱离的问题;近些年房地产热潮更有业主单位以此为卖点，过分夸大热泵技术，甚至某些开发商为获取国家新技术补贴政策，为降低自身投入成本，无论地质情况、水质特点是否适合应用热泵技术都盲目予以采用，以牺牲环境换取经济利益，对环境或地下水造成很大负面影响。
北京建工国际建设工程有限责任公司作为有经验的总承包商在该工程中更加注重与勘探单位、设计单位、地源热泵施工单位的沟通与配合。总体协调“勘探-施工-验收-系统调试-节能能耗分析-物业移交与员工培训”等各个环节。室外地埋管总体施工流程是：物资进场准备-放线、钻孔-双U形管试压-下管、二次试压-回填封孔-管沟开槽-水平管道连接-三次试压-回填-水平管主管连接-四次试压-带压回填-竣工验收。在施工中每一道流程都与土建专业密切联系，工序检验和交接检查至关重要，除严格按照图纸和相关施工验收规范进行施工外，以下列举的要点是容易在施工中被忽视的：
1、土建专业与地质勘探专业配合，保护地下管线，尽量减少挖井对地质的扰动。勘察单位应保证钻孔深度，若达不到预定深度，应与设计单位沟通，增加钻井数量。
2、本工程选用聚乙烯pE塑料管热熔连接，U形管在工厂中预制完成。提料时U形管长度应比孔深略长(如本工程钻孔深80m，U形管长度为84m)，以使其能露出地面，有距离与水平管道连接。pE管运抵现场后严禁长时间太阳下曝晒，防止管道老化。下管时为克服下管过程中的浮力，建议U形管内充满水以便增加自重。竖直U形地埋管安装应在钻孔完毕后立即进行，因为钻好的孔搁置时间太长，会出现局部堵塞，导致下管困难。
3、钻孔回填不得使用土回填，必须使用原浆回填，不足部分使用砂回填，因为回填土不能保证埋管与周围地下土质接触紧密，因此降低了换热效率。
4、预制加工好的U形地埋管必须按设计及规范要求加装管卡，保证地埋管的间距满足要求，否则U形地埋管之间会由于相互接触而产生导热换热，降低了管道进出热泵机组的冷/热量。
5、北京冻土层平均深0.7m，极端地区1.1m，所以水平埋管敷设深度应在冻土层以下0.6m，且距完成地面不小于1.5m。否则应做好管道保温措施【3】。
6、打夯及回填管沟时，地埋管上方15cm内必须用细沙回填，并保证管内带有0.4Mpa的常驻压力，若发现压力下降应立刻停止回填，挖开检修。沿结构外敷设的换热立管应砌筑独立管井，不能直接使用回填土回填，以免压瘪压弯管道。 结束语在本文中，因篇幅所限，仅对地源热泵工艺的做了简单介绍，通过对热泵技术发展、地源热泵的优势、热泵技术与传统技术的节能比较，及本工程实例，提出了施工单位在满足设计要求及国家规范要求的同时，在施工过程中需要加以注意的质量控制要点，以达到节能的目的。对于80万平方米的大型住宅小区来说，系统的调试极为重要。调试是对地源热泵系统节能效果的综合考评，建议在工程正式运行后的两年内(即两个供暖季和两个供冷季)由业主单位组织设计单位、施工单位、物业单位共同进行节能效果分析，将实测数据反馈给设计单位，取长补短，吸取经验便于对类似住宅工程的更优化设计提供借鉴和参考作用。