――當代萬(wàn)國城北區地源熱泵系統之土壤換熱器實(shí)施方案

    摘要：本文以國內s*個(gè)埋設于建筑物結構底板下的典型的地源熱泵項目中為實(shí)例，結合設計和實(shí)施過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節――測試實(shí)驗和土壤換熱器設計、施工中遇到的問(wèn)題及解決辦法，較系統的介紹了地源熱泵系統在建筑物下的應用可行性。

    關(guān)鍵詞：地源熱泵、土壤換熱器、燃氣熱水鍋爐、聯(lián)絡(luò )管、防水

    引言

    地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源（也稱(chēng)地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節能空調系統，地源熱泵系統通過(guò)輸入少量的高品位能源（如電能），實(shí)現低溫熱能向高溫熱能轉移。地能分別在冬季作為地源熱泵系統供暖的熱源和夏季空調的冷源，在冬季，通過(guò)管路循環(huán)把地能中的熱量“取”出來(lái)，提高溫度后，供給室內采暖；夏季，把室內的熱量“取”出來(lái)，釋放到地能中去。由于地源熱泵系統具有不受地下水位影響、高效、環(huán)保、無(wú)污染等等優(yōu)點(diǎn)，近幾年來(lái)在國內得到了迅速發(fā)展。尤其在環(huán)保、節能的時(shí)代主題下，建設部相繼出臺政策鼓勵熱泵技術(shù)應用，地源熱泵成為別墅和高檔次項目的s*選。地源熱泵土壤換熱器一般埋設在建筑周邊綠地、停車(chē)場(chǎng)下，不占有地面空間。但是對于市區內項目，一般土地資源緊張的，沒(méi)有足夠的場(chǎng)地埋設土壤換熱器，這就導致地源熱泵在場(chǎng)地緊張的項目中的應用受到限制?；诖宋覀兺ㄟ^(guò)深入開(kāi)發(fā)、研究，設計實(shí)施了國內第一個(gè)埋設于建筑物基礎下的大型、高檔住宅項目――當代萬(wàn)國城地源熱泵工程。

    本文通過(guò)對實(shí)施過(guò)程中的一些難點(diǎn)、要點(diǎn)進(jìn)行分析，期望對地源熱泵技術(shù)的應用和發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。

    1、工程概況

    當代萬(wàn)國城二期地處東直門(mén)東北角，占地面積1公頃，總建筑面積約22萬(wàn)

    平米，地下室約55000m2。本工程的目標是建設一座高舒適度、低能耗、健康、綠色、環(huán)保型的里程碑式住宅建筑，它充分利用現有的建筑類(lèi)高科技力量，對其屋面、外墻、外窗、采暖、制冷、新風(fēng)等進(jìn)行了全面的系統的優(yōu)化設計，從而滿(mǎn)足一部分人對高品質(zhì)居住、辦公、購物、休閑的要求，在節約能源的情況下，實(shí)現他們對高品質(zhì)生活的追求。

    2、空調系統概述

    系統設計充分考慮初投資和運行費用，采用以地源熱泵為主，燃氣鍋爐和冷卻塔作調峰的復合式系統。由于地處北京市核心地帶，沒(méi)有場(chǎng)地，因此將土壤換熱器設置在車(chē)庫底板下，共計635組雙U換熱管，埋深100米。本項目的末端系統為頂棚輻射＋新風(fēng)系統；地源熱泵機組夏季的排熱由土壤

    換熱器和冷卻塔完成；冬季取熱源由土壤換熱器實(shí)現，不足部分采用燃氣熱水鍋爐；生活熱水部分通過(guò)熱泵機組熱回收實(shí)現，不足部分通過(guò)燃氣鍋爐提供。具體見(jiàn)下圖。

工程圖

    3、土壤換熱器系統設計

    3.1、土壤換熱器系統介紹

    土壤換熱器系統是由埋設在地下的PE管（高密度聚乙烯管）和循環(huán)泵及相關(guān)附屬部件組成。地源熱泵系統的土壤換熱器埋置方式多種多樣。目前普遍采用的有水平埋管和垂直埋管兩種基本的配置形式。

    水平埋管是在淺層土壤中挖溝渠，將土壤換熱器（PE管）水平的埋置于溝渠中，并填埋的施工工藝。

    垂直埋管是在地層中垂直鉆孔，然后將地下土壤換熱器（PE管）以一定的方式置于孔中，并在孔中注入填充材料的施工工藝。

      垂直埋管 src="http://img.hc360.com/hvacr/info/images/200808/200808220916488036.jpg" border=0>

水平埋管
      垂直埋管

    水平埋目前在管?chē)鴥冗€沒(méi)有大面積推廣，有效的實(shí)測數據也很少，參照國外的參考數據，水平埋管每米換熱量取8w/m。本項目z*初設計考慮了4000m的水平換熱管，水平埋管總熱交換量為32kw，如此小的換熱量在整個(gè)系統中所起到的作用可以說(shuō)是微不足道，所以，在z*終的方案中取消了水平埋管方式。

    z*終方案中采取了在地下二層車(chē)庫的底板下面埋置土壤換熱器的垂直埋管方式，共埋置土壤換熱器的數量為635個(gè)。

    3.2、土壤換熱器的現場(chǎng)測試

    3.2.1、測試目的

    為了使設計參數更加優(yōu)化、合理，在現場(chǎng)采用我們自主開(kāi)發(fā)的測試儀器對現場(chǎng)進(jìn)行了換熱孔的具體測試，具體的測試目的為：

    1、獲取土壤換熱器每延米的換熱量。

    2、確定z*佳的鉆孔機具。

    3、確定土壤換熱器換熱孔的z*佳深度和合理間距。

    4、確定z*佳填料。

    5、結合鉆進(jìn)難度，合理安排施工工期。

    3.2.2、測試原理

    該測試簡(jiǎn)單模擬地源熱泵空調系統夏季制冷的運行模式，具體測試原理如下：

    將儀器的水路循環(huán)部分與所要測試換熱孔內的PE管路相連接，形成閉式環(huán)路，通過(guò)儀器內的微型循環(huán)水泵驅動(dòng)環(huán)路內的液體不斷循環(huán)，同時(shí)儀器內的加熱器不斷加熱環(huán)路中的液體。該閉式環(huán)路內的液體不斷循環(huán)，加熱器所產(chǎn)生的熱量就不斷通過(guò)換熱孔內的換熱管釋放到地下。在閉式環(huán)路內的液體循環(huán)的過(guò)程中，將進(jìn)/出儀器的溫度、流量和加熱器的加熱功率進(jìn)行采集記錄，來(lái)進(jìn)行分析計算土壤的熱物性參數。其原理如下圖：

測試原理圖