太中銀鐵路沿線站區地源熱泵運行與維護管理

廉 小 潔

(太原鐵路局，山西 太原 030013)

太中銀鐵路沿線站區地源熱泵運行與維護管理

廉 小 潔

(太原鐵路局，山西 太原 030013)

在對地源熱泵工作理論分析的基礎上，結合太中銀鐵路太原局管段五站地埋管地源熱泵實際使用中存在的管路斷裂、換熱量不足等問題，從系統運行與維護管理角度提出了一些改進建議，為地埋管地源熱泵系統的推廣應用提供了技術支持。

地源熱泵，供熱，供冷，運行，維護

0 引言

太中銀鐵路是《中長期鐵路網規劃》規劃的西北至華北新通道的重要組成部分，是國家“十一五”鐵路建設重點項目，線路全長944 km，太原鐵路局管內包括清徐、交城、文水、汾陽、吳城、呂梁6站，站區均地處空曠，無天然氣和市政熱力管網，為滿足舒適及環保要求，除呂梁站采用傳統的燃煤鍋爐外，其余5站站區生產生活用房均采用地埋管地源熱泵系統夏季制冷、冬季供暖。

地源熱泵是一種利用大地能量，包括土壤、淺層和深層的地下水、地表水等天然能源通過熱泵機組向建筑物輸送熱量或冷量的系統，是一種利用可再生能源的既可供暖又可制冷的換熱系統。與傳統供熱、冷方式相比，該系統省去了鍋爐房和冷卻塔，節能環保，運行費用低。

1 概述

1.1 工作原理

地源熱泵系統是以土壤、地下水或地表水為低溫熱源，由熱泵機組、室外熱能交換系統、室內換熱系統三部分組成的供熱供冷系統。地埋管地源熱泵以土壤為低溫熱源，夏季制冷時，土壤作為冷源，把室內熱量通過埋地盤管排入管井區土壤。冬季供熱時，土壤作為熱泵機組的低溫熱源，通過埋地盤管獲取土壤中熱量為室內供熱。兩個換熱器均可作冷凝器又可作蒸發器，只因季節不同而功能不同。

供熱及供冷工況原理見圖1，圖2。

1.2 系統組成

太中銀鐵路五站(清徐、交城、文水、汾陽、吳城)空調室內系統采用了風機盤管，室外由熱泵機房的熱泵機組提供集中冷熱源，冬季供暖熱量不足時采用輔助電加熱。清徐、交城、文水、汾陽站各安裝兩臺地源熱泵機組，吳城站安裝一臺地源熱泵機組，泵站的控制系統均采用參數傳感器自動采集、PID自動控制系統。室外地埋管均采用閉式U形管路，深度為100 m。除吳城站地熱井未見地下水、基部為巖層外，清徐、交城、文水、汾陽站的地熱井均出了地下水，地熱井中水溫為12 ℃～18 ℃。

1.3 運行方式

系統運行時，根據室外溫度動態變化，設定機組供暖(制冷)出水溫度，通過PID自動控制系統調節負荷，從而控制系統運行。

夏季制冷時，設定制冷出水溫度后，地源熱泵機組將用戶室內熱量轉移至室外地壤中，同時為冬季供暖進行儲備。當達到設定的制冷出水溫度后，系統將自動關停地源熱泵機組和地熱井。

冬季供暖時，設定供暖出水溫度后，地源熱泵機組將室外土壤中的熱量轉移至室內。當達到設定的供暖出水溫度后，系統自動關停地源熱泵機組和地熱井。節能調節主要是控制電輔助加熱系統的啟動運行。嚴寒期，當地源熱泵機組連續運行，室溫仍達不到需求，地熱源不能滿足供熱負荷，可手動開啟電輔助加熱系統，保證供暖需求。

2 運行中易發生故障的部位及原因分析

由于地源熱泵機組自動控制，起閉頻繁，室外部分又埋于地面下，集中設備密封要求高，運行中各部位易發生故障，隨著使用年限的增加，各種設備故障凸顯，操作人員不能緊急處理，給運行造成很大影響。

1)熱量交換系統失衡，影響供冷熱效果。

由于淺層土壤中能量有限，夏季吸收的熱量與冬季釋放的熱量需平衡，無論吸收的熱量多于釋放的熱量，還是釋放的熱量多于吸收的熱量，都會導致系統失衡。雖然系統考慮了輔助電加熱，但由于熱量平衡不易控制，長期使用，影響換熱效果，甚至造成系統停機。若設計前期水文地質勘察不準確，更是會影響熱泵系統的壽命。

2)室外埋管井區未設置安全防護，造成井區塌陷，管路斷裂。

地埋管地源熱泵換熱系統室外埋井區域占地面積較大，由于距地面距離有限，受到過往車輛擠壓，易造成地面塌陷，進而壓斷地埋管路。太中銀多數管井區建在車站廣場上，因廣場未進行封閉，車輛通行，易出現地面塌陷。

3)未考慮對地埋管材、深度及系統報警等裝置設置，不便于室外地埋管檢測與維修。

由于地埋管直埋于地下，受周圍地質環境影響，出現問題時，管理人員不易察覺，往往現象明顯時，才進行檢查，錯過了最佳處理時機，可能由局部故障發展為大面積的管井報廢。

4)由于施工不規范，細部做法、精度欠缺，造成換熱量不足。

施工階段，未嚴格按設計圖紙施工，管井深度，井徑未達到要求等原因均會降低換熱效果。施工中埋地管采用現場加工的直管道煨制彎頭，由于煨制彎頭強度低，在填料回填時易變形，降低施工質量。

5)由于操作不當或維護不及時，造成系統故障。

a.機組不啟動或不停機。由于電源、保險絲、自動保護未復位及電動器件、溫控器的失靈造成機組不啟動；運行中溫度設置錯誤、計算機程序錯誤等均可造成機組不停機。b.機組吸氣壓力過低，排氣壓力過高。由于制冷系統閥門未開啟，過濾器、蒸發器堵塞或水量過低，冷凝壓力過低，制冷劑不足等均可造成吸氣壓力過低；制冷劑充注過量、不凝性氣體過多、冷凝器堵塞或水量過低造成排氣壓力過高。c.系統管路不通。電路不通、線圈損壞造成電磁閥不通，膨脹閥冰堵或障堵、感溫包冷劑滲漏致膨脹閥不通，過濾芯障堵、制冷劑中機油過多可造成過濾器不通。d.機組蒸發器、冷凝器溫差失衡。吸氣壓力高、水流量過大、蒸發器水垢過多導致蒸發器冷媒溫差過小；反之，吸氣壓力低、水流量過小、過濾器堵塞導致蒸發器冷媒溫差過大。水流量過大、冷凝器水垢過多導致冷凝器冷媒溫差過小，水流量過小、過濾器堵塞導致冷凝器冷媒溫差過大。e.機組震動大、有異音。由于機械原因，如機座固定螺栓松動、減震墊及彈簧損壞引起機組震動。壓縮機進入制冷劑液體、蒸發器進入制冷劑氣體、高壓儲液器內液體過少也會產生異音。

3 地埋管地源熱泵安全運行和日常維護

確保地埋管地源熱泵系統使用安全，與勘測、設計、施工、運行維護各階段息息相關。管理人員需對相關情況進行詳細了解，并根據實際進行維護。

1)了解前期地質勘測情況，掌握地埋管所處巖土層、地下水、凍土層情況及性能，是地源熱泵能夠良好運行的前提。

2)對設計不足部分進行補強加固，適當考慮室外地源井區設置安全防護，管材及系統監測裝置。a.在地源井區設置標志標識，標明管線定位帶，采用現場永久目標進行定位；b.地埋管材采用化學穩定性好、耐腐蝕、換熱系數大、流動阻力小的塑料管材及管件。宜采用聚乙烯或聚丁烯管材，不宜采用聚氯乙烯(PVC)管，管件與管材應為相同材料，且管材的公稱壓力不應小于1.0 MPa；c.地埋換熱器埋管深度宜大于20 m，鉆孔孔徑不宜小于0.11 m，鉆孔間距應滿足換熱需要，宜為3 m～6 m，水平連接管的深度應在凍土層以下0.6 m，且距地面不宜小于1.5 m；d.設置地埋管材、深度及系統報警等裝置，便于運行中出現故障時檢測與維修；e.設置自動充液及泄漏報警系統，需防凍的地區，設防凍保護裝置；f.地埋管系統宜設置反沖洗系統，沖洗流量宜為工作流量的兩倍。

3)詳細掌握施工情況，目前鐵路新線建設期間，接管單位均已提前介入，要求施工單位嚴格按設計圖紙施工，豎直地埋管換熱器的U形彎管接頭，宜選用定型的U形彎頭成品件，不宜采用直管道煨制彎頭,加強施工精度，做好管材保護工作,確保工程質量。

4)在運行階段，操作人員應嚴格按照規程使用，熟悉設備，精心維護，并能對設備故障進行必要的緊急處理。a.地埋管地源熱泵運行中，人員、設備、制度均是良好運行的關鍵。地源熱泵使用前，須進行試運轉。操作人員應經專業培訓,取得操作證,持證上崗。地源熱泵運行中，操作人員對蒸發器、冷凝器、壓縮機、膨脹閥、儀表、電控系統巡檢及室外管井區定期巡視。機房應建立交接班制度、當班人員崗位職責、維修保養制度、操作規程、故障應急預案等制度及運行記錄。b.操作人員應嚴格按照規程使用，使設備處于良好的運行狀態。做好日常維護保養，精心維護設備，認真保養地源熱泵機組，重點是壓縮機、冷凝器、蒸發器，定期對冷凍(熱)水管道、冷卻水管、凝結水管系統管道和閥門進行一次維護，確保地源熱泵測控系統正常有效。c.地埋管地源熱泵運行中出現故障時，做好應急處理。在地源熱泵系統運行中，如發現系統有異常聲響、管道大量漏水等問題時，應迅速停止主機運轉并切斷系統主電源，及時進行維修。

若系統內出現漏水情況，應當立即停止補水泵，故障處理完畢后，方可進行補水。地源熱泵系統運行過程中突然停電時，操作人員應立即檢查停電原因。

4 結語

地源熱泵系統作為供熱空調領域一種高效、節能、環保的利用方式，有效地提高一次能源利用率，減少溫室效應氣體CO2和其他燃燒產生的污染物的排放，是一種可持續發展的“綠色技術”，在我國的研究與應用正處于發展階段，需要前期方案設計、施工質量控制與使用階段的有效維護相結合，才能使這項“綠色技術”不斷走向成熟。

[1] 中國鐵路總公司.鐵路運輸房建設備大修維修規則[M].北京：中國鐵道出版社，2014.

[2] 陳昌富,吳曉寒,王陳棟.地埋管地源熱泵系統及存在問題分析[J].探礦工程，2009,36(10)：51-52.

On operation of ground source heat pump and maintenance management at stations along Taiyuan-Zhongwei-Yinchuan Railway

Lian Xiaojie

(TaiyuanRailwayBureau,Taiyuan030013,China)

Based on the theoretic analysis of the ground source heat pump, the paper points out some improvement suggestions from the system operation and maintenance by combining with pipeline fracture, shortage of heat problems in the uses of the ground source heat pump at the five station of Taiyuan Bureau Segment along Taiyuan-Zhongwei-Yinchuan Railway, so as to provide some technical support for the application of the buried ground source heat pump system.

ground source heat pump, heat supply, cold supply, operation, maintenance

1009-6825(2015)02-0117-02

2014-11-06

廉小潔(1980- )，女，工程師

TU833.3

A