地源熱泵施工工藝研究及節能潛力分析

朱南軍

（上海建筑設計研究院有限公司，上海 200041）

1 地源熱泵的概念

地源熱泵施工技術其實就是利用少量的電能來將地下淺層的能源有效轉化成可供人們日常生產生活使用的能源。目前的地源熱泵主要包含了地下水熱泵、土壤熱泵以及地表水熱泵幾大類，其實也可以說是清潔能源當中的一種。該項技術主要可以應用到暖通空調系統當中，實現了對室內溫度的有效調節，還實現了冷熱交替功能。除此之外，地源熱泵技術在暖通空調當中的應用大大提升了工作效率，還有效節約了能源，降低了溫室氣體的排放量，實現了節能環保的目標，也可以為企業創造更多的經濟效益，符合國家的可持續發展戰略。

2 地源熱泵空調施工工藝技術

2.1 放線定位

在放線定位時，工作人員一定要嚴格按照換熱孔的具體位置操作，然后再根據孔洞設置木樁的具體位置，從而開始鉆孔，盡可能地將誤差控制到最小，如果誤差過大，就需要進行重新定位。

2.2 挖掘泥漿池

在挖掘泥漿池時，也需要滿足附近鉆機使用的相關標準，一般情況下都選用人工開挖的模式，在挖掘完成之后還應該對現場的泥漿進行調制。需要注意的是，應該盡可能避免泥漿池出現滲漏水現象，否則會對地基造成一定的破壞，還會進一步影響地基的承載力，這就需要在泥漿池當中放置彩布并添加一定的塑料薄膜，這樣可以有效避免滲漏現象的發生。在這些操作完成之后，還應該保證泥漿池的承載力。

2.3 鉆機定位施工

地源熱泵施工過程中，一般情況下都是采用潛孔錘鉆機加普通的鉆機，在實際作業過程中，這種鉆機的施工效率要比普通的鉆機高一些，大約每天就可以完成1個孔的鉆進，而普通鉆機鉆進1個孔大約需要1周的時間才能完成。

2.4 鉆孔施工

鉆孔位置達到工程實際要求之后，相關的工作人員還應該對鉆孔的垂直度和直徑進行嚴格審查，一定要確保其嚴格符合相關的規定和標準。另外，鉆機還應該設置一定的扶正器，但是對地質條件有著比較嚴格的要求，可以設置一定的護臂套管，以更好地避免坍塌現象的發生。

2.5 下管之前需要有準備工作

雙U形管在連接時，通常情況下都采用電熔接的方式對連接處進行處理。在下管時，先應用水對管道進行徹底沖洗，然后將管卡放置在合適位置，在對管卡進行設定時一定要對其距離進行嚴格把控，以有效防止熱量損失，否則就會影響到換熱作業的效果。

2.6 九通以及地埋立管進行連接

在對九通進行鋪設時，應提前鋪設一層細砂，然后再利用石灰粉對管道的方向進行設置，并對標高作出適當的調整，最后采用電熔的方式對管道進行連接處理，盡可能避免在連接過程中出現熔接不平衡現象的發生。

3 地源熱泵技術分類與應用策略

3.1 地源熱泵技術的主要應用形式

根據熱量來源的不同，可以將地源熱泵暖通系統分為地下水源、地表水源以及土壤源三大類。土壤熱泵技術其實是將使用水作為工作的介質，在土壤當中的換熱管道和熱泵機組兩者之間進行反復流動，從而完成機組和土壤之間熱量的交換。根據埋管方式的不同，可以將其分為水平和垂直兩種模式，這也是目前比較常見的地源熱泵形式，這兩種方式在實際應用過程中不需要將水抽取出來。地下水源熱泵其實就是把地下水源當作是熱量的來源，把地下水抽出之后輸送到換熱器和熱泵機組當中，在將熱量提取之后又將其送回到地下。在該項操作之前一定要向當地政府有關部門進行申請和審批，在得到允許之后方可開始施工，這種方式使用的前提條件一定是當地要具有充分的地下水。地表水源熱泵技術其實是同樣的道理，將地表水當作冷熱源，把水抽出之后采用開式循環或者是閉式循環模式來進行熱交換處理。開式循環是在抽取之后直接實施熱交換，閉式循環是借助地表水和熱交換器之間來實現熱交換。根據地源水在應用方式方面的不同，可以將地源熱泵主要劃分為閉環和開環兩種模式，開環系統是直接將外部的水源當作介質，利用板式換熱器和外部水實現熱量的交換；閉環系統的換熱器和外部的水還有土壤是不相通的，在密閉的系統當中完成熱量的交換。

3.2 空調方案

想要不斷提升暖通空調的運行效率和對能源的利用率，就需要不斷優化空調的運行方案，在對建筑空調進行設計時，一定要滿足消防房間和電梯機房的相關需求，其他各個方面也應該充分滿足空調的集中方案。由于暖通空調方案和普通的設計方案之間存在比較大的差異，特別是對地埋熱泵空調的最末端體現得尤為明顯，換熱器占據著最為核心的內容，所以，應該充分結合建筑工程的具體規模來對地埋管鉆井的數量和長度進行最為科學、合理的確定，同時，還應該對鉆井的具體分布情況進行合理規劃。除此之外，還應該對暖通空調的換熱性能進行一定的測試，要控制在暖通空調的施工范圍之內，對鉆孔的換熱量也要進行嚴格的計算，以更好地掌握鉆井單位的換熱能力，一般情況下可以選擇雙U換熱器，并充分結合供熱的總需求對鉆井數進行準確的計算，具體的計算公式為：鉆孔數=（1 000×地埋管熱負荷）/（現場換熱性能測試單位鉆孔深度換熱量×鉆孔深度）。

根據計算結果和以往的成功經驗，對鉆井的間距、直徑、井深以及埋深等各種參數進行合理確定，在對鉆井周邊的綠化帶進行利用時，可以設計一定的梅花形狀，并與制冷機房連接在一起，盡可能保證水壓的平衡性。支路總管可以通過穿墻的方式進入到機房當中的集水器和分水器。我國目前正在對空調熱回收技術進行大量的研究，并取得了很大的成就，可以充分借助熱回收機組將冷卻水的熱量進行有效集中，然后應用到生活熱水和生產過程中，對熱量進行有效的利用，大大減少了空調的熱污染。

3.3 運行冷卻塔的策略

冷卻塔可以實現對地熱的平衡性調節，這種輔助冷源可以很好地彌補損失的熱量，就實際情況來看，彌補效果并不是非常好，如果將冷卻塔引入到其中，就可以更好地實現對地熱不平衡性的調節。由此可以看出，冷卻塔的起停運行方式可以起到很好的地熱平衡作用。在冷卻塔實際運行過程中，我們應該注意以下幾個方面的問題：①對作業設備進行最為科學、合理的選擇，所選用的冷卻塔一定要滿足工程的實際需求，對整個系統當中的釋放熱量和制造熱量的差額進行有效彌補，同時，還應該盡可能避免選用過大的冷卻塔，以免造成不必要的浪費。具體計算公式為輔助散熱冷卻塔設計放熱量=（設計中供冷月的總散熱量－設計總散熱量）/2×供冷月小時數。②制訂科學、合理的啟停策略。在同一個作業環境當中，冷卻塔地源熱泵系統的啟停策略也具有比較大的差異性。在方案一中，將地埋管當中的地源熱泵作為主要的換熱方式，充分利用埋管將熱水輸送到冷凝器當中，當水溫達到一定標準的時候，也就說明了地源熱泵的散熱負荷達到了其自身的最高值，這個時候就應該啟動冷卻塔；在方案二中，利用埋管將熱水輸送到冷凝器當中之后，一定要將室外的溫度與水溫之間的差距控制在一個合理的范圍之內，否則，就應該啟動冷卻塔來進行輔助降溫處理；在方案三中，每年都應該定期對冷卻塔進行開啟，堅持數月如此操作。根據以往多年的經驗總結發現，方案一和方案二相比較而言具有更大的應用優勢。

4 市場潛力和發展趨勢

據統計，我國城鎮現有民用建筑總面積約1.05×1010m2，預計到2020年底，民用建筑面積將達3.0×1010m2。到目前為止，符合節能標準的建筑面積還不到5%，剩余部分均需在后期逐步進行節能改造，國家初步計劃在未來5年，完成地源熱泵利用面積3.5×108m2。另外，隨著氣候條件的變化，我國采暖區域也逐步由北向南推移，采暖面積也會因此大幅度增加，可見地源熱泵技術具有巨大的市場潛力和廣闊的發展空間。能源問題已經受到國際社會的共同關注，節能減排和新能源開發利用成為了近年來接連召開的聯合國氣候變化大會的中心議題。全面促進節能減排，大力推進環境治理，成為我國發展過程中所面臨的主要問題。“十三五”規劃已明確提出，到2020年我國要實現單位GDP碳排放要比2015年下降40%～45%的奮斗目標，充分顯示了我國政府堅定不移地走綠色發展之路的信心和決心。

總而言之，在地源熱泵技術實際應用過程中，一定要充分結合該地區的實際地質環境來進行最為科學、合理的選擇，特別是對地下水比較豐富的區域更是要引起重視，該地區的施工工藝更加復雜，需要對施工技術進行不斷的提升，更好地促進地源熱泵技術的應用。