――當(dāng)代萬國城北區(qū)地源熱泵系統(tǒng)之土壤換熱器實(shí)施方案

    摘要：本文以國內(nèi)s*個(gè)埋設(shè)于建筑物結(jié)構(gòu)底板下的典型的地源熱泵項(xiàng)目中為實(shí)例，結(jié)合設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)――測試實(shí)驗(yàn)和土壤換熱器設(shè)計(jì)、施工中遇到的問題及解決辦法，較系統(tǒng)的介紹了地源熱泵系統(tǒng)在建筑物下的應(yīng)用可行性。

    關(guān)鍵詞：地源熱泵、土壤換熱器、燃?xì)鉄崴仩t、聯(lián)絡(luò)管、防水

    引言

    地源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源（也稱地能，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(jié)能空調(diào)系統(tǒng)，地源熱泵系統(tǒng)通過輸入少量的高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)低溫?zé)崮芟蚋邷責(zé)崮苻D(zhuǎn)移。地能分別在冬季作為地源熱泵系統(tǒng)供暖的熱源和夏季空調(diào)的冷源，在冬季，通過管路循環(huán)把地能中的熱量“取”出來，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖；夏季，把室內(nèi)的熱量“取”出來，釋放到地能中去。由于地源熱泵系統(tǒng)具有不受地下水位影響、高效、環(huán)保、無污染等等優(yōu)點(diǎn)，近幾年來在國內(nèi)得到了迅速發(fā)展。尤其在環(huán)保、節(jié)能的時(shí)代主題下，建設(shè)部相繼出臺(tái)政策鼓勵(lì)熱泵技術(shù)應(yīng)用，地源熱泵成為別墅和高檔次項(xiàng)目的s*選。地源熱泵土壤換熱器一般埋設(shè)在建筑周邊綠地、停車場下，不占有地面空間。但是對于市區(qū)內(nèi)項(xiàng)目，一般土地資源緊張的，沒有足夠的場地埋設(shè)土壤換熱器，這就導(dǎo)致地源熱泵在場地緊張的項(xiàng)目中的應(yīng)用受到限制。基于此我們通過深入開發(fā)、研究，設(shè)計(jì)實(shí)施了國內(nèi)第一個(gè)埋設(shè)于建筑物基礎(chǔ)下的大型、高檔住宅項(xiàng)目――當(dāng)代萬國城地源熱泵工程。

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

    1、工程概況

    當(dāng)代萬國城二期地處東直門東北角，占地面積1公頃，總建筑面積約22萬

    平米，地下室約55000m2。本工程的目標(biāo)是建設(shè)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(xiàn)有的建筑類高科技力量，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(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而滿足一部分人對高品質(zhì)居住、辦公、購物、休閑的要求，在節(jié)約能源的情況下，實(shí)現(xiàn)他們對高品質(zhì)生活的追求。

    2、空調(diào)系統(tǒng)概述

    系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮初投資和運(yùn)行費(fèi)用，采用以地源熱泵為主，燃?xì)忮仩t和冷卻塔作調(diào)峰的復(fù)合式系統(tǒng)。由于地處北京市核心地帶，沒有場地，因此將土壤換熱器設(shè)置在車庫底板下，共計(jì)635組雙U換熱管，埋深100米。本項(xiàng)目的末端系統(tǒng)為頂棚輻射＋新風(fēng)系統(tǒng)；地源熱泵機(jī)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(xiàn)，不足部分采用燃?xì)鉄崴仩t；生活熱水部分通過熱泵機(jī)組熱回收實(shí)現(xiàn)，不足部分通過燃?xì)忮仩t提供。具體見下圖。

工程圖

    3、土壤換熱器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    3.1、土壤換熱器系統(tǒng)介紹

    土壤換熱器系統(tǒng)是由埋設(shè)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(tǒng)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

    水平埋目前在管國內(nèi)還沒有大面積推廣，有效的實(shí)測數(shù)據(jù)也很少，參照國外的參考數(shù)據(jù)，水平埋管每米換熱量取8w/m。本項(xiàng)目z*初設(shè)計(jì)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(tǒng)中所起到的作用可以說是微不足道，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(shù)量為635個(gè)。

    3.2、土壤換熱器的現(xiàn)場測試

    3.2.1、測試目的

    為了使設(shè)計(jì)參數(shù)更加優(yōu)化、合理，在現(xiàn)場采用我們自主開發(fā)的測試儀器對現(xiàn)場進(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(jī)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(jié)合鉆進(jìn)難度，合理安排施工工期。

    3.2.2、測試原理

    該測試簡單模擬地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)夏季制冷的運(yùn)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(nèi)的PE管路相連接，形成閉式環(huán)路，通過儀器內(nèi)的微型循環(huán)水泵驅(qū)動(dòng)環(huán)路內(nèi)的液體不斷循環(huán)，同時(shí)儀器內(nèi)的加熱器不斷加熱環(huán)路中的液體。該閉式環(huán)路內(nèi)的液體不斷循環(huán)，加熱器所產(chǎn)生的熱量就不斷通過換熱孔內(nèi)的換熱管釋放到地下。在閉式環(huán)路內(nèi)的液體循環(huán)的過程中，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，來進(jìn)行分析計(jì)算土壤的熱物性參數(shù)。其原理如下圖：

測試原理圖