浅谈地源热泵系统工程实施中的重要阶段

李井伟

中图分类号：TU29文献标识码： A 文章编号：

摘要：通过具体项目阐述地源热泵系统在实施中应该注意的几个管理阶段，主要说明和分析了设计阶段和施工阶段。

关键字：地源热泵； 设计阶段； 施工阶段； 预控和监督

Abstract: through the specific project expounds the ground source heat pump system in the implementation of the should pay attention to several management stage, this paper analyzes and explains the main stage of design and construction phase.

Key words: the ground source heat pump; Design stage; Construction stage; Precontrol and supervision

0前言

我公司于2011年开发建设了区级的规划展示馆，作为绿色节能建筑，本项目采用了地源热泵系统作为中央空调系统的冷热源。本项目于2011年8月份开始施工，于2012年4月份调试结束，取得完美成功。但在此实施过程中，本人发现其中几个重要管理阶段不能忽视也不能出错，否则将给整个项目带来灾难性的后果，会直接导致到整个项目的不能成功。

1项目概况

本项目总建筑面积15000平方米，建筑层数为地上3层，建筑高度为20米，主要功能为展示馆。功能单一，地处江苏苏州，地貌以山丘为主。其中空调总冷负荷为1580KW，总热负荷为1100KW。

此项目前后共经历了可行性研究阶段，设计阶段，工程招标阶段，工程施工阶段，工程调试阶段，工程验收阶段，工程交付阶段。本人认为以设计阶段，施工阶段最为重要，监督管理不可少，以下将重点阐述并辅以本次项目作为说明。

2设计阶段

在确定项目的功能和技术参数后，作为开发商必须按照规定先请专业地勘设计院对本项目的地质进行勘探，并出具《地源热泵系统地埋管换热器响应试验报告》以作于工程数据提供给建筑设计院进行深化设计。

2.1换热器响应试验报告的意义和内容

由于我国在地源热泵技术的应用方面具有应用规模大、应用范围广的特点，而地埋管换热器的传热性能随着施工地点的地质构造不同而发生很大的变化，因此，必须要采用现场测试法进行地埋管换热器的实地试验研究，为地埋管地源热泵系统的优化设计和可靠运行提供试验数据。

此步骤非常重要，不能忽略和粗心，有些设计研究院为了省钱往往少打井，打浅井，或者减少测试时间，直接提供了不准数据或者估算数据，给开发商带来了增加地埋管数量，设备参数偏大等不合理的增资建设。

其热响应试验应该包括以下3个阶段：

地埋管换热器安装，包括打井、下管及回填施工

试验台的调试和试验开展

试验结果分析和整理

2.2换热器响应试验报告的试验过程与控制

本项目在项目所在地实施完成了3口试验井，垂直深度100米，垂直管换热长度为200米，人工下管，自然返浆回填，孔径180mm，为了减少连接管道的热损失，对水平段的连接管道都使用了壁厚为10mm 的橡塑保温材料。

数据采集系统采用了专业的工控机为控制中心，上位机软件实现数据实时显示、初始值设定、异常报警、数据处理等。其中1号试验井和2号试验井的测试时间为48小时，3号试验井的测试时间为52小时，均满足《地源热泵系统工程技术规范》的要求。

而散热试验是模拟夏天的空调运行工况。在夏天，地源热泵以地下土壤作为冷源，通过埋设的地埋管换热器向地下土壤层散发热量。测量地埋管在夏天的散热功能，就是根据空调运行所对应的冷凝温度，制成一定温度的热水，通过循环水泵使热水在埋设的PE管中以一定的速度流动。热水的温度高于地下土壤的温度，在PE管的流动过程中，向土壤散发热量，温度降低。地埋管的散热试验就是根据循环水在PE地埋管中的流动过程向土壤散发的热量来确定地埋管在散热过程中的传热能力。

为了确保试验结果的准确性，必须控制在试验前对本项目温度传感器和流量传感器进行标定和校正。采用恒温水浴，使用空调和室外空气创造基本稳定的水浴温度。以精度为0.1℃的精密水银温度计为基准，校正的温度区间为0～40℃，覆盖传热试验的整个温度区间。流量传感计的校正包含以下内容：对流量传感器进行标定试验，在保证试验台供水、扬程稳定的情况下，对试验台使用的涡轮流量传感器进行了校正试验。本项目就在校正试验过程中发现流量计的误差偏大，立刻进行更换。

.3 建筑设计的暖通设计方案

根据上面的步骤，专业地勘设计院最终得出结论和意见，对本项目的岩土初始平均温度，综合导热系数，比热容等参数出具具体数值，形成本项目的《地源热泵系统地埋管换热器响应试验报告》并提供给建筑设计院，以便暖通设计工程师提出具体施工方案。

经计算本项目地源热泵夏季散热量远大于冬季吸热量，而且夏季的埋管量也远大于冬季埋管数量，由此带来了土壤热平衡的问题，而且按照夏季的埋管量来设计，将给投资建设带来很大的浪费。经过讨论和论证，为解决以上问题，此项目按照冬季负荷埋管，而夏季则利用单制冷螺杆冷水机组和地源热泵机组组合使用，冷却塔对螺杆冷水机组散热的组合模式以达到节省初步投资，减少用地指标等优点。

施工阶段

地源热泵空调系统是利用浅层地热能资源进行供热和吸热，其地埋管部分是全地下系统，在整个施工系统中占主要部分。其施工单位严谨认真的态度，规范作业的程序是我们控制和管理的必要环节。

3.1地埋管系统施工的特点

地埋管部分施工具有以下特点：隐蔽工程的永久性，地质条件的唯一性，工序作业的紧密性，地埋管材的热塑性，施工条件的重要性。

地源热泵空调系统的主要施工程序均需在地面下操作完成，整个地埋管系统属于永久性的隐蔽工程，每道工序包括钻孔、垂直PE管试验、下管、回灌都必须严把质量关，不允许一点的疏忽大意或失误，否则将返工重做造成无可弥补的损失和遗憾。

每个项目的地理环境与地质条件均有唯一性，施工前针对不同的地质选用不同的钻头和配件，特别是回填料必须选用最佳的热物性的配比。土壤换热器系统多采用PE管，由于PE管是一种热塑性较强的材料，为防止和延缓地埋管材料的老化，地埋管及管件存放时，不得在阳光下暴晒，搬运和运输时要轻。

地埋管系统施工的预控和监督

根据以上特点，必须控制施工单位的施工设备的选择，材料的进场，施工方案的实施。因为此几条直接关系到项目的质量、工期和安全。

本项目选用HDPE管材，管材公称压力不得小于1.6MPA，工作温度在-20℃～50℃范围内，地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍。施工单位需提供：

出厂合格证 检测报告使用的聚乙烯原料级别和牌号

外径及壁厚 生产日期

地埋管系统施工程序主要由钻孔、垂直PE管连接与试验、下管、灌浆、水平沟槽开挖、水平PE管敷设等工序组成。上一道工序完成后，才能进行下一道工序。

作为管理者，必须参与测量放线及管孔定位，见证管道的水压试验，地埋管的整体系统试验等。

本项目中，在测量放线过程中，发现有几个管孔在附近小河区域，笔者立刻进行设计联系及时调整，由设计院重新修改和变更地埋管平面布置图，不能影响施工，影响工期。钻孔管孔的定位误差小于50mm，开钻前必须从头到尾检查一遍设备的完好情况。钻孔完毕后，应尽快将地埋管放入钻孔内，试验合格后将高出地面300mm的管口用管头封死，避免地埋管堵塞。施工前和施工过程中，经常检查钻头直径，确保不小于150mm 。磨损超过5mm时及时补焊，确保钻头直径达到设计要求。

施工方案内，因为本项目中设计埋管深度已达到100米，为保证下管的施工进度，采取人工配合机械下管的方法，利用回转钻机钻杆顶进的方式，克服水的浮力并加快下管的速度。下管时，管内应充满水并保持静压，一是可以增加自重，减少下管过程中的浮力；二是可在下管过程中随时检查管道的严密性和是否有渗漏的情况，及时纠正。

实行全过程施工管理，树立以预防为主，为下道工序服务的质量观念，严格按图施工，执行规范、标准和设计说明的规定，确保质量目标。认真执行自检、互检、专检、汇检。

3.3相关施工内容的验收

地埋管系统安装过程中，应进行现场检验，由专业检测机构来工地现场做实验鉴定，并应提供检验报告。检验包括以下内容：

管材、管件等材料外观检查并应符合国家现行标准和规定；

钻孔、水平埋管的位置、深度以及地埋管的直径、壁厚及长度均应符合设计要求；

回填材料及其配比应符合设计要求；

地埋管换热器、环路集管及连接管水压试验应合格；

各环路流量应满足设计要求；

循环水流量及进出水温差均应符合设计要求；

各项施工记录、试验报告、隐蔽资料齐全。

本人依据此项目，得出最重要的验收是在水压试验，因为其次数和质量是非常重要和必须的，必须一一把关和监督。水压试验具体分为：垂直埋管在第一次试验垂直地埋管插入钻孔前，做一次水压试验；水平埋管放入沟槽前，做一次水压试验；垂直和水平埋管系统与环路集管装配完成后，回填前进行一次水压试验；环路集管与机房分集水器连接完成后，回填前应进行一次水压试验；地埋管系统全部安装完毕后，且冲洗、排气及回填完成后，进行一次水压试验。

也就是说整个项目需要做五次水压试验。

结论

一个地源热泵项目是一个系统项目，系统工程，需要多部门多单位全面配合和实施，要做好一个效益高，质量好，运行正常的项目也是不容易的。通过展示馆这个项目，本人深深体会到以上二个阶段是必须管理和掌握好的，是整个系统工程中的关键，预控与监督是主要手段。