地埋管地源热泵系统在采暖与空调系统工程中的应用

地埋管地源热泵系统在采暖与空调系统工程中的应用

李宏军

(南通华新建工集团有限公司，江苏南通226600)

摘要：结合工程实例，介绍地源热泵系统中地埋管换热系统的深化施工方案、设备采购及供应、安装、培训、调试，竣工验收，品质保修期内的修、配、换服务。对类似工程具有一定的借鉴意义。

关键词：正循环回转钻井；地藕埋管；灌浆回填；调试；节能

中图分类号：TU833+.1文献标志码：A文章编号：1673-7237(2009)04-0051-05

0 引言

地源热泵系统(ground-source heat pump system) 是以岩土、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。

地埋管换热系统(ground heat exchanger system) 是指传热介质通过垂直或水平地埋管换热器与岩

土体(rock-soil body)进行热交换的地热能交换系统，故又称为土壤热交换系统，见图1。

1.工程概况：

江苏省海安县行政中心地处华东地区，海安中心城区，总建筑面积73 000 m2，该工程建筑高度

75 m，分为三区，其中一区为档案馆，空调面积5 141.5m2；二区为会议餐饮楼，空调面积5 139.9 m2；三区为主楼，空调面积48 590.4 m2。本工程采用地埋管换热系统，选用地源热泵机组，利用交换液与土壤热交换，实现了热泵机夏季冷冻水供回水温度为7/12℃；冬季提供空调水供回水温度50/45℃。夏

季地源出水温度为25～30℃，最高不超过35℃；冬季出水温度10～ 15℃，最低不低于7.5℃。设计生活热水，生活热水机组出水温度为50℃。

2.施工部署

本工程地埋管地热泵系统方案设计前，通过对岩土层的结构岩土体热物性、岩土体温度、地下水静水位、水温、水质及分布、地下水径流方向、速度、冻土层厚度等主要技术指标进行分析和地埋管换热系统的安全复核模拟，确定出本工程地源系统夏季的最高出水温度为35℃和冬季最低出水温度为7.5℃。

根据工程勘察结果，评估地埋管热系统实施的可行性及经济性，确定施工方案如下：

采用室外地源换热器共为900孔，设置15个分区，每个分区负责60个地源孔；每个孔井深90 m，井位呈矩形排列，相邻两井间距4 m，总钻井深度约为 81 000 m；水平PE管长度约20 000 m，埋地深度2 m。每个分区设置分、集水器，地源孔与分区分、集水器采用PE阀门连接。整个地源系统埋地部分没有任何金属构、配件。

每个分区通过地源干管与总分、集水器连接，在总分、集水器检修井内设置每个分区的流量平衡阀。根据工程施工进度要求，本工程室外地藕埋管施工与地上室内主机系统、空调末端系统施工同时进行。整个地藕系统设计为分区同程系统，全部采用热融连接。

3.地藕埋管施工

3.1地埋施工原则

(1)由外而内的原则；

(2)由垂直到水平的原则；

(3)由支管到主管的原则。

3.2施工流程(见图2)

图2地理施工流程图

3.3地埋管物资准备

(1)根据施工预算、施工方案和施工进度计划，合理编制材料、机具进场及使用计划，以免现场材料、机具堆放过多；

(2)搭设临时材料堆放、存储仓库，搭设管道预制加工棚；

(3)采用专业供货厂商提供的热熔连接工具、机具、严格按使用说明书操作；

(4)本工程地藕系统采用的高密度聚乙烯HDPE3408 管材，该产品压力等级为1.2 MPa，热导率为

0.46～ 0.57 W/(m·K)。

(5)本工程的主要岩土层为中密粉砂层，其热导率为2.1～2.3 W/(m·K)。为保证回填的密实、低温不龟裂以及回填材料的热导率须大于土壤岩层的热导率，故回填料选用5%的膨润土加95%的细砂混凝土混凝土混合料，其热导率为2.4～2.8 W/(m·K)；

(6)本工程传热介质采用自来水，满足传热介质的必须的安全性、传热性、较低的摩擦阻力且经济适用的技术要求。

3.4材料检验及存储

地埋管及管件应符合设计要求，应用的管材、管件及附件等应有企业质量检验部门的产品合格证及相关检测部门的质量检验报告。

地埋管应采用化学性能稳定性好、耐腐蚀、热导率大、流动阻力小的塑料管材及管件，宜采用聚乙烯管(PE)或聚丁烯(PB)，不宜采用聚氯乙烯(PVC)管。管材、管件及附件应为相同材质。

地埋管质量应符合国家现行标准中的各项规定。管材应标明规格、商标或生产厂名、公称压力以及

生产日期，包装应符合要求、还应标明长度。

管材的公称压力及使用温度应满足设计要求，且管材的公称压力不应＜1.0 MPa，地埋管外径及壁

厚可按《给水用聚乙烯(PE)管材》GB/T13663及《冷热水用聚丁烯(PB)管道系统》GB/T19473.2之规定选用。

管材和管件的外观质量符合下列要求：管件应完整，无缺陷、无变形，合模缝交口应平整，无开裂。管材、管件运输储存应符合以下规定：

(1)管材、管件运输、储存不应损坏外包装，不得暴晒、淋雨。成捆、成箱盘状管材及管件应堆放整齐，对方高度不应＞2 m。支点物应采用木块，宽度≥0.2 m，间距宜<1 m；

(2)管材在运输时应避免尖硬物件划伤刻痕，沾染污物，管材不得用钢丝绳成捆吊装及重压。管材、关键应存放在通风良好、温度不超过40℃的库房内。工地临时堆放场应有防雨、防晒遮盖措施。管材、关键应远离货源，不得与油、酸、碱及易燃等危险品存放在一个库房内；

(3)管道在运输储存过程中不得剧烈撞击、滚、拖、抛、摔。

3.5钻孔施工技术

(1)钻孔前应勘测现场，做好和其他专业(如土建、给排水、消防、电缆等)的交叉与衔接。根据施工钻孔平面图的孔数、行距和面积，进一步核实现场的施工面积以满足打孔要求；

(2)核实无误后，按施工平面图检查定位放线，排水、泥浆倒运工序，合理安排土方、泥浆池、安全通道及堆土场的位置，保持通道畅通无阻；

(3)钻孔就位，要保证钻机钻杆垂直度，防止垂直偏差将已埋管道损坏。钻井机械定位保证水平度偏差≤1%；保证垂直偏差≤0.5%；

(4)在钻孔的两孔之间挖1 400 mm×700 mm×500 mm 泥浆池，位置在地埋管挖沟方向两孔之间，用作钻井机在施工中水循环载体，不至于流到其他地方，保证施工现场的整洁；

(5)根据在其他工程的施工经验，本工程采用正循环回转钻井；

(6)正循环回转钻井的优点：①在地层漏失或对漏失处理无效之后，正循环冲洗液充满钻杆与孔壁之间的外环状空间，液柱本身重量对孔壁产生较高的侧压力，在液柱与地层之间的压力差作用下，泥浆向地层渗透，其黏土颗粒将在孔壁形成一层泥皮，液柱侧压力和泥皮都能有效地加固孔壁，防止孔壁坍塌；

②冲洗液在较高压力作用下，以较高的速度从钻头中呈射流状态喷射孔底，能有效地冲起孔底岩屑；③依靠排水压力，通过管线向孔洞输送冲洗液，管线及其接头部位即使有少量泄漏(这在实际工作难以完全避免)，也不会导致冲洗液循环和钻井过程中断。在地层漏失情况下，冲洗液连续补给，仍可继续钻井；

(7)钻孔过程中安排质量检查员随时检查钻孔的位置，确保钻孔位置的正确性，并做好检查记录工作，如发现偏差超过标准要求，应及时纠正重新进行定位；

(8)钻孔完成后，检查钻孔深度和钻孔的质量并做好隐蔽工程记录报建设单位(监理)验收；

(9)钻孔过程中产生的土方和土方开挖的土壤应集中堆放，并用彩条布覆盖；

(10)在钻孔过程中为避免钻孔塌方，在钻孔过程中灌入泥浆对钻孔的井壁进行泥浆凝固护壁，防止塌孔。

3.6地埋管现场预组装施工技术

(1)地埋U型管宜在现场预组装，管材预组装前应水平堆放在平整的地面上，不应局部受压使管材

变形，堆放高度不宜超过2 m；管件贮存应成箱存放在货架上或码堆在平整平面上，地面上码堆高度不宜超过2 m。HDPE管运至工地采用彩条布覆盖，严禁长时间太阳下暴晒；

(2)HDPE管连接时应注意热熔管头清洁，管材切割时当管径≤de50时，采用旋转切刀；当管径＞

de50 时，采用手工木工锯；

(3)HDPE管在地面连接完成，试压、合格后方可埋管；井回填后再次试压、合格后方可连接水平干管；水平总管连接完试压、合格后方可回填土。总管连接完后进行系统试压；

(4)HDPE管道的连接可采用热熔连接(热熔承插连接、热熔对焊连接)，与金属管道连接应采用法兰连接；

(5)热熔承插连接：热熔承插连接应采用质量可靠的热熔机具，便携式熔接工具适用于Φ≤63 mm管道及系统最后连接，台式熔接机具适用于Φ≥63 mm管道预装备连接。将加热工具加热到熔接温度260±10℃，插口管末端应切割平整，与轴线垂直。用笔在承口和插口上做适当的标记，以利于连接定位。用加热工具的凹模熔化插口管端的外表面，凸模熔化承口的内表面。加热完毕后，迅速移走加热模具，将插口端平直插入承口端，达到连接强度后固定接头，自然冷却至环境温度；

(6)热熔对接：管材外径Φ≥63 mm的HDPE管均可采用热熔对接方式连接，该方法经济可靠，其接头在承拉和承压时都比管材本身具有更高强度。热熔连接温度：200～210℃。使用该方法时，设备仅需热熔对接机，步骤如下：①把待连接管材置于焊机夹具上并夹紧；②清洁管材连接端并铣削连接面；③校直两对接件，使其端面错位量不大于管道壁厚的10%；④放入加热板加热；⑤加热完毕，取出加热板；⑥迅速接合两加热面，升压至熔接压力并保压冷却。

(7)HDPE管连接的注意事项：

①管道连接前应对管材、管件及附属设备、阀门、仪表按设计要求进行核对，并在施工现场进行外观检查，符合要求方准使用。连接时应使用同一生产厂家的管材和管件，如确需将不同厂家(品牌)的管材、管件连接则应经试验证明其可靠后方准使用。每次连接完成后，应进行外观质量检验，不符合要求的必须返工；

②施工人员应进行上岗培训；

③每次施工后，管口应临时封堵；

④当室外温度＜0℃时，塑料地埋管物理力学性能将有所降低，容易造成地埋管的损害，故当室外环境温度＜0℃时，尽量避免地埋管热换器的施工，若赶工期，施工时应采用保护措施或调整施工工艺参数。

3.7下管施工技术

钻孔完成后应立即下管，下管前应对U型管进行试压、冲洗。停留时间越长，孔内的积压现象越严重，管子也就越难放。

在本工程施工中，我们采用预制砼导头下井施工法。预制导头直径略小于钻孔直径，大于4根HDPE 循环管所占位置的直径(预制导头制作后应进行试压试验)。依靠导头的重量和HDPE管内水的重量下井，这样既保证下管的速度又可保证HDPE管能有效地到达地源井底，同时，还能保护HDPE管材在下井过程中免受井壁尖石的刮伤、损坏。一般采用人工下管，下管时必须多人合作，提起管子时不得在地上拖拉，不应形成不自然的弯曲，更不允许产生角度。为避免热桥损失，U型管管间距应严格按设计要求，下管时尽量保持同心度并且管与管不要接触太紧，施工时每隔2～4 m设置固定支卡将U型管分开，以确保垂直地源换热管的相对位置不变，垂直换热管不会贴在一起。

HDPE管下井完成后，须将U型管两个端口密封。

3.8回填施工技术

为确保灌浆回填的质量，本工程在预制混凝土导头下井的同时，灌浆管同时随导头下井，如图3所示。在下井工程中，必须有专人分别拉住灌浆管和4 根HDPE管，当PE管下到井底时，将灌浆管松开，并人为地将灌浆管往下捅，让连接分管的托盘与导头上的拉钩脱离开来，然后应立即采用灌浆管将混合浆灌入钻孔内进行回填封孔，隔离含水层。灌注施工中应保证灌浆的连续性，根据机械灌浆的速度确定灌浆管的提升速度，确保浆体由底部涌上而充满腔内。当上返泥浆与灌注材料的密度相等时表明灌浆工作已

经完成。

采用膨润土回填时，在确认U型管无渗漏后，可用筛选过的≤15 mm×15 mm回填料进行回填，回填料采用网孔≤15 mm×15 mm的漏筛进行过筛，保证回填料内无无碎石及尖利石块、混凝土碎块。竖直地埋管进行回填时应在管道两侧同步回填，水平地埋管在同一沟槽中有双排或多排管道时，管道之间的回填压实应与管道和槽壁之间的回填压实对称进行。各压实面高度不宜超过30 cm。以保证必须将管和孔井之间空隙填实，第一次填完后应多次检查，多次回填。对于管腋等比较难以回填的部位，应采用人工回填，确保回填密实。

回填土应重点做好每层管道上方15～20 cm范围内的回填。管道上方及两侧50 cm范围内，应采用木夯轻轻夯实，严禁采用压实机具直接作用于管道上。

每区下管全部完成后连接到集、分水器，先人工沟槽开挖，将分、集水器置于检查井并与U型管连接，构成完整的闭式环路。分、集水器设置排气和排污装置。埋管区整体回填时，应分层用木夯夯实。整体回填时应将混在其中的尖利石块、混凝土碎块拣出。

4.地埋管换热系统冲洗

为保证地埋管换热系统的可靠运行必须进行系统冲洗，系统冲洗主要在以下几个施工阶段：

①地埋管换热器安装前；

②地埋管换热器与环路集管装配完成后；

③地埋管换热系统全部安装完成后。

5 地埋管换热系统试压

试验压力：当工作压力≤1.0 MPa时，应为工作压力的1.5倍，且不应＜0.6 MPa；当工作压力＞1.0 MPa 时，应为工作压力加0.5 MPa。

水压试验步骤：

(1)竖直地埋管换热器插入钻孔前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压后至少15 min，稳压后压力不应＞3%，且无泄露现象；将其密封后，在有压状态下插入钻孔，完成灌浆之后保压1 h。

(2)水平地埋管换热器放入沟槽前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压后至少15 min，稳压后压力降不应＞3%，且无泄露现象。

(3)竖直或水平地埋管换热器与环路集管装配完成后，回填前应进行第二次水压试验。在试验压力下，稳压至少30 min，稳压后压力降不应＞3%，且无泄露现象；

(4)环路集管与机房分集水器连接完成后，回填前应进行第三次水压试验。在试验压力下，稳压至少2 h，且无泄露现象；

(5)地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗、排气、回填完成后，应进行第四次水压试验。在试验压力下，稳压至少12 h，稳压后压力降不应＞3%。

系统试压不得以气压代替水压试验；水压试验时应采用手动泵缓慢加压，加压过程中应安排专人随时观察与检查线路，不得有渗漏现象。

本工程采用分区设计的施工方法，每个分区设置分、集水器，地源孔与分区分、集水器采用PE阀门连接。整个地源系统埋地部分没有任何金属构、配件。每个分区通过地源干管与总分、集水器连接，在总分、集水器检修井内设置每个分区的流量平衡阀。一旦当地源系统在运行中出现意想不到的故障，可采用反推法即可马上找出出现故障的地源井。出现故障时，先在总分、集水器处通过压力表读数查出故障的地源分区；找到故障地源分区，进入检修井，同样，通过开、关 PE阀，进行压力检测，立即就能查出有故障的地源井，将其对应的PE阀关闭。整个系统的检查、检修无需系统停机。

6 试验和鉴定

自觉主动接受业主、监理单位来工地现场监督试验，并按如下内容提出报告：

(1)全部竖井的位置和深度以及热交换器的长度是否符合设计要求；

(2)回填过程的检验与安装土壤热交换器同步进行；

(3)监督循环管路、循环集管和管线的试压是否按上述要求进行，以保证没有泄漏。

隐蔽工程记录交业主、监理验收，合格后才能进行下一道工序的工作。

按上面的试验和鉴定结果提交报告给业主，并保证将实际竣工情况记录在设计平面图上。

7 地源热泵机组安装

本工程地源热泵机组主机采用集中式，整个工程的冷冻水由机房统一协调输出，主机大小搭配，保

证了在各种情况下的最佳配比，也保证了不同负荷下运行不同的机组和水泵，使机组始终保持在满负荷运行状况，处于最佳工况，使COP值始终维持在最佳值，达到长期运行的最佳节能效果。

8 地源热泵系统运转、调试与验收

地源热泵系统整体运转、调试与验收必须符合 GB50366-2005《地源热泵系统工程技术规范》、 GB50243《通风与空调工程施工质量验收规范》、 GB50274《制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范》。

地源热泵系统交付使用前，应进行整体运转、调试与验收。

整体运转与调试方案报专业监理工程师审核批准后方可实施。

地源热泵系统整体验收需要进行一个相对较长的时间，系统整体验收调试应分冬、夏两季进行，系

统整体验收对地源热泵系的实测性能做出评价，调试完成后应编写调试报告及运行操作规程，并提交业主单位确认后存档。

地源热泵系统运转、调试与验收主要包括以下内容：

(1)系统的压力、温度、流量等各项技术数据应符合有关技术文件的规定；

(2)系统连续运行应达到正常平稳；水泵的压力和水泵电动的电流不应出现大幅的波动；

(3)各种电动计量检测元件和执行机构的工作应正常；满足建筑设备自动化系统对被测定参数进行

检测和控制的要求；

(4)控制和检测设备应能与系统的检测元件和执行机构正常沟通，系统的状态参数应能正确显示，

设备连锁、自动调节、自动保护应能正确运转；

(5)调试报告应包括调试前的准备记录、水力平衡、机组及系统试运转的全部测试数据；

(6)地源热泵系统的冬、夏两季运行测试包括室内空气参数及系统运行能耗测定，系统运行能耗包括所有水源热泵机组、水泵和末端设备的能耗。

9 系统质保

地源热泵中央空调系统，经过科学设计，并按严格的质量标准施工，保障地下部分免维护保用50年，地上部分保用20年。根据建设部第80号令《房屋建筑工程质量保修办法》第七条，认真履行系统保修及售后服务职责。

系统质保期3年，即系统保修期从工程竣工验收开始3年内免费保修。

10 结语

正是因为地源热泵空调系统利用浅层地热能资源进行供热与空调，具有良好的节能、环保、美观、不消耗矿物质的固有特性，近年来在国内得到日益广泛的支持和推广应用，但并不是只要采用了地源热泵

系统，其节能的幅度就能达到理想的状态。同样，和传统的空调系统一样，在系统设计时，必须考虑末端、主机、水泵的部分荷载时的最大运行节能，本项目设计多机头主机，大、小搭配，末端采用电动二通阀控制，水泵配置一套变频泵，整个系统采用台数和变频来满足运行过程中的负荷变化，从而确保系统节能的最大化。本工程地处我国华东沿海地区，作为该地区新兴的施工技术才刚刚开始，本工程的施工无疑为该地区进行类似工程施工积累了丰富的经验。

参考文献：

[1]GB50366-2005地源热泵系统工程技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[2]GB/T19473.2冷热水用聚丁烯(PB)管道系统[S].北京:中国标准出版社,2004.

[3]GB/T13663给水用聚乙烯(PE)管材[S].北京:中国标准出版社,2000.

作者简介：李宏军(1968)，男，江苏海安人，技术经理，一级建造师，工业与民用建筑专业，研究方向为民用建筑节能施工技术(lihongjun- qr@https://www.wendangku.net/doc/40922344.html,)。

地源热泵地埋管施工工艺

地源热泵地埋管施工工艺 地源热泵立埋管的施工包括前期准备、工程钻孔、放管、灌浆、水平横管连接、试压、清洗等内容。具体施工工艺如下： 一、前期准备 1．了解并确定土壤地质条件，确认现场总包单位提供的水、电源等确切位置，便于钻井工作顺利进行。 2．确定该施工区域地下综合管线分布及设置情况，与业主、监理等单位确认，并办好相关手续。 3．平整土地，根据地埋管施工图，用白灰标示具体钻孔位置、水平横沟走向、总管坑槽等位置，业主、监理确认后方可施工。 二、工程钻孔 1．根据工程实际情况，随时填写记录表并及时分析土壤实际状况。 2．钻孔直径不小于150mm。 3．确保钻孔深度。钻孔深度以设计为准，并做好记录。 4．钻孔完毕后，应及时放管并灌浆。 三、地埋立管施工 1．管材采用HDPE高密度聚乙烯材料（SDR11），所有的聚乙烯管都要用专用的热熔设备进行热熔连接。必须根据生产厂家的说明进行施工。 2．在施工前应对PE管道（卷材）用自来水进行检漏，试压压力根据设计确定，确保所用管道及所熔U型弯完好无损。 3．管道拉直。 4．根据钻孔深度确定立埋管的长度，一般由供货商提供设计长度的卷形管材，孔中管材不得有接头。 5．管内充注氮气，并在气口上加压力表，确保管内压力达到设计的实验压力，最小不低于8Kgf/cm2。具体实验压力应根据埋管深度和室内层高确定。 6．管道检漏。把“U”形管底部浸入水中应无气泡冒出；或用肥皂水涂于连接处，仔细检查应无气泡。保压4小时，压力应无明显变化。 7．检漏完毕后，剪掉气头，放掉管内气体（注意：高压气体在管中保留的时间不宜过长），管内加满水。

9．填写试压验收记录。 10．把捡漏后的U型管子逐渐放入钻好的孔内，放入时，严禁突然放手，否则管子浮起后难以再放入。 11．放好埋管、灌浆前，应固定埋管，并在孔和管子 之间的缝隙放入一些细黄沙并用石块等固定管口。 12．严格作好到管口临时封闭。记录埋管前端编号及尾 端编号，确保立管深度与孔深相当。 四、灌浆 1．钻孔结束，放好立埋管后，即开始灌浆。 2．灌浆应采用专用设备（灌浆泵），通过绑扎好的灌浆管进行。 3．确保根据灌浆速度，同时提升上拔灌浆管。 4．在浆液涌出地面后停止灌浆，并拔出灌浆管，用石块等固定管口。 5．浆液膨胀凝固需24小时，此前严禁进入下一步施工。 五、地埋横管施工 1．根据图纸及现场要求备料。管道连接同样需用原厂提供专用热熔器对管路进行熔接焊接。 2．立埋管施工完成后，根据设计开挖横埋管沟槽，深度大于1.5米（具体按设计要求）。沟槽与立管交叉处应特别注意立管保护不受破坏。管沟内填充至少200mm厚度的细黄沙，且确保周围200mm范围内无石头及金属硬物。 3．管道连接前应确保管道内壁及接口清洁。 4．待所有接口都熔接好后，整个地埋管系统要充氮气检漏，试验压力与立埋管实验压力一致。在接口处涂肥皂水，检查是否有气泡，保压4小时应无明显压力变化。 5．系统检漏合格后，系统排气、注水。注水时，从回路的一端注水，另一端排气，切忌两端同时注水。 6．横埋管出土至进户之间的管道应保温，且做防水保护外壳。穿墙应按规范设置穿墙套管。 六、回填 1．系统试压合格，确认无漏后，才可以回填土壤。

地埋管地源热泵系统和锅炉的使用对比分析

地埋管地源热泵系统和燃气锅炉（燃气热水机组）在天津及北方地区的冬季使用对比分析 北方地区大型建筑设计在冬季供热方式上的选型取决于：1、初投资2、建筑的绿色LEED认证机构认可；3、可靠性；4、稳定性；5、运行费用；6、维护容易。 尽管有很多方式可用来提供冬季供热，但是北方地区超大建筑一般选择水源热泵空调和燃气锅炉这两种供热模式。 下面就这两种供热形式在这几个方面做出分析。 一、选型 1、水源热泵空调 1.1概述 水源热泵空调基于节能的理念被设计和使用，其实是夏季能供冷、冬季能供热的特殊制冷机，主要适用于有自然江河湖泊的温热带地区，取水口在江河湖泊的深处，受环境温度影响小，制冷制冷效果好，实现节能减排。地埋管热泵是水源热泵的拓展使用，分为地埋管地源热泵，土壤源热泵、大地耦合式热泵 ①竖直埋管式地源热泵，见图3； ②水平埋管式地源热泵； ③竖直埋管＋水平埋管式地源热泵。 图1 地下水地源热泵图2 湖水源热泵图3 地埋管地源热泵 1.2工作原理

地下水源热泵因地下水位不稳定、沉降问题以及回灌井问题，越来越被限制使用。而地埋管热泵越来越得到推广和使用，其工作原理为： 地埋管热泵是地下水热泵在中国地区使用的一个创新，在许多间距为5～8m，深度约为100m～300m左右的井孔中埋入∮32mm的PE管（竖直埋管式）；PE管与机房中的设备相连接，循环水经PE管系统与地层岩土的热交换实行夏供冷、冬供热。理想状态下，夏季供冷时，地源水做为热泵机组的冷却水进出冷凝器，把冷凝热带回地下的PE管换热器中的循环水，使之与PE管周围的土壤进行热交换，实现冷却塔的散热功能。因为不受室外温湿度影响，夏季制冷效果良好。冬季供热时，地源水则做为热泵机组的热源水进出蒸发器，由于放出热量而降低了温度的地源水又回到地下PE管换热器中，并使之与PE管周围的土壤进行热交换，因受地面环境温度影响少，热泵机组的冷凝器会产出45℃～60℃的热水进行供热。 1.3容易出现问题 因地埋管热泵的环保性和节能性，在很多项目上得到推广和使用。然而，由于地埋管系统采用地耦井铺设循环水管路，存在以下工程隐患： 1）施工人员的技术水平与新国标《地源热泵系统工程技术规范》的规定相差甚远，基本只是简单地打压检漏。在使用过程中地耦井内的PE管一旦破裂，地层泥沙渗进来，影响系统使用。维修地耦井中的PE管，成本非常高昂。 2）设计方和建设方对于地耦井铺设区域地质结构和热平衡问题缺乏专业的技术支持，简单划片施工，在施工过程中因地质问题地耦井经常无法按设计间距施工，地耦井内PE管散热效果会受到影响。 3）缺乏有效的施工管理措施也决定了地埋管施工是否能够达到设计标准。 4）在地埋管系统使用过程中，PE管内循环水厌氧菌和厌光菌的存在会产生管内生物污垢膜，影响换热效果（肉眼观察，白色的PE管逐渐变黑）。热泵使用效果逐年衰减已经是不争的事实。 5）地埋管热泵系统要求夏季向土壤中散热与冬季从土壤中吸热达到平衡，才能不影响土壤的热平衡。这就要求在热泵使用过程中，控制冬季和夏季的使用时间基本持平。 6）地埋管热泵系统对于用户侧循环水流量要求非常严格，任何微量增大或减少都需经过生产厂家和设计单位详细计算才能实行，在天津地区出现过很多因

最新地埋管地源热泵的技术集成

地埋管地源热泵的技 术集成

地埋管地源热泵的技术集成 地埋管地源热泵空调系统是以大地为冷源（或热源），通过中间介质作为热载体在埋设于大地中的封闭环路中循环流动，从而实现与大地进行热量交换的目的，并进而通过热泵实现对建筑物的空调。地源热泵可克服空气源热泵冬季天气越冷供热量越小的技术障碍，且效率大大提高。地源热泵空调系统与传统空调系统相比具有节能、运行费用低的优点，是实现可持续发展的绿色建筑的有效技术之一。 近年来我国对地源热泵技术的研究与应用已成为建筑空调领域的一个热点，而且已相继建设了一批地埋管地源热泵的工程。在消化吸收国外先进技术的基础上，中国的研究人员和工程技术人员近年来在地源热泵的研究和应用方面都进行了不懈的努力。其中，山东建筑大学地源热泵研究所在消化吸收国外先进技术的基础上，坚持基础理论的研究创新和工程技术的开发应用并举的方针，在地源热泵领域不断探索，得到了国内外同行的认可[1，2]。山东建筑大学完成的山东省重点科技攻关项目“地热综合利用关键技术”在地源热泵空调技术的理论基础、应用技术和工程应用三个方面都取得重要成果；于2001年在山东建筑大学建成我国最早的地埋管地源热泵示范工程之一，并投入实际使用，此后又进一步承担了多个地源热泵工程的设计施工任务，为在我国推广应用这一新技术积累了宝贵的经验。2004年该成果获山东省科技进步二等奖。近年来，山东建筑大学地源热泵研究所和山东方亚地源热泵空调技术有限公司、山东中瑞新能源技术有限公司一起致力于推广地源热泵供热空调技术，

在省内外建成了一批公共建筑、住宅和工业建筑的地源热泵示范工程，包括济南市西区建设工程指挥部办公楼（2005）、 北京山水文园小区（2007）、瑞典SKF公司济南厂区（2011）、山东济宁医学院校区（2011）等，取得了突出的节能和环保效果。 本文小结了山东建筑大学地源热泵研究所在地埋管地源热泵技术研发方面的主要成果。 1. 地热换热器传热理论 地热换热器设计是否合理决定着地源热泵系统的经济性和运行的可靠性。由于地下传热的复杂性，地热换热器传热模型的研究一直是地源热泵空调系统的技术难点和应用基础。 地热换热器设计的基本目标是要保证在系统整个运行期内，循环液的温度保持在限定的范围内，以保证系统的性能达到设计要求。对于地热换热器，其整个传热过程是一个复杂的、非稳态的传热过程，所涉及的时间尺度很长，空间区域很大。因此在工程实际应用的模型中通常都以钻孔壁为界，把所涉及的空间区域划分为钻孔以外的岩土部分和钻孔内部两部分，采用不同的简化假定分别进行分析。现有的设计手册和教科书中只能推荐以一维的线热源或圆柱模型为基础的半经验公式。在我们近年来的研究中，在前人研究成果的基础上，在地埋管换热器的传热理论方面较欧洲和美国的模型有重要的创新，在地埋管换热器的传热分析中提出了基于系列解析解和叠加原理的方法，在国际上首次求得了多个关于地埋管换热器传热问题的重要解析解：半无限大介质中竖直和倾斜的有限长线热源非稳态导热的解析解[3-5]；提出了钻孔内传热的准三维

《地源热泵系统工程技术规范》设计要点解析.doc

《地源热泵系统工程技术规范》设计要点解析 摘要：本文针对不同地源热泵系统的特点，结合《规范》条文，对地源热泵系统设计特点、方法及要点进行了深入分析，为地源热泵系统的设计提供指导。 关键词：地源热泵系统、设计要点、系统优化 1 前言 实施可持续发展能源战略已成为新时期我国能源发展的基本方针，可再生能源在建筑中的应用是建筑节能工作的重要组成部分。2006年1月1日《可再生能源法》正式实施，地源热泵系统作为可再生能源应用的主要途径之一，同时也是最利于与太阳能供热系统相结合的系统形式，近年来在国内得到了日益广泛的应用。地源热泵系统利用浅层地热能资源进行供热与空调，具有良好的节能与环境效益，但由于缺乏相应规范的约束，地源热泵系统的推广呈现出很大盲目性，许多项目在没有对当地资源状况进行充分评估的条件下就匆匆上马，造成了地源热泵系统工作不正常，为规范地源热泵系统的设计、施工及验收，确保地源热泵系统安全可靠的运行，更好的发挥其节能效益，由中国建筑科学研究院主编，会同13个单位共同编制了《地源热泵系统工程技术规范》（以下简称规范）。该规范现已颁布，并于2006年1月1日起实施。 由于地源热泵系统的特殊性，其设计方法是其关键与难点，也是业内人士普遍关注的问题，同时也是国外热点课题，在新颁布的《规范》中首次对其设计方法提出了具体要求。为了加深对规范条文的理解，本文对其部分要点内容进行解析。 2 《规范》的适用范围及地源热泵系统的定义 2.1 《规范》的适用范围 该《规范》适用于以岩土体、地下水、地表水为低温热源，以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质，采用蒸气压缩热泵技术进行供热、空调或加热生活热水的系统工程的设计、施工及验收。它包括以下两方面的含义： （1）“以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质”，意旨不适用于直接膨胀热泵系统，即直接将蒸发器或冷凝器埋入地下的一种热泵系统。该系统目前在北美地区别墅或小型商用建筑中应用，它优点是成孔直径小，效率高，也可避免使用防冻剂；但制冷剂泄漏危险性较大，仅适于小规模应用。 （2）“采用蒸气压缩热泵技术进行……”意旨不包括吸收式热泵。 2.2 地源热泵系统的定义 地源热泵系统根据地热能交换系统形式的不同，分为地埋管地源热泵系统（简称地埋管系

地埋管地源热泵系统在采暖与空调系统工程中的应用

地埋管地源热泵系统在采暖与空调系统工程中的应用 李宏军 (南通华新建工集团有限公司，江苏南通226600) 摘要：结合工程实例，介绍地源热泵系统中地埋管换热系统的深化施工方案、设备采购及供应、安装、培训、调试，竣工验收，品质保修期内的修、配、换服务。对类似工程具有一定的借鉴意义。 关键词：正循环回转钻井；地藕埋管；灌浆回填；调试；节能 中图分类号：TU833+.1文献标志码：A文章编号：1673-7237(2009)04-0051-05 0 引言 地源热泵系统(ground-source heat pump system) 是以岩土、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。 地埋管换热系统(ground heat exchanger system) 是指传热介质通过垂直或水平地埋管换热器与岩 土体(rock-soil body)进行热交换的地热能交换系统，故又称为土壤热交换系统，见图1。 1.工程概况： 江苏省海安县行政中心地处华东地区，海安中心城区，总建筑面积73 000 m2，该工程建筑高度 75 m，分为三区，其中一区为档案馆，空调面积5 141.5m2；二区为会议餐饮楼，空调面积5 139.9 m2；三区为主楼，空调面积48 590.4 m2。本工程采用地埋管换热系统，选用地源热泵机组，利用交换液与土壤热交换，实现了热泵机夏季冷冻水供回水温度为7/12℃；冬季提供空调水供回水温度50/45℃。夏

季地源出水温度为25～30℃，最高不超过35℃；冬季出水温度10～ 15℃，最低不低于7.5℃。设计生活热水，生活热水机组出水温度为50℃。 2.施工部署 本工程地埋管地热泵系统方案设计前，通过对岩土层的结构岩土体热物性、岩土体温度、地下水静水位、水温、水质及分布、地下水径流方向、速度、冻土层厚度等主要技术指标进行分析和地埋管换热系统的安全复核模拟，确定出本工程地源系统夏季的最高出水温度为35℃和冬季最低出水温度为7.5℃。 根据工程勘察结果，评估地埋管热系统实施的可行性及经济性，确定施工方案如下： 采用室外地源换热器共为900孔，设置15个分区，每个分区负责60个地源孔；每个孔井深90 m，井位呈矩形排列，相邻两井间距4 m，总钻井深度约为 81 000 m；水平PE管长度约20 000 m，埋地深度2 m。每个分区设置分、集水器，地源孔与分区分、集水器采用PE阀门连接。整个地源系统埋地部分没有任何金属构、配件。 每个分区通过地源干管与总分、集水器连接，在总分、集水器检修井内设置每个分区的流量平衡阀。根据工程施工进度要求，本工程室外地藕埋管施工与地上室内主机系统、空调末端系统施工同时进行。整个地藕系统设计为分区同程系统，全部采用热融连接。 3.地藕埋管施工 3.1地埋施工原则 (1)由外而内的原则； (2)由垂直到水平的原则； (3)由支管到主管的原则。 3.2施工流程(见图2)

地源热泵的应用领域与限制

地埋管地源热泵系统的优点和应用限制 利用地源热泵技术可以为建筑物提供冷量和热量，达到降温和供暖的目的。它的效益表现在以下几个方面。 （1）地源热泵利用清洁的电能实现供热和空调，废除了污染严重的中小型燃煤锅炉。在大型的火电厂中，由于便于采用先进技术，不但能源的利用率提高，而且可以做到对有害气体进行严格集中处理，使SO2, NO X的排放量大大减少，有效改善城市中的大气环境。 （2）地源热泵利用的能量是地壳浅层（200m以内）蓄存的热量，是一种可再生能源。夏季热泵将室内多余的热量释放给地下岩层蓄存起来，冬季再将其从地下抽取出来送到室内。这样，热泵进一步充分利用了地下岩土作为蓄热体，能量循环利用，是一种可持续发展的建筑供热空调新技术。 （3）机组效率高，节省运行费用。地下岩土的温度全年比较恒定，在夏季地下岩土温度比室外环境空气温度低，因此是热泵很好的冷源。在冬季，地下岩土的温度远高于室外大气温度，地源热泵的性能系数可高达4.0；也就是消耗1kWh的电能可以得到4kWh的供热量。采用地源热泵供暖的费用约为采用电锅炉供暖的1/3。与空气热源热泵及其它传统空调方式比较，地源热泵的效率要高20%～50%。 （4）传统的空调系统通常需分别设置冷源（制冷机）和热源（锅炉）。地源热泵既可供冷，又可供暖，一机多用，节约设备用房。采用地源热泵供热和供冷，一套系统代替了原来的锅炉和空调两套系统，夏季也省去冷却塔；热泵机组同时还可提供家用热水。因此一机多用，节省了建筑空间及设备的初投资。 （5）有效地降低了电网在夏季和冬季因建筑空调和（南方）采暖的用电高峰负荷。 （6）由于可以取消建筑空调系统的锅炉和冷却塔，有利于美化建筑的外观和环境。 地埋管地源热泵系统的效率比空气源热泵高，而且不受地下水和地表水资源的限制，只需占用一定的埋管区域，对环境无污染，充分利用可再生能源，因此是一项值得大力推广的新技术。应用地埋管地源热泵技术也有它的限制条件。主要是： （1）与传统的锅炉＋冷水机组的供热空调系统相比，或与空气源热泵系统相比，地埋管地源热泵系统的初投资稍高，在发达国家尤其是如此。这主要是因为设置地埋管换热器增加了初投资，特别是人工费用；而且埋管的费用与地质条件有关，在岩石或其他复杂地层中钻孔的费用较高。在我国由于劳动力成本大大低于发达国家，再加上近年来充分的市场竞争，地埋管的施工成本已大大下降，地埋管地源热泵系统与变频多联机（空气源热泵）的成本已基本相当或略低。此外，各级政府对应用地源热泵实行了多种优惠政策，也进一步提高了地源热泵系统的经济性。 （2）设置地埋管换热器需要一定的土地。在华北地区竖直埋管换热器的需要的土地面积约为建筑供热空调面积的10－15％。虽然这些土地在埋设地埋管换热器后仍可用作绿化、停车场或运动场等，但在建筑高度密集的城镇，埋管占地的因素仍成为应用地埋管地源热泵技术的主要制约条件。我国的工程技术人员为解决地源热泵系统用地紧张的困难，开发了许多独特的技术，特别是在地下车库的下面埋管的技术和在建筑桩基中埋管的技术。 （3）地源热泵系统对系统全年冷热负荷的平衡有一定的要求。在地埋管地源热泵系统中地下岩土在全年起到蓄热器的作用，对热量夏蓄冬供。但在北方严寒地区，冬季供热的负荷和时间远大于夏季空调的负荷和时间，系统多年运行以后地下的平均温度将逐年降低，影响系统的性能甚至使系统失效。在南方则相反，夏季空调负荷占主导地位，地下的平均温度将逐年升高，同样影响系统的性能。在冬冷夏热的华北地区对供热和空调都有较高的需求，地埋管换热器中全年的冷热负荷比较平衡，具有推广应用地源热泵技术的理想气候条件。对于地下全年冷热负荷不平衡的情况可采用地源热泵复合系统。 应用地源热泵技术的注意事项 由于地埋管地源热泵技术应用于建筑供热和空调时具有节能高效的特点，且对环境友好，特别是不影响地下水资源，因此近年来得到政府的大力提倡，应用规模日益扩大。由于这种供热空调系统在中国还属

地源热泵如何选择地埋管管径

地源热泵如何选择地埋管管径 1) U形管型是在钻孔的管井内安装U形管，一般管井直径为100~159mm，井深10~200m。U形管径一般在φ50mm以下(主要是流量不宜过大所限)，由于施工简单；换热性能较好，承压高，管路接头少，不易泄漏等原因，目前应用最多。如美国加州斯托克斯大学供应了48万m2空调建筑的地源热泵系统，有390个深度超过120m 的地下埋管，据介绍，采用这种地源热泵系统较常规空调每年可节约各种费用45.5万美元，其中能量费用33万美元，节电25％，节约燃料费70％。 国外有的工程把U形管捆扎在桩基的钢筋网架上，然后浇灌混凝土，不占用地面。如瑞士某工厂地源热泵系统从600个桩基中吸收热量或冷量，用于2万平方米建筑物的供暖和制冷。 2) 套管武换热器的外管直径一般为100~200mm,内管为φ15~φ25mm。由于增大了管外壁与岩土的换热面积，因此其单位井深的换热量高，根据试验结果，其换热效率较U形管提高16.7％。其缺点是套管直径及钻孔直径较大，下管比较固难，初投资比U形管高。在套管端部与内管进。出水连接处不好处理，易泄漏，因此适用于深度≤30m的竖埋直管，对中埋采用此种形式宜慎重。为防止漏水，套管端部封头部分宜由工厂加工制作，现场安装，以保证严密性。3) 单管型在国外常称为“热井”，它主要用于地下水做热源的热泵系统，一般来讲该种型式投资较少。其安装方法是地下水位以上用钢套管作为护套，直径和孔径一致，典型孔径为150mm。地下水位以

下为自然孔洞，不加任何设施。孔洞中有一根出水管为热泵机组供水，回水自然排放或回到管井内。这种方式受地下水资源、国家有关政策及法规限制大。

地源热泵地埋管计算方法

?地源热泵地埋管计算方法 地埋部分设计 （一）管材选择及流体介质 一、管材 一般来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性。 1、聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）在国外地源热泵系统中得到了广泛应用。 2、PVC（聚氯乙烯）管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用PVC 管。 3、为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用薄壁（0.5mm）的不锈钢钢管，但目前实际应用不多。 4、管件公称压力不得小于1.0Mpa，工作温度应在-20℃～50℃围。 5、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择。 6、地埋管应能按设计要求长度成捆供应，中间不得有机械接口及金属接头。 二、连接 1、热熔联接（承接联接和对接联接，对于小管径常采用）

2、电熔联结 三、流体介质及回填料 流体介质 南方地区：由于地温高，冬季地下埋管进水温度在0℃以上，因此多采用水作为工作流体； 北方地区：冬季地温低，地下埋管进水温度一般均低于0℃，因此一般均需使用防冻液。 （①盐类溶液--氯化钙和氯化钠水溶液；②乙二醇水溶液；③酒精水溶液等）。 埋管水温： 1、热泵机组夏季向末端系统供冷水，设计供回水温度为7-12℃，与普通冷水机组相同。地埋管中循环水进入U管的最高温度应<37℃，与冷却塔进水温度相同。 2、热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同，在满足供热条件下，应尽量减低供热水温度，这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提高cop值，并降低能耗。地埋管中循环水冬季进水温度，以水不冻结并留安全余地为好，可取3-4℃。当然为了使地埋管换热器获得更多热量，可加大循环水与间温差传热，然而的温度是不变的，因此只有将循环水温降至0℃以下，为此循环水必须使用防冻液，如乙二醇溶液或食盐水。但这样会提高工程造价、增加对设备的腐蚀。在严寒地区不得不这样做，而在华北地区的工程中用水就可满足要求，不一定要加防冻液。 地温是恒定值，可通过测井实测。有关资料介绍某地地下约100米的地温是当地年平均气温加4℃左右。天津市年平均气温是12.2℃，实测天津市地下约100米的地温约为16℃，基本符合以上规律。

地埋管地源热泵系统和锅炉的使用对比分析讲解学习

地埋管地源热泵系统和燃气锅炉（燃气热水机组） 在天津及北方地区的冬季使用对比分析 北方地区大型建筑设计在冬季供热方式上的选型取决于：1、初投资2、建筑的绿色LEED认证机构认可；3、可靠性；4、稳定性；5、运行费用；6维护容易。 尽管有很多方式可用来提供冬季供热，但是北方地区超大建筑一般选择水源热泵空调和燃气锅炉这两种供热模式。 下面就这两种供热形式在这几个方面做出分析。 一、选型 1、水源热泵空调 1.1概述 水源热泵空调基于节能的理念被设计和使用，其实是夏季能供冷、冬季能供热的特殊制冷机，主要适用于有自然江河湖泊的温热带地区，取水口在江河湖泊的深处，受环境温度影响小，制冷制冷效果好，实现节能减排。地埋管热泵是 水源热泵的拓展使用，分为地埋管地源热泵，土壤源热泵、大地耦合式热泵 ①竖直埋管式地源热泵，见图3； ②水平埋管式地源热泵； ③竖直埋管+水平埋管式地源热泵。 图1地下水地源热泵图2湖水源热泵图3地埋管地源热泵 1.2工作原理

地下水源热泵因地下水位不稳定、沉降问题以及回灌井问题，越来越被限制使用。而地埋管热泵越来越得到推广和使用，其工作原理为： 地埋管热泵是地下水热泵在中国地区使用的一个创新，在许多间距为5?8m深度约为100m?300m左右的井孔中埋入为32mm B勺PE管（竖直埋管式）；PE管与机房中的设备相连接，循环水经PE管系统与地层岩土的热交换实行夏供冷、冬供热。理想状态下，夏季供冷时，地源水做为热泵机组的冷却水进出冷凝器，把冷凝热带回地下的PE管换热器中的循环水，使之与PE管周围的土壤进行热交换，实现冷却塔的散热功能。因为不受室外温湿度影响，夏季制冷效果良好。冬季供热时，地源水则做为热泵机组的热源水进出蒸发器，由于放出热量而降低了温度的地源水又回到地下PE管换热器中，并使之与PE管周围的土壤进行热交换，因受地面环境温度影响少，热泵机组的冷凝器会产出45C?60C的热水进 行供热。 1.3容易出现问题 因地埋管热泵的环保性和节能性，在很多项目上得到推广和使用。然而，由于地埋管系统采用地耦井铺设循环水管路，存在以下工程隐患： 1）施工人员的技术水平与新国标《地源热泵系统工程技术规范》的规定相 差甚远，基本只是简单地打压检漏。在使用过程中地耦井内的PE管一旦破裂， 地层泥沙渗进来，影响系统使用。维修地耦井中的PE管，成本非常高昂。 2）设计方和建设方对于地耦井铺设区域地质结构和热平衡问题缺乏专业的技术支持，简单划片施工，在施工过程中因地质问题地耦井经常无法按设计间距施工，地耦井内PE管散热效果会受到影响。 3）缺乏有效的施工管理措施也决定了地埋管施工是否能够达到设计标准。 4）在地埋管系统使用过程中，PE管内循环水厌氧菌和厌光菌的存在会产生管内生物污垢膜，影响换热效果（肉眼观察，白色的PE管逐渐变黑）。热泵使用效果逐年衰减已经是不争的事实。 5）地埋管热泵系统要求夏季向土壤中散热与冬季从土壤中吸热达到平衡, 才能不影响土壤的热平衡。这就要求在热泵使用过程中，控制冬季和夏季的使用时间基本持平。 6）地埋管热泵系统对于用户侧循环水流量要求非常严格，任何微量增大或 减少都需经过生产厂家和设计单位详细计算才能实行，在天津地区出现过很多因

地源热泵空调地埋管换热系统施工方案陕西二建继续教育

地源热泵空调地埋管换热系统施工方案班级：2019年度二级建造师增项专业继续教育学习班(不限专业-增项)考试时长：15分钟，总分：10分，合格分数：6分 考试说明：考试时间(15分钟),未超过2分钟请不要交卷 单选题：(共4题，每题1分) 1、竖直地埋管系统按埋深深度不同分为浅埋、中埋和（） A .深埋 B .不埋 C .空埋 D .超浅埋 2、地源热泵常见的分类有地埋管地源热泵、地下水地源热泵和（） A .空气地源热泵 B .地上水地源热泵 C .地表水地源热泵 D .土壤地源热泵 3、环路集管与机房分集水器连接完成后，回填前应进行第三次水压试验。试验压力下，稳压至少2小时，且无（）现象。 A .停工 B .泄漏 C .堵塞 D .爆管 4、地埋系统整个施工过程历经（）次水压试验，这些水压试验宜采用手动泵缓慢升压，不得以气压试验代替水压试验 A .1 B .2

C .3 D .4 多选题：(共3题，每题1分) 5.地源热泵的基本组成为（） A .室外地能换热系统 B .地源热泵机组 C .室内末端系统 D .制冷机 6.水平埋管系统安装形式有（） A .单管 B .双管 C .二层双管、二层四管、二层六管 D .水平螺旋管 7.桩基地埋管系统的分类有（） A .单U型 B .W型 C .并联双U型 D .螺旋型 判断题：(共3题，每题1分) 8.地源热泵的基本原理：利用浅层地热，包括土壤、地下水、地表水等天然热能源作为冬季热源和夏季热源，然后再由热泵机组向建筑物供冷供热的系统。 对 错 9.地下水流丰富的地区，为保持地下水的流动性，增强对流换热效果，不宜采用水泥基料灌浆。

地源热泵地埋管计算方法[1]

地源地埋部分设计 （一）管材选择及流体介质 一、管材 一般来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性。 1、聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）在国外地源热泵系统中得到了广泛应用。 2、PVC（聚氯乙烯）管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用PVC 管。 3、为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用薄壁（0.5mm）的不锈钢钢管，但目前实际应用不多。 4、管件公称压力不得小于1.0Mpa，工作温度应在-20℃～50℃范围内。 5、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择。 6、地埋管应能按设计要求长度成捆供应，中间不得有机械接口及金 属接头。 二、连接 1、热熔联接（承接联接和对接联接，对于小管径常采用） 2、电熔联结 三、流体介质及回填料 流体介质 南方地区：由于地温高，冬季地下埋管进水温度在0℃以上，因此多采用水作为工作流体； 北方地区：冬季地温低，地下埋管进水温度一般均低于0℃，因此一般均需使用防冻液。 （①盐类溶液——氯化钙和氯化钠水溶液；②乙二醇水溶液；③酒精 水溶液等）。 埋管水温： 1、热泵机组夏季向末端系统供冷水，设计供回水温度为7—12℃，与 普通冷水机组相同。地埋管中循环水进入U管的最高温度应<37℃，与冷却塔进水温度相同。

2、热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同，在满足供热 条件下，应尽量减低供热水温度，这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提高cop值，并降低能耗。地埋管中循环水冬季进水温度，以水不冻结并留安全余地为好，可取3—4℃。当然为了使地埋管换热器获得更多热量，可加大循环水与大地间温差传热，然而大地的温度是不变的，因此只有将循环水温降至0℃以下，为此循环水必须使用防冻液，如乙二醇溶液或食盐水。但这样会提高工程造价、增加对设备的腐蚀。在严寒地区不得不这样做，而在华北地区的工程中用水就可满足要求，不一定要加防冻液。 地温是恒定值，可通过测井实测。有关资料介绍某地地下约100米的地温是当地年平均气温加4℃左右。天津市年平均气温是12.2℃，实测天津市地下约100米的地温约为16℃，基本符合以上规律。 回填材料 可以选用浇铸混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料选择要 兼顾工程造价、传热性能、施工方便等因素。从实际测试比较浇 铸混凝土换热性能最好，但造价高、施工难度大，但可结合建筑 物桩基一起施工。回填沙石或碎石换热效果比较好，而且施工容 易、造价低，可广泛采用。 （二）埋管系统环路 一、埋管方式 1、水平埋管 水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管等形式，由于多层埋管的下层管处于一个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。（单层管最佳深度1.2～2.0m，双层管1.6～2.4m） 近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，一种是扁平曲线状管，另一种是螺旋状管。它们的优点是使地沟长度缩短，而可埋设的管子长度增加。 2 、垂直埋管 根据埋管形式的不同，一般有单U 形管，双U 形管，套管式管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，立式柱状管、蜘蛛状管等形式；按埋设深度不同分为浅埋（≤30m）、中埋（31～80m）和深埋（>80m）。 1）U 形管型：是在钻孔的管井内安装U 形管，一般管井直径为100～150mm，井深10~200m，U 形管径一般在φ50mm 以下。

地埋管系统介绍

地埋管系统介绍 2014.9.13

1.地源热泵的概念 地源热泵的名称最早出现在1912 年瑞士的一份专利文献中，但真正意义的商业应用也就十几年的历史，但发展相当迅速。如美国，截止1985 年全国共有14,000 套地源热泵，而1997 年就安装了45,000套，到目前为止已安装了400,000 套，而且每年以10 ％的速度稳步增长。1998 年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19 ％，其中新建筑中占30 ％。中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，采用地下埋管（埋深< 400 米 深）的地源热泵，用于室内地板辐射采暖或提供生活热水。据1999 年的统计，家用供热装置中，地源热泵所占比例较高，瑞士为96 ％，奥地利为38 ％，丹麦为27 ％。同时，中、北欧海水源热泵的研究和应用也比较多。 在我国，地源热泵的应用起步较晚，但发展潜力十分巨大。一方面，随着城市环境问题的日益重视和能源结构的调整，北方地区新建小区一般不能使用燃煤锅炉房供热，以何种方式解决这些新建小区的供热问题成为目前住宅建设中的大问题。另一方面，近年来我国住宅空调安装率迅速增长。上海居民住宅空调拥有率已超过60 ％，北京也达到34 ％，城镇居民住宅平均拥有率已达20 ％，并且目前家庭拥有率仍在飞速增长。借鉴发达国家的经验，采用地源热泵方式可能成为满足这种要求的最佳方式。 地源热泵的在中国的发展趋势 近年来，在国家科技部、国家环保总局、国家质监局等五部委的大力支持推荐下，地源热泵技术受到了广泛的关注和重视，地源热泵中央空调已经在一些国家机关、部分企业和建筑物上开始广泛推广使用，显示出了广阔巨大的应用前景。目前，中国的地源热泵市场日趋活跃，逐渐成为了21 世纪最有效、最具影响、最有竞争力的空调技术。较少的初期投资我国的城市建设步伐正在加快，每年

地埋管地源热泵系统的热平衡

地埋管地源热泵系统的热平衡 地埋管地源热泵(ground-coupled heat pump)系统的研究和项目实施是我国地源热泵(ground source heat pump)系统三种形式中开始最晚的一种, 其造价和运行费用相对也较地下水地源热泵(ground water heat pump)和地表水地源热泵(surface water heat pump)系统要稍高。 但这些并不妨碍地埋管地源热泵的迅速发展, 原因在于地埋管地源热泵采用地埋管换热器(ground heat exchanger)内循环水换取土壤中贮存的温差能, 没有对自然水源的开采和污染的担心, 因此适用性更广, 安全稳定性更高, 尤其在夏热冬冷地区不失为一种新的空调冷热源。

与欧美地埋管地源热泵主要采用水平埋管式地埋管换热器、通过小型热泵机组承担别墅等小型住宅空调的方式不同, 我国的地埋管地源热泵系统主要服务对象是规模较大的多层住宅和办公建筑, 地埋管换热器一般采用在一定区域内密集布置的竖直单U 甚至双U 形地埋管换热器群, 近年来还出现了利用建筑物地基内的工程桩或灌注桩密集布置地埋管换热器群的新方式。这些密集型竖直埋管的方式虽然能较好地适应中国地少人多的国情, 但是也带来了技术上的隐患, 那就是地埋管换热器布置范围内的土壤热失衡问题, 它已经引起了各方面对此技术长期运行效果越来越多的担心。 1、土壤热平衡问题的由来 地埋管换热器夏季累计向土壤的放热量与冬季从土壤的取热量一般并不一致, 这样长期取放热量不平衡的堆积会超过土壤自身对热量的扩散能力, 造成其温度不断偏离初始温度, 并导致冷却水温度随之变化和系统运行效率逐年下降, 这即通常所说的地埋管地源热泵热失衡问题。 在我国东北以供暖为主的地区, 理论上也可能出现地埋管地源热泵连年运行后土壤温度下降, 但以供暖为主的系统采用辅助热源的比例较高, 实际出现土壤失衡的可能性较小。 在夏热冬冷地区, 建筑物夏季供冷的时间要比冬季供暖的时间长约2 个月, 供冷负荷的绝对值也要比热负荷的绝对值高出近1 倍, 在以供冷为主的地区这种差异更大。这样, 系统运行一年后积累的热量会引起土壤温度逐年上升, 严重时会造成夏季高峰负荷期地埋管换热器内循环冷却水温度达40 ℃以上, 引起热泵机组制冷效率严重降低。 地埋管换热器的实际传热过程是一个复杂的非稳态传热过程, 它以土壤导热为主, 但同时还包括了土壤多孔介质中的空气、地下水体的自然对流以及地下水的迁移传热, 因此土壤的热物性、含水量、土壤初始温度、埋管材料、管径和流体物性、流速等都对单个地埋管换热器的传热过程产生影响。只要设计能保持每年空调系统从地下取放热差值不超过土壤固有的散热能力, 就可以保持全年的热平衡。 2、国内土壤热失衡的几种常见情况分析 国内的地埋管地源热泵运行时间都不很长, 其持久运行情况还有待观察。从目前运行中暴露出来的问题来看, 运行中的土壤热失衡主要可以分为以下几种情况: 1）地埋管换热器数量布置过少 出现最多的情况是为了节省地埋管地源热泵系统的初投资, 地埋管换热器数量布置过少, 从而引起空调季持久运行特性变差。市场中恶性竞争引起的价格战助长了这种行为的蔓延, 应该引起足够重视。 2）地埋管换热器间距小

地源热泵地埋管施工计算方法

地源热泵地埋管施工计算方法 （一）管材选择及流体介质 一、管材 一般来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性。 1、聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）在国外地源热泵系统中得到了广泛应用。 2、PVC（聚氯乙烯）管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用PVC管。 3、为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用薄壁（0.5mm）的不锈钢钢管，但目前实际应用不多。 4、管件公称压力不得小于1.0Mpa，工作温度应在-20℃～50℃范围内。 5、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择。 6、地埋管应能按设计要求长度成捆供应，中间不得有机械接口及金属接头。 二、连接 1、热熔联接（承接联接和对接联接，对于小管径常采用） 2、电熔联结 三、流体介质及回填料 流体介质 南方地区：由于地温高，冬季地下埋管进水温度在0℃以上，因此多采用水作为工作流体； 北方地区：冬季地温低，地下埋管进水温度一般均低于0℃，因此一般均需使用防冻液。 （①盐类溶液——氯化钙和氯化钠水溶液；②乙二醇水溶液；③酒精水溶液等）。 埋管水温： 1、热泵机组夏季向末端系统供冷水，设计供回水温度为7—12℃，与普通冷水机组相同。地埋管中循环水进入U管的最高温度应<37℃，与冷却塔进水温度相同。 2、热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同，在满足供热条件下，应尽量减低供热水温度，这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提高cop值，并降低能耗。地埋管中循环水冬季进水温度，以水不冻结并留安全余地为好，可取3—4℃。当然为了使地埋管换热器获得更多热量，可加大循环水与大地间温差传热，然而大地

地埋管地源热泵系统及存在问题分析

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２００９年１０月探矿工程（岩土钻掘工程）４３ 圈１供曛工况下地源热泵系统运行原理示意图地源热泵系统遵循逆卡诺原理，即从外部供给热泵较小的耗功妒，同时从低温环境死中吸收大量的低温热能Ｑ￡，热泵就可以输出温度高得多的热能ＱＨ，并送到高温环境掰中去，从而达到将不能直接利用的低温热回收利用起来。对于设计合理的地源热泵系统，热泵消耗的功率形远小于输送的热能Ｑ，这样就能高效节能的实现供暖／制冷的目的。 地源热泵系统依靠地埋管换热器从地下地层中提取能量，热泵机组的热源都是一定扩散半径范围内的土壤。由于地埋管换热器冬夏两季累计向土壤的放热量与取热量并不一定相等，这样就会造成地下土壤的冷热失衡，取放热量不平衡逐年堆积就会超过土壤自身恢复能力，造成其温度不断偏离初始温度，并导致冷却水温度随之变化和系统运行效率逐年下降。因此在地源热泵系统的设计过程中必须结合其特点，综合考虑当地的地质条件以及建筑物的冷热负荷需求，对于冷热严重不平衡的地区，应根据实际条件为地源热泵系统配备辅助加热器或冷却塔等调峰设施，以保证整体系统长期的运行效果。 ２国内外发展现状 ２．１国外发展现状 地埋管式地源热泵系统在国外的发展最早始于瑞士，１９１２年瑞士Ｈ．Ｚｏｅｌｌｙ首次提出利用土壤作为热泵系统低温热源的概念，并申请了专利，但是直到２０世纪５０年代，Ｚｏｅｌｌｙ的专利技术才引起了人们的普遍关注，欧美各国开始了研究地源热泵的第一次高潮。这一阶段的研究方向主要集中在地埋管的试验研究以及地下土壤传热的基础模型上¨１。 １９７３年在欧美等国开始的“能源危机”再次激发了人们对地源热泵研究的兴趣和需求，特别是北欧国家如瑞典等。欧洲先后召开了５次大型的地源热泵专题国际学术会议，各种类型的垂直埋管热泵系统在瑞典、德国、瑞士和奥地利等国得到大量的应用。美国也在能源部（ＤＯＥ）的直接资助下由ＯＲＮＬ（橡树岭）、ＢＮＬ（布鲁克黑文）等国家实验室和ＯｋｌｍａｈｏｍＳｌａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ大学等研究机构开展了大规模的研究，为地源热泵的推广起到了重要的作用。此时地下埋管已由早期的金属管改为塑料管，这一时期的工作主要集中在研究土壤的导热性能、地下埋管的化学性能、不同形式埋地换热器的传热过程、建立相应的数学模型并进行数值仿真模拟计算等方面。 ２０世纪９０年代末，由于世界各国对能源和环境问题更加重视，热泵技术的应用和发展也进入了一个全新快速发展时期，每年报道的地源热泵实际工程项目和研究报告不断增加。地埋管地源热泵系统研究的热点开始集中在相互耦合的传热、传质模型上。以便更好地分析地下埋管换热器的换热性能。２００５年的世界地热大会上对地源热泵系统的开发利用进行了总结，发现近ｌｏ年的时间里，热泵技术在地温直接利用能量方面的比例由１９９５年的１３％发展到２００５年的３３．２％，有大约３０个国家平均增长速率＞１０％¨’。 ２．２国内地埋管地源热泵系统发展现状 从已有的文献报道”。‘来看，国内最早的研究开始于１９８９年：当时山东青岛建筑工程学院在国内建立了第一台地源热泵系统的试验台，主要从事水平埋管的研究工作，而后开始了竖直埋管换热器的研究工作。 １９９６年天津商学院也开始了地源热泵系统的研究，高祖馄等人在结合国外有关研究的基础上，重点对螺旋盘管埋地换热器作了研究。 华中理工大学从２０世纪９０年代开始，在国家自然科学基金的资助下，进行水平单管的换热研究，重庆建筑大学的刘宪英等人从１９９９年开始在国家自然科学基金的资助下进行了浅埋竖直管换热器地源热泵的采暖和供冷特性研究及其浅埋套管模型研究‘８ｌ。 ２０００年１２月，由日本政府无偿援助，日本地热工程株式会社负责，长春市地热开发有限公司和吉林大学参与，在长春完成了一个１０００ｍ２建筑面积的地埋管式地源热泵供暖／制冷示范项目。 另外哈尔滨工业大学、东南大学以及吉林大学还开展了地埋管地源热泵系统与太阳能系统联合运行方面的研究，以弥补单一能源利用上的一些缺点［９－１１】。 ３存在问题 我国的地埋管地源热泵系统从起步到高速发展　万方数据

地源热泵空调地埋管系统施工工法详解

地源热泵空调地埋管系统施工工法 5.工艺原理 首先根据图纸确定井位，安装钻机后用泥浆以高压通过钻机钻孔，泥浆上升溢出流到井外的泥浆溜槽,经过沉淀池净化，泥浆再循环使用，井孔壁靠泥浆保护。在成孔后及时进行下管作业，回填要用图纸要求的回填料进行，连接水平埋管及压力试验，待管道冲洗完成后地埋管系统完成。 6.施工工艺流程及操作要点 6.11 安装钻机 1)确定井位。根据设计图纸，测量放线，确定井位。 2) 钻机安装施工应符合以下具体几点： ①钻塔的底脚基础要夯实铺平，铺设铁板或方木支垫结实。 ③钻机设备安装要平稳、牢固并有安装安全防护设备。 ④泥浆泵安装要平稳、管路连接要牢固、畅通。 6.2.2 钻进成孔 根据现场的地层情况，选择钻头，造浆方式等。成井施工的具体要求 ①下钻前应认真检查钻具，如发现脱焊、伤痕、严重磨损、弯曲 情况，应及时修复或更换。 ②开钻前，应将钻具提离孔底，开动泥浆泵待冲洗液循环畅通后， 再慢速转到孔底，然后开始正常钻进。

③钻进中如发现钻具回转阻力增大，负荷增大，泥浆泵压力不足 等异常现象时，应立即停止钻进，检查原因及时处理。 ④上部松散地层应采用松压慢速，大泵量稠泥浆钻进。 6.2.3 下管 管材采用PE管，管材进场后，应严格检查管材及管件质量。下管要谨慎，遇到硬质物不可强行下管，以免破坏U型管，确保工程质量。 6.2.4 管井回填 U型管安装完毕后，立即灌浆回填封孔，隔离含水层。灌浆即使用泥浆泵通过灌浆管将混合浆灌入钻孔中的过程。泥浆泵的泵压足以使孔底的泥浆上返至地表，当上返泥浆密度与灌注材料的密度相等时认为灌浆过程结束。灌浆时应保证灌浆的连续性，应根据机械灌浆的速度将灌浆管逐渐抽出，使灌浆液自下而上灌注封孔，确保钻孔灌浆密实、无空腔、否则会降低传热效果，影响工程质量。 6.2.5 水平管连接及回填 井孔回填密实后，进行水平管的连接。施工过程中要保证每个管道接口的连接质量，系统连接完成后做压力试验，压力试验合格后开始回填管道。回填时保证回填均匀且回填料与管道紧密接触回填应在管道两侧同步进行，同一沟槽中有双排或多排管道时，管道之间的回填压实应与管道和槽壁之间的对称进行。各压实面的高差不宜超过30cm。管腋间用人工回填，确保塞严捣实。分层管道回填时应重点做好每一管道层上方15cm范围内的回填。管道两侧和管顶以上