地源熱泵土壤換熱器建筑物下的應用(圖)

    ――當代萬國城北區地源熱泵系統之土壤換熱器實施方案

    摘要：本文以國內s*個埋設于建筑物結構底板下的典型的地源熱泵項目中為實例，結合設計和實施過程中的關鍵環節――測試實驗和土壤換熱器設計、施工中遇到的問題及解決辦法，較系統的介紹了地源熱泵系統在建筑物下的應用可行性。

    關鍵詞：地源熱泵、土壤換熱器、燃氣熱水鍋爐、聯絡管、防水

    引言

    地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源（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能空調系統，地源熱泵系統通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現低溫熱能向高溫熱能轉移。地能分別在冬季作為地源熱泵系統供暖的熱源和夏季空調的冷源，在冬季，通過管路循環把地能中的熱量“取”出來，提高溫度后，供給室內采暖；夏季，把室內的熱量“取”出來，釋放到地能中去。由于地源熱泵系統具有不受地下水位影響、高效、環保、無污染等等優點，近幾年來在國內得到了迅速發展。尤其在環保、節能的時代主題下，建設部相繼出臺政策鼓勵熱泵技術應用，地源熱泵成為別墅和高檔次項目的s*選。地源熱泵土壤換熱器一般埋設在建筑周邊綠地、停車場下，不占有地面空間。但是對于市區內項目，一般土地資源緊張的，沒有足夠的場地埋設土壤換熱器，這就導致地源熱泵在場地緊張的項目中的應用受到限制?；诖宋覀兺ㄟ^深入開發、研究，設計實施了國內第一個埋設于建筑物基礎下的大型、高檔住宅項目――當代萬國城地源熱泵工程。

    本文通過對實施過程中的一些難點、要點進行分析，期望對地源熱泵技術的應用和發展起到一定的促進作用。

    1、工程概況

    當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。本工程的目標是建設一座高舒適度、低能耗、健康、綠色、環保型的里程碑式住宅建筑，它充分利用現有的建筑類高科技力量，對其屋面、外墻、外窗、采暖、制冷、新風等進行了全面的系統的優化設計，從而滿足一部分人對高品質居住、辦公、購物、休閑的要求，在節約能源的情況下，實現他們對高品質生活的追求。

    2、空調系統概述

    系統設計充分考慮初投資和運行費用，采用以地源熱泵為主，燃氣鍋爐和冷卻塔作調峰的復合式系統。由于地處北京市核心地帶，沒有場地，因此將土壤換熱器設置在車庫底板下，共計635組雙U換熱管，埋深100米。本項目的末端系統為頂棚輻射＋新風系統；地源熱泵機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現，不足部分采用燃氣熱水鍋爐；生活熱水部分通過熱泵機組熱回收實現，不足部分通過燃氣鍋爐提供。具體見下圖。

工程圖

    3、土壤換熱器系統設計

    3.1、土壤換熱器系統介紹

    土壤換熱器系統是由埋設在地下的PE管（高密度聚乙烯管）和循環泵及相關附屬部件組成。地源熱泵系統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還沒有大面積推廣，有效的實測數據也很少，參照國外的參考數據，水平埋管每米換熱量取8w/m。本項目z*初設計考慮了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系統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量為635個。

    3.2、土壤換熱器的現場測試

    3.2.1、測試目的

    為了使設計參數更加優化、合理，在現場采用我們自主開發的測試儀器對現場進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、結合鉆進難度，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系統夏季制冷的運行模式，具體測試原理如下：

    將儀器的水路循環部分與所要測試換熱孔內的PE管路相連接，形成閉式環路，通過儀器內的微型循環水泵驅動環路內的液體不斷循環，同時儀器內的加熱器不斷加熱環路中的液體。該閉式環路內的液體不斷循環，加熱器所產生的熱量就不斷通過換熱孔內的換熱管釋放到地下。在閉式環路內的液體循環的過程中，將進/出儀器的溫度、流量和加熱器的加熱功率進行采集記錄，來進行分析計算土壤的熱物性參數。其原理如下圖：

測試原理圖