谈地源热泵技术在苏州火车站的应用

(中铁十二局集团建筑安装有限责任公司，山西太原 030053)

1 工程概况

苏州火车站站房位于新、老区交界的原站房位置，地上二层，地下一层;建筑主体高度31.25 m，苏州站有南、北两个子站房，北站房为新建，南站房为在既有站房的基础上改扩建。北站房建筑面积34890 m2，苏州火车站南北站房采用地源热泵系统，北站房地埋管换热器系统为竖直埋管换热器系统。参照《苏州站地埋管地源热泵工程土壤导热系数测试报告》，竖直双U形埋管冬季每米孔深的提取热量按64 W计，夏季释放热量按81 W/m计，夏季设计冷负荷为3523 kW，热负荷为2440 kW。按照冬天的热负荷计算吸热量为2712 kW。

2 地源热泵工作原理

地源热泵就是利用地表和地下土层之间的温差，用机组集储热量，实行制冷、供热，其原理是依靠消耗电力驱动压缩机完成制冷循环，通过深埋土壤的管线系统进行热交换，冬天气温低时从地下吸收热量，夏天气温高时向地下释放热量，从而实现制冷和供暖的要求。

3 地源热泵空调系统施工

苏州火车站改造工程地源热泵系统工程，其施工过程主要分3个部分:室外地埋管系统施工、地源热泵系统设备、空调末端系统施工。

3.1 室外地埋管系统施工

苏州站北站房共完成的工程内容:打换热孔440个眼，钻孔深度103 m，钻孔孔径130 mm，水平管连接约5500 m，钻孔、下管及回填施工。换热管采用DN25的PE聚乙烯管材，埋地形式为双U形，孔距为3 m～6 m。施工工艺流程:土壤热物性测试及图纸设计→地埋管换热井施工→钻孔→垂直段放管准备→垂直段放管→温度探测器安装→回填。

3.2 土壤热物性测试及图纸设计

苏州站北站房地源热泵系统根据实际的场地情况和地上建筑的功能使用情况进行深化设计。地源热泵机组的工况参数跟室内热负荷有关，室外钻孔数量必须经过土壤热物性试验和室内热负荷来确定，所以要先打测试孔来确定土壤热物性数据，进行数据分析，然后确定钻孔的深度、埋管管径、数量，最后深化图纸。

3.3 施工准备

1)因工期紧急，配备旋扭钻机(XY-150)共10台。2)按照施工图纸进行定位，排定施工顺序。

3.4 地埋管换热井施工

3.4.1 钻孔

钻孔机就位后，检查孔的位置，安装钻机头，检查钻机水平度、垂直度无误后，开机钻孔，采用直径130 mm三叶钻头钻进直至设计深度。施工过程中，记录人员填写钻孔记录，钻机开停的时间，钻杆长度，排除的泥浆量。钻机应确保钻杆垂直度(用水平仪、目测或吊线)，避免钻孔深部垂直交叉损坏已埋设的U形管;钻机钻孔深度一般应超过设计深度1 m～2 m，确保埋管的实际深度。钻孔深度达到103 m时，由监理与质检员共同检查钻孔的深度和孔径，并把排除的泥浆及时外运。

3.4.2 垂直段放管准备

1)管材进场后，质检员应查验管材合格证、规格型号保证管材符合规范要求。2)U形接头在厂家已经做好，并将DN25PE管保持试验压力，每根U形管带着压力表显示读数，下管前检查压力表读数是否在出厂压力读数内。3)为保证换热效果，防止支管间发生热回流现象，两根换热支管之间需保持距离，下管前采用分离定位弹簧卡将两根换热管进行分离定位，分离定位管卡的间距为4 m。

3.4.3 垂直段下管

由于苏州水位比较高，钻孔完毕后，立即下管，如间隔时间长孔洞内易积水，在材料堆放地运到施工地点，要避免划伤、管卡脱落，将DN25PE管顺着井口缓慢下井，机械操作人员要控制钻杆自重下管，速度不能过快，不可施加外力强制下管。当U形管垂直下到井底达到103 m，见管壁标尺，用水平管量至指定正负零位置，检查压力表读数，读数无变化表示下管成功。

3.4.4 温度探测器安装

换热管埋设了温度探测器，以便于系统运行时检测地温变化情况。温度探测器与导线接口，进行绝缘防水处理。施工中直接将温度探测器与PE管固定，采用绝缘带进行绑扎。

3.4.5 回填

密封U形地埋管随导浆管插入竖井底部103 m处，后回填，回填料时要使用专用的灌注系统，该灌注系统由高速搅拌机、搅拌池、低速搅拌机及泥浆泵和管路组成。回填土采用黄沙和膨润土，灌注时，使用空压机及输送导管注入地埋管换热井中，在井底部分层填入，填埋后观察是否有沉降，如有沉降要及时再次填满。

注浆注意事项:当注浆孔边有水泥浆冒出应用水泥袋堵住，窜浆严重时应停止注浆，待水泥浆稳定后再注入设计水泥用量。注浆机采用GUB3.0型，立式水泥搅拌机，施工前将机械压力调试好，水泥浆搅拌均匀，注浆管统一采用塑料管，经常清洗防止堵塞;当单孔注浆结束后，首先关闭注浆管顶端阀门再卸高压管，防止管内水泥浆回喷。

3.5 水平管及检查井施工

1)每10个孔成为一组，采用同程式连接，子环路供、回水管管径均为D90;8组～12组为一个区。北站房共分6个区，3个检查井，每个检查井中设置两组分、集水器，然后通过供回水干管接入冷冻机房。2)水平干管连接完成后进行水压试验，试验合格才能回填隐蔽。在试验压力下，稳压不少于2 h，无渗漏为合格。

4 机房热泵系统设备安装

地源热泵机房设备主要有地源热泵冷水机组、定压补水装置、全自动软水器、集水器、分水器、地源冷却泵、冷冻水泵、冷却水泵、补水泵等，设备安装前按图纸尺寸及具体位置做好设备基础，设备安装时应充分考虑到设备的排水位置及方向，并提前核实机房设备动力电总负荷与设计施工图是否相符。

5 室内空调末端系统安装

空调末端系统包括:管路、风机盘管、数码涡旋变冷媒多联空调、空调机组、送新风系统、通风机、管道保温等，均按《通风与空调施工质量验收规范》和《采暖通风与空调调节设计规范》执行。

6 结语

本文介绍了地源热泵技术在苏州火车站北站房中的应用，从地源热泵工作原理、土壤热物性测试及图纸设计、地埋管换热井施工、垂直段放管、温度探测器、水平管及检查井施工、机房热泵系统设备安装、室内空调末端系统安装等方面阐述，结果表明地源热泵系统比常规的燃煤锅炉供热的采暖方式，污染低、运行费用低，达到最佳节能效果，综合运行费用节省30%以上。

［1］赵荣义.空气调节［M］.北京:中国建筑工业出版社，1994.

［2］赵荣义.供热工程［M］.第3版.北京:中国建筑工业出版社，1994.

［3］陆耀庆.供暖通风设计手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，1987.

［4］刘金言.给排水、暖通、空调百问［M］.北京:中国建筑工业出版社，2001.