地源热泵地下管群换热器设计施工问题

文/徐楠 安徽中电节能科技有限公司 安徽合肥 230000

地源热泵可以利用岩土作为系统热源，由于这项技术有着环保以及节能特性，并且对于地面的占用面积较小，还可以节省建筑物空间的优势，在国外许多国家已经得到了很快的发展和应用，而我国近十年也开始逐步的关注这一领域，对于这项技术的工程应用以及理论研究案例也是不断的增加。而这项技术的关键点在于每个不同地区的地热环境并不相同，不同的地区地下岩土情况也都影响着埋管换热器的适用范围。这就需要我们对地源热泵的地下管群换热器进行研究。

1、地源热泵的地下管群换热器理论基础

地源热泵的地下管群换热器理论基础主要是通过系统能量的平衡来达到工作效果。整个地源热泵通过把大地作为热源，地源热泵把换热器放置在地下来达到和大地进行热冷交换的效果。这种对能源的利用不存在对环境的破坏以及复杂的工艺，所以近些年国外一直在加强对这项系统的研究。

埋入地下的换热管群有一进一回，这样可以在大地中行成回路，把系统温度和地下温度进行热交换。在我国的冬冷夏热地区中，平均地温为十五到二十摄氏度，而正常冷凝器在夏季的出水温度一般在三十五到四十摄氏度之间，这其中换热温差达到了二十多摄氏度，对于提高制冷系数而言，非常的有利。并且，由于地源热泵的设备设计之初已经考虑，这些地源热量并不会排放到大气中，损害环境。而在冬季运行时，机组的冷凝器又可以转换成为机组的蒸发器，机组蒸发器的出水温度由于经过地下换热，可以有效的向空调系统提供温度，并且避免常规的空气源热泵在冬季由于气温下降产生的结霜等问题。

2、确定地下管群换热器的埋管形式

2.1 确定埋管形式

换热器的埋管形式主要有横埋管以及竖埋管构成，一般情况下横埋管的占地面积比较大，并且换热的指标系数相较竖埋管较小，所以，一般状况下大多是选择竖埋管，所以我们的地下管群换热器应选用U 型竖埋管。

2.2 换热器管群的布置情况

在合肥地区，地源热泵的布置要考虑到地下管群在夏季的换热量大于冬季，在换热管群的布置上，应当以冬季工况为基础进行设计，夏季采用配置冷却塔来平衡系统热量。通过相关规范提供的数据作为参考，因地制宜的设置竖埋管的长度以及数量。要注意地缘热泵的设置要避免出现热短路现象，各个换热器之间要设置一定的距离。在距离的设置上，最主要的就是换热器运行时间，因为竖埋管换热器的换热模型要通过埋管交换热量，距离过近会发生互相之间温度干扰。

2.3 水环路的设计

在换热管群的平面布置结束后，就要对交换水系统进行设计，因为管道距离比较近，所以可以使用串联的方式进行支路串联。在各个串联支路之间采用并联的方式方便对各个串联支路进行控制，最后汇集到主管道。主管道在接入室内后与分集水器、水泵、机组等联接，完成水的热泵系统环路。

2.4 管道的材料选择

由于需要在地下热源与地上换热器间进行热量交换，就需要使用传热性能好的材料，由于地下管群埋入地下后难以进行维护，并且使用寿命很长久，必须要考虑管线的耐腐蚀性能。目前，被广泛应用于地埋管换热器的聚乙烯（PE）管材，可以弯曲或热熔形成更牢固的形状，可以保证使用50年以上。PE 管材的导热系数大约为0.42 W/（m℃）左右，与土壤的导热系统相近，是一种优质的地下导热管，其标准尺寸比为SDR11，额定耐压1.6Mpa。

3、地源热泵的地下管群换热器施工办法

3.1 施工准备

在整个项目施工之前要对埋管地点的地下地质状况进行了解，并通过地质情况确定埋管的布局以及钻机的形式，在地表场地平整并且干净的情况下，开始放线以及做好标高工作，把各个管井的位置确认。同时可以挖出泥浆池，以为后续的钻孔泥浆做好准备。

3.2 钻孔以及管道安装

当挖好泥浆池后，准备好供水和供电，进行下一步的机械进场。首先要确保钻塔位置上空不能有障碍物，以免阻碍钻塔安放。因为钻机在钻孔的过程中会使用到大量的水，所以在孔洞钻成后，钻孔内会存在大量的泥浆，热交换管要在钻孔结束前准备好。此外，由于钻孔的泥沙沉积很容易导致钻孔深度与实际深度不一致，所以现场要尽快的将管道放入孔中，防止因为孔内的积水浮力，导致套管不能稳定在孔内而产生上浮。

3.3 管路的连接方法

管道必须采用热熔或电熔的方法连接。管径小于等于DN90 的管道，宜采用电熔或热熔承插连接；大于DN90 的管道，宜采用热熔对接连接。聚乙烯管道在和钢管及阀门连接时采用钢塑过渡接头和钢塑法兰连接。对于小直径的聚乙烯管（DN≤63mm）,一般采用一体式钢塑过渡接头；对于大直径的聚乙烯管（DN＞63mm），一般采用钢塑法兰连接。

3.4 施工过程中的注意事项

（1）在施工开始之前要准备好灌浆池，在把钻孔产生的泥浆统一集中处理的同时，还可以继续回灌灌浆的填料，钻孔过程中的泥浆可以回填到孔隙中去。

（2）钻孔要做好影像记录，确保井孔深度。

（3）管道连接：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校对，并应在施工现场进行外观检查，符合要求的方准使用。在寒冷气候（-5℃一下）和大风环境下进行连接操作时，应采取保护措施或调整施工工艺。

（4）由于熔点和使用寿命不同，不同种类的管材或级别不同的管材不应熔接。

（5）回填前，确认地埋管无渗漏后，方可回填地沟。回填全部完成后，方可拆除压力检验装置，有条件可以保留以备随时检测。

结语：

地源热泵这项技术在上个世纪八十年代引入到我国之后，经过连续一段时间的推广和研究，可以做到系统的本土化适应，保持系统的稳定运行，由于设计以及施工可以有广泛的普适性，所以这项技术和施工经验可以推广到不同的地源热泵技术上去，为地源热泵在全国适宜范围地区内的推广打下坚实的基础。