（上海永乐楼宇设备工程服务有限公司）
摘要：目前，在我国空调系统中，地源热泵空调系统处在初期发展阶段，对能源利用效率还不是很高。在具体的工程项目实施中，可以将能量特点与当地的水文地质条件结合，因地制宜，促进地源热泵空调技术的推进与发展。本文以绿城•兰园工程为例，对地源热泵空调系统的优缺点进行了阐释，同时，将对项目施工涉及的主要技术措施进行解析。
关键词：地源热泵；空调系统；优缺点；技术性措施
1 工程概况
绿城•兰园位于上海市松江区洞泾镇沪松公路2号地块，东至用地边界，南至汶水河，西至沪松公路，北至规划长松路，总用地面积约135000m2。本工程为其会所的地源热泵空调，建筑面积9000m2左右。
2 地源热泵空调系统的优缺点
2.1 优点
（1）属于可再生资源的利用。从理论和能耗视觉的角度分析，地源热泵空调系统的冷热源，主要是地表浅层和地下取之不尽的可再生资源，地源热泵空调系统利用技术手段将能量转换成空调所需能量。这类资源是可再生资源中的一种清洁的资源。
（2）环境效益显著。地源热泵空调系统是相对安全的空调系统，在机组运行的过程中对环境不会产生任何污染，人们可以放心在室内居住。地源热泵空调系统在进行能量转换时，不需要燃烧、排烟或排放废气物等步骤，减少在供热过程中的氧化碳排量，从而减少对臭氧层的破坏，具有良好的环保效益。地源热泵空调系统的选用为建筑物节省了燃料废物的堆放空间，同时，减去了较远距离进行热能传输的麻烦与成本。
（3）应用方便，用途较多。地源热泵系统在新建工程、改扩建工程等工程项目中，都有应用，与其他空调系统相比，地源热泵空调系统的热泵机组占地空间很小，具有很高的安全性能，可以被安置在任何地方。在现阶段，在冷暖两用空调系统需求的建筑工程项目中，地源热泵空调系统得到广泛地应用。同时，地源热泵空调系统还为人们提供便利的生活热水。
（4）节能好，运行稳。地缘热泵空调系统将土壤、地表水或地下水作为原料，在能量转换时，完成同等能量的转换只需50%的能耗，对比溴化锂技术，更是可以达到最高65%的节能；地源热泵空调系统不但节能效果好，而且机组运行平稳，安全性高。
（5）维护费用低。在相同的效能和工作环境下，采用地源热泵空调系统的建筑物对空调系统的维护费用是很低的。地源热泵空调系统的整个运动部件主要在室内和地下，没有外界恶劣气候的影响，地源热泵比其他空调系统热泵更加耐用，例如地下部分的寿命最多可以达到50年，地上部分的寿命可以达到30年。因此，地源热泵系统空调被称为免维修的空调，节约了大量的维修费用。
（6）操作简单，节约空间。在冷热能量转换时不需要锅炉或冷却塔，使得地源热泵空调系统具有节约空间、操作简单的特点。
2.2 缺点
（1）受场地限制，对气候条件依赖强。地源热泵空调系统需要充足的场地实现热交换过程，同时，受气候条件的影响较大。在冬冷夏热地区，地源热泵空调的制冷和采暖负荷相当，可以更好的发挥功效。但在冷热负荷相差悬殊的情况下，为使冷热负荷中较大的一方达到良好的适用效果，需要以负荷较大的一方为基准，设计适合系统的室外换热器。这样会使室外换热器的冷暖负荷不平衡，投资成本增加。
（2）设计难度大。目前，我国的地源热泵空调系统仍处于研发阶段，研究和应用成果较少，而地源热泵空调系统的运行原理非常复杂，在设计时的难度较大。
（3）对保护地下水有严峻的考验。对于使用地下水的地源热泵系统，对施工技术和施工保护措施要求较高，否则会威胁和影响地下水质和地质结构。目前我国使用地下水的地源热泵空调系统不是完全密封的系统，且地下水的回路较多，一旦回灌不好，会在回扬、水回路过程中出现负压或沉淀池。一旦地下水流出，会很快被氧化，进而造成地下水污染。
（4）初期投资费用高。地源热泵空调系统的初期投资一般十几万或更高，虽然后期的使用费用低，很多家庭还是会因为初期投入的费用高而拒绝使用的。
（5）施工工艺有待完善。目前，我国的地源热泵技术还处于起步阶段，这方面的施工经验还有很多欠缺，施工工艺有待完善。
3 主要施工技术措施
本工程涉及的施工工艺较多，受篇幅限制，对其中两项做简单介绍。
3.1 土壤换热器的施工
本工程选择单U钻孔埋管做为垂直埋管的主要形式。
（1）材料验收及保护
地埋管的质量直接影响着地埋管换热系统的工作性能。材料采购时，需采购刚生产的管材。施工材料进场时，应对地埋管及相关的管件外观进行检查，如发现外观破损或不合格产品，一律禁止使用。
地埋管进入现场后，需要进行空气试压试验，检查漏气。在材料存放时，应避免阳光直射。在地埋管移动时，需用韧性好的皮带等工具进行装卸，注意一定要轻拿轻放。
（2）PE管连接通用规定
在进行暗埋管道热熔连接施工时，需要检测剖面是否符合设计要求，按照管道生产厂家和热熔焊机生产商给出的技术指导进行施工。对于小于DN75管径的管道，我们需要采用的连接方式是热熔承插方法；而对于管径大于DN90的管道，我们需要采用的连接方式是热熔对接法。在施工前需要对地沟和竖井清理，保证施工时没有雨水和施工用水影响施工。
PE管熔接技术要求（如长方无特殊要求按照以下规定执行）：
在切割PE管材时，必须保持切割器在垂直方向。刮皮的长度应该与PE管插入的深度一致，一定要插到头（插入深度标准见表1），并且将表面的氧化层清理干净。将需要焊接的管子端头外表面和管件的内表面擦拭干净。
（3）预制PE管
预制PE管其实就是将需要下井的PE管和连接件制作成型的过程。在具体施工时，要求竖直地埋管换热器的U型管组对长度，必须符合相关规定的要求，即其在插入钻孔后与环路集管连接在一起的要求。采用压力试验法，检测预制好的PE管是否达到施工要求。试压结束后，保持管道内存在0.6MPa的压力。应及时封闭好已组对完成的U型管两端开口部位。为了方便对压力的监控工作，可以保留压力表。
3.2 钻孔能源井施工
本工程的钻孔能源井施工采用的是湿法施工方法。
（1）在施工过程中需要注意的技术要点
为了控制钻孔的位置偏差在10cm内，需要在埋管点上方做标记。施工前做好准备工作，如调平机台等，在钻孔时必须保证钻机和钻杆的垂直度，杜绝深部钻孔垂直交叉，将已经埋设好的U型管损坏的现象发生。为了实现设计在埋管深度的要求，钻孔的深度可以设计深度深0.2～1m，钻孔完成后，将钻杆反向退出。对施工过程中产生的施工垃圾应及时清除。
（2）PE管的下管
钻孔孔壁固化后应立即安装竖直地埋管换热器U型管。如果遇到钻孔成孔困难的情况，如孔壁固化不好等情况，可以加设护壁套管。PE管下管时，应检查钻孔内有无积水和泥沙。施工时，将U型管内注满水，下部挂上重块，减少U型管受到的浮力影响。操作人员将U型管垂到井底后，观察压力，如无压力下降，说明下管成功。将多出的PE管卷起保护好，并加设警示牌。
（3）灌浆和回填
下管完毕后，必须立即采用灌浆的方式进行封孔回填工作。采用灌浆法回填的原因有两个：为了增加换热管与地耦孔壁之间的传热性；防止发生地表污染物泄露，不同含水层水质混合等现象发生。
在埋管深度大于40m时，操作人员在进行回填时需要借用机械完成。完成灌浆工序后，还需在之后的12h对灌浆进行检测，如果发现有灌浆不满的情况需要人工补浆。
4 结束语
综上所述，在政府的积极倡导下，地源热泵系统的应用范围越来越广，成功实践的案例也在不断地增多，我们需要对地源热泵空调系统的优缺点和施工技术等有全面的认识，并积极完善技术水平，才能让这个朝阳产业长久发展。
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论文作者:周世凯
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/6
标签：空调系统论文; 源热泵论文; 钻孔论文; 工程论文; 地下水论文; 换热器论文; 优缺点论文; 《电力设备》2017年第14期论文;