在工程中地源热交换泵技术使用剖析

1、地源热交换泵的原理

地源热交换泵分为地下水源热交换泵、地表水源热交换泵（2011中国热泵展）和地埋管地源热交换泵。地埋管地源热交换泵系统为闭式系统，通过循环液(水或以水为主要成分的防冻液)在封闭的地下埋管中流动，实现系统与大地间的传热交换。结构上有一个由地下埋管组成的地埋管换热交换器。地埋管换热交换器的设置形式主要有水平和竖直两种。竖直埋管的形式是在地层中钻直径为0.1m～0.15m的钻孔，在钻孔中设置1组(2根)或2组(4根)U形管并用灌浆材料填实。

制冷工况下，空调房间冷负荷连同压缩机的功所转化的热交换量被排入大地室外埋管换热交换器1与换热交换器2(此时换热交换器2在热交换泵机组中起冷凝器作用)之间，通过管道连接热交换器2中吸收制冷剂的热交换量，通过室外埋管换热交换器1传入大地；时换热交换器2转换成为热交换泵机组的蒸发器，循环水流经室外埋管换热交换器1时吸收大地中的热交换量在换热交换器2(蒸发器)中释放给制冷剂。在室内同样既可以通过水的循环进行热交换量传递，也可以使制冷剂直接流经房间换热交换器与空气进行热交换交换。

2、地源热交换泵的特点

1)节能:地源热交换泵制冷时比传统中央空调系统运行效率要提高30%～50%；供暖时要比热交换力管网集中供热交换或燃油燃气供热交换系统降低20%~60%。

2)减排:以清洁能源代替燃煤供暖，系统无燃烧设备不产生CO，CO2等温室气体。房间内采用水作为循环介质，没有氟利昂的泄漏。

3)环保:没有燃烧过程，不存在污染物排放问题，属绿色环保技术。

4)长效:冬季取出的热交换量可在夏天得到补偿，全年循环利用，有可再生性；没有环境污染隐患并避免了对资源造成破坏，有可持续性。

地源热交换泵也有一些不足之处:

1)初投资偏高；

2)对当地的地质条件及气候条件依赖性强等。

3、工程使用剖析

以某别墅工程为例。总建筑面积639m2，室内温度夏季线路尽量采用架空，不能架空也要采取保护措施。注意不要让电线浸泡在水中或被物体碾压，电线老化、表皮破损、用电器具和零件缺损等要及时更换和维护、维修，严禁使用拖线圆盘、多用插座等无防雨措施的电器具。

4、案例

为了安全生产、文明生产，确保人民生命财产安全有切实的保障，在工程施工过程中只有不断发现和有的放矢地解决建筑施工用电安全过程中的各种问题，以认真负责的态度将用电安全事故杜绝在萌芽状态，从安全的点点滴滴抓起，明白安全无小事，才会有建筑施工行业生存与发展的希望和经济效益、社会效益双赢的可能。24℃~26℃，冬季26℃~28℃；相对湿度:45.5%~60.5%。由此该别墅空调系统拟采用节能环保的地源热交换泵空调系统。

4.1 负荷计算

结合上海气象参数，系统在制冷工况时，冷冻机温度为7℃~12℃，冷凝器温度为40℃~45℃，计算得冷负荷79.2kW，热交换负荷65kW。

由于冬季的吸热交换量小于夏季的排热交换量，因此地下换热交换器的选取以夏季为基准选取。由此得到地下换热交换器冷热交换负荷分别为95kW，49.4kW。

4.2 系统设计

1)确定地下换热交换器埋管形式及管路连接方式。考虑该别墅建筑户外小花园的面积情况，采用竖直单U形管的地下换热交换器。对竖直埋管系统，并联方式的初投资及运行费用均较经济。由于地下埋管多环路难于设置调节阀或平衡阀，难于做到系统各环路的水力平衡，因此采用同程式。

2)管长估算。一般垂直单U形管埋管的换热交换能力为50W/m~80W/m(井深)，设计时可取换热交换能力的下限值。

3)确定埋管间距。垂直地埋管换热交换器计算的基础是单个钻孔的传热交换剖析3.14s，当埋管间距大于3.5m时，其大地热交换阻的干扰影响已经很小。参考GB50366-2005地源热交换泵系统技术规范规定埋管间距为3m~6m，按照不小于4m间距设计能保证土壤耦合器正常使用。

4)确定竖井数目及间距。由于上海地区的地质情况为0 m~100m，多以黏土、砂为主。结合该地土壤情况及工程的实际使用情况和PE管的承压能力，确保土壤换热交换器使用的安全性，选取钻孔深度为90m。计算可得钻孔数量夏季为21个，冬季为18个，所以取21。综上所述并考虑各种因素，该工程拟定的埋管方式为:单U形埋管，深度90m，间距4mX4m，设计钻孔数量21个。

4.3 经济性剖析

地源热交换泵是一种高效的节能环保技术，但地源热交换泵是否具有经济竞争力将是地源热交换泵能否实际使用的一个关键问题。由于涉及的因素多，不同地区，不同能源结构及价格等都将直接影响地源热交换泵的经济性。由电、天然气、柴油三种常用能源基本情况可以看出，利用地源热交换泵，降低了成本，大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效节能的优点。

5、结语

通过对地源热交换泵系统与传统空调系统的比较剖析，对既需要供暖又需要空调的场所，地源热交换泵在目前能源价格下有较强的经济竞争性。其性能系数比普通空调有较大的提高，且设备集中、性能良好，具有较好的可行性。