――当代万国城北区地源热泵系统之土壤换热器实施方案 摘要：本文以国内首个埋设于建筑物结构底板下的典型的地源热泵项目中为实例，结合设计和实施过程中的关键环节――测试实验和土壤换热器设计、施工中遇到的问题及解决办法，较系统的介绍了地源热泵系统在建筑物下的应用可行性。
关键词：地源热泵、土壤换热器、燃气热水锅炉、联络管、防水
引言
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统，地源热泵系统通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温热能向高温热能转移。地能分别在冬季作为地源热泵系统供暖的热源和夏季空调的冷源，在冬季，通过管路循环把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量“取”出来，释放到地能中去。由于地源热泵系统具有不受地下水位影响、高效、环保、无污染等等优点，近几年来在国内得到了迅速发展。尤其在环保、节能的时代主题下，建设部相继出台政策鼓励热泵技术应用，地源热泵成为别墅和高档次项目的首选。地源热泵土壤换热器一般埋设在建筑周边绿地、停车场下，不占有地面空间。但是对于市区内项目，一般土地资源紧张的，没有足够的场地埋设土壤换热器，这就导致地源热泵在场地紧张的项目中的应用受到限制。基于此我们通过深入开发、研究，设计实施了国内第一个埋设于建筑物基础下的大型、高档住宅项目――当代万国城地源热泵工程。
本文通过对实施过程中的一些难点、要点进行分析，期望对地源热泵技术的应用和发展起到一定的促进作用。
1、工程概况
当代万国城二期地处东直门东北角，占地面积1公顷，总建筑面积约22万
平米，地下室约55000m2。本工程的目标是建设一座高舒适度、低能耗、健康、绿色、环保型的里程碑式住宅建筑，它充分利用现有的建筑类高科技力量，对其屋面、外墙、外窗、采暖、制冷、新风等进行了全面的系统的优化设计，从而满足一部分人对高品质居住、办公、购物、休闲的要求，在节约能源的情况下，实现他们对高品质生活的追求。
2、空调系统概述
系统设计充分考虑初投资和运行费用，采用以地源热泵为主，燃气锅炉和冷却塔作调峰的复合式系统。由于地处北京市核心地带，没有场地，因此将土壤换热器设置在车库底板下，共计635组双U换热管，埋深100米。本项目的末端系统为顶棚辐射＋新风系统；地源热泵机组夏季的排热由土壤
换热器和冷却塔完成；冬季取热源由土壤换热器实现，不足部分采用燃气热水锅炉；生活热水部分通过热泵机组热回收实现，不足部分通过燃气锅炉提供。具体见下图。
工程图 3、土壤换热器系统设计
3.1、土壤换热器系统介绍
土壤换热器系统是由埋设在地下的PE管（高密度聚乙烯管）和循环泵及相关附属部件组成。地源热泵系统的土壤换热器埋置方式多种多样。目前普遍采用的有水平埋管和垂直埋管两种基本的配置形式。
水平埋管是在浅层土壤中挖沟渠，将土壤换热器（PE管）水平的埋置于沟渠中，并填埋的施工工艺。
垂直埋管是在地层中垂直钻孔，然后将地下土壤换热器（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艺。
水平埋管 垂直埋管 水平埋目前在管国内还没有大面积推广，有效的实测数据也很少，参照国外的参考数据，水平埋管每米换热量取8w/m。本项目最初设计考虑了4000m的水平换热管，水平埋管总热交换量为32kw，如此小的换热量在整个系统中所起到的作用可以说是微不足道，所以，在最终的方案中取消了水平埋管方式。
最终方案中采取了在地下二层车库的底板下面埋置土壤换热器的垂直埋管方式，共埋置土壤换热器的数量为635个。
3.2、土壤换热器的现场测试
3.2.1、测试目的
为了使设计参数更加优化、合理，在现场采用我们自主开发的测试仪器对现场进行了换热孔的具体测试，具体的测试目的为：
1、获取土壤换热器每延米的换热量。
2、确定最佳的钻孔机具。
3、确定土壤换热器换热孔的最佳深度和合理间距。
4、确定最佳填料。
5、结合钻进难度，合理安排施工工期。
3.2.2、测试原理
该测试简单模拟地源热泵空调系统夏季制冷的运行模式，具体测试原理如下：
将仪器的水路循环部分与所要测试换热孔内的PE管路相连接，形成闭式环路，通过仪器内的微型循环水泵驱动环路内的液体不断循环，同时仪器内的加热器不断加热环路中的液体。该闭式环路内的液体不断循环，加热器所产生的热量就不断通过换热孔内的换热管释放到地下。在闭式环路内的液体循环的过程中，将进/出仪器的温度、流量和加热器的加热功率进行采集记录，来进行分析计算土壤的热物性参数。其原理如下图：
测试原理图
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