一、引言
地源热泵技术是一项值得大面积推广的建筑供能技术。地源热泵是一种利用浅层和深层的大地能量，包括土壤、地下水、地表水等天然能源作为冬季热源和夏季冷源，然后再由热泵机组向建筑物供冷供热的系统，是一种利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空调系统。目前，大面积推广使用的是埋管式地源热泵技术，被认为是一种充分利用浅层地热的最佳技术途径。但是，地热能资源如果无限制地提取或释放，将会导致冷热不平衡。所以说，如何合理有效利用这一资源，是我们每一个从业人员应该共同努力的方向。那么，接下来我们针对地源热泵系统的设计以及施工过程中的每一个步骤都做个简单的介绍。
二、工程勘察
地源热泵系统方案设计前，应进行工程场地状况调查，并应对浅层地热能资源进行勘察。
1、地埋管地源热泵系统方案设计前，应对工程场区内岩土体地质条件进行勘察。
2、工程勘察应由具有勘察资质的专业队伍承担。工程勘察完成后，应编写工程勘察报告，并对资源可利用情况提出建议。
3、地埋管换热系统勘察应包括下列内容：
3.1岩土层的结构；
3.2岩土体热物性；
3.3岩土体温度；
3.4地下水静水位、水温、水质及分布；
3.5地下水径流方向、速度；
3.6冻土层厚度。
三、可行性分析
地埋管换热系统设计前，应根据工程勘察结果评估地埋管换热系统实施的可行性及经济性。不同的地质条件，埋管的费用可能相差2-3倍以上，甚至无法进行打井或埋管。以下几种情况会造成成本的上涨：
1)地质中有鹅卵石层；
2)地质中有松散的回填层；
3)地质中有岩洞或地下河；
4)地质中有坚硬的岩石层。
四、地埋管换热系统设计
1、地埋管换热系统设计前应明确施工区域内各种地下管线的种类、位置及深度，预留未来地下管线所需的埋管空间及埋管区域进出重型设备的车道位置。
2、地埋管换热系统设计应进行全年动态负荷计算，最小计算周期宜为1年。计算周期内，地源热泵系统总释热量宜与其总吸热量相平衡。在技术经济合理时，可采用辅助热源或冷却源与地埋管换热器并用的调峰形式。
3、地埋管换热器设计计算宜根据现场实测岩土体及回填料热物性参数，采用专用软件(瑞典隆德大学EED、美国SolarEnergy实验室TRNSYS等)进行。竖直地埋管换热器的设计也可按GB50366-2009地源热泵系统工程技术规范的方法进行计算。
4、地埋管换热器设计计算时，环路集管不应包括在地埋管换热器长度内。
5、竖直地埋管换热器埋管深度宜大于20m，钻孔孔径不宜小于0.11m，钻孔间距应满足换热需要，间距宜为3～6m。水平连接管的深度应在冻土层以下0.6m，且距地面不宜小于1.5m。
6、地埋管环路两端应分别与供、回水环路集管相连接，且宜同程布置。每对供、回水环路集管连接的地埋管环路数宜相等。供、回水环路集管的间距不应小于0.6m。
7、地埋管换热器安装位置应远离水井及室外排水设施，并宜靠近机房或以机房为中心设置。
8、地埋管换热系统应设自动充液及泄漏报警系统。需要防冻的地区，应设防冻保护装置。
9、地埋管换热系统应根据地质特征确定回填料配方，回填料的导热系数不应低于钻孔外或沟槽外岩土体的导热系数。
10、地埋管换热系统设计时应根据实际选用的传热介质的水力特性进行水力计算。
11、地埋管换热系统宜采用变流量设计，并且宜设置反冲洗系统，冲洗流量宜为工作流量的2倍。
12、地埋管换热系统设计时应考虑地埋管换热器的承压能力，若建筑物内系统压力超过地埋管换热器的承压能力时，应设中间换热器将地埋管换热器与建筑物内系统分开。
五、管材以及传热介质的选择：
1、地埋管及管件应符合设计要求，且应具有质量检验报告和合格证。
2、地埋管管材及管件应符合下列规定：
2.1地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小的塑料管材及管件，宜采用聚乙烯管(PE80或PE100)或聚丁烯管(PB)，不宜采用聚氯乙烯(PVC)管。管件与管材应为相同材料。
2.2地埋管质量应符合国家现行标准中的各项规定。管材的公称压力及使用温度应满足设计要求，且管材的公称压力不应小于1.0MPa。
3、传热介质应以水为首选，也可选用符合下列要求的其他介质：
3.1安全，腐蚀性弱，与地埋管管材无化学反应；
3.2较低的冰点；
3.3良好的传热特性，较低的摩擦阻力；
3.4易于购买、运输和储藏。
4、在有可能冻结的地区，传热介质应添加防冻剂。防冻剂的类型、浓度及有效期应在充注阀处注明。
5、添加防冻剂后的传热介质的冰点宜比设计最低运行水温低3~5℃。
选择防冻剂时，应同时考虑防冻剂对管道与管件的腐蚀性，防冻剂的安全性、经济性及其对换热的影响。
六、地埋管换热系统施工
1、地埋管换热系统施工前应具备工程勘察资料、设计文件和施工图纸，并完成施工组织设计。
2、地埋管换热系统施工前应了解埋管场地内已有地下管线、其他地下构筑物的功能及其准确位置，并应进行地面清理，铲除地面杂草、杂物，平整地面。
3、地埋管换热系统施工过程中，应严格检查并做好管材保护工作。
4、管道连接应符合下列规定：
4.1埋地管道应采用热熔或电熔连接。聚乙烯管道连接应符合国家现行标准《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101的有关规定；
4.2竖直地埋管换热器的U形弯管接头，宜选用定型的U形弯头成品件，不宜采用直管道煨制弯头；
4.3竖直地埋管换热器U形管的组对长度应能满足插入钻孔后与环路集管连接的要求，组对好的U形管的两开口端部，应及时密封。
5、水平地埋管换热器铺设前，沟槽底部应先铺设相当于管径厚度的细砂。水平地埋管换热器安装时，应防止石块等重物撞击管身。管道不应有折断、扭结等问题，转弯处应光滑，且应采取固定措施。
6、水平地埋管换热器回填料应细小、松散、均匀，且不应含石块及土块。回填压实过程应均匀，回填料应与管道接触紧密，且不得损伤管道。
7、竖直地埋管换热器U形管安装应在钻孔钻好且孔壁固化后立即进行。当钻孔孔壁不牢固或者存在孔洞、洞穴等导致成孔困难时，应设护壁套管。下管过程中，U形管内宜充满水，并宜采取措施使U形管两支管处于分开状态。
8、竖直地埋管换热器U形管安装完毕后，应立即灌浆回填封孔。当埋管深度超过40m时，灌浆回填应在周围临近钻孔均钻凿完毕后进行。
七、地埋管换热系统的检验与验收
1、地埋管换热系统安装过程中，应进行现场检验，并应提供检验报告。检验内容应符合下列规定：
1.1管材、管件等材料应符合国家现行标准的规定；
1.2钻孔、水平埋管的位置和深度、地埋管的直径、壁厚及长度均应符合设计要求；
1.3回填料及其配比应符合设计要求；
1.4水压试验应合格；
1.5各环路流量应平衡，且应满足设计要求；
1.6防冻剂和防腐剂的特性及浓度应符合设计要求；
1.7循环水流量及进出水温差均应符合设计要求。
2、水压试验应符合下列规定：
2.1试验压力：当工作压力小于等于1.0MPa时，应为工作压力的1.5倍，且不应小于0.6MPa；当工作压力大于1.0MPa时，应为工作压力加0.5MPa。
2.2水压试验步骤：
2.2.1竖直地埋管换热器插入钻孔前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压至少15min，稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象；将其密封后，在有压状态下插入钻孔，完成灌浆之后保压lh。
2.2.2竖直地埋管换热器与环路集管装配完成后，回填前应进行第二次水压试验。在试验压力下，稳压至少30min，稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象。
2.2.3环路集管与机房分集水器连接完成后，回填前应进行第三次水压试验。在试验压力下，稳压至少2h，且无泄漏现象。
2.2.4地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗、排气及回填完成后，应进行第四次水压试验。在试验压力下，稳压至少12h，稳压后压力降不应大于3%。
2.3水压试验宜采用手动泵缓慢升压，升压过程中应随时观察与检查，不得有渗漏；不得以气压试验代替水压试验。
3、回填过程的检验应与安装地埋管换热器同步进行。
八、总结
通过上述有关地源热泵系统的设计以及施工过程的浅析，希望对各位同行在工作能有所帮助。
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