地源热泵工程问题
项目名称：北京赛蒂国际服装服饰有限公司
选用机型：博纳德地源热泵机组（BDY/1200/3-DW）2台
辅助设备：风盘332台、补水箱1台、集分水器、主电控柜2台、泵电控3台、高位水箱1台、囊式膨暖水箱1台
使用时间：2012年12月
采用方案：地源热泵集成系统解决方案(制冷、供热、供热水三用)工程概况
北京赛蒂国际服装服饰有限公司建筑面积近6万平方米，采用博纳德地源热泵机组，满足了建筑制冷、制热及供应热水需求。此项目是使用地源热泵机组单体建筑项目较大，地埋管较多的成功案例之一，其中打井700多余口。产品特点
1、冬季，热泵机组从地源（浅层水体或岩土体）中吸收热量，向建筑物供暖；夏季，热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地源中，实现建筑物空调制冷并且常年能保证地下温度的均衡；
2、机组独特的结构设计，节省安装空间，达到实用与美观的双重效果；
3、机组使用过程中低碳节能、绿色环保，不产生污染；
4、采用先进的微电脑控制，自动化程度高，方便用户监控；
5、可实现供暖、空调、生活热水，一机多用，节约更大运行成本；
6、机组运行安全可靠，稳定性程度高；
应用效果
地源热泵的概念最早出现在1912年, 在20世纪50年代就已在一些北欧国家的供热中得到实际应用。国内外的学术著作中一般这样描述地源热泵的概念:地源热泵是一种利用地下浅层的恒温地热资源 (也称地能, 包括地下水、土壤等) , 通过输入少量的高品位能源 (如电能) , 实现热能转移的高效节能的空调系统。以埋在地下的管路系统中的循环水作为载体, 在冬季, 流动水把地能中的热量输送到建筑内供取暖;在夏季, 流动水又把建筑内的热量释放到地层中去, 使室内凉爽。
地源热泵要比电锅炉加热节省2/3以上的电能, 比燃料锅炉节省1/2以上的能量。由于地源热泵的热源温度全年较为稳定, 其能效比可达5.0左右, 与传统的空气源热泵相比, 要高出40%左右, 其运行费用为普通中央空调的50%～60%。由于地源热泵属于可再生能源利用技术, 属于经济有效的节能技术, 环境效益显著, 维护费用低, 一机多用, 应用范围广。因此, 近十几年尤其是近5年来, 地源热泵空调系统在北美及中、北欧国家取得了较快的推广使用。在提倡开发和使用环保新能源的今天, 地源热泵在中国有着非常大的市场潜力。可以预计, 该项技术将会成为21世纪最有效的供热和制冷空调技术。
根据地源热泵从地下吸收热量的方式不同 (即低温热源的不同) 可分为:开式回路系统与闭式回路系统。开式系统的低温热源是直接利用水井、废弃的矿井的水及抽取地下水。闭式系统是通过二次流体 (水或以水为主要成分的防冻液) 在封闭地下埋管中的流动, 将热量传送到地下或从地下吸收热量。由于我国很多地方地下水资源匮乏, 抽取地下水的开式系统不适合我国国情, 而且地下水的回灌问题也比较难解决。因此, 国内目前所致力研究开发的地源热泵主要是闭式系统。闭式系统的地源热泵地下环路 (即地热换热器) 的埋管方式多种多样。目前, 国外普遍采用的有垂直埋管和水平埋管地热换热器2种基本的配置形式。从我国的国情来看, 采用竖直埋管更显示出其优越性:节约用地面积, 换热性能好, 可安装在建筑物基础、道路、绿地、广场、操场等下面而不影响上部的使用功能, 甚至可在建筑物桩基中设置埋管, 充分利用可利用的土地面积。
因此, 垂直U型地埋管换热系统更值得推广。从安装的角度看, 垂直U型地埋管热泵系统工程分3个部分, 即地埋管换热系统安装、空调管路及末端设备安装、中央空调主机和配套设备安装。
2 地埋管换热系统安装常见问题分析
2.1 地埋管管井深度未达到设计要求
竖直地埋管可深可浅, 必须根据当地地质条件而定, 如20 m、30 m……直到200 m以下。确定深度应综合考虑占地面积、钻孔设备、钻孔成本和工程规模。地埋管管井深度未到达设计要求, 原因是因为钻孔施工在接近地表深处时施工难度增加, 施工队为节省施工费用, 虚报管井深度。由此照成地埋管换热效率达不到设计要求, 直接影响到地源热泵中央空调系统的使用效果。应严格监督钻孔深度及下管过程, 委托管材厂家加注米标。
2.2 地埋管管井孔径未达到设计要求
竖直埋管换热器的形成是从地面向下钻孔达到预计深度, 将制作好的U型管下入孔中, 然后在孔中回填不同材料。在接近地表层处用水平集水管、分水管将所有U型管并联构成地下换热器。根据地质结构不同, 钻孔孔径可以是100 mm、150 mm、200 mm或300 mm。
地埋管管井孔径未达到设计要求, 原因是钻孔施工队伍为加快施工进度、节省时间、节省人工、节省回填材料而采取的偷工减料行为。由此造成下PE管时PE管壁受伤, 严重时可能造成PE管壁破裂、管井报废。应严格把好工序检验关, 监督好施工队伍。
2.3 地埋管管井垂直度未达到设计要求
地埋管管井垂直度未达到设计要求, 原因是钻孔施工队伍在钻孔前调整钻机底座平衡、钻孔四周地面夯实、钻杆垂直参照物选择等方面工作不认真造成。由此可使管井下方倾斜, 严重时甚至造成本管井与相邻管井相通, 形成“串孔”, 使管井换热能力下降甚至管井报废。应夯实钻孔四周地面, 调平钻机底座平衡, 下钻杆时找准垂直参照物。
2.4 地埋管管材质量未达到设计要求
地埋管管材质量未达到设计要求, 原因是因为施工单位或PE管生产厂家为节省材料成本、赚取更多利润而采取的以次充好、降低成本的方法。由此可使PE管耐压能力下降, 寿命减短。应严格把好管材质量检验关。
2.5 地埋管U型接头焊接质量出现问题
地埋管U型接头焊接质量出现问题, 原因是因为施工单位焊接设备材料质量不佳、PE管焊接工人工作态度不佳等因素造成。由此可导致地埋管漏水, 一组管井报废等严重后果。应严格焊接工艺, 避免低温下焊接。
2.6 地埋管下管过程易出现的问题
地埋管下管过程易出现下管深度不到位、PE管管壁破损等现象。地埋管下管深度不到位可能是由于管井塌井、缩孔所致, 此现象可降低换热效率。PE管管壁破损影响PE管的耐压能力和使用寿命, 破损严重时可造成漏水、管井报废。清孔要彻底, 换浆、下管要及时。
2.7 地埋管回填时易出现的问题
地埋管回填时易出现回填不密实的问题。原因是由于回填料配比不当、回填不匀速、回填速度过快、未多次回填所致。回填不密实可导致换热效率降低, 影响空调使用效果。要调好合适的回填料配比, 匀速回填, 多次回填。
2.8 水平管连接中易出现的问题
水平管连接中易出现漏水的问题。水平连接接头多, 如果焊接工人未严格按焊接工艺操作, 会导致接头质量出现问题。在进行水平连接前应夯实基础, 避免基础下沉造成管材拉伸变形, 从而使接头处漏水、失压。
3 空调管路及末端设备安装常见问题分析
3.1 风管道系统安装易出现问题
风管道系统安装易出现漏风现象。风管加工、安装过程中应严格按工艺、规范操作, 施工完后要做漏光检测、漏风量测试, 如咬缝漏光严重, 应重做该段风管, 对风管还要做防腐、保温处理, 避免管道漏风、冷热能量损耗。
3.2 水管道系统安装易出现焊接质量问题
水管道系统安装易出现气孔、裂纹、夹渣等焊接质量问题。应严格按焊接工艺操作, 避免气孔、裂纹、夹渣等现象。管路安装完毕应进行自来水试压和管道清洗工作。水管道系统的防腐、保温处理同样重要。否则更会导致漏水、冷热能量损耗。
3.3 风机盘管的安装过程中易出现的问题
风机盘管的安装过程中易出现管路堵塞、冷凝水流动不畅、水盘积水、接口处渗漏、工作噪音大等问题。风机盘管的接驳应在管路冲洗后进行, 冷热水管与风机盘管连接应平直, 凝结水管采用软性连接, 并用喉箍紧固严禁渗漏, 坡度应正确, 确保凝结水应畅通地流到指定的位置, 供回水阀及过滤器应靠近风机盘管安装。风机盘管单独设置吊架, 吊装支架安装牢固、位置正确, 吊杆与风机盘管相联应用双螺母紧固找正找平, 风机盘管与进出风管之间均按设计要求设软接头, 以防震动产生噪音。
3.4 出、回风口安装过程中易出现的问题
出、回风口安装过程中易出现封口管道变形、漏风、风口格栅变形、松动等问题。原因是安装工人未按规范认真施工所致, 应加强施工监督工作, 即时整改。
3.5 温控终端设备安装易出现的问题
温控终端设备安装易出现位置偏移、面板松动、接线错误、电线破损等问题。原因是安装工人野蛮施工、不按施工规范操作所致。温控终端的安装是面子工程, 一定不能马虎。
4 中央空调主机和配套设备安装常见问题分析
4.1 中央空调主机房基础施工方面
中央空调主机房基础施工方面易出现裂缝、空洞、露筋和掉角等现象。应根据土建提供的有关设备基础的资料, 检查基础的纵、横向中心基准线, 标高及基准点是否符合设计要求, 同时按照《混凝土结构工程施工及验收规范》中的有关规定, 进行基础外观检查, 对达不到要求的地方, 通知土建单位进行处理。验收过程中要填写“设备基础验收记录”, 并经有关人员会签。基础验收完成后, 对基础表面及预留孔内杂物清除, 灌浆处的基础表面应凿成麻面, 以保证灌浆质量。
4.2 中央空调主机设备拖运方面
中央空调主机设备拖运方面易出现设备碰撞、倾倒导致设备损伤。施工前熟悉施工现场设备布置平面图, 了解现场设备安装位置和方向。托运前查看设备的地点、外形尺寸和单件重量, 了解拖运路线, 考虑能否顺利通过, 如需清理、平整、加固时, 必须事先做好准备。托运前对设备进行外观检查, 发现有缺陷时, 及时向现场负责人报告。设备拖运中要保持平稳, 如沿斜坡拉下时, 后面必须加尾绳, 以防设备下滑, 拖运设备上重下轻时, 必须采取措施, 以防设备倾倒。参加设备拖运的人员必须时刻注意设备动向, 手脚严禁接触运行中的牵引索具, 人需站在安全的一侧, 拖运区内, 不准其他人员随便进出。
4.3 中央空调主机设备就位方面
中央空调主机设备就位方面易出现中心偏移、垫层不平整现象, 导致中央空调主机运行时震动过大、噪音过高, 严重时可造成主机设备寿命减短。
设备就位前事先用枕木及钢板铺设斜坡, 同时在基础上垫置枕木, 以保护地脚螺栓。将拖排牵引索通过滑轮组接至卷扬机, 由卷扬机将设备拖至基础上。设备就位前找出设备本体的中心线, 垫铁的敷设应符合《机械设备安装工程施工及验收通用规范》中的有关规定, 每组垫铁必须垫实、压紧、接触良好, 相邻两垫铁组的距离为500～1 000 mm。对于直接安装在较厚混凝土基础上的设备, 将设备的底座安装在厚度为80 mm以上的橡胶垫板或减震装置上, 安装要求必须符合工程设计文件及随机技术文件。
4.4 中央空调机组设备安装方面
中央空调机组设备安装方面易出现机组震动较大、风机噪音较大等现象。
组合式空调机组在安装前必须清理干净, 保证箱内无杂物。机组下部的凝结水排放管设水封, 水封的高度必须根据机组的余压进行确定。组合式空调机组各功能段之间的连接必须严密, 并保证机组整体平直、检查门开启灵活。整体式空调机组在安装前, 打开设备活动面板, 用盘动风机检查有无叶轮与机壳相碰的金属摩擦现象, 风机减震部分是否符合要求。空调机组设橡胶减震垫10块, 橡胶硬度为40度, 上覆6 mm厚钢板, 钢板尺寸比减震垫周边宽20 mm。安装后检查空调机组的水平度, 如不符合要求, 要进行调整。吊装的空调机组视设备的具体情况分别考虑吊架的形式。对重量较小的机组采用A型吊架, 重量较大的采用B型吊架。
4.5 中央空调机房阀门及法兰安装方面
中央空调机房阀门安装易出现操作机构和传动装置动作不灵活、卡涩等现象。法兰安装时易出现中心偏差、损坏密封面等现象。
螺纹或法兰连接的阀门, 必须在关闭的基础上进行安装, 同时根据介质流向确定阀门安装方向。水平管道上的阀门, 手轮应朝上安装, 特殊情况下也可水平安装。阀门与法兰一起安装时, 如属水平管道, 其螺栓孔应分布在垂直中心的左右, 如属垂直管道, 其螺栓孔应分布于最方便操作的地方。阀门与法兰组对时, 严禁用槌或其他工具敲击其密封面或阀件, 焊接时应防止引弧损坏法兰密封面。阀门的操作机构和传动装置应动作灵活, 指示准确, 无卡涩现象。阀门的安装高度和位置应便于检修、操作。调节阀应垂直安装在水平管道上, 两侧设置隔断阀, 并设旁通管。阀门安装完毕后应妥善保管, 不得任意开闭阀门, 如交叉作业时应加防护罩。法兰连接应保持同轴性, 其螺栓孔中心偏差不得超过孔径的5%, 并保证螺栓自由牵引。法兰连接应使用统一规格的螺栓, 安装方向一致, 紧固螺栓应对称, 用力均匀, 松紧适度。
4.6 中央空调机组电路安装方面
中央空调机组电路安装方面易出现相序接反现象, 造成机组不工作。需注意电源线颜色一一对应, 不出现相序颠倒现象, 必要时用相序表检验相序。
5 结语
以上阐述了垂直地埋管地源热泵空调系统施工过程中的一些常见问题, 并提出了解决方法。由于篇幅有限, 对于施工过程中另外一些不常发生的问题未能详尽叙述。
参考文献
[1]GB50366—2005地源热泵系统工程技术规范
[2]GB50275—98压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范
【关键词】：地源热泵技术；暖通设计；应用
一、引言
随着我国改革开放的不断深入，我国的经济发展速度越来越快，城市进程速度不断加快，这也使得城市规划管理工作进入人们的视野，对于城市建筑进行规划符合市场经济发展的需要，是城市化进程的必然要求，建筑在城市建筑中占有很大比例，所以要加强对建筑的设计，尤其是建筑中的暖通设计。
地热泵技术是一种新兴的技术，在暖通设计中被普遍应用，对暖通工程的施工有着重要的意义。地热泵技术有着很多的优点，在暖通设计中采用地热泵技术能够降低对能源的消耗，使暖通系统更加优化。而由于暖通技术自身独特之处，有着不可比拟的优越性，还应该加大对地热原理的认识和分析，以便更好的掌握地热泵技术在暖通工程中的应用。
二、地源热泵技术的工作原理
地源热泵技术其实就是一种调节建筑物内部温度的空调，利用地下浅层的资源来对建筑物内部温度进行调节。这种技术能够将高温的能量转化为低温的能量，从而使人们更好的享受生活环境。一般情况下，建筑物内部的温度如果较高，就会将多余的热量释放到土壤中去，如果建筑物的温度较低时则会从建筑物内部吸取热量，整体上提高建筑物内部的温度。
三、地源热泵技术的特点及地源热泵技术的优越性
目前地热泵技术主要分为三种地源热技术：地表水地源热泵技术、地下水地源热泵技术、地埋管地源热泵技术，但是这三种技术的应用程度是不同的，其中地埋管地源热泵技术是使用最广泛的技术，由此看来我们应该主要研究地埋管地源热泵技术，主要研究它的特点和优点。
四、地源热泵技术的特点
1地源热泵技术具有节能减排的特点
地源热泵技术主要是利用地下浅层的地热资源，因此并不需要消耗大量的能源来控制整个地源热泵系统，这样就充分的体现了地源热泵技术的节约能源的作用。同时还有环保的作用，因为这项技术并没有利用其它的能源，所以会减少其它气体的排放量，避免对环境造成破坏。
2地源热泵技术具有环保长效的特点
地源热泵技术在利用的过程中没有使用任何的能源，所以就不存在着浪费能源及排放有害气体的现象，所以，地源热泵技术没有燃烧过程，对环境具有保护作用，也没有排放废弃物。另外地源热泵技术还是可以循环利用的，冬季的时候能够吸取足够多的热量，夏季的时候能够释放热量，从而达到温度的平衡。
五、地埋管地源热泵技术在暖通工程中的应用
由于地埋管地源热泵技术有着很多的优点，所以我们应该加大对地埋管地源热泵技术的研究力度，做好地埋管地源热泵技术的应用，尤其是地埋管地源热泵技术在暖通工程中的应用。地埋管地源热泵技术在暖通施工中的应用，能够促进我国暖通施工技术的发展，节约能源，保护环境，提升我国暖通工程的环保性。
1，地埋管地源热泵技术在暖通工程中的钻孔施工
在钻孔施工中注意与其它的工程相结合，这样会避免钻孔的过程中受到其它的工程影响。例如在钻孔的过程中要注意到建筑物内的电缆施工，尤其是电缆的分布十分重要，尤其注意在钻孔的过程中不要破坏电缆，也要避免电缆对钻孔造成影响。在钻孔的时候要计算好钻孔的数量，钻孔的数量需要根据施工的面积来确定，然后需要对施工的地面进行钻孔定位，确定每一个钻孔的位置。钻孔时也要适度的保持钻机的角度，最好是垂直的角度，这样会避免受到损害。钻孔施工的过程中还要在两个钻孔之间挖设泥浆池，这样做的好处是不致于使泥浆流出来，不会影响到施工进程。另外要将泥浆灌入到钻空中，能够有效的防止塌孔的发生，能够对孔壁进行凝固处理。在钻孔结束以后，还应该对钻孔进行逐一的验收，发现问题及时解决，保证钻孔更好的满足施工需要。
2地埋管地源热泵技术在暖通工程中的预组装施工
在管材的施工中应该注意管材的存放，应该将管材平整的放在地面上，即使堆放也不应该超过两米，要做好HDPE管的遮盖工作，避免因为阳光暴晒对HDPE管造成影响。在现场预组装时也要注意HDPE管的热熔管头的清洁度， 对于管径小于或等于De5O的时候，对于管材的切割采用旋转切刀，对于管径大于Deso的时候采用的是手工木工锯；当HDPE管在地面连接完成以后要对管道进行试压，试压完成并且合格之后才能进行埋管，埋管完成之后再进行一次试压，然后进行水平干管的连接，最后进行系统的试压。
3地埋管地源热泵技术在暖通工程中的下管施工
在进行地源热泵技术时要注意地下管道的施工，钻孔完成之后要立即施工，如果时间超出了，就會导致钻孔里面的积压，不利于管道的下放。为了更好的下放管道，需要采用预制硅导头下井施工方法施工，之后还要做相应的试压工作，导头的直径也是有一定要求的，直径应该大于四根HDPE管，但是还要小于钻孔的直径。在下井的时候切记不要在地面上拖拉管道，这样会导致导头的重量和管道本身的重量过大，还会产生管道的弯曲现象。所以必须要保证管道与管道之间不想连接，要分开来设计，否则会对管道造成重大的影响。当HDPE管道下井完成以后要对管道的两端进行密封，避免由于密封不够对于整个系统造成的影响。
六、结语
综上来看，在我国的暖通施工设计的过程中，地源热泵技术是暖通施工设计中不可忽视的一部分，这关系到用户的使用满意程度和施工建设的效果，在对其进行设计之前最好让用户体验，出现故障及时修正，这样会使设计的成本大大降低，还可以促进地源热泵技术的进步，使资源最大限度的得到利用，所以相关的人员要不断地进行研究，将地源热泵技术不断的得到优化创新，使暖通的设计拥有无限的未来。
参考文献：
[1]]魏燕鑫，左风云.浅论地源热泵技术在暖通空调节能中的运用[J].中华民居，2011（4）：133一136.
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[3]王海青.浅谈暖通工程中的地源热泵技术[J].城市建设理论研究（电子版），2011（29）.
介绍了沈阳市地下水源热泵技术推广的背景及应用现状,对全市地下水源热泵项目的.监测现状及存在问题进行了探讨,指出了沈阳市地下水源热泵推广应用中存在的一些问题,并提出了编制应急预案、制定技术政策、确定水质监测项目以及加强监督管理工作等意见和建议,同时对沈阳市地下水源热泵的发展前景进行了展望.
作 者：李晶 刘洪波 贾玉鹤 LI Jing LIU Hong-bo JIA Yu-he 作者单位：李晶,LI Jing(沈阳市环境监测中心站,辽宁,沈阳,110016)刘洪波,LIU Hong-bo(沈阳市沈水湾污水处理中心,辽宁,沈阳,110141)
E区样板间地源热泵空调工程施工总结
远洋花园花园(一期)工程E区样板间地源热泵空调工程施工总结
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远洋花园花园(一期)工程E区样板间地源热泵空调工程施工总结
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1.概述..........................................................1 1.1.工程概况.........................................................................................................1 1.2.地源热泵中央空调系统.................................................................................1(1)系统简介..........................................................................................................1(2)系统特点..........................................................................................................1(3)工作原理..........................................................................................................2(4)本工程地源热泵系统特点..............................................................................2 2.室外换热孔钻井与下管工程......................................2 2.1.室外换热孔定位.............................................................................................2(1)人工挖深孔......................................................................................................3(2)钻井设备及配套材料的准备..........................................................................3 2.2.室外换热孔成孔.............................................................................................3(1)井架的垂直度调整..........................................................................................3(2)钻孔施工..........................................................................................................3 2.3.换热孔下管与井孔回填.................................................................................4(1)与钻孔施工的持续性......................................................................................4(2)保证下管的垂直度..........................................................................................4(3)单U管与双U管下管的区别..........................................................................4(4)灌浆回填封孔..................................................................................................5 3.室外管线连接与回填............................................5 3.1.室外管线的水平沟槽开挖与管线连接.........................................................5 3.2.检查井砌筑与回填.........................................................................................5(1)防水套管..........................................................................................................5(2)回填..................................................................................................................6 4.室内工程设备与管道的安装......................................6 4.1.机房深化设计方案.........................................................................................6 4.2.设备与管道的安装.........................................................................................7 5.室内地板采暖工程..............................................7(1)施工前的准备工作..........................................................................................7(2)地暖管施工与土建打灰施工..........................................................................7 6.工程的项目管理小结............................................7 6.1.施工进度管理.................................................................................................7(1)室外工程的进度控制......................................................................................7(2)地板采暖工程的进度控制..............................................................................8 6.2.施工质量控制.................................................................................................8(1)室外地埋管施工质量控制..............................................................................8(2)回填土的质量控制..........................................................................................9 6.3.现场例会管理.................................................................................................9
远洋花园花园(一期)工程E区样板间地源热泵空调工程施工总结
1.概述 1.1.工程概况
远洋花园工程项目位于北京市朝阳区首都机场和平农场内,总建筑面积约20.80万平方米.本工程为E区样板间地源热泵空调工程，包括：室外地埋管系统、室内地源热泵系统、室内地板采暖及末端风机盘管系统。E区围合组团共计包括五个样板间，分别由5家单位施工，建筑面积分别为：A1-2户型434.52㎡；A1-2反户型434.52㎡；B1-3户型538.49㎡；B1-3反户型538.49㎡；B1-4户型519.23㎡。
1.2.地源热泵中央空调系统(1)系统简介
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。该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，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，释放到地下去。通常地源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量，比燃料锅炉节省约二分之一的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，其运行费用为普通中央空调的50～60％。(2)系统特点
资源可再生利用，属可再生能源利用技术。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。节能是地源热泵系统的一大特点。
绿色环保，地源热泵系统装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量，该系统环境效益显著。
一机多用，应用范围广，地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。此外，机组使用寿命长，1
远洋花园花园(一期)工程E区样板间地源热泵空调工程施工总结
均在15年以上；机组紧凑、节省空间；维护费用低；自动控制程度高，可无人值守。(3)工作原理
热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功率仅为供热量的三分之一或更低，这也是热泵的节能特点。
地源热泵是利用水源热泵的一种形式，它是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。热泵布置在机房内，冷热量通过风管或水管集中分配到各房间内。(4)本工程地源热泵系统特点
地源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统。
地源按照室外换热方式不同可分为三类：土壤埋盘管系统；地下水系统；地表水系统。根据循环水是否为密闭系统，地源又可分为闭环和开环系统。本工程采取土壤埋盘管系统，为闭环系统。对于垂直式埋管系统，其优点有：较小的土地占用，管路及水泵用电少，其缺点是钻井费用较高；对于水平式埋管系统，其优点有：安装费用比垂直式埋管系统低，应用广泛，使用者易于掌握，其缺点有：占地面积大，受地面温度影响大，水泵耗电量大。根据本工程的情况，选取垂直式埋管系统。
水源热泵机主要有两种形式：水—水式或水—空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。本工程的水源热泵机组均为水—水形式。
本工程五个样板间的室内采暖空调末端系统均采用地板采暖系统(冬季采暖)与风机盘管系统(夏天制冷)。2.室外换热孔钻井与下管工程 2.1.室外换热孔定位
远洋花园花园(一期)工程E区样板间地源热泵空调工程施工总结
(1)人工挖深孔
由于已有5栋别墅室外管线都已经完工，包括各种给水管道，排水管道，电缆沟等等，地埋管换热系统施工前需要充分了解埋管场地内已有地下管线、确定其他地下构筑物的功能及其准确位置，并进行平整地面等工作。5家施工单位在进行挖深孔时，均要求用人工挖，以保证已有地下管线不受破坏。需要注意地下已有管线进行室外换热孔定位是本工程与一般工程的不同之处。根据施工图纸与结合现场的情况完成所有的换热孔定位后，正式开始进行钻井施工。(2)钻井设备及配套材料的准备
在施工单位进场后，进行室外换热孔定位的同时，需要结合现场地质状况预计钻孔的时间安排，并检查钻井设备与配套的物资是否完备与合格。在施工过程中，有1家施工单位钻孔的实际进度比原计划延迟了一个星期，其中的原因包括下管的配套钢管过细，所选钢管规格无法满足施工需要，最终导致无法完成下管作业。
2.2.室外换热孔成孔(1)井架的垂直度调整
钻井施工前，必须进行井架的垂直度调整是最关键的控制点工作，以保证孔井竖向偏差在允许的范围内。钻井的选用形式，其中有4家单位选用了单柱龙门架，只有1家选用了三角架，在施工的过程中，采用了三角架形的施工单位在保证井架的垂直度控制做的最为优秀，这是由于三角架形的钻井在钻井的过程中，能比较好的保持孔的垂直度。对于采取单柱龙门架的施工单位，通过不间断的监控钻井的垂直度，最终也顺利完成了所有换热孔的钻井工作。(2)钻孔施工
本工程的的下管深度均为120米，在下管的过程中产生的泥沙沉积也会减少孔洞的有效深度，所以钻孔的深度必须要大于120米，以保证下管的深度。钻孔施工是个连续性的工作，在施工过程中，有一家施工单位在第一个换热孔钻井过程中，钻到大概100米处就已经无法再深入，这时孔的深度离设计要求的深度还差二十多米，钻头已经损坏2个，只能先放弃第一个孔，开始第二个孔的钻井，但到了也是100米的地方同样遇到了障碍，施工无法进行下去，经过讨论，根据地质条件选用合适的钻头继续钻井，最后突破障碍后钻井工作恢复正常。另外一3
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个施工单位在第7个换热孔钻井过程中，也遇到了相同的情况，采取同样的方法完成最后的钻井施工。2.3.换热孔下管与井孔回填(1)与钻孔施工的持续性
下管工序是工程的关键，在完成钻孔的施工后，需要马上进行下管施工。在施工的过程中，有1家单位没有按合理的施工程序施工，钻孔完成后才开始进行换热管的打压工作，打压过程中，压力下降的较快，经检查后发现U型管的封堵出现轻微泄漏，处理完毕后完成打压试验后马上进行下管施工，但已经离钻孔完成时间有大半天的时间，下管到了约80米的地方换热管就无法再继续下降，最后只能把U型管提出来，重新钻孔，管道重新做打压试验。由于地下的地质条件复杂，钻井完成后，长时间没下管，可能会在换热孔的局部发生坍塌等情形出现。
(2)保证下管的垂直度
本工程采取人工下管与机械下管的混合方法，下管前将U型管与灌浆管捆绑在一起。在下管初期，U型管下管速度较快，但随着下管深度的增加，下管速度逐渐减少，在下管不畅时，必须要注意压下管的垂直性，有一家施工单位在下管的过程中，U型管在下到110米左右的地方遇到很大的阻力，无论怎样都无法再下管，经过短暂的分析，有可能在遇到很大阻力前，U型管没有很好的保持垂直，U型管已经插入孔的边缘，无法再下管，对策方法是先把U型管提起一段距离，继续缓慢下管，保证下管的垂直度，如果钻孔没有坍塌，下管成功的机会还是存在的，同时也需要关注下管的压力情况，保证U型管在提起与继续下管时的严密性。最终，依靠人工与机械结合的方法缓慢下管，保证下管的垂直度，在突破112米左右，下管变的畅通起来，最后完成了120米U型管下管任务。通过这件事件总结出，下管最要关注的是稳，保证垂直度，而不能一味贪快，从而导致下管不畅，甚至导致下管失败。(3)单U管与双U管下管的区别
五家施工单位有4家单位采用的是双U管，有1家单位采用的是单U管，关于单U管与双U管的选择问题，目前还有不少争论，各有特点。但在下管的优劣比较来看，由于单U管的体积远比双U管小，理论上，单U管无疑比双U管施4
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工难道小很多，在下管时，单U管会畅通很多。事实上也说明了这点，在钻孔接近尾声的过程中，刚好有两家施工单位同时下管，单U管下管仅仅用了6分钟时间就完成了下管施工，而双U管下管不畅，最终花了接近1个小时才完成了下管任务。从整个下管施工阶段来比较，单U管在7个换热孔下管过程中，都比较畅通，没有返工，而其他几家双U型管施工单位的下管过程中，都遇到了下管不畅的现象，也出现了下管失败的现象。而在双U型管施工的几家施工单位来看，选取三角架形钻井的单位，下管施工做的最好，这是因为三角架形钻井在钻孔与下管时都能比较好的保持孔的垂直度，进行大量的室外换热孔钻孔施工时，如果选用的是双U管系统，建议钻井的设备选择三角架形的钻机。(4)灌浆回填封孔
下管完成并采取防止上浮的固定措施后应该马上进行灌浆封井，即回填工序。在回填之前应对埋管进行试压，在本工程中，下管都是带压下管，并且随着U型管的下管深度调整试验的压力，下管完成后，确认无泄漏后再进行回填。本工程中，前一个钻井过程中产生的泥浆用于后一个钻井的回填。对于第1个钻孔等，无法利用钻井产生的泥浆的，选用中砂回填，回填物中不得有大粒径的颗粒。回填时，要随着灌浆进程将灌浆管逐渐抽出，使混合浆自下而上回灌封井，确保回灌密实无空腔，减少传热热阻。当上返泥浆密度与灌注材料的密度相等时，回填过程结束。
3.室外管线连接与回填
3.1.室外管线的水平沟槽开挖与管线连接
与人工挖深孔施工一样，由于施工区域存在大量的地下管线，水平沟槽由人工挖开始，结合地下管线竣工图，外露施工区域相关管线后，再进行机械开挖。在整个施工过程中，人工挖与机械挖相结合。
管道连接方法有焊接、承插和活接头连接。当埋深不大或场地允许时，应在地面把套管连接好，然后利用钻塔进行放管。承插式连接一定要注意在活性胶凝固之后才能使用。所有管线连接完毕后，均需进行打压试验。3.2.检查井砌筑与回填(1)防水套管
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室外管道进入户内的管道均需要在进入户内的外墙处做防水套管处理，由于各家施工单位均对防水的处理都不够重视，在具体的施工过程中，防水处理均没有达到要求，为把控质量，需要全部返工，严格按相应施工工序施工。(2)回填
检查井砌筑完毕与管道系统打压完成后，进行室外管沟等的回填，在施工过程中，有1家施工单位在回填的过程中，没有做到分层夯实，回填程序没有按施工方案要求进行施工，需要重新返工。4.室内工程设备与管道的安装 4.1.机房深化设计方案
机房的设备是地源热泵的核心部分，设备的就位安装与管道的连接需要结合现场进行深化设计，做到设备与布管合理，设备与阀门操作维修方便，尽可能占机房面积小等。
本工程选取了共4个品牌的空调主机，包括特灵，克莱门特，西亚特，美意。A1-2户型与B1-3反户型均选用克莱门特空调主机，A1-2反户型选用西亚特空调主机；B1-3户型选用特灵空调主机；B1-4户型选用美意空调主机。
从机房的布置与设备的选型来看，选用一体式热泵机组的机房布管最为美观与简单，占机房面积小，维护操作都最方便。
系统试运行后，从噪音的对比来看，选用一体式热泵机组噪音相对最低，每个品牌的机组随选型的增大，噪音也相应提高，在机房面积允许的情况下，可以考虑设计两台功率小的主机代替，在非高峰供暖或制冷运行时间里，可以运行一台。
对于实际工程中的主机房的布置与效果来看，其中有家单位的主机机房的深化设计方案最没能结合现场的的实际情况，有不少令人遗憾的地方，机房面积小，主机却选择了体积大的空调主机，导致所有的管道水泵与阀门等均安装在主机的上方，给系统运行过程中的维护与操作带来很大的不便，同时，管道系统设计安装在主机上方也是不合理的设计思路。由此，机房的深化设计方案不仅仅要体现出系统能满足设计需要，同时还需要结合现场的实际环境与条件，选择较优的方案。
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4.2.设备与管道的安装
对于各家施工单位完成的室内设备与管道的安装施工，没能体现出精品工程的特点，存在不少的施工缺陷：如管道安装的支吊架不符合规范要求；风机盘管帆布接口错位明显、皱褶过多；冷凝水管倒坡；风管保温拼接过多；管道保温工艺差；某些出风口紧贴结构梁等等。针对每家施工单位的具体施工缺陷，都要求分别进行整改，再做子分部工程的验收。5.室内地板采暖工程(1)施工前的准备工作
因为本工程的建筑主体已经完成，原来没有考虑地板采暖系统，地板面布满了各种线管，所以在地板采暖管施工前，先要进行地面的清理施工，尽可能把地板面的管线都下移，使管线整体或者大部分移到地板水平面下，这也是本工程与一般的地板采暖工程不同之处，施工难度增加，所以在地板采暖工程开工以前，特别要求各家施工单位针对现场条件编写具体的施工方案，做到指导实际施工。(2)地暖管施工与土建打灰施工
地板面清理完毕后，开始聚苯板与地暖管道的施工。在施工过程中，有家施工单位的图纸不够详细，具体的管道间距，没有清楚表达出来，导致现场施工工人靠感觉施工，施工过程中多次返工。
在土建打灰施工前，管道经过隐蔽检查后，并且打压完毕后进行，打灰过程中，管道需要一直保压，地面没有彻底凝固前不能泄压。6.工程的项目管理小结 6.1.施工进度管理(1)室外工程的进度控制
本工程工期紧，由于时间仓促，施工前准备工作不够充分，所有室外工程全部集中在E区5栋别墅周围施工，由于施工队伍多，给管理带来很大的难度，为保证现场施工有序进行，首先在室外工程开工前，施工现场的临电与临水都保证能满足现场的施工需要，避免后面施工进度受影响。其次对各家施工单位的进度控制做到以日为单位，每天进行日进度计划与实际进度的检查与监督，当进度滞7
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后时，分析原因并采取相应措施保证原进度的需要，确保节点工程的顺利完成。
在进度的控制上，项目部采取先紧后松的措施，对于施工初期进度不够理想的施工单位加以重点监督与帮助，避免整体工程延误，因为室外钻井工程的前几个井孔的施工尤其重要，钻井过程中可能会遇到的问题会集中在前面几个井孔出现。为保证工程的实际进度满足计划进度，在钻井的过程中，对于可能在晚上进行成孔与下管施工的，现场工程师留守现场，进行施工的监督与检查，确保钻井与下管的施工质量与进度。
实际施工过程中，有一家施工单位在钻第一个井遇到了很大的困难，由于各种原因，4天还没有完成，经过分析原因找出问题加以整改，后面几个井的进度得到改善，并且顺利完成了室外钻井的所有施工。(2)地板采暖工程的进度控制
由于地板采暖工程是安排在室外工程之后，施工时间已经进入冬季，对施工的影响够大，所以项目部特别强调进行各家施工方案时，考虑冬季施工的采取的具体应对措施。聚苯板与地暖PE管施工完毕后，土建进行打灰施工，施工过程中，白天与黑夜的大部分时间的的气温都在零度以下，为了保证室内温度在零度以上，临时将所有的进出口进行封闭，室内采取电热器临时采暖，防止管道给冻坏。通过随时对室内温度的监测，地板采暖工程也顺利按计划完成。6.2.施工质量控制
(1)室外地埋管施工质量控制
是地源热泵空调工程的关键环节，室外地埋管质量的控制是整个工程的重点工作，室外工程包括以下具体工作：室外深坑施工；室外钻孔定位；钻孔施工；单(双)U管组装与试压；孔位下管与二次打压；井孔回填；水平管施工与三次打压及回填；室外整体系统打压。
由于室外工程施工过程中引起的质量问题都可能对系统造成很大的影响，在具体的如的本工程5个样板间钻井数量均为7个，总数为35个，针对本工程的地源热泵空调地埋管系统的设计和施工特点，讨论其施工操作要点、施工注意事项和质量控制要点，对施工中容易出现的质量问题进行技术指导。
(A)加强现场的施工管理，交底层层组织落实到位：做到交底内容详细全面，对施工有针对性与指导性，明确地埋管系统的热熔连接方法等。
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(B)严格按照工序要求验收：严格“三检”制度，U型管严密性试验等等。(C)严格材料进场检验制度，做好相关记录。(2)回填土的质量控制
地埋管系统施工质量对本工程质量影响重大，垂直地埋管群井的回填密实质量和水平干、支管沟槽的回填质量将直接影响回填土区域的垂直或不均匀沉降量。
(A)下管采取人工配合机械下管的方法，利用回转钻机钻杠顶进的方式，下管完毕后用中砂自上而下回填后方可提升钻杠。
(B)地埋管井回填材料一般采用中砂，待井孔中泥浆沉淀后回填，用灌浆泵将砂灌入孔中，经多次补填砂直至将孔填实。
(C)水平沟槽回填，管顶以上300mm范围内采用细砂人工回填，采用人工和平板振动器等相结合的方式夯实，逐层回填。机械回填时必须保证管道内充满水的情况下进行。6.3.现场例会管理
在我国《暖通空调术语标准（GB50155-92）》中，对“热泵”的解释是“能实现蒸发器和冷凝器功能转换的制冷机”；在《新国际制冷词典
（NewInternationalDictionaryofRefrigeration）》中，对“热泵”的解释是“以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统”。可见，热泵在本质上是与制冷机相同的，只是运行工况不同。其工作原理是，由电能驱动压缩机，使工质（如R22）循环运动反复发生物理相变过程，分别在蒸发器中气化吸热、在冷凝器中液化放热，使热量不断得到交换传递，并通过阀门切换使机组实现制热（或制冷）功能。在此过程中，热泵的压缩机需要一定量的高位电能驱动，其蒸发器吸收的是低位热能，但热泵输出的热量是可利用的高位热能，在数量上是其所消耗的高位热能和所吸收低位热能的总和。热泵输出功率与输入功率之比称为热泵性能系数，即COP值（CoefficientofPerformance）。
2.地（水）源热泵机组的工作原理
是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。具有高效节能、经济环保、安全可靠、可自动运行等优点。
3.地源热泵同空气源热泵相比，有什么优点
地源热泵同空气源热泵相比，有许多优点：（1）全年温度波动小。冬季温度比空气温度高，夏季比空气温度低，因此地源热泵的制热、制冷系数要高于空气源热泵，一般可高于40%，因此可节能和节省费用40%左右。（2）冬季运行不需要除霜，减少了结霜和除霜的损失。（3）地源有较好的蓄能作用。
4.地源热泵系统的分类及其各自的优缺点
1）Groundwaterheatpumps，GWHPs地下水热泵系统，也就是通常所说的深井回灌式水源热泵系统。通过建造抽水井群将地下水抽出，通过二次换热或直接送至水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下。
其最大优点是非常经济，占地面积小，但要注意必须符合下列条件：水质良好；水量丰富；回灌可靠；符合标准。
2）（a）Horizontalground-coupledheatpump水平埋管地源热泵系统（b）
Verticalboreholeground-coupledheatpump垂直埋管地源热泵系统。（a）和（b）两种方式都归属于Ground-coupleheatpumpsGCHPs（地下耦合热泵系统），也称埋管式土壤源热泵系统。还有另外一个术语叫Groundheatexchanger地下热交换器地源热泵系统。这一闭式系统方式，通过中间介质（通常为水或者是加入防冻剂的水）作为热载体，使中间介质在埋于土壤内部的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行热交换的目的。
对于垂直式埋管系统，其优点有：较小的土地占用，管路及水泵用电少，其缺点是钻井费用较高；对于水平式埋管系统，其优点有：安装费用比垂直式埋管系统低，应用广泛，使用者易于掌握，其缺点有：占地面积大，受地面温度影响大，水泵耗电量大。
3）Surface-waterheatpumps，SWHPs地表水热泵系统。通过直接抽取或者间接换热的方式，利用包括江水、河水、湖水、水库水以及海水作为热泵冷热源。归属于水源热泵方式。
其优点有：在10米或更深的湖中，可提供10℃的直接制冷，比地下埋管系统投资要小，水泵能耗较低，高可靠性，低维修要求、低运行费用，在温暖地区，湖水可做热源，其缺点有：在浅水湖中，盘管容易被破坏，由于水温变化较大，会降低机组的效率。
4）Standingcolumnwellheatpumps，SCW单井换热热井，也就是单管型垂直埋管地源热泵，在国外常称为“热井”.这种方式下，在地下水位以上用钢套作为护套，直径和孔径一致；地下水位以下为自然孔洞，不加任何固井设施。热泵机组出水直接在孔洞上部进入，其中一部分在地下水位以下进入周边岩土换热，其余部分在边壁处与岩土换热。换热后的流体在孔洞底部通过埋至底部的回水管被抽取作为热泵机组供水。这一方式主要应用于岩石地层，典型孔径为150mm，孔深450m.该系统适用于岩石地质地区，该地区岩石钻孔费用高，而与岩石直接换热，大大提高换热效率，节省钻孔、埋管费用。须得注意分析具体地质情况，做好隔热、封闭、过滤、实际换热量测算等具体工作。
5）锅炉/冷却塔与地下埋管相结合的混合型地源热泵系统：适用于空间小，不能单独采用地下埋管换热系统的建筑或内外分区冬季有大量可利用的排热的建筑物，冷却塔和闭环式系统相结合制冷，节省成本；事实证明该系统是高效率、低费用的。
它的补充热源有水地源、太阳能、电锅炉、城市热网……，额外排热由冷却塔或水地源来解决。其系统的设计需要详细计算各季节的散热与排热及总的中和后的散热或排热量来选择热源和冷却塔。
下面是有关水源热泵行业的一个小的调查报告：
一、目前国内市场上销售的水源热泵的生产企业，其中包括国内及国外生产企业
国内：山东富尔达、清华同方、山东宏力、烟台荏原、泰豪科技、烟台光大、烟台蓝德、青岛澳柯玛、大连奥德、大连葆光、广州威尔、北京清源、杭州西亚特、苏州TRANE、深圳MACQUAY……
美国水源热泵的制造厂商有著名的公司有AddisonProductsCompany、AdvancedGeothermalTechnology、CarrierCorporation、ClimateMasterInc.、EconarEnergySystemsCorporation、FHPManufacturing、MammothInc.、TheTraneCompany、WaterFurnaceInternational等公司。
二、2004年全国水源热泵机组的市场总容量，其中包括国内企业销售量及国内进口量2004市场总容量：3——5亿，富尔达、同方过亿，其它都在几千万——几百万
三、国内外主要生产企业在国内的代表性工程简介（可以看各家的网站）
四、水源热泵机组产品的市场分布情况，主要销售城市及销售数量
主要产地：山东、北京及周边、广东
主要销售地：东北、河南、西北
五、水源热泵机组设备部分的机组形式及主要参数值；机组形式：国内产品以水－水系统、大机组为主；国外产品以水－空气系统，小产品为主。
1、目前以螺杆式压缩机机＋壳管式换热器为主；
2、部分企业以涡旋式压缩机＋板式换热器或套管式换热器的模块式机组为主；
3、很少有企业用最早的活塞式压缩机做机组了
机组大小：以50KW——2000KW为主要产品。
五、国内外水源热泵的技术发展状况：
包括地上的设备部分及地下水源部分机组发展目标：自动化、远程监视控制化、满液式蒸发器的应用、系统优化提高COP值；
地源部分：水井形式的回灌问题、埋管形式的换热器的计算问题，混合式系统（如水环热泵系统）的精准计算匹配问题
六、国内外水源热泵的相关标准
美国：
ARI320-98，WATERSOURCEHEATPUMP；ARI325-98，GroundWater-SourceHeatPumps；
ARI330-98，Ground-SourceClosed-LoopHeatPumps，1998；
ARI110-97，Air-ConditioningandRefrigeratingEquipmentNameplateVoltages；ASHRAE37-1988，MethodsofTestingUnitaryAir-ConditioningandHeatPumpEquipment；
国内：
GB/T19409-2003水源热泵机组；
GB/T10870—2001容积式和离心式冷水（热泵）机组性能试验方法
GB/T18430.1—2001蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组工商业用和类似用途的冷水（热泵）机组
GB/T18430.2—2001蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组户用和类似用途的冷水（热泵）机组
JB/T7227—1994复合热源热泵型螺杆式冷水机组
GB/T10870-2001：《容积式和离心式冷水（热泵）机组性能试验方法》
地源热泵供暖空调技术规程——－建研院空调所正在编制行业标准；
七、政府对水源热泵技术推广的相关政策
目前政府政策模糊，与水资源缺乏政策有些抵触，在水资源较好地区容易推广，比如：东北3省、内蒙、河南、北京、天津、山东西南部……
八、影响水源热泵发展的相关因素等等
1、政府的地下水政策；
2、众厂家对回灌技术的重视程度；
3、向矿山、江河湖海等地表水的推广；
地下水源热泵与其他几种常用供热方式能量利用系数比较
热泵虽然有大于1的制热系数，但是仅以此来判断供热的经济性还是不够的。在将电动热泵供暖和其他供暖方式比较时，还应考虑另一个经济指标——能量利用系数E.能源利用系数E的定义为，供热量与消耗的初级能源之比。它除反映了制热系数的高低外，还考虑到热泵利用一次能源（燃料）的效率，它包括发电效率和输电效率。
近年来,随着化石能源的日益减少和环境污染程度的不断加剧,世界各国十分重视厌氧发酵技术的研究开发和利用,规模化大中型沼气工程正日益增多,特别是高浓度物料中温厌氧发酵是规模化沼气工程发展的趋势[1,2]。在沼气的生产过程中,温度是影响厌氧发酵的关键因素之一。在北方寒冷地区,由于受到季节和地域的限制,要使沼气工程常年稳定运行,以及保持恒定、高效的产气率,就必须采取加热和保温措施,将发酵温度严格控制在最适宜的温度范围内,避免发酵温度随环境温度发生变化。然而,对沼气工程进行加热的同时需增加新的能源消耗和环境污染。从能量收支平衡角度分析,沼气工程加热系统能耗的高低直接影响到沼气工程的节能效果及能否实现沼气工程的正能输出。因此,选择适合北方寒冷地区节能环保型沼气工程加热模式和设备,是大中型沼气工程在北方寒冷地区发展必须解决的问题,是促进沼气工程工业化进程和经济运行与否的关键因素之一。地源热泵技术作为一种利用清洁的可再生能源技术,具有高效节能、运行稳定可靠及环境效益显著等特点,已在大中型沼气工程中开始应用[3,4,5,6]。本文根据地源热泵技术在沼气工程中应用的实例,将地源热泵加热方式与常规的燃煤锅炉加热方式进行比较,分析其节能效果。
1 沼气工程全年能耗的分析
1. 1 沼气工程模型的选取
本研究的地源热泵加热系统是基于黑龙江省鸡西市一中温发酵的沼气工程。工程日设计处理奶牛粪便30t余,建有容积为30m3的室内配料池2个,容积为700m3的“发酵—产气”一体式的室外地上厌氧发酵反应器1座,容积为2 000m3的沼渣沼液池1处,所产沼气用于农户炊事和发电使用。图1为沼气工程工艺流程图; 图2为厌氧发酵反应器结构示意图,其原始设计参数如表1所示。
1. 2 沼气工程加热热负荷的计算
根据沼气工程各部分的组成,沼气工程的加热热负荷主要由发酵料液温度升高所需的耗热量和厌氧发酵反应器围护结构的传热耗热量两部分组成。
1. 2. 1 发酵料液温度升高所需耗热量
发酵料液温度升高所需耗热量是指在配料池中,发酵料液由进料时的初始温度升高到发酵温度所需的耗热量,其计算公式为[7]
其中,GL为发酵系统每天进料量( TS = 8% ) ,取30t / d; cf为发酵料液的比热容,取3. 9k J /( kg·℃ ) ; tf为厌氧发酵温度,取35℃ ; tL为进料时料液的初始温度,其数值可根据各月份室外平均温度和奶牛舍的适宜工作温度10 ~ 25℃所选取。
1. 2. 2 厌氧发酵反应器围护结构的传热耗热量
厌氧反应器围护结构传热耗热量计算公式为[7,8]
其中,Φf为反应器维护结构传热耗热量( W) ,Φ1为反应器顶部传热耗热量( W) ; Φ2为反应器壁面传热耗热量( W) ; Φ3为反应器底部传热耗热量( W) ; η为修正系数,取0. 65。反应器各部传热耗热量计算公式为[7,8]
其中,tw为鸡西地区各个月份室外平均气温( ℃ ) ,根据鸡西市气象资料取值; Az为贮气模面积( m2) ; rf为反应器内半径,6. 11m; a为温差修正系数,a = 1 ;δf为反应器的壁面厚度( m) ,δf= δg+ δb; hw为反应器外表面传热系数,取23W /( m2·K) ; hzn为贮气膜内表面传热系数,取8. 7W /( m2·K) ; hzw为贮气膜外表面传热系数,取23W /( m2·K) ; λt为土壤的导热系数取0. 93W /( m3·K) ,其他符号意义同前。
沼气工程加热热负荷为
其中,ψ为热管散热损失率,取1%[9]。
沼气工程各月份的累计热负荷计算公式为
其中,τ为各个月份的总天数( d) 。
沼气工程全年各月份累计热负荷统计如表2所示。
2 地源热泵加热系统
根据前述计算公式,沼气工程在冬季采暖室外计算温度为 - 23℃时的设计热负荷为65k W,沼气工程加热系统选用一台LSH65S型地下水源热泵机组。机组的技术参数: 名义制热量72k W,输入功率15. 6k W,使用侧热水流量为11. 13m3/ h,水源侧水流量为5. 69m3/ h。
热泵机组能耗主要包括: 地源热泵能耗、循环水泵能耗及潜水泵能耗3部分。为了保证加热所需热负荷地源热泵机组的工作时间计算公式为[10,11,12]
其中,N为采暖期热泵的工作时间( h) ; ω为热泵的输出功率,72k W。
地源热泵耗电量计算公式为
其中,P为热泵的输入功率,15. 6k W。
根据地下水源热泵的水源侧水流量,选择一台HYL50型热水循环泵,水泵的流量为12m3/ h,扬程为26m。根据地下水源热泵的使用侧热水流量,选择一台BY100QJ8 - 110 /22型潜水泵,水泵的流量为8m3/h,扬程为110m。
水泵的耗电量计算公式为[10,11,12]
其中,Gm为水泵的流量( m3/ h) ; Hm为水泵的扬程( m) ; ηa为水泵的效率,取0. 7; ηb为电机效率,取0. 8。
根据上述设备的选择,计算得到各部分的总耗电量为
其中,E2为循环水泵耗电量,E3为潜水泵耗电量,E2和E3由公式( 10) 计算得到。
由于水泵所消耗的能源为电能,将电能折算成一次能耗和标准煤的计算公式为
其中,Ea一次能耗( k W·h) ; Ma为标准煤的消耗量( t) ; ηe为电厂电效率,考虑火电站,30% ; ηs为输配电效率,90% ,q0煤的发热量,取29 302. 3k J /kg。
根据表2的数据,计算得到采用地源热泵加热方式的各月份一次能耗和标准煤消耗量统计如表3所示。
3 常规加热系统
根据沼气工程设计热负荷为65k W,选用一台燃煤锅炉,额定热功率为70k W,热效率为76. 8% 。
锅炉燃料能耗计算公式为
其中,ηn为锅炉的热效率,76. 8% 。
将原煤的能耗折算为标煤消耗量的计算公式为
由于锅炉燃料为原煤,可以将原煤的能耗看作一次能耗,根据表2的数据,计算得到采用常规燃煤锅炉加热方式的各月份一次能耗和标准煤消耗量统计,如表4所示。
4 地源热泵加热系统与常规加热方式能耗的比较与分析
根据表3和表4的数据做出图3,通过图3对两种加热方式各月份一次能耗进行对比,可以看到: 两种加热方式的能耗随着各月份室外平均温度的不同而变化。
在冬季室外温度较低情况下,两种加热方式的能耗均很高,所以在冬季为维持反应器发酵所需温度,必须保证沼气工程运行所需能耗,否则沼气工程将因为温度过低无法正常产气。同时,地源热泵加热方式各月份的能耗均小于常规加热方式相应各月份的能耗,所以在同等条件下,采用地源热泵加热方式均优于常规加热方式。
根据表3和表4的数据,得出两种加热方式全年的一次能耗与标准煤消耗量对比如表5所示。
从表5中可以看出: 全年的地源热泵加热系统能耗是常规加热系统能耗的85% ,可见采用地源热泵全年加热可以节约能源。
5 结论
在寒区沼气工程厌氧发酵反应器内,料液温度全年维持35℃中温发酵的情况下,地源热泵加热方式比常规加热方式全年节约15% 左右的一次能耗。这说明采用地源热泵加热系统既可以节约常规能源,也提高了可再生能源的利用率。同时,两种加热方式冬季运行时的能耗相对较高,说明了为维持发酵温度,保证沼气工程冬季运行加热所需能耗十分重要。该研究为寒区沼气工程运行采暖提供了可靠的依据。
摘要：由于寒区沼气工程运行时室外温度较低,需要采用加热保温措施,因此选择适当的加热系统直接关系到寒区冬季沼气工程中温发酵能耗的大小和能否正能输出的问题。为此,基于黑龙江省鸡西市兰岭乡一处沼气工程参数,在沼气工程35℃中温发酵热负荷的条件下,通过计算和对比地源热泵和燃煤锅炉对沼气工程进行加温的各月份能耗,得出了地源热泵加温方式比燃煤锅炉加温方式节约15%左右能源消耗的结论,为寒区沼气工程采用地源热泵加热系统进行采暖提供了有力依据。
【关键词】水源；热泵；供热；空调；工程；应用
1.热泵技术的由来与发展
当今社会环境污染和能源危机已成为全人类面对并要加以解决的重大课题，在这种背景下，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的供热空调系统应运而生，而热泵技术正是满足这些要求的新兴供热空调技术。我国热泵事业近几年发展势头看好，国内企业开发出了中国品牌的热泵系统，并已建成了数个示范工程，越来越多的中国用户开始熟悉热泵，并对其产生了浓厚的兴趣。
2.热泵的工作原理及种类
（1）根据热力学第二定律，热可以自发地由高温物体传向低温物体，而由低温物体传向高温物体则必须作功，正如水能够通过水泵从低处向高处流动一样，热泵系统实现了把能量由低温物体向高温物体的传递，它是以花费一部分高质能为代价，从自然环境中获取能量，并连同所花费的高质能一起向用户供热，也就是说热泵的供热量永远大于所消耗的功量，所以是综合利用能源的一种很有价值的措施。热泵的硬件组成和制冷系统大致相同，也是由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀等主要部件组成。只是制冷是从制冷房间吸热到冷凝器散发给冷却介质，热泵是制冷工况的逆过程，即把热量从冷凝器的介质吸收过来散发到制热房间中。
（2）热泵技术按所需热源的不同大体可分为气源热泵、地源热泵及水源热泵。气源热泵即通常所说的风冷热泵，是以室外空气作为热源，是目前应用最为广泛的热泵系统。地源热泵是将换热盘管深埋于地下，吸收土壤中的低温热量进行供热，由于全年土壤温度波动较小，地源热泵的季节工况较为恒定。水源热泵是目前我国应用较多的热泵形式，它是以水（包括江、河、湖泊、地下水等）作为冷热源体，在冬季利用热泵吸收其热量向建筑供暖，在夏季热泵将吸收到的热量向其排放，实现对建筑物的供冷。在水源热泵的应用当中，又以利用地下水的地下水水源热泵应用较为广泛。其工作原理大都是通过外部管道及阀门的切换来实现冬夏工况的转换，夏季空调供回水走蒸发器，地下水走冷凝器，冬季空调供回水走冷凝器，地下水走蒸发器。
3.地下水水源热泵技术的特点
3.1高效节能，运行费用低
在评价热泵机组和制冷机组的性能时常用到“功效比”，用COP 表示，即系统输出的功率与所消耗的功率之比。风冷热泵其COP值一般在2.0～3.0 之间，而水源热泵国内产品在供热时COP 值可达3.5～4. 0，供冷时活塞式机组为5.0～5.2，螺杆式机组可达6.0，从这一点上看，水源热泵可以被称作高效节能的供冷供热设备。水源热泵在制热时所需的地下水即相当于锅炉燃烧的煤或油，而且地下水占热泵所供热量的70%～75%，这些热量所消耗的代价仅为廉价的地下水，其成本要大大低于燃油和燃煤。
3.2一机两用，环保洁净，初投资小
由于水源热泵冬季可向建筑物供暖，夏季可向建筑物供冷，真正做到了一机两用，提高了设备的利用率。水源热泵机组无需设置冷却塔及烟气排放系统，省去了高成本的自来水，避免了向大气排放烟尘及有害气体，因此水源热泵可称其为低成本的绿色空调产品。
3.3机房面积小，灵活安全，用途广泛
由于热泵机组兼有供冷供热的功能，机组本身体积较小，因而使机房面积大大减小，机组可灵活地安装在任何地方，没有储煤、储油罐等卫生及安全隐患，机组采用智能化微电脑控制系统，并有备用手动操作系统，无需专业人员操控，完善的电脑控制和多重保护，使整机运行安全可靠。水源热泵机组从严寒地区至热带地区均适用，机组适用的水源温度从8℃到35℃均可，既可以提供7℃或50℃的空调用水，也可以提供同样温度的生活热水；既可以作为城市区域供热的热源使用，也可以为办公楼、宾馆、别墅、居民小区等提供中央空调系统。
4.水源热泵在供热空调中应用应具备的条件
4.1可靠的水源
对于水源热泵而言，其水源可为地表水、江河水、湖水、海水及地下水，但目前应用较多的水源热泵均采用地下水，地下水作为国家的重要资源之一，政府对开采与使用有各种限制政策和法规，要获取地下水，须通过政府有关主管部门的批准方可，并应有可靠的技术措施确保地下水的回灌。
4.2充足的水源水量
水源水量是影响水源热泵系统的重要因素，其水量的多少与建筑物负荷大小及空调设计方案等有关，在确定方案之前，应根据水文地质资料合理确定水量，必要时可先打井做抽水实验，看看在规定的连续抽水时间内地下水的水位降是否符合要求，并根据确定的水量来选定取水井与回灌井的数量。
4.3合适的水源水温
水源的温度也是影响水源热泵的重要因素，同样的机组，由于水温不同其提供的冷量和热量也不同。一般来讲，水源热泵对水源温度要求的范围是：制冷工况下，进蒸发器水温为10～22℃；制热工况下，进冷凝器的水温为18～40℃。取水井与回灌井之间应有一定的距离，以保证地下水经过水源热泵机组产生的温度变化经回灌后，在含水层中流动至取水井时温度得以恢复，避免地下水产生冷量或热量的积累，目前实际应用运行良好的工程中，取水井与回灌井之间的间距均在40m以上。
4.4良好的水质
水源热泵机组对水源的水质有一定的要求，如果水质达不到要求，会对阀门、主机及其附件构成危害，尤其对多数热泵厂家采用的板式换热器产生的危害更为严重，从而影响系统的运行，但通常可以采取一些处理手段如设置除污器，电子除垢仪，或在取水井内多设几层过滤装置以减小井水中所含沙尘颗粒直径，从而满足机组对水质的要求。一般来说，水源水质不是影响水源热泵机组应用的主要因素。
5.水源热泵应用中有待探讨的问题
地下水水源热泵的应用必然带来地下水的开采问题，能否在一个城市或一个地区大量使用，如何解决取水井与回灌井的水位平衡问题，以及由于回灌井的回流速度问题能否给周围的建筑物造成安全及质量上的问题等都要进一步从理论上和实践上加以研究，并根据不同城市，不同地区，因地制宜制定相关政策。政府的职能部门应制定一套相关的优惠政策，加快水源热泵技术的开发研制及应用进度，使相关的问题得到尽快解决。
6.结论
