羅新立

（中鐵五局集團(tuán)建筑工程有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550000）

伴隨著我國整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的快速提升，環(huán)保問題逐漸成為現(xiàn)代發(fā)展進(jìn)程中一大阻礙性因素，各國紛紛追求對(duì)資源的高效和重復(fù)開發(fā)利用。地源熱泵系統(tǒng)作為集地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)、水源熱泵機(jī)組以及建筑物系統(tǒng)于一體的供熱空調(diào)系統(tǒng)，從起步到發(fā)展僅用了十幾年時(shí)間。當(dāng)前階段，我國地源熱泵系統(tǒng)通過大量應(yīng)用實(shí)踐，基本已形成一整套覆蓋系統(tǒng)設(shè)計(jì)、材料供應(yīng)、設(shè)備生產(chǎn)、工程安裝等多個(gè)環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)鏈。盡管我國在地源熱泵市場(chǎng)規(guī)模方面整體處于增長趨勢(shì)，且較世界同期平均發(fā)展速度呈現(xiàn)超出跡象，但仍需直面地源熱泵行業(yè)發(fā)展過程中的缺陷與不足，通過與實(shí)際情況的有效結(jié)合，確保地源熱泵行業(yè)未來發(fā)展的健康性與穩(wěn)定性。

1 地源熱泵工作原理及分類

1.1 工作原理

相較于西方發(fā)達(dá)國家，我國地源熱泵的開發(fā)與利用整體較晚，具體可追溯至20世紀(jì)末，并迅速在全國范圍內(nèi)普及。從系統(tǒng)原理角度來看，地源熱泵主要是通過對(duì)水源熱泵這一形式的有效利用，以水能和地能等為介質(zhì)展開冷熱交換，冬季“取”出地能中的熱量，起到對(duì)室內(nèi)的有效供給，被稱為“熱源”；夏季將室內(nèi)熱量取出，在地下水、地表水以及土壤中進(jìn)行釋放，也就是“冷源”。而從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，地源熱泵系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分，即地源熱泵機(jī)組、室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)及室內(nèi)地?zé)崮軗Q熱系統(tǒng)。

地源熱泵主要包括水—水式或水—空氣式兩種形式。三個(gè)系統(tǒng)在傳遞熱量時(shí)，主要以水或空氣換熱為主要依據(jù)，而水源熱泵與地能以及建筑采暖空調(diào)末端換熱的主要介質(zhì)主要有兩種，一種是水，另一種是空氣。

1.2 地源熱泵的分類

按照室外換熱方式，可將地源熱泵系統(tǒng)分為三類：地下水系統(tǒng)、土壤埋管系統(tǒng)以及地表水系統(tǒng)。而通過對(duì)循環(huán)水密閉性進(jìn)行分析，又可將地源分為閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)兩種。閉環(huán)系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式有地表水安置換熱器方式和埋盤管方式兩種；開環(huán)系統(tǒng)的主要方式為地表水和抽取地下水，另外一種為直接膨脹式，該方式直接在地下進(jìn)行換熱，將換熱器直接埋入地下。

2 地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)在建筑工程中的應(yīng)用特點(diǎn)

2.1 可再生性

地源熱泵系統(tǒng)中的冷熱源主要來自地球表面淺層地?zé)豳Y源，是一種通過能量的有效轉(zhuǎn)化從而形成有效供暖。地下水、河流、地表土壤、湖泊等均屬于地表淺層地?zé)豳Y源，其蘊(yùn)藏了大量地?zé)崮?、太陽能等低溫位熱能，總體來說均為一種地能資源。某種程度上，可以將地表淺層視為一種太陽能集熱器，可對(duì)太陽所散發(fā)的能量進(jìn)行收集，是人類年平均能量利用的500倍左右。除資源及地域等條件的限制之外，地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)還具有十分顯著的特點(diǎn)，如量大、面廣等。在某種程度上與可再生資源相似，可確保地能成為一種清潔度高的可再生能源形式。

2.2 節(jié)能性

地表淺層或地能資源常年穩(wěn)定在相對(duì)可靠的溫度，進(jìn)入冬季后溫度比環(huán)境空氣溫度相對(duì)較高，夏季則相反。該資源在環(huán)境溫度中的特性，使地源熱泵在運(yùn)行效率方面超出傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的40%，相對(duì)減少了對(duì)成本費(fèi)用的浪費(fèi)，費(fèi)用節(jié)省率達(dá)到40%左右。除此之外，地能的恒溫特性，為地泵機(jī)組運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性提供了保障，且在一定程度上使系統(tǒng)可以更加高效和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

2.3 環(huán)境效益性

與空氣源熱泵系統(tǒng)的污染物排放量相比，地源熱泵系統(tǒng)則有所改善，具體降低規(guī)?？蛇_(dá)40%左右，與電供暖系統(tǒng)相比，大約可降低70%的污染物，若結(jié)合其他節(jié)能技術(shù)和措施，將取得更加顯著的節(jié)能減排效果。目前，制冷劑在部分系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸頻繁，但與常規(guī)空調(diào)裝置相較而言，在沖灌量上有所減少，整體降低率大約為25%，屬自含式系統(tǒng)，主要指在工廠車間內(nèi)事先將該裝置進(jìn)行密封處理，最大限度地減少制冷劑泄漏的可能性。根據(jù)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)資料信息的初步預(yù)算和推測(cè)，若安裝40萬臺(tái)地源熱泵，其氣體排放量約為60萬t，相較于化石能源而言有所降低。與此同時(shí)，各空間的熱泵空調(diào)安裝有單獨(dú)的能量分配器，可對(duì)溫度進(jìn)行自主調(diào)節(jié)。

2.4 易維護(hù)性

地源熱泵系統(tǒng)在實(shí)際建筑工程中的有效應(yīng)用，可避免建筑物后期在維護(hù)和保養(yǎng)方面的成本投入。一般情況下，鍋爐供熱系統(tǒng)對(duì)電能或燃料的轉(zhuǎn)化只能達(dá)到70%～90%，故與電鍋爐加熱系統(tǒng)相比，地源熱泵系統(tǒng)的節(jié)電能力更為顯著，且穩(wěn)定性相對(duì)良好，基本維持在10～25℃，3.5～4.4為其具體的制冷系數(shù)和制熱系數(shù)，是常規(guī)空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用的1/2左右。地源熱泵中的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件相對(duì)較少，部件可在地下進(jìn)行潛埋，同樣也可在室內(nèi)進(jìn)行安裝，并且可有效抵御建筑空間以外的極端惡劣天氣。其地上和地下部件在有效年限方面有所區(qū)別，分別為50年和30年，由此可見，地源熱泵系統(tǒng)對(duì)后期維護(hù)的要求相對(duì)較低，省去了大量的維護(hù)工作。

3 地源熱泵室外地埋管系統(tǒng)安裝

3.1 鉆孔

在直埋式地源熱泵實(shí)際施工過程中，需借助具體的鉆機(jī)設(shè)備，并且對(duì)鉆機(jī)深度有著較為明確的要求。通常需達(dá)到150～200m的深度，結(jié)合工程實(shí)際情況將鉆頭直徑控制在100～150mm。但受鉆孔深度較淺等因素的影響，在鉆進(jìn)方法上一般主要以常規(guī)循環(huán)鉆進(jìn)方法為主。目前，國內(nèi)普通工程常用鉆機(jī)主要包括工程勘察鉆機(jī)、巖心鉆機(jī)兩種。在完成鉆孔施工后需確保整個(gè)孔壁的完整性與平滑性。如果施工區(qū)地層土質(zhì)質(zhì)量相對(duì)較高，在鉆進(jìn)方式上可采用裸孔方式進(jìn)行鉆進(jìn)；若鉆進(jìn)地段為砂層地質(zhì)條件，且孔壁極其容易發(fā)生坍塌，則需下套管。在實(shí)際鉆進(jìn)過程中，泥漿密度一般需控制在1125g/cm3，從而形成相對(duì)穩(wěn)定的孔壁，并降低泥漿濃度。在后期成孔過程中，最后上返的泥漿密度應(yīng)升高至1108g/cm3，且泥漿中基本不含砂粒。

3.2 U型管的制備

以預(yù)先設(shè)計(jì)好的接管方案作為參考條件，制備相應(yīng)的PVC型管，完成U型管彎接頭的熔接作業(yè)，有效熔接接頭。在場(chǎng)地內(nèi)展開U管，順利進(jìn)入地下空洞，并進(jìn)行防凍液的有效注入。注入防凍液的主要目的是提高U型管的整體質(zhì)量，便于后期下管，并起到良好的傳熱作用。在對(duì)防凍液密封性進(jìn)行全面檢查，在檢查確定無嚴(yán)重的泄漏現(xiàn)象后，在PVC管的U型接頭處進(jìn)行捆綁配種。通常情況下，配種材料以8～15mm的鋼筋為主，結(jié)合所下PVC管的根數(shù)，對(duì)配筋數(shù)量進(jìn)行有效確定，一般3根PVC管配1根鋼筋，5根PVC管則配2根筋。

3.3 下U型管

在建筑工程地源熱泵系統(tǒng)安裝施工中，最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是下放U型管，因?yàn)椴扇崃康目偭咳Q于U型管的下放深度，故需確保U型管下放深度的精確性。依據(jù)熱交換原理，對(duì)U型管的下放深度進(jìn)行確定，相關(guān)計(jì)算應(yīng)以下管長度為依據(jù)。通常情況下，下U型管的方法主要以人力下管為主，其優(yōu)勢(shì)在于可對(duì)U型管的完好程度進(jìn)行有效判斷，并且可將人力完全深入地下空洞。在具體施工過程中，受孔內(nèi)復(fù)雜性情況的影響，U型管下放過程中可能受到來自孔壁摩擦阻力的影響，針對(duì)這種情況，可將粗麻繩直接套在PVC管上，通過加力杠桿作用于粗麻繩上，為U型管下放提供便利。

3.4 灌注

注漿主要是為了有效填充U型管和鉆孔孔壁之間的空隙，促使其傳熱性能的有效發(fā)揮。通常，選用熱阻抗較小的填充材料，有助于提升系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率。目前國外主要是將鉆孔內(nèi)所取出的巖土體進(jìn)行回填，但在具體操作上難度較大，因此，在具體灌注過程中主要選用特殊物質(zhì)制成的材料。此外，在實(shí)際注漿過程中，還應(yīng)確保注漿的連續(xù)性，避免對(duì)系統(tǒng)傳熱效果以及工程質(zhì)量的直接影響。

4 地源熱泵系統(tǒng)在建筑工程中應(yīng)用的兩點(diǎn)建議

4.1 加強(qiáng)行業(yè)政策的有效引導(dǎo)作用

當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)政府部門應(yīng)充分發(fā)揮帶頭作用，創(chuàng)新性地將地源熱泵系統(tǒng)引入政府所承建的相關(guān)工程項(xiàng)目中，通過技術(shù)帶頭應(yīng)用形成良好的推廣。其次，進(jìn)一步加大對(duì)地源熱泵系統(tǒng)的宣傳與普及，促使消費(fèi)者以及相關(guān)開發(fā)商更加全面、系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)和了解地源熱泵技術(shù)，引導(dǎo)其樹立正確的環(huán)保意識(shí)、節(jié)能意識(shí)以及低碳消費(fèi)意識(shí)。

4.2 加大法律法規(guī)執(zhí)行力度

在地源熱泵技術(shù)實(shí)際推廣過程中，應(yīng)充分發(fā)揮當(dāng)?shù)卣苤谱饔?，通過各種法律法規(guī)的有效制定與完善，促使管理作用的全面發(fā)揮。從本質(zhì)角度來看，政府管制主要指通過創(chuàng)新性地使用可再生能源建筑，加快完成對(duì)相關(guān)節(jié)能指標(biāo)以及污染指標(biāo)的有效制定，提高建筑工程在實(shí)際開展環(huán)節(jié)的各項(xiàng)要求，鼓勵(lì)和支持開發(fā)商在建筑工程設(shè)計(jì)過程中引入節(jié)能環(huán)保理念和技術(shù)。與此同時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步加大執(zhí)法力度，通過政府執(zhí)法來保證地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)在建筑中的應(yīng)用推廣，針對(duì)存在與標(biāo)準(zhǔn)不符的問題，要承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。

5 結(jié)束語

綜上所述，地源熱泵工程中所呈現(xiàn)出的一系列問題，反映了其在實(shí)際安裝過程中科學(xué)性和規(guī)范性的極度匱乏，且隨著科技的不斷進(jìn)步與完善，建筑工程地源熱泵的安裝與施工中涌現(xiàn)出一大批新技術(shù)、新材料、新工藝。地源熱泵技術(shù)在建筑暖通工程中的合理應(yīng)用，不但能夠有效降低工程整體的能源消耗，還能削弱建筑的實(shí)際消耗，在建筑節(jié)能方面發(fā)揮積極的作用。此外，在實(shí)際工程應(yīng)用中，還應(yīng)嚴(yán)格控制地源熱泵裝置的安裝質(zhì)量，確保地源熱泵的運(yùn)行更加安全、穩(wěn)定，從而全面發(fā)揮系統(tǒng)的實(shí)際節(jié)能作用。