土壤与建筑基础复合埋设管网的地源热泵系统综合建造关键技术研究
时间：2023-04-07 15:45:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
蒋水青 卢 骜 戴 力 王 震 张 扬
目前，全球传统能源匮乏日益严重。在能源危机面前，各国的能源政策都是以开发并利用新能源为主，大力推广地源热泵技术对于我国新能源的开发与利用有着重要意义[1]。与传统热泵相比，利用地源热泵能够节约40%的能源[2]。地源热泵技术是通过表层土壤、地下水、地表水等吸收浅层地温能为热源的新技术，从节能减排方面来看，采用地源热泵技术可以实现节能环保、促进可持续发展的目的[3]。
地源热泵实施面临以下两个问题：一是系统初始投资高，需要开挖大量地埋井，且地源热泵机组与空调系统接口处的设计、安装难度高，需要定期维护、专业性强；
二是地埋管需要在建筑物周边占用一大片场地布置热泵井，场地可重复利用程度有限[4]。针对当前存在的问题，本文开展土壤与建筑基础复合埋设管网的地源热泵系统综合建造关键技术研究。
目前，地源热泵主要应用于大型厂房、公共建筑设施，用于民用建筑的实例较少。以“世界计算·长沙智谷”项目为例，该项目为裙楼与塔楼结合的公民建筑，拟采用复合埋管地源热泵与多联机中央空调相结合的方式，提高建筑节能水平。通过研究该项目，对于复合埋管地源热泵技术的推广和应用具有重要的意义[5]。地源热泵施工所采用的施工工艺将直接影响其施工质量，并对整个地源热泵系统的正常使用产生一定的影响。地源热泵管道施工技术是目前比较先进的一种施工技术，有必要将其应用在地下水源热泵施工中[6]。受到其技术性能的影响，地源热泵技术的推广受到限制。目前，该项技术在欧美国家已广泛应用。
土壤与建筑基础复合埋设管网的地源热泵系统具有以下5 个特点。第一，与其他地源热泵系统相比，土壤与建筑基础复合埋设管网的地源热泵系统投资少，占地面积少，施工进度快，且运行状况相对平稳。第二，地源热泵在能源消耗方面比电热、燃气炉、空调等制冷或采暖设备消耗更小，能源利用率更高。一般而言，地源热泵耗能为1 kW·h，而使用者可获得的热能或制冷量则在4 kW·h以上。第三，土壤与建筑基础复合埋设管网的地源热泵系统不会占用除建筑物以外的土地面积，能够大量节省地下空间。第四，大大节省埋管和钻孔带来的额外成本支出，对于加快工程施工进度具有重要的促进作用。第五，此类型地源热泵系统所采用的回填材料为混凝土，这种材料具有极强的导热性能，能够带来更加理想的换热效果。
目前，我国对大型群体建筑桩筏基础地源热泵直埋管施工关键技术的研究较少，因此在进行大型群体建筑桩筏基础地源热泵直埋管施工设计时，容易存在预瞻性不足的问题。例如，如果没有合理利用大型群体建筑桩筏基础地源热泵直埋管施工关键技术，会严重污染地下水[7]。复合埋设地源热泵管网不宜应用在施工密度高、地质条件差的地区，由于我国地质条件复杂，只能通过地质勘探来判断能否使用此项技术，故存在一定的风险，无法大范围应用该技术[8]。在具体施工中，这种施工方式的创新性体现在：地埋井位置设计在地下室筏板下，地埋井与抗浮锚杆合并设计、施工，部分地埋管设置在桩基中，水平管设计在筏板内与筏板基础同步施工。
3.1 工程概述
本文所选工程“世界计算·长沙智谷”项目建筑面积为273 万m2，其中，算力中心占地面积为4200 m2。办公区域夏季设计冷负荷为18.5 MW，算力中心为16.3 MW。该项目的埋管类型为双U25型地埋管，数目为1 000 口，钻井深度达到120 m[9]。本项目拟采用复合埋管地源热泵与多联机中央空调相结合的方式，提高建筑节能水平。
3.2 地埋管施工技术
针对上述工程项目，地埋管选用聚乙烯（Polyethylene，PE）地埋专用管DN25，其导热系数为0.41 W/（m·℃），且其类型为双“U”型。地埋管的施工与安装数据如表1 所示。
表1 地埋管的施工与安装数据表
在进行地埋管施工时，需要与灌注桩同步进行施工，同时避免在下管时划伤PE管，焊接过程中也需要注意保护PE管。图1 为地埋管局部平面布置图。
从图1可以看出，在夏季分水器一侧，埋管水从3.5℃的埋管进入桩基埋管，并与土壤进行了充分换热，埋管换热器出口的水温为31.95 ℃，最终汇集在集水器一侧；
冬季分水器一侧，埋管水从5 ℃的埋管进入桩基埋管入口，并与地下土壤进行充分换热，出口水温7.47 ℃，最终汇集在集水器一侧。在调整过程中，保证了并联支管之间的流量均衡，保证了分支管之间的流量均衡。此外，还可以根据不同的系统负载，利用切换阀对换热器埋管进行控制，从而确保了整个埋管系统的工作效率[10]。将地埋井和抗浮锚杆的钻孔结合起来使用，能够减少钻孔的数量，节约施工成本。
图1 地埋管局部平面布置图（来源：作者自绘）
3.3 地埋管试压技术
在明确地埋管施工技术的基本内容后，对地埋管进行试压。试验水源为选择深水井，采用抽水泵将水注入管线。管道安装完毕后，按设计要求对管道进行强度试验；
在没有压力的情况下，必须进行封闭测试。用水压试验方法对压力管线进行强度测试，表2 为地埋管试压参数表。
表2 地埋管试压参数表
在压力试验时，低点排放的入口一般设置在一个临时挡板上，若没有适合的管道，可在容易焊接的地方打开。压力测试完成后，要马上封闭，临时管线的封口应由质量检查员、技术员、监工和业主共同验收。在试压系统充满水之前，管底进行土方回填，焊接处作加强处理。用于试验的压力表必须经过检验并在有效期内，其准确度不能小于1.5，最大测距为所用范围的1.3 ～1.5 倍。为提高试压作业的工作效率，根据管道的功能和工作压力，将管道划分为3 大类，即每一单位单独组成一个试压包，然后依次进行试验。
3.4 管道保压稳压技术
为实现管道保压、稳压，在管道上设置DN65 阀门，以便在地源热泵检测时进行排水。排放达一定程度后，可将其直接排放到泵站蓄水池。当排放容量大时，则可排回消防水池中。此外，在地下水源热泵的出水过程中，应采取适当的稳压回流措施。实践中存在消防水量小于水泵选定流量的情况，而水泵扬程大于设计时，如果没有采取回流措施，则会导致火灾发生。在给水系统中设置安全稳定阀，在管线超压的情况下，通过回流管线进行减压，将回水引入消防水池中，即使管道压力不稳，也能保持平稳。
地源热泵系统利用地表储藏的太阳能实现对建筑物的供暖和制冷，是一种节能、环保、高效的能源利用技术。通过应用地源热泵管网系统地埋管综合施工技术，能够充分利用建筑物的占地面积，不额外占用场地，实现设备运营维护工作的自动化和科学化，解决传统地源热泵系统安装受限的问题。本文通过案例分析了地源热泵系统的应用，以期为相关研究提供参考，促进地源热泵系统的推广。
猜你喜欢 源热泵管网管道 暖通空调设计中地源热泵实践建材发展导向(2022年3期)2022-04-19空气源热泵用于天然气加热的经济环保性煤气与热力(2021年9期)2021-11-06空气源热泵供暖期耗电量计算煤气与热力(2021年6期)2021-07-28接好煤改气“最后一米”管道今日农业(2020年22期)2020-12-25粗氢管道腐蚀与腐蚀控制中国特种设备安全(2019年3期)2019-04-22管网独立是妥协还是改革能源(2018年8期)2018-09-21从管网独立看国企改革能源(2018年8期)2018-09-21管网改革虚实能源(2018年8期)2018-09-21织起一张共管网中国公路(2017年8期)2017-07-21地源热泵系统的研究与应用中国资源综合利用(2016年9期)2016-01-22
