习海鹏
中铁十八局集团第四工程有限公司 天津市津南区 300350
摘要：目前地球上的地热资源可根据其深浅程度分为四种，分别是浅层地热能、水热型、干热岩型、岩浆型地热资源。其中浅层地热能是指蕴藏在浅层岩土、地下水中的热能资源，是现阶段最重要的供热新型能源。地源热泵系统是将浅层地热能进行转化利用的新兴的节能技术，具有环保、高效、无污染的优点，可满足建筑行业的特有需求。本文结合被动房工程实际项目，分析暗埋式地热泵系统的具体工作原理及注意要点，以供后续相似工程参考。
关键词：被动房项目；暗埋式地热泵系统；浅层地热能；节能；环保；可再生
随着社会不断发展，科技水平不断进步，我国居民的起居住行愈加便利，但是于此同时，社会生产带来的环境污染等问题也更加严重。为了贯彻落实节能减排政策，减轻环境污染对居民生活及身体健康造成的影响，我国地质人员从未放弃寻找新型清洁能源的脚步。随着我国能源探测利用技术的逐步发展，许多清洁能源被发现，其中最具有实用性、可利用程度最高的是地热资源。地热资源是指能够被人类利用的地球内部热能资源，根据其资源的深浅可分为浅层、水热型、干热岩型和岩浆型四种。除浅层地热能外，其他热能资源都需要繁琐的转化步骤才能进行利用，而浅层地热能不但使用方便、可再生、可循环利用，还具有绿色无污染、使用效率及寿命高等明显优势，可以实现节能减排与保护环境的双赢局面。要想更进一步加强城乡产业建设，发展更具有生态化的居住环境，就需要加深对清洁供暖能源领域的勘探程度，加大对城乡地区地热供暖系统的推广力度。同时还要对地热资源进行详细的利用区域划分，对地热供暖方案进行技术比较、论证、并选择其中最优方案实施，如此才能探索出一条新的城乡地热供暖流程，找到并实现调查、论证、施工、运行、监工一体化的工作模式，促进工程更加顺利、有效、无误的完工。
随着国家节能减排力度的不断加深，建筑领域也在积极响应其号召，在大力推广环保施工的同时广泛使用各种节能技术，保证节能施工与其并行。而地热源泵技术能够充分开发并利用浅层地热能源，其不仅能充分考虑、顾及到当地的自然优势资源，对其进行科学、合理的调配，还能够保证资源的有效利用率，使资源得到最大化、最全面的利用，不浪费资源。因此，地源热泵房屋供暖及制冷系统具有资源可持续利用的优点，与其他清洁资源相比更加高效、节能。
一、工程概况
XX工程作为被动房技术体验中心，拥有4850m2占地面积，长约77m，宽约64m，总建筑面积约为13771.30m2,主建筑高度22.13m，其中地上五层共8190.23m2，低下三层共5581.07m2。该体验项目以土壤热源泵作为建筑的冷热源系统依托，以新风及冷梁系统作为其提供渠道，同时为了充分保证地源热泵系统在冬夏两季的热量收支平衡，应增加地埋孔间距，传热系数越高则间距越大，以提高地源热泵的热回收能力。
1.1冷热源及其相关参数
系统的冷热源及其相关参数情况如表1所示。
表1冷热源及其相关参数
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1.2冷热源系统的工作原理
冷热源系统的具体工作原理如图1所示。
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图1冷热源系统原理图
1.3对节能环保的具体要求
要想充分做到节能环保，地源热泵系统的施工就要做到八点要求，具体如表2所示。
表2地源热泵的节能环保操作要求
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二、地源热泵工作原理
暗埋式地源热泵系统的主要工作原理是利用并转化地表浅层的地热资源，从而实现对室内的供暖及制冷，其是一种新型的具有节能作用的清洁能源空调系统。该系统具有以下优点：夏天持续制冷，冬天持续供暖，同时温度适宜可控。同时使浅表地能可以直接作为夏、冬两季的制冷、制热源。其中制冷模式的能源传输途径为：吸收热量，输送地下，四周散播，实现降低室温的目的。而冬季的供暖模式则是通过埋地管将土层中的热量汇总、汲取，之后传输到室内以增加室温。这两个换热器在功能上与冷凝器、蒸发器相当，并且可以根据季节的不同进行转换。当地源热泵系统开始运行时，可以将夏季收集的多余热量补充冬季缺失热量，从而保证热量收治平衡，最终实现热量的有效循环。
三、暗埋式地源热泵系统施工工艺
3.1施工工艺流程
具体流程详见图2。
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3.2施工各要点分析
3.2.1施工前勘察及准备工作
在施工前要做好所有的准备工作，对周边环境进行考察，并委托专业人员带领其队伍进行施工现场及浅层地热能源的勘察，对施工场地进行详细调研，记录影响施工的各种因素，形成具有专业性、科学性、合理性的勘察报告。综合所有相关因素对地热资源的利用情况提出建议并进行分析，选择最优结果。
3.2.2测量放线
地源热泵的进路线要进行精准测量，测量要以特定的标准进行，其设定标准为建筑结构的基准轴线。在设计时保证各定点定位准确。测量结构无误后进行钻孔，钻孔时则要保证其大小、深度、形状、间距等符合规定条件。钻孔后要及时下管，同时保证各管道的变形在可以调控的范围内。
3.2.3工程钻孔
在对各定位线实施钻孔前需勘查周边是否有障碍物及其他管线，如果有则要及时避开或对其采取保护措施，避免钻孔导致地下管道受损。在开钻前还需仔细检查钻具是否完好、能否正常使用，钻孔时保证钻具与定位孔之间具有一定的距离。之后开通泥浆泵，注入冲洗液，待其循环畅通后再将钻具移动至孔底，注意速度不宜过快。在钻具工作过程中若发现压力不足、回转阻力增加等情况，应马上停止施工，仔细寻找问题原因，在其得到有效解决后再进行工程。对于施工地表上层的疏松土壤在施工时要注意四个要点：松压、慢速、大泵量、稠泥浆。
3.2.4竖直地下换热器施工
（1）下置管道：换热器在下管前需进行相关测试以验证其质量是否合格。测试方式为液压试验：试验时需使用纯净水为试验介质，对于钢制换热器其水温需≥5℃，而其他金属结构的换热器测试水温需≥15℃。试压时其压力的大小要符合相关设计技术标准，试压压力为设计压力的1.25倍。试压前全面检查换热器，保证其外表干燥，之后对换热器进行冲液。冲液前需在高处将其中的空气排出，同时保证压力缓慢上升，达到试压标准后保压1h,然后再将压力降至设计压力保持一定时间，对换热器所有的焊接部位进行全面检查，无渗漏、变形并在试压过程中无任何异常声响即可进行下管。下管后要在地面上预留1m左右的管道以便之后进行接管。
（2）下管时要注意下管的位置，不可提前或延后下管，正确下管位置为预先的设计位置。若下管时间有误，则可造成钻孔出现问题，导致其出现塌陷或堵塞，造成下管困难或下管有误，正确的下管时间及位置可避免这一问题的发生。另外，下管时还需保证U型管中充满水液。
3.2.5水平管道施工
水平管道的施工需要注意一下要点：（1）施工时不要破坏原地基，防止开挖管道沟影响地基稳固，出现不均匀沉降现象，影响后期施工。（2）将管道四周40m范围内的土层全部换土振实，保证其硬度相同。（3）在对管道底部进行铺沙前需保证所有杂物、硬物、碎石全被清除，同时保持沟底平整。（4）管道各处的焊接采用热熔方式进行，操作时环境温度不得≤0℃。热熔前需清洁管道连接各面，检查管材是否完好。热熔时注意控制加热的时间、温度、压力以及冷却的温差及时间，对可能出现的异常做好防范工作及相应的应对措施。（5）水平地埋管换热器下管前同样需要做液压测试，保证其能够正常使用。下管后采用直埋方式进行铺设。具体操作：铺设时水平管的深度保持在1.5~1.6m，管道的上、下方需铺垫20cm左右的细沙，以防止铺设过程中出现管道互相挤压的现象。
3.2.6系统清洗、试压
为了保证地埋管的换热系统能够正常使用、不出故障，需在安装前对其进行冲洗、试压，达到条件后才能进行之后的工作。地埋管各阶段的试压操作及结果如表3所示。
表3地下换热器系统试压情况
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3.2.7灌浆回填
当所有管道的压力测试合格、合规之后即可进行回填工作，回填时要注意仔细检查水平管的间距及其水平度，保证其处于规定范围内。注意选择地下换热器孔的回填材料，目前多使用水泥砂浆进行回填。在回填时要确保换热器孔周围土壤、岩层的导热系数小于回填材料的导热系数。同时为保证回填后钻孔无空腔、无缝隙、紧密饱满，就要严格控制回填灌浆量，使其具有一定余量。注意同一沟槽不同管道需采用不同的回填方式，单排双侧进行，双排及以上对称进行，防止出现单侧偏颇问题。管腋间用人工回填，确保填塞捣实。压实机在施工中禁止进行垂直操作，防止其造成管道受损，影响工程效果及质量。
3.2.8系统测定及调试
工程最后验收前还需测定水泵的流量并对系统的水流量进行调整，在水路平衡阀上做好标记。之后进行带冷热源的系统联合运转测试，测试结果显示系统可持续8h以上无异常运转后方能进行最终验收。
四、暖通空调动力系统冷热源控制的具体要求
要想保证暖通空调动力系统正常运行，就要对其冷热源控制做到以下要求：（1）空调系统的冷热源控制装置设置：要将空调系统的冷热源控制装置设置于地源热泵的机房内，地源热泵空调系统机组设计采用二管制冷热水机组。从而实现冷热源设备的连锁启停，同时根据冷却水的温度调节、控制冷缺塔风机的运作频率。（2）空调运行负荷计算：为确保启动冷机的运行负荷达到七成以上，需结合冷冻水的总管流量及供回水的总管温差来进行系统实际冷负荷的运算，最后根据冷机的额定冷量来确定其开启台数。（3）保证循环泵的顺利运行：循环泵变频、变量运行的前提条件是空调供水系统供回水之间的压力差及温度差，为了确保循环泵能够顺利运行，需做到冷水机的最小流量大于生产厂家的最低额定冷量标准，因此要在供回水总管上设置压差旁通阀来进行调控。（4）实现温度自动调控：为防止出现建筑物及室内过热现象，需根据室外温度变化调节供暖的二次供水温度。另外还要做到温度的自动调控，方式：分别在不同系统、不同环路的分集水器上设置相同的冷热剂量装置及可与其接通的远端传输借口。如此便可以将流量及温度等数据实时传送至楼房的管理系统，从而以此为依据进行适度调节，最终实现温度自动调控。
五、结语
地源热泵系统是一种新型节能技术，是利用浅层地热能进行室内供暖及制冷，使地热资源成为清洁的、可再生、可循环使用的能源形式。暗埋式地源热泵系统可在施工前结合施工当地的地热资源及地质环境进行评估、分析、调节，这种模式可以使资源得到充分的、可循环的利用，从而保证系统能够最大程度的达到节能的目的。同时，该技术还具有绿色环保、没有污染的优点，与房屋建设相结合后不但可以提高热回收效率、维持热収支平衡，还能够节能降噪，满足房建中的更多需求，符合未来绿色建筑的发展趋势。
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