郝帥

陜西建工第十三建設(shè)集團有限公司 陜西 延安 716000

1 地源熱泵設(shè)計與應(yīng)用

1.1 地源熱泵系統(tǒng)

地源熱泵系統(tǒng)基本上是由室內(nèi)的環(huán)路、地源熱泵的機組部分、地表區(qū)域的換熱器等零部件共同構(gòu)成的，室內(nèi)的環(huán)路通常是使用地源熱泵的機組部分進行連接，通過冷凝器以及地源蒸發(fā)器開展換熱操作。地表淺層區(qū)域的溫度會跟隨室外空氣溫度的變化而出現(xiàn)變化，但是在地下較深的區(qū)域位置，在未受到外界環(huán)境因素干擾的基礎(chǔ)上，地下深層區(qū)域的土壤溫度一般是維持在恒定不變的狀態(tài)[1]。

地源熱泵系統(tǒng)在夏季進行運行時，通常是使用地源的熱泵機組直接將熱量傳輸?shù)降乇韰^(qū)域的換熱器上開展熱交換操作，土壤會吸收一定的熱量，土壤的溫度會提高，土壤可以將熱量存儲在冬季進行使用。在冬季進行運行時，地源熱泵既能夠直接通過地表區(qū)域的換熱器開展熱交換，又能夠?qū)⒌叵律顚油寥纼Υ娴臒崃恐苯庸┙o地源熱泵的機組進行使用。這充分地運用了地下深層土壤的特征，從而達到使用自然資源進行熱交換，基本實現(xiàn)了節(jié)能降耗的環(huán)保目的。因為土壤屬于可再生資源，不會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生污染情況，因此地源熱泵系統(tǒng)的可適用范圍比較大，在運行使用過程中比較可靠。

1.2 地源熱泵案例

在陜西省延安市黃陵縣梨園新區(qū)黃五路與濱河路交叉口西南角，福澤路以北的“黃陵姬水灣花園小區(qū)”項目采用復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)。前期準(zhǔn)備：巖土工程勘察、熱響應(yīng)測試（二次）、對地源熱泵進行專家論證、進行熱能分析及逐時負(fù)荷計算。

經(jīng)過前期方案征集以及多次計算，最終確定：按冬季設(shè)計負(fù)荷60%選定地源熱泵機組容量，冬季高峰負(fù)荷按冬季設(shè)計負(fù)荷45%由城市熱網(wǎng)解決。埋管負(fù)荷以冬季設(shè)計負(fù)荷為主，并充分考慮夏季設(shè)計負(fù)荷對大地的影響，以確保排熱量與取熱量相同。

2 地源熱泵系統(tǒng)的安裝

2.1 安裝工序

地源熱泵安裝企業(yè)在進行地源熱泵系統(tǒng)安裝之前，會對地溫進行專業(yè)的物性測試，在完成測試后，工作人員可以進行地源熱泵的打孔操作，隨后相關(guān)作業(yè)人員需要將換熱管下井，并使用準(zhǔn)備好的原漿開始回灌操作。施工人員需要開挖一個可安裝水平管的溝槽，相關(guān)作業(yè)人員需要使用細(xì)砂對井孔區(qū)域進行回灌[2]。安裝人員可以使用聚乙烯（PE）水平管進行連接，在完成水力平衡器的安裝操作之后，工作人員可以運用水平PE管開展細(xì)砂回填操作。工作人員完成地源熱泵的機組安裝操作后，需要進行控制器的安裝工作，最后進行標(biāo)牌懸掛操作即可。

2.2 地源熱泵系統(tǒng)方案設(shè)計

首先，系統(tǒng)冷、熱源:地埋管地源熱泵與吸收式蒸氣溴化鋰機組相結(jié)合，搭配城市熱網(wǎng)輔助，對溫度進行調(diào)峰。按冬季設(shè)計負(fù)荷60%選定地源熱泵機組容量，冬季高峰采用城市熱網(wǎng)進行調(diào)峰。夏季高峰采用吸收式蒸氣溴化鋰機組進行調(diào)峰。其次，地源熱泵地下?lián)Q熱器系統(tǒng)地下部分，通過PE100高密度聚乙烯（承壓1.6MPa）。換熱器系統(tǒng)分設(shè)在住宅樓、室外綠地下，采用D32雙U型垂直埋設(shè)，孔間距5m，介質(zhì)為水，埋管深度100m。共布置550組地下?lián)Q熱器及三個監(jiān)測井，其中6棟18層下243組，室外綠地下95組，6棟17層下212組。各地下?lián)Q熱器連接均采用同程式連接，通過分區(qū)的集分水器匯總。該土壤熱泵地下?lián)Q熱器系統(tǒng)為“黃陵姬水灣花園小區(qū)”項目復(fù)合式空調(diào)冷熱源中的一部分。再次，在地源熱泵安裝資金運用合理的基礎(chǔ)上，冷源、熱源的選擇應(yīng)該盡量使用一些地?zé)崮堋⑻柲艿瓤稍偕哪茉催M行設(shè)計處理，施工企業(yè)在使用可再生的能源難以確保地源熱泵穩(wěn)定性的時候，工作人員方可設(shè)計一些輔助進行制冷、供熱的方案。

結(jié)合《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》的相關(guān)規(guī)定可知，冬季設(shè)置的熱負(fù)荷需要低于夏季設(shè)計的冷負(fù)荷，因此依照夏季時節(jié)進行的熱負(fù)荷情況，施工企業(yè)在選取地源熱泵種類的時候，工作人員需要盡量選擇使用具有高效能的地源熱泵機組。

3 地源熱泵系統(tǒng)安裝的可行性分析

3.1 管路施工

如果地源熱泵的設(shè)計區(qū)域在陜西省延安市，該市的土壤條件符合地源熱泵土壤要求，設(shè)計人員可以選擇使用水平型埋管或者垂直型埋管進行埋管設(shè)計。埋管數(shù)量的選擇和埋管深度的設(shè)計與地源熱泵的冷熱量實際需要具有直接的聯(lián)系，地源熱泵的熱量需求越多，地源熱泵系統(tǒng)所需運用的埋管數(shù)量會越多，埋管深度越大。地源熱泵企業(yè)需要在進行地源熱泵系統(tǒng)的管路施工過程中，結(jié)合地源熱泵系統(tǒng)的熱量，選擇一個比較合適的埋管方式以及埋管數(shù)量，即可以充分滿足地源熱泵系統(tǒng)的時節(jié)要求。

3.2 地質(zhì)條件

在進行地源熱泵系統(tǒng)打井的過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)該充分考慮進行系統(tǒng)打井的區(qū)域以及打井區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)需求。擬建場地地質(zhì)構(gòu)造簡單，底層平緩，無巖漿巖侵入，是華北地區(qū)最穩(wěn)定的部分[3]。延安市黃陵縣屬黃河中游地區(qū)，區(qū)域內(nèi)主要河流有沮河和葫蘆河，屬北洛河水系的兩大支流。本建筑場地處于一個地質(zhì)構(gòu)造運動相對穩(wěn)定地帶，場地上部覆蓋層為一套河流沖積物，下浮基巖為三疊紀(jì)（T）泥漿、砂巖互層，屬非可溶巖，不存在巖溶現(xiàn)象，巖基穩(wěn)定性良好。

3.3 投資條件

地源熱泵系統(tǒng)初期階段的投資金額通常會高于預(yù)期的方案，因為該系統(tǒng)在前期階段的投資金額比較高，所以該系統(tǒng)的實際運行期限可以達到50年以上，在國家積極倡導(dǎo)節(jié)能降耗的環(huán)境下，地源熱泵系統(tǒng)具有的優(yōu)勢也會逐漸地發(fā)揮出來。在地源熱泵系統(tǒng)安裝的投資金額比較充足的背景下，地源熱泵技術(shù)已經(jīng)成為比較適合的冷熱源設(shè)計方案，正常情況下，較大型的建筑以及冷熱源實際需求比較大的建筑比較適合使用該方案。

4 地源熱泵系統(tǒng)與常規(guī)冷熱源方案的對比

常規(guī)形式的建筑冷熱源方案設(shè)計，通常是將冷水機組和市政熱水系統(tǒng)進行聯(lián)合使用，地源熱泵系統(tǒng)的安裝相比于常規(guī)形式的建筑冷熱源方案具有更加明顯的節(jié)能效果。

4.1 初投資費用

初期的投資費用主要涵蓋了建筑工程的施工費用、設(shè)備采購的費用、地源熱泵系統(tǒng)安裝的費用。根據(jù)初期投資的費用來看，地源熱泵系統(tǒng)的投資金額高于常規(guī)形式的建筑冷熱源方案設(shè)計。

4.2 全生命周期費用

如果將地源熱泵系統(tǒng)的實際使用期限視為20年，地源熱泵系統(tǒng)的全生命周期費用達到了八百多萬元，而建筑冷熱源方案設(shè)計的全生命周期費用可以達到九百多萬元，因此可以清晰地了解到建筑冷熱源方案設(shè)計的全生命周期費用更多，因此從全生命周期費用角度分析，選擇地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計方案會更好。

4.3 環(huán)保

根據(jù)節(jié)能環(huán)保角度進行分析，以電能為重要能源的建筑冷熱源方案設(shè)計，盡管在目標(biāo)的建筑位置并未出現(xiàn)污染問題，但是發(fā)電廠在進行發(fā)電的過程中使用化石燃料進行燃燒將會產(chǎn)生很多有害物質(zhì)造成環(huán)境受到污染。因此從節(jié)能環(huán)保的角度進行分析，地源熱泵系統(tǒng)更加符合時代要求。

5 地源熱泵技術(shù)的特點

5.1 高效節(jié)能

地源熱泵的主機可以直接從地下水或地下土壤獲得大量的熱量，主機每使用1kWh 即可以產(chǎn)生3-5.5kWh 以上的熱能，因為，地源熱泵系統(tǒng)的運行費用等同于直接使用電能的1/4，等同于液化燃?xì)饽芰康?5%，等同于燃燒油能產(chǎn)生能量的1/2，等同于天然氣產(chǎn)生能量的3/5。因此地源熱泵系統(tǒng)在運行過程中，基本上可以和燃燒產(chǎn)生的能量以及太陽能進行制熱的運行成本處于持平狀態(tài)，室外的溫度越高，地源熱泵系統(tǒng)的運行時間會逐漸縮短，地源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能效果比較好。

5.2 清潔環(huán)保

將地源熱泵技術(shù)和煤油燃?xì)狻⑷济簾崴到y(tǒng)進行對比可以發(fā)現(xiàn)，地源熱泵系統(tǒng)并不會向周邊環(huán)境排出有毒有害的污染物質(zhì)，更不會造成溫室效應(yīng)以及引起大氣污染。因為地源熱泵系統(tǒng)對于能源的損耗量處于極低的狀態(tài)，能夠降低燃燒廢氣的出現(xiàn)，可以滿足我國現(xiàn)有的節(jié)能環(huán)保基本政策，還會為國家以及社會產(chǎn)生比較好的經(jīng)濟效益。

5.3 安全

相比于電熱水器，地源熱泵系統(tǒng)的機組內(nèi)部存在高壓保護裝置、壓縮機過載保護裝置、啟動延時裝置、水溫溫度過高的保護裝置等多重維護系統(tǒng)安全的保護裝置，從根源上防止了漏電現(xiàn)象、干燒現(xiàn)象、超高溫現(xiàn)象等隱患問題的出現(xiàn)。地源熱泵的機組并不需要將燃料直接輸送到管道區(qū)域，不會發(fā)生燃料泄漏問題以及火災(zāi)爆炸風(fēng)險。

5.4 制熱速度比較快

地源熱泵系統(tǒng)在20℃的溫度之下，地源熱泵系統(tǒng)的制熱速度實際上是電熱水器進行供熱的4倍，等同于燃?xì)鉄崴鞴岬?倍，等同于太陽能熱水器進行供熱的8倍，因此地源熱泵系統(tǒng)的制熱速度比較快。

5.5 智能化控制

地源熱泵系統(tǒng)基本已經(jīng)實現(xiàn)了智能化的控制方式，操作起來比較方便。地源熱泵系統(tǒng)主要使用電腦進行控制，可以自動進行啟動和暫停，也可以多臺地源熱泵設(shè)備進行聯(lián)合使用，工作人員可以直接依照地源熱泵負(fù)荷的變動進行設(shè)備開啟數(shù)量的控制。

5.6 符合國家節(jié)能環(huán)保政策

現(xiàn)如今國家對于環(huán)保、降耗、節(jié)能、減排的重視程度逐漸增強，一些難以滿足國家界定的設(shè)備安全穩(wěn)定性的供熱制冷設(shè)備將會被逐漸淘汰，地源熱泵系統(tǒng)符合國家環(huán)保節(jié)能的政策，地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用空間將更為廣闊。

6 地源熱泵系統(tǒng)的可行性分析

6.1 地源熱泵技術(shù)的可行性研究

在使用地埋管形式的地源熱泵系統(tǒng)過程中，相關(guān)工作人員需要全面了解建筑工程施工現(xiàn)場可進行埋管的面積以及土壤條件，施工企業(yè)需要向當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)部門進行咨詢，并獲取工程施工區(qū)域的勘察檢測資料。如果施工場地不具有勘察檢測資料，施工企業(yè)需要邀請專業(yè)的檢測人員開展地質(zhì)條件勘察工作，并根據(jù)地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計方案以及施工設(shè)計圖紙為進行打井埋管操作做好充分的施工準(zhǔn)備工作。

施工企業(yè)需要進行安裝方案的可行性研究，進一步確保使用地埋管形式的地源熱泵方案的可行性，并依照設(shè)計方案完成好施工現(xiàn)場的施工設(shè)計。在使用水源形式的熱泵系統(tǒng)時，施工企業(yè)需要深入分析建筑工程施工現(xiàn)場的水源狀況，并需要邀請專業(yè)的檢測人員開展施工區(qū)域水文環(huán)境的地質(zhì)勘察。施工企業(yè)可以根據(jù)熱泵系統(tǒng)的設(shè)計方案以及施工設(shè)計圖紙，了解施工區(qū)域是否存在可利用的水源，從而確保在熱泵系統(tǒng)安裝的過程中，使用地下水還是使用地表水進行供水水源的方案設(shè)計。

6.2 地源熱泵系統(tǒng)經(jīng)濟方面的可行性分析

地源熱泵系統(tǒng)基本上可以實現(xiàn)對建筑物的供熱作用、制冷作用、提供生活熱水的目標(biāo)，地源熱泵系統(tǒng)實際上是高效進行節(jié)能環(huán)保設(shè)計的系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分地運用了很多可再生能源。相關(guān)工作人員使用地源熱泵技術(shù)自處于常溫狀態(tài)的土壤中進行吸熱操作或向土壤進行排熱操作，土壤中蘊含的能量相當(dāng)于可再生的清潔類能源，可持續(xù)進行運用。

7 結(jié)束語

通過文章的分析和研究得知，地源熱泵技術(shù)可行性分析是推動地源事業(yè)全面發(fā)展的有效手段。本文研究中提出的幾點建議，主要圍繞地源熱泵技術(shù)，注重地源熱泵技術(shù)的可行性分析才能更好地提升地源熱泵技術(shù)的綜合水平。在我國地源事業(yè)不斷發(fā)展下，將會出現(xiàn)多樣化的地源熱泵安裝模式，作為地源企業(yè)的工作人員，應(yīng)重視自身可行性分析能力的提升，進而為地源熱泵提供優(yōu)質(zhì)的可行性分析服務(wù)。