暖通空调设计中地源热泵的应用解析+浅谈地源热泵系统在EPC项目当中的管控.docx

暖通空调设计中地源热泵的应用解析摘要：现代生活在逐渐靠近舒适的同时，也使得了我们对空调机的依赖性越 来越强。空调机的大量使用导致的资源的浪费与当前全世界倡导的节能减排的生 活生产方式产生极大矛盾。地源热泵因其自身具备的安全环保等特点，可以很好 平衡两者之间关系，传统的空调系统设计势必将逐渐被暖通空调设计所取代，地 源热泵在暖通空调设计中的应用应受到相关设计者的高度重视。关键词：地源热泵;特点;应用1地源热泵的相关概述1.1 地源热泵的定义地源热泵是一种节能装置，它能够把热量从温度高的地方，运送到温度低的 地方，以此实现热能的转移，为人们营造一个舒适的室内温度。在空调系统中， 地源热泵能够完成夏季制冷、冬季制热的工作。在冬天，热泵就可以将地能中的 热量抽取出来，然后将热量转送到室内，以此提高室内的温度;在夏季，热泵可 以将室内的热量抽取出来，释放到外界，因此，地源热泵具有较高的实用性。1.2 地源热泵的工作原理地源热泵的工作原理与传统的制冷原理具有很大的相似性。地源热泵供暖空 调系统主要分为三部分，即室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末 端系统，这三个系统之间利用水或者空气进行热量的传递和转换工作。2地源热泵特点2.1 清洁性地源热泵的运行主要通过电力资源，其系统在运行状态中，热量来自土壤， 无燃烧与放热等过程，因此极大的减少了对大环境造成的污染。另外，在科学技 术的支持下，系统无需配置冷却塔或外挂机等设备，对周边环境不造成影响。2.2 高效节能在应用地源热泵较早的欧洲国家，研究人员曾进行过调查，在热交换能力相 近的情况下，地源热泵的COP值达到了 4以上，换言之，用户每获取4kWh的 热能或者冷能，只需消耗IkWh能量。地源热泵系统使用的时候更加节能环保， 该系统的能源主要来自大地，用热交换的方式保持室内的内部温度平衡。同时， 科研人员利用太阳能电池板加强了对太阳能的收集能力，将其与传统模式下的地 源收集存储系统实现联合应用，一度将地源热泵的COP值提高到5.2的水平， 节能效果非常显著。2.3 可靠性地源系统的运行，基本上依赖计算机设备的控制与管理，有效规避了人工管 理所造成的事物，保证了系统运行的稳定性。管理者可通过计算机终端进行系统 的远程操作，能够实现良好的系统调节与控制。另外，系统与土壤的密切联系， 使其在任何极端天气下，也能够保证温度供应的稳定性效果，与传统空调系统相 比，其稳定性能更优。3暖通空调设计中地源热泵的注意事项为保证暖通空调设计中地源热泵最大化发挥自身价值，以下几方面注意事项 必须得到关注：(1)因地制宜。客观环境会直接影响暖通空调设计中地源热泵的优势发挥, 因此因地制宜原则必须贯穿地源热泵的应用流程，由此针对性的增加制热装置和 冷却装置，便能够保证暖通空调较好满足人们需要，地源热泵的价值也能够实现 更好发挥。(2)合理选择机组。基于地源热泵的暖通空调设计需要挑选适合的机组， 地源热泵对机组提出的较高性能系数和能效比要求需要得到重点关注，否则建筑 物的夏季制冷、冬季供暖将直接受到影响，暖通空调系统的正常使用也可能出现 一系列问题。(3)合理管控。基于地源热泵的暖通空调系统需要得到合理的管控，这里 的管控涉及井群控制系统、水池控制系统、热泵机组自动控制系统，由此开展分 组管理并保证各控制系统的控制能力，即可更好为人们提供服务。4地源热泵技术在暖通空调设计中的运用4.1 大地耦合热泵技术应用大地耦合热泵通常情况下也被称作为土壤热交换器地源热泵，其主要指的将 地表浅层的土壤作为热汇或者是热源，在耦合性交换地热器的有效的作用下，水 平放置在预设的地沟中，或者是以U型管形式放置在竖井内，同时与水环路保 护系统进行有效的连接。与传统热泵相比，大地耦合热泵主要体现以下几个方面 优势所在：由于地下土壤相对温度波动较小，并且地面，地表内的空气波动也 具有一定的衰减以及延迟性作用，有助于进行热汇以及热源，从而在一定程度上 确保大地耦合热泵能够在稳定的状态下运行;以土壤作为热汇以及热源，则不 需要进行锅炉以及冷却塔设置，可以在一定程度是该系统对于环境造成的污染性 问题;其能够与太阳能集热装置进行有机的结合，在土壤放热以及蓄热的有效 作用下，实现更好的制冷以及供热效果。在大地耦合热泵实际的应用过程中，一 方面，需要有效的选择地下土壤转换器系统类型能够，从目前大地耦合热泵现状 上看，主要分为水平型以及垂直型两种类型，在应用中相关的技术人员需要根据 建筑的具体情况进行选择，通常情况下垂直型埋管模式应用的较为广泛;另一方 面，选择地下换热器管材。由于管材都是深埋于地下，因此，从系统运行的稳定 性以及可靠性角度出发，应该选择具有良好化学性能以及耐腐蚀性的管材，并且 还应该具有一定的韧度以及强度。4.2 室外管网系统设计中的地源热泵技术应用暖通空调设计中的地下水地源热泵系统如果能够按照标准形式设计，那么可 以充分发挥其作用。第一、抽水井、回灌井。抽水井、回灌井的布置需要按照实 际场地情况而定，不仅要维持地源热泵空调系统的稳定运行，还要防止水井能源 过度耗损。按照工程施工的具体标准，对收集到数据实施分析。第二、蓄水池及 回灌水池。由于每个机房选择的内机型号不同，在设计时应该采取针对性的处理 方式，保证水量能均匀布置。为了能让这一问题得到处理，我们应该在两期井水 系统机组、井等相应的位置中，建立蓄水池来满足用水需要。施工时要先把井下 水转移到蓄水池里，然后根据设计的装置把井水转移到各个机房以供使用，这样 可以达到机组运行的要求。4.3 室内末端系统设计中的地源热泵技术应用室内空调末端设备一般选择卧式暗装风机盘管加以控制，这样才能保持室内 空气的清新。通常风机盘管按照房间功能及装修需要进行设计，多数情况选择与 房间内适合的风口形式，这种结构在商业建筑中也很适合;考虑到避免动态的热 气会在运转中出现异常情况，则处理时需保证风机盘管多数为高静压型。5结语随着现代社会人们对工作和生活环境的要求越来越高，暖通空调以其调节室 内温度、加强空气流通的出色能力获得广泛应用，能够营造良好的、适宜人类工 作、生活的室内人工环境，但由于空调耗电量大，而且部分地区仍在使用含有氟 利昂的传统空调，对环境有一定影响，技术人员将地源热泵技术和空调技术结合 起来，实现了以较小的消耗完成相关工作。参考文献：1钟旭.地源热泵技术在暖通空调节能中的应用J.住宅与房地产.2018 (30).浅谈地源热泵系统在EPC项目当中的管控一、引言随着国家对可再生能源利用的日益重视，地源热泵系统因其节能、环保、高 效等诸多优点，越来越多地应用在各类建筑当中。本人有幸在2010年9月至2013 年5月参与建设了运用了地源热泵系统的文思创新软件研发楼项目，该项目为 EPC发包模式，使我能够以工程总承包方的角度，对工程的建设进行管理和控制, 获得了宝贵的经验。二、对方案的论证和图纸的优化1、地源井数量的优化目前大部分设计单位在图纸设计前，均未进行过实地考察，单纯地根据设计 手册和类似工程案例“闭门造车工 设计的图纸并不能完全满足施工要求。在本 工程初步设计阶段，图纸共设置地源井1500 口，井深均为35m,地源井基本覆 盖了建筑物外墙至红线以内所有可利用空间，未预留足够的位置供日后小市政管 线、园林绿化专业的施工，同时投资额巨大。在与设计单位沟通并征求地质勘查 单位意见后，以通过增加地源井深度至105m的方式，最终将地源井数量减少至 605 Do地源井位置按照避开施工现场既有建筑和道路，避开临时用电、临时用 水管线，避开日后施工的市政管线、园林绿化树木区域的原则进行布置，既减少 了占用空间又节省了建设投资。2、系统冷热源的优化作为信件研海楼，该项目投入使用后存在着人员密集、电脑、打印机等设备 散热量巨大的特点，夏季冷负荷与冬季热负荷存在很大差异，其中夏季冷负荷为 4935.8KW、冬季热负荷为3005KWo初步设计阶段，图纸考虑设置两台地源热 泵机组用以提供冷热源。由于整个系统冷热负荷差异很大，而目前市场上并没有 制冷量比制热量大很多的热泵机组，使得地源热泵机组在冬季并不能高效运转， 造成浪费，同时由于“土壤热不平衡”长年运行后将导致土壤温度失衡，影响周 围生态，有悖于地源热泵系统节能、环保、高效的出发点。在经过了多次讨论并 借鉴了同类工程经验后，本工程最终采用夏季由2台地源热泵机组提供制冷1 台冷水机组辅助制冷，冬季由两台地源热泵机组进行制热的方案，将地源热泵机 组选型变小，增加了 1台辅助制冷的水冷螺杆机组。3、地下埋管系统布置形式的确认地下埋管系统目前常采用异程式、局部同程式及同程式三种布置形式。设计 单位从水力平衡考虑，要求选择同程式布置，但相比其它两种布置方式，同程式 耗费管材、投资高、施工周期长、且随着管线长度的增加，漏水隐患相应增大。局部同程式比同程式节省管材，施工周期相对较短，投资合理，水力平衡问 题可以通过对地埋管合理分区、对各区内管线长度均等布置、加装平衡阀等多种 方式来进行解决，在本工程中得到了运用。4、传热介质的选用在传热介质选用方面，设计单位从系统的凝固点考虑，主张使用乙二醇水溶 液。由于本工程室外管线埋设深度均在冻土层以下，不存在受冻风险，且乙二醇 溶液价格偏高、对系统有一定的腐蚀性、高温下存在火灾风险，最终将传热介质 确定为水。5、地源井回填材料的确定地源井回填材料选择的合理与否，直接影响到系统日后能否按照预定设计运 行。回填材料必须以地质勘查和岩土热物性参数的测试结果为基础，根据地质条 件进行确定。本工程地下水较丰富、土质以粘土层和粘沙、粗砂、砾石卵石层等 为主，适宜采用膨润土、石英砂、水泥砂浆的混合物进行回填。但随着配比的不 同，混合物导热系数亦不断地发生变化。为了确定出最优的配合比，本着样板引 路的原则，本工程在施工现场选择4口地源井，使用四种配比不同的混合物进行 了回填试验。通过专业设备对导热系数进行测定，由5%的膨润土、5%的水泥、 20%打井产生的泥浆、70%的石英砂组成的回填材料导热系数最大，达到2.45w/m K,且具有良好的塑性，回灌完成后未产生收缩和裂纹。该配比在整个工程中得 到了应用。6、对地源热泵机房的深化设计目前国内的设计院在进行图纸设计过程中并未充分考虑到水暖、电气、通风 等各个专业之间管线的交叉重叠、土建结构梁对管线走向的限制和业主单位对净 高的要求，因此在施工过程中需要对图纸进行二次深化设计。本工程应用BIM 系统对整个建筑物机电各专业管线建模之后进行了“管道碰撞。有效地解决了各 个专业管线交叉打架的问题，确保了业主的净高要求，做到了事前控制。图1：管线综合排布图纸三、对施工的组织和进度的管控1、对交叉施工的组织协调在地源热泵系统施工过程中，地源井施工是工程量最大、组织协调难度最高 的一项工作。由于本工程地源井施工时间与建筑外立面玻璃幕墙施工、室内装修 和二次砌筑施工时间重合。如何能够在施工场地狭小、各个专业交叉作业多的情 况下，实现既不影响幕墙吊装施工、不影响大量的装修和砌筑材料进场，又能够 紧张有序地完成打井施工，成为施工管理过程中面临的一个难题。在召开了大量的协调会，对施工作业面进行多次划分，对施工总体部署进行 多次调整后。最终采取将玻璃幕墙与地源井施工作业面错开，二者同时开始、同 时完成施工后交换作业面继续施工的方式，对作业面予以充分合理的利用。大量 的装修和砌筑材料通过准确的计划，每周统一进场一次，进场后及时运至楼内各 操作面，避免材料运输车辆经常性地进出、材料长时间堆放在室外，影响玻璃幕 墙和地源井施工。2、对进度的管控进度控制方面，依照工程的总体部署，编制出与之相适应的进度计划。由于 地源井施工与玻璃幕墙施工均为关键线路上的关键工作且互为前置任务，不存在 任何的自由时差。进度计划的执行容不得半点偏差。本工程在施工过程中，将进度计划进行分解，通过编制周进度计划并以施工 任务书的形式落实到施工班组，将工作任务细化到每一周。对进度计划的实施情 况建立跟踪、监督、检查、报告机制，及时有效地纠正计划执行过程中的各种偏 差，确保进度计划严格的贯彻执行。四、对施工难点的解决1、对打井效率低下问题的解决在整个地源热泵系统施工中，打井是施工周期最长、施工任务最重的一项工 作。如何在保证质量的前提下，高效快速地打井是整个施工的重中之重。本工程在打井初期，出现过泥沙包住钻头，钻孔速度缓慢的问题，经现场调 查，此部分钻机采用的排屑方法为“正循环法L正循环法是泥浆由泥浆泵从泥浆 池里抽到钻杆里，通过钻杆不断地输送到钻井里，然后从钻井井口自然排出，同 时把钻渣带出到地面的一种循环方法。由于它是单靠泥浆进行自然循环方式排 渣，所以循环能力和排渣能力都比较弱，容易出现上述问题。在查明问题原因后，及时要求施工单位将打井方法调整为更先进合理的“反 循环法L大幅加快了打井速度。至工程结束，所有地源井打井均一次成功，未 出现一口废井。2、对下管和回灌方法的确定由于地下情况复杂，下管时孔壁与管会产生很大的摩擦阻力，同时打井时产 生的泥浆会产生浮力，迅速地将管道下到井底是一件很困难的工作。在召开多次技术研讨会并借鉴同类工程经验后，决定采用管道在地上完成强 度和严密性试验后带压下井，通过U型管内充满水增加自重的方式，克服摩擦 阻力和泥浆的浮力，加快下管速度。该方法在加快下管速度的同时,，如果在下管 过程中发生管道破损的情况也能很容易发现，一举两得。在下管的同时将回灌管道一同下至井底，使用专用的回灌机自下而上进行回 灌，确保回灌密实。3、确保水平管连接准确的方法考虑到本工程地源井数量众多，每口井之间均需用水平管进行连接，造成水 平管线纷繁复杂。为了不发生误接和漏接，施工过程中在每根管道表面明显位置 进行了标记编号，按照编号进行管道连接，取得了良好的效果。五、对施工质量的控制百年大计、质量为天，本工程针对地源热泵系统施工成立了 QC小组，在施 工之前按照质量影响因素进行了质量策划，选择对工程质量影响最大的PE管道 连接作为质量控制点，编制了具有针对性的质量预控方案，制定出详细的预控措 施。同时针对如何确保PE管道热熔质量，邀请管道厂家专业技术人员现场进行 演示、交底，组织所有一线施工工人进行学习，并进行现场考试，合格之后方可 进行施工。针对在施工过程中出现的质量问题，采用QC小组活动的方式，通过因果分 析图法，集思广益、共同分析、排查出所有可能原因，在充分分析的基础上找出 主要原因，并通过讨论对每条原因找出相应的措施，通过PDCA循环，将施工 质量不断提高。图2：因果分析图通过精心的策划和严格的控制，系统调试试运行一次性成功，所有测试数据 均达到了要求。、幺吉-jsEPC为特殊的发包模式，其核心任务是为工程的建设和使用“增值”。对EPC 项目的管控，既要站在项目总承包方的角度实现盈利，又要站在业主的角度做优 质工程。因此习惯了照图施工的我们，利用价值工程理论对设计图纸进行技术经 济分析，优化方案和图纸就显得格外重要。本人在2014年3月份供暖结束后，对该项目进行了技术性回访，整个系统 运行良好，未出现任何“跑冒滴漏”现象，业主单位非常满意。【参考文献】1王勇，付祥钊，曾淼，等.地源热泵地下管群换热器设计施工问题J.建筑热能通风空调,2000, (1)： 59622区正源.实用中央空调设计指南M.北京：中国建筑工业出版社，2007.3徐伟，等译.地源热泵工程技术指南M.北京：中国建筑工业出版社，2007.4刁乃仁，方肇洪.地埋管地源热泵技术M.北京：高等教育出版社，20065中华人民共和国建设部.GB503662009地源热泵系统工程技术规范网.北京：中国建筑工业出版社，2009.