地源热泵系统及管材管件的大体介绍

地源热泵系统概述

　　地源热泵空调系统是根据卡诺循环和逆卡诺循环原理，利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术，是目前世界上最为先进的绿色空调系统。热泵系统通常是指将地下土壤、空气和水中的热量或者冷量经过热泵机组工作转移到所需要的地方，进而实现对建筑物提供热量和冷量，同时还可以提供生活热水。

　　地源热泵系统充分利用了地下土壤巨大的蓄热、放热功能, 在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天可以将室内的余热转移到低位热源中，达到加温或制冷的目的，一个年度形成一个冷热循环过程。地源热泵系统是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术，具有清洁、高效、节能的特点。

　　地源热泵系统优点

　　高效节能，稳定可靠

　　地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，土壤与空气温差一般为17度，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%～60%，因此要节能和节省运行费用40％－50％左右。通常地源热泵消耗1KW的能量，用户可以得到5KW以上的热量或4KW以上冷量，所以我们将其称为节能型空调系统。

　　无环境污染

　　地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上，真正的实现了节能减排。

　　一机多用

　　地源热泵系统可供暖、制冷，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。

　　维护费用低

　　地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。

　　使用寿命长

　　地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达50年。

　　要比普通空调高35年使用寿命。

　　节省空间

　　没有冷却塔、锅炉房和其它设备，省去了锅炉房，冷却塔占用的宝贵面积，产生附加经济效益，并改善了环境外部形象。

　　地源热泵系统的能量来源于自然能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”。被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。该系统无论严寒地区或热带地区均可应用。可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。

　 地源热泵专用管

地源热泵专用管是针对地源热泵系统的要求，采用PE100级优质聚乙烯原材料，进口设备，按照GB/T13663-2000标准，经过多年研发生产的地源热泵系统专用管道，具有良好的耐腐蚀性，可焊接性、抗环境应力开裂性和抗快速开裂性。

技术要求

执行标准

我国于2006年初出台了一份地源热泵系统的国家标准《地源热泵系统工程技术规范》GB5036-2005，详细规定了地源热泵系统的施工和设计要求，并在附录中规定了地源热泵用PE管道的尺寸要求，其尺寸要求实际上与PE给水管材一致，因此可以采用PE给水管道国家标准GB/T13663组织生产地源热泵系统用PE管道产品。

平铺设

地源热泵埋地管材水平铺设一般可细分为水平直管铺设和水平螺旋铺设两种。

地源热泵埋地管材采用水平埋设方式时，要求最上层埋管顶部应在冻土层以下0.4米，且距地面不宜小于0.8米。

采用水平铺设的方式，工程施工相对简单，难度较小，工程投资相对较小，但占地面积较大。

国内目前水平铺设的方式采用较少。

垂直铺设

地源热泵埋地管材垂直铺设一般也可细分为垂直直管铺设和垂直螺旋铺设两种，其中直管铺设又分单U管、双U管及多U管（目前国内曾采用过的最多为由16根管材组成的8U管）铺设，目前国内采用较多的铺设方式为双U管铺设。采用单U管时，需采用单U弯管件和两孔固定支架。采用双U管时，需采用双U弯管件和四孔固定支架。相应的固定支架应根据规格的大小和期望达到的效果来决定其支架间距，一般在1米到2米之间为宜。

采用垂直铺设时，埋管深度宜大于20米，钻孔孔径不宜小于0.11米，钻孔间距以3米到6米为宜，水平主管的深度应在冻土层以下0.6米，且距离地面不宜小于1.5米。

采用垂直铺设的方式，占地空间相对较小，热交换充分，但钻孔的工程造价较高，且需配套相应的U型弯和固定支架等管件。

目前国内大多数地源热泵工程采用的是双U管垂直铺设的方式。

　地埋热泵换热系统设计与施工

　设计

　1、地埋管换热系统设计前应明确待埋管区域内各种地下管线的种类、位置及深度，预留未来地下管线所需的埋管空间及埋管区域进出重型设备的车道位置。

　2、地埋管换热系统设计应进行全年动态负荷计算，最小计算周期宜为1年。计算周期内，地源热泵系统总释热量宜与其总吸热量相平衡。

　3、水平地埋管换热器可不设坡度。最上层埋管顶部应在冻土层以下0. 4m，且距地面不宜小于0. 8m。

　4、竖直地埋管换热器埋管深度宜大于20m，钻孔孔径不宜小于0. 11m，钻孔间距应满足换热需要，间距宜为3–6m。水平连接管的深度应在冻土层以下0.6m，且距地面不宜小于1.5m。

　5、地埋管换热器管内流体应保持紊流流态，水平环路集管坡度宜为0.002。

　6、地埋管环路两端应分别与供、回水环路集管相连接，且宜同程布置。每对供、回水环路集管连接的地埋管环路数宜相等。供、回水环路集管的间距不应小于0.6m。

　7、地埋管换热系统应根据地质特征确定回填料配方，回填料的导热系数不应低于钻孔外或沟槽外岩土体的导热系数。

　8、地埋管换热系统设计时应根据实际选用的传热介质的水力特性进行水力计算。

　9、地埋管换热系统宜采用变流量设计。

　10、地埋管换热系统设计时应考虑地埋管换热器的承压能力，若建筑物内系统压力超过地埋管换热器的承压能力时，应设中间换热器将地埋管换热器与建筑物内系统分开。

　11地埋管换热系统宜设置反冲洗系统，冲洗流量宜为工作流量的2倍。

　施 工

　4.4.1 地埋管换热系统施工前应具备埋管区域的工程勘察资料、设计文件和施工图纸，并完成施工组织设计。

　4.4.2 地埋管换热系统施工前应了解埋管场地内已有地下管线、其他地下构筑物的功能及其准确位置，并应进行地面清理，铲除地面杂草、杂物，平整地面。

　4.4.3 地埋管换热系统施工过程中，应严格检查并做好管材保护工作。

　4、管道连接应符合下列规定:

　4.1埋 地 管道应采用热熔或电熔连接。聚乙烯管道连接应符合国家现行标准《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101的有关规定;

　4.2竖 直 地埋管换热器的U形弯管接头，宜选用定型的U形弯头成品件，不宜采用直管道偎制弯头;

　4.3竖 直 地埋管换热器U形管的组对长度应能满足插人钻孔后与环路集管连接的要求，组对好的U形管的两开口端部，应及时密封。

　5、水平地埋管换热器铺设前，沟槽底部应先铺设相当于管径厚度的细砂。水平地埋管换热器安装时，应防止石块等重物撞击管身。管道不应有折断、扭结等问题，转弯处应光滑，且应采取固定措施。

　6、水平地埋管换热器回填料应细小、松散、均匀，且不应含石块及土块。回填压实过程应均匀，回填料应与管道接触紧密，且不得损伤管道。

　7、竖直地埋管换热器U形管安装应在钻孔钻好且孔壁固化后立即进行。当钻孔孔壁不牢固或者存在孔洞、洞穴等导致成孔困难时，应设护壁套管。下管过程中，U形管内宜充满水，并宜采取措施使U形管两支管处于分开状态。

　8、竖直地埋管换热器U形管安装完毕后，应立即灌浆回填封孔。当埋管深度超过40M时，灌浆回填应在周围临近钻孔均钻凿完毕后进行。

　9、竖直地埋管换热器灌浆回填料宜采用膨润土和细砂(或水泥)的混合浆或专用灌浆材料。当地埋管换热器设在密实或坚硬的岩土体中时，宜采用水泥基料灌浆回填。

　10、地埋管换热器安装前后均应对管道进行冲洗。

　11、当室外环境温度低于。℃时，不宜进行地埋管换热器的施工。

　　检验与验收

1、地埋管换热系统安装过程中，应进行现场检验，并应提供检验报告。检验内

容应符合下列规定:

　1 管 材 、管件等材料应符合国家现行标准的规定;

　2 钻 孔 、水平埋管的位置和深度、地埋管的直径、壁厚及长度均应符合设计要求;

　3 回 填 料及其配比应符合设计要求;

　4 水 压 试验应合格;

　5 各 环 路流量应平衡，且应满足设计要求;

　6 防 冻 剂和防腐剂的特性及浓度应符合设计要求;

　7 循 环 水流量及进出水温差均应符合设计要求。

　4.5.2 水压试验应符合下列规定:

　1 试验压力:当工作压力小于等于1.OMPa时，应为工作压力的1.5倍，且不应小于0.6MPa;当工作压力大于1.0MPa时，应为工作压力加0. 5MPa。

　2 水压试验步骤:

　1) 竖直地埋管换热器插人钻孔前，应做第一次水压试验 。在试验压力下 ，稳压至少15min,稳压后压力降不应大于3% ，且无泄漏现象;将其密封后，在有压状态下插人钻孔 ，完成灌浆之后保压lh。水平地埋管换热器放人沟槽前 ，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压至15min,稳压后压力降不应

大于 3% ， 且无泄漏现象。

　2) 竖 直 或 水 平 地埋 管换热器与环路集管装配完成后，回 填 前应 进 行 第 二 次 水 压 试验。在试验压力下，稳压至 少 3 0m in , 稳压 后 压 力降不应大于3%，且无泄

漏 现 象 。

　3) 环 路 集 管 与机 房 分集水器连接完成后，回填前应进行第 三 次水 压 试 验 。 在 试验压力下，稳压至少2h,且 无 泄 漏 现 象 。

　4) 地 埋 管 换 热系 统 全部安装完毕，且冲洗、排气及回填 完 成后 ， 应 进 行 第 四次水压试验。在试验压力下，稳 压 至 少 12 h ,稳 压 后 压力降不应大于3%。

　3 水压试验宜采用手动泵缓慢升压，升压过程中应随时观察与检查，不得有渗漏;不得以气压试验代替水压试验。

4.5.3 回填过程的检验应与安装地埋管换热器同步进行。

　 主管

主管一般采用D40-63规格，部分大型项目采用D110左右的主管。主管的压力等级一般采用1.0MPa以上，管材的相关尺寸参照PE给水管材国标GB13663。主管的长度一般根据工程的设计确定，有时由于地理位置或地质条件的限制，地埋管的铺设可能需要远离建筑物1到2公里，这时需配备较长的主管。

主管一般供应直管，特殊情况由设计单位与生产厂家协商确定。

为避免管道在冬季结冰，主管需埋设于冻土层以下，连接室内机组时才出地面，主管在冻土层以上的部分一般需聚苯或橡塑材料做保温处理。

地埋管

地埋管有D16、D20、D25、D32、D40等规格，但大多数为D25和D32规格，其中尤以D32规格居多，由于埋地深度一般达100m左右，其压力等级多为1.0MPa以上，以1.6MPa最为多见。地埋管材的相关尺寸要求也参照PE给水管材国标GB13663。地埋管材一般为盘卷形式，长度由工程设计要求决定，每根在80米到100米之间。

若采用双U管形式埋设，则每个单元的管材长度还需增加3倍，一般由4根100米左右的管材通过特制的双U弯管件连接后，统一盘卷，盘卷的内径约为1米。若采用垂直螺旋埋设，盘卷的直径需根据设计单位的要求定做。

管件

地源热泵管道系统中埋地管采用垂直铺设时，需采用U型弯和固定支架等管件。其中U型弯的作用是保持两根管材间的连通，形成水路循环系统，目前管材与U型弯的连接一般采用电熔套筒连接。由于下井较深，井中的水对管材的浮力较大，需在U型弯头的中间部位设置一个长螺栓，施工人员利用金属杆，通过长螺栓将管材压到预定深度的水中。固定支架的作用是使埋地管材之间保持固定的距离，以免管材之间由于距离过近而影响导热效果。在井下一般每隔1米或2米需要配备1只固定支架，因此用量较大。

一口井中如果只铺设2根管材，采用单U弯和双孔支架。如果一口井中铺设4根管材，则需采用双U弯和四孔支架。

埋地管材与主管间一般采用热熔承插变径管件，如异径直通和异径三通，规格多为D40~D63。一个工程设计的埋地井数量越多，采用的连接管件就越多。

主管与热泵机组或其他材料的管道的连接一般采用活接或法兰，规格多为D40~D63。