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地埋管地源熱泵在應用中應注意的幾點

文章出處:濰坊瀚泓節能溫調設備有限公司人氣:-發表時間:2018/8/10【

一、引言

     地源熱泵技術是一項值得大面積推廣的建筑供能技術。地源熱泵是一種利用淺層和深層的大地能量,包括土壤、地下水、地表水等天然能源作為冬季熱源和夏季冷源,然后再由熱泵機組向建筑物供冷供熱的系統,是一種利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空調系統。目前,大面積推廣使用的是埋管式地源熱泵技術,被認為是一種充分利用淺層地熱的最佳技術途徑。但是,地熱能資源如果無限制地提取或釋放,將會導致冷熱不平衡。所以說,如何合理有效利用這一資源,是我們每一個從業人員應該共同努力的方向。那么,接下來我們針對地源熱泵系統的設計以及施工過程中的每一個步驟都做個簡單的介紹。

     二、工程勘察

     地源熱泵系統方案設計前,應進行工程場地狀況調查,并應對淺層地熱能資源進行勘察。

     1、地埋管地源熱泵系統方案設計前,應對工程場區內巖土體地質條件進行勘察。

    2、工程勘察應由具有勘察資質的隊伍承擔。工程勘察完成后,應編寫工程勘察報告,并對資源可利用情況提出建議。

    3、地埋管換熱系統勘察應包括下列內容:

    3.1巖土層的結構;

    3.2巖土體熱物性;

    3.3巖土體溫度;

    3.4地下水靜水位、水溫、水質及分布;

    3.5地下水徑流方向、速度;

    3.6凍土層厚度。

     三、可行性分析

     地埋管換熱系統設計前,應根據工程勘察結果評估地埋管換熱系統實施的可行性及經濟性。不同的地質條件,埋管的費用可能相差2-3倍以上,甚至無法進行打井或埋管。以下幾種情況會造成成本的上漲:

     1)地質中有鵝卵石層;

    2)地質中有松散的回填層;

    3)地質中有巖洞或地下河;

    4)地質中有堅硬的巖石層。

     四、地埋管換熱系統設計

     1、地埋管換熱系統設計前應明確施工區域內各種地下管線的種類、位置及深度,預留未來地下管線所需的埋管空間及埋管區域進出重型設備的車道位置。

    2、地埋管換熱系統設計應進行全年動態負荷計算,計算周期宜為1年。計算周期內,地源熱泵系統總釋熱量宜與其總吸熱量相平衡。在技術經濟合理時,可采用輔助熱源或冷卻源與地埋管換熱器并用的調峰形式。

 

豎直地埋管換熱器的設計也可按GB50366-2009地源熱泵系統工程技術規范的方法進行計算。 

    4、地埋管換熱器設計計算時,環路集管不應包括在地埋管換熱器長度內。

 

    5、豎直地埋管換熱器埋管深度宜大于20m,鉆孔孔徑不宜小于0.11m,鉆孔間距應滿足換熱需要,間距宜為3~6m。水平連接管的深度應在凍土層以下0.6m,且距地面不宜小于1.5m。

    6、地埋管環路兩端應分別與供、回水環路集管相連接,且宜同程布置。每對供、回水環路集管連接的地埋管環路數宜相等。供、回水環路集管的間距不應小于0.6m。

    7、地埋管換熱器安裝位置應遠離水井及室外排水設施,并宜靠近機房或以機房為中心設置。

    8、地埋管換熱系統應設自動充液及泄漏報警系統。需要防凍的地區,應設防凍保護裝置。

 

    9、地埋管換熱系統應根據地質特征確定回填料配方,回填料的導熱系數不應低于鉆孔外或溝槽外巖土體的導熱系數。

    10、地埋管換熱系統設計時應根據實際選用的傳熱介質的水力特性進行水力計算。

    11、地埋管換熱系統宜采用變流量設計,并且宜設置反沖洗系統,沖洗流量宜為工作流量的2倍。

    12、地埋管換熱系統設計時應考慮地埋管換熱器的承壓能力,若建筑物內系統壓力過地埋管換熱器的承壓能力時,應設中間換熱器將地埋管換熱器與建筑物內系統分開。

    五、管材以及傳熱介質的選擇:

    1、地埋管及管件應符合設計要求,且應具有質量檢驗報告和合格證。

    2、地埋管管材及管件應符合下列規定:

    2.1地埋管應采用化學穩定性好、耐腐蝕、導熱系數大、流動阻力小的塑料管材及管件,宜采用聚乙烯管(PE80或PE100)或聚丁烯管(PB),不宜采用聚氯乙烯(PVC)管。管件與管材應為相同材料。

   

    3、傳熱介質應以水為首選,也可選用符合下列要求的其他介質:

    3.1安全,腐蝕性弱,與地埋管管材無化學反應;

    3.2較低的冰點;

    3.3良好的傳熱特性,較低的摩擦阻力;

    3.4易于購買、運輸和儲藏。

    4、在有可能凍結的地區,傳熱介質應添加防凍劑。防凍劑的類型、濃度及有效期應在充注閥處注明。

    5、添加防凍劑后的傳熱介質的冰點宜比設計最低運行水溫低3~5℃。

選擇防凍劑時,應同時考慮防凍劑對管道與管件的腐蝕性,防凍劑的安全性、經濟性及其對換熱的影響。

    六、地埋管換熱系統施工

     1、地埋管換熱系統施工前應具備工程勘察資料、設計文件和施工圖紙,并完成施工組織設計。

    2、地埋管換熱系統施工前應了解埋管場地內已有地下管線、其他地下構筑物的功能及其準確位置,并應進行地面清理,鏟除地面雜草、雜物,平整地面。

    3、地埋管換熱系統施工過程中,應嚴格檢查并做好管材保護工作。

    4、管道連接應符合下列規定:

 

    4.2豎直地埋管換熱器的U形彎管接頭,宜選用定型的U形彎頭成品件,不宜采用直管道煨制彎頭;

    4.3豎直地埋管換熱器U形管的組對長度應能滿足插入鉆孔后與環路集管連接的要求,組對好的U形管的兩開口端部,應及時密封。

 

    5、水平地埋管換熱器鋪設前,溝槽底部應先鋪設相當于管徑厚度的細砂。水平地埋管換熱器安裝時,應防止石塊等重物撞擊管身。管道不應有折斷、扭結等問題,轉彎處應光滑,且應采取固定措施。

    6、水平地埋管換熱器回填料應細小、松散、均勻,且不應含石塊及土塊。回填壓實過程應均勻,回填料應與管道接觸緊密,且不得損傷管道。

    7、豎直地埋管換熱器U形管安裝應在鉆孔鉆好且孔壁固化后立即進行。當鉆孔孔壁不牢固或者存在孔洞、洞穴等導致成孔困難時,應設護壁套管。下管過程中,U形管內宜充滿水,并宜采取措施使U形管兩支管處于分開狀態。

    8、豎直地埋管換熱器U形管安裝完畢后,應立即灌漿回填封孔。當埋管深度過40m時,灌漿回填應在周圍臨近鉆孔均鉆鑿完畢后進行。

     七、地埋管換熱系統的檢驗與驗收

     1、地埋管換熱系統安裝過程中,應進行現場檢驗,并應提供檢驗報告。檢驗內容應符合下列規定:

   

    1.2鉆孔、水平埋管的位置和深度、地埋管的直徑、壁厚及長度均應符合設計要求;

    1.3回填料及其配比應符合設計要求;

    1.4水壓試驗應合格;

    1.5各環路流量應平衡,且應滿足設計要求;

    1.6防凍劑和防腐劑的特性及濃度應符合設計要求;

    1.7循環水流量及進出水溫差均應符合設計要求。

    2、水壓試驗應符合下列規定:

    2.1試驗壓力:當工作壓力小于等于1.0MPa時,應為工作壓力的1.5倍,且不應小于0.6MPa;當工作壓力大于1.0MPa時,應為工作壓力加0.5MPa。

2.2水壓試驗步驟:

    2.2.1豎直地埋管換熱器插入鉆孔前,應做第一次水壓試驗。在試驗壓力下,穩壓至少15min,穩壓后壓力降不應大于3%,且無泄漏現象;將其密封后,在有壓狀態下插入鉆孔,完成灌漿之后保壓lh。

    2.2.2豎直地埋管換熱器與環路集管裝配完成后,回填前應進行第二次水壓試驗。在試驗壓力下,穩壓至少30min,穩壓后壓力降不應大于3%,且無泄漏現象。

    2.2.3環路集管與機房分集水器連接完成后,回填前應進行第三次水壓試驗。在試驗壓力下,穩壓至少2h,且無泄漏現象。

    2.2.4地埋管換熱系統全部安裝完畢,且沖洗、排氣及回填完成后,應進行第四次水壓試驗。在試驗壓力下,穩壓至少12h,穩壓后壓力降不應大于3%。

    2.3水壓試驗宜采用手動泵緩慢升壓,升壓過程中應隨時觀察與檢查,不得有滲漏;不得以氣壓試驗代替水壓試驗。

    3、回填過程的檢驗應與安裝地埋管換熱器同步進行。

     八、總結

     通過上述有關地源熱泵系統的設計以及施工過程的淺析,希望對各位同行在工作能有所幫助。

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