地埋管地源热泵空调系统设计施工中应注意的问题

地埋管地源热泵技术充分利用地壳表层土壤中储存的能量， 通过消耗一定的电能， 对室内进行供暖（冷），因其节能、适用范围广、运行耗电较少、维护费用低，使用周期长、低噪声、无需冬季运行除霜而受到关注。

然而工程设计、施工中较易忽视的地方可能导致在工程实施过程中出现一些质量问题，甚至工程隐患。本文从地埋管地源热泵设计和施工两个方面进行分析，以期能对地源热泵系统正确应用有所帮助。

土壤热物性主要表现为蓄热性和热导率，蓄热性表现为土壤温度升高或降低1℃时， 单位数量的土所能储存的热量。热导率表现为沿法线方向当温差为1℃时，土壤传递热量的多少。土壤的热导率为0.5～2.5W/(m·K)，跨度很大，其大小与土壤种类、含水量大小、化学成分、埋设条件等多种因素有关。在工程设计时应坚持实测当地土壤热导率或求助当地水文地质部门提供资料，认真确定土壤热导率。如果只根据“工程计算中无资料时,可取1.75 W/(m·K)”确定土壤热导率是不科学的。因为不能确切反映管道所处的土壤实际情况，造成计算结果误差很大。如果草率计算，会造成贮热土壤温度过高或过低， 严重影响地埋管换热器的传热性能、热泵机组的运行效率和稳定性。

地埋管地源热泵是采用浅层土壤中的低品位能量，利用热泵技术将低温适当提升（或降低）以满足建筑供热（空调）的要求。事实上，地埋管地源热泵本质上是利用大地、土壤实现季节性蓄热，其基本原理与冰蓄冷技术类似，只不过是蓄热介质、蓄热周期不同而已，这与采用深层地热能实现供热的概念是截然不同的。浅层土壤中的能量是很有限的，它不是源，只是由于其自然温度相对稳定，从热泵运行效率上讲，较大气温度更有利于热泵效率的提高。基于此，在设计时应当特别注意冬夏季吸放热量的均衡问题， 无论冬季提取的热量大于夏季放入的热量， 还是夏季放入的热量大于冬季提取的热量， 最终导致的结果均是地下土壤的温度失衡，致使热泵机组的工作能效降低，严重时，将导致热泵机组无法正常运行。

地埋管换热器埋设的深度与埋设的数量成反比，确定埋管深度和数量是设计地埋管换热器的关键，应进行较为严格的优化。管道埋深首先受埋管区域的地质影响，有些区域易于成井， 如黄粘土， 且成井造价低， 可适当增加埋深；有的土质不易于成井， 如岩石、流砂等， 且成井造价高，应尽量减少埋深。其次受塑料管道承压能力的限制， 对于PPR塑料管，承压能力不超过1.6 MPa，即使不考虑管内流动阻力影响，其最大承受压力也只有160 m，考虑补水定压等因素，其埋管深度不宜大于120 m。在管道的埋深确定后，管道的数量也随之确定， 不应凭经验或简单参照其他工程确定。

以山东省某地埋管热泵为例，某小区建筑面积为13.6万m2，打井深度为120 m，埋管打井数量1 210口， 水平埋管最远支路为150 m， 最近支路只有10m，对并联的各支路上的井之间应采用同程设计，但是设计时各支路之间均采用异程设计，很显然各支路水力是不平衡的，各支路之间形成严重的水力失调，短管路会承担更多冷（ 热） 负荷， 地下的温升或温降就更大，可能导致热泵机组效率严重下降。如果确实存在平衡困难，在各支路上就应采用调节阀进行平衡。

地埋管换热器采用塑料管， 塑料的稳定性较好，具有较好的弹性和韧性，可以发生一定量的变形，而对于PPR管道，其线性膨胀系数为0.16~0.18mm/m·K［4］，当管道直线距离过长时，随着温度的变化伸长量就很大，在管道的应力集中处就可能造成破坏。在设计时，应每隔一定距离使管道发生有意识弯曲， 或每隔一段距离采取设置固定墩的办法来分解管道所产生的应力， 具体的距离应对塑料管道进行应力分析后确定。

地埋管是地下换热器， 其内部循环水的密封性是保证正常工作的基础， 如果发生泄漏会导致无法挽回的损失，甚至还会对环境造成污染。为了防止地埋管在施工后期损坏不能被发现， 应在施工中严格执行管道压力试验制度，每口井下的管道完工后，均应进行水压试验，试验合格后应保压回填。在地埋管由垂直转水平处，尽量在隐患消除后施工。并在可能被破坏处立警示标志。

回填材料对地埋管换热器传热特性和地源热泵运行特性有明显的影响， 目前常采用水泥为基料的灌浆或以膨润土为基料的灌浆。避免就地取土回填，杜绝夹杂碎石回填。加强施工监督，确保回填材料及施工质量满足工程要求。

在安装完毕投入运行前，应进行科学严格的调试，主要注意设置平衡阀管路的阻力平衡； 设置过滤器的位置注意不被堵塞；动力设备注意震动大小；自动控制设备注意动作的正确性和灵敏性。在整个系统的调试过程中不能留有死角。

热泵技术在我国建筑节能中起到了重要的作用，特别是在没有城市集中供热的区域和楼房。地埋管地源热泵技术也得到了迅速发展和广泛应用， 但由于我国目前的设计队伍及施工队伍技术水平差别较大，影响了该项科学技术的推广， 本文希望能对该项技术的科学应用和推广有所帮助。