地埋管空调系统在某实际工程中的应用与分析

一、工程概况
   某工程为办公综合楼，地上建筑为19层，地下一层车库及设备层。地上的1至3层主要功能为大厅、办公室、活动室及餐厅，除10层为信息中心外，其它楼层为办公室、多功能厅以及会议室和招待所等。该工程总建筑面积26000m²，建筑高度71m，其中空调面积为19000m²。
二、空调系统的设计
本文所举例工程其空调系统由两部分组成，5台美国进口的热泵机组组成K-1系统，主要供应10层、14层、18及19层使用，其是为了满足第10层中信息中心、接待室以及多功能厅等相对特殊场的所有应用；2台意大利热泵机组组成K-2系统，供其它楼层使用。K-1系统的夏天制冷及冬天制热，均是把制冷剂利用机组内置电动四通换向阀进行转换来实现的；两台大热泵机系统则设置12个手动的阀门，进行冷冻、冷却水的切换，从而实现空调系统的制冷与制热。空调的冷冻水系统所采用的是一次泵变流量系统，布置管道的方式为竖向、水平同程；空调的冷却水系统同样采用一次泵变流量系统，其管道的布置方式为14个水平的同程环路。办公楼1至4层的餐厅、大厅所使用的是空调风柜加低速风道系统，而办公室则采用风机盘管加新风系统，自动控制系统为DDC。
三、室外垂直埋管换热器的设计
   埋管换热器中的循环介质和大地岩土的换热过程十分复杂，所以地下换热器的设计就是整个空调系统中的难点。埋管换热器和大地岩土的换热受各种复杂因素的影响，比如埋管的形式、埋管或者竖井间距、管径、埋管的深度以及循环介质流量的大小等等，这些参数也是换热器运行的主要参数。并且埋管处的地质情况、建筑物负荷的变化以及当地的气候特征等环境因素对换热器的运行也有一定的影响。
   在本设计中，地埋管管材和管件均采用导热系数高、流动阻力低、抗腐蚀性好、稳定性强的塑料管和管件。按照工程所在地的气候特征来选择传热介质，本工程采用水作为传热介质，为防止冷却循环水管内的水在一定温度下冻结，可以添加防冻剂，或启动循环泵采用感温自控系统，这种感温系统的优点在于，如果循环水的温度小于4℃，那么自控系统就会启动循环泵，以驱动循环水进行循环，并做报警，从而有效的防止埋管内水介质出现冻结的问题。在地埋管空调系统中，垂直埋管换热器系统的总吸热量要和总释放量保持平衡，大地岩土的热稳定性、土壤源热泵系统的经济性以及空调实际的运行效果才能得到相应的保证。因此该工程经过各方面经济、技术等因素的比较，调峰形式采用辅助冷却源和地埋管换热器结合使用的方案，最热月峰值的负荷利用室外的消防喷泉水池做辅助散热进行消除。利用原土回填作为钻孔回填材料。地埋管水系统采用机房集水器、分水器以及14个水平同程环路相连接，为一次泵定流量系统。地埋管土壤源热泵系统的运行方法如下：室外喷水池散热帮助5台小热泵机组实现夏季的冷却功能，而冬天制热则由地埋管系统提供热源来实现；利用地埋管散热实现2台大热泵机组的夏季冷却及冬天制热功能。5台小机组的制冷与制热转换，是采用机组的内置电动四通换向阀，转换制冷剂流量，以实现制冷、制热转换的功能；2台大机组的制冷与制热，则是利用其外面设置好的12个手动阀门进行冷冻、冷却水的切换来实现。
四、地埋管空调系统的室外施工工艺
   采用XY-1以及XY-1B型号的钻机，往复式泥浆泵的型号为BW-250；管道系统采用PE管U型单排管，该材质具有抗腐蚀性强、稳定性强、流动阻力小及导热系数高等特点。
（一）预制井下垂直PE管
    预制PE管时采用热熔焊接工艺，按照热熔对口与热熔承插连接的方法。将需要焊接的管口削平，保证其工作面在同一面上，并与管线垂直，标出两管的连接轴线。承插式加热熔接温度为260℃±10℃，而对接式的则为200-210℃。焊接后其焊接处的强度要比管材本身的强度高，焊好管线底部U形弯后进行注水加压试验，合格后泄压，将管内清水保留下来，并焊好封头。接下来制作井头定位针，以保证PE管可以顺利的插入井底，并进行定位；如果埋底未露出管头，则要在PE管闷盖处做管口标记，以便寻找管头，另一闷盖处也要做标记，以控制落管深度；要做好管间距的控制。
（二）放管监控
本工程钻井工作和后续的放管工序之间的衔接比较紧密，所以一口井打井安装完毕后要马上放管，否则随着停留时间越来越长，那么井下就会出来越来越严重的挤压现象，此时放管就会越来越困难。放管过程中要多人合作进行，不能将管子放在地上拖拉，不能形成非自然性的弯曲现象，更不能出现角度；钻杆套住直径为一公分的圆钢，利用钻杆的压力把管子逐渐下到设计深度为止。进行定位控制时，管子底部的螺纹钢箭头要直插至井底的中心，由于井下的土质相对较软，管子到达底部后会继续下沉，此时要控制管子的下落尺寸，紧紧拉住施工的绳子使其不再下落，落至设计尺寸后再锁定位置，快速的进行灌沙定位。型号相同、场地相同的管子其顶部尺寸也要尽可能保持一致。管道预制及放管的过程中，均不可将PE管放在地面上拖拉，并且注意车辆出入时不可滚压或者碰撞PE管，露出地面的管头不可使用。最后进行材料的回填，上述工序全部完成后，就开始向井内进行材料的回填，本工程采用原土回填。回填时要注意，回填速度要快，并且一定要保证管子处于井中的位置要稳定，管子不可以井中任意沉浮或者移动。由于井中泥浆比重相对较大，沙子沉落相对困难，此时要向井内注入一定量的清水，以稀释泥浆，减小其比重，促使砂沉落井底。灌砂的深度不可过深或过浅，大概为井深的50%到60%左右，其它部分会被泥石自然填充。
五、节能分析
    该工程在冬天最终地源侧其出水温度基本上稳定在11-13℃之间，热泵机组能效比可以达到4.0以上，由此可以看出，相对于空气源热泵空调系统、燃气锅炉供热空调系统等，土壤源热泵空调的节能效果、环保效果都比较好，并且避免空气源热泵在冬天需要进行化霜、处于极端环境下的供热效果不理想等问题。土壤源热泵空调系统在夏天的冷却水的进出温度分别为27.3℃和33℃，而常规的空调冷水机组的冷却水其进出温度分别为32℃和37℃，二者相比而言，满负荷运行状态下，地埋管空调系统的能耗可以节约15%，负荷为70%的状态下，可以节能35%，而负荷状态为50%时，则土壤源热泵空调可节能达60%。该工程与常规的空调冷水机组和燃气锅炉进行供热相比，尽管总的投资有所增加，为12%，但是空调全年的运行费用可以节约39%，3年即可收回成本。因此，地埋管空调系统可以做为一种新型的节能环保空调系统大力推广。
参考文献：
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[5]徐伟等.地源热泵工程技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.

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文章名称： 地埋管空调系统在某实际工程中的应用与分析

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