地源熱泵現(xiàn)代特殊結(jié)構(gòu)建筑中的應(yīng)用(圖)

1、地源熱泵現(xiàn)代特殊結(jié)構(gòu)建筑中的應(yīng)用(圖)摘要：闡述了 HYPERLINK /zt/dyrb01/index.shtml 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在佛手湖項目的設(shè)計應(yīng)用情況。分析了地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)備選型要點(diǎn)和安裝注意事項。 關(guān)鍵詞：地埋管地源熱泵系統(tǒng) 巖石 集水器 Abstract：Explores the geothermal heat pump system used in the project，analyses the equipment selectiones sentials and installation requirements. Keywords：Geothermal heat pum

2、p system，rock,watercollection 一、項目概況中國國際建筑藝術(shù)實踐展項目(佛手湖項目)位于南京老山風(fēng)景區(qū)內(nèi)，緊鄰珍珠泉旅游度假區(qū)，面臨佛手湖千畝碧波，背靠老山連綿山巒，是南京市的景秀地段。該項目占地328多畝，建筑物分布于佛手湖中部半島，用地大致呈東南西北走向。項目共24棟建筑，含四棟公共建筑（A、B、C、D棟展覽中心、接待中心、會議中心、休閑中心）及20棟小別墅（1#20#）。別墅依山形而建，錯落有致，總計建筑面積41,300m2。 中國國際建筑藝術(shù)實踐展項目 HYPERLINK /list/tuwen.shtml 點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片該項目云集來自13個國家2

3、4名國際著名建筑師的設(shè)計作品，作為永久性的國際建筑展園區(qū)，每棟建筑由不同的設(shè)計師設(shè)計。項目以實踐的方式探索環(huán)保節(jié)能住宅設(shè)計建造的有效途徑，使用并積極推廣環(huán)保節(jié)能建筑材料，借鑒國際先進(jìn)理念和技術(shù)，為中國綠色環(huán)保建筑的發(fā)展提供經(jīng)驗和示范。這種強(qiáng)大的建筑參展陣容在國內(nèi)尚屬首次，在亞洲范圍內(nèi)也是罕有。該項目建成后將成為世界建筑文化展示的焦點(diǎn)和交流基地,受到了國際和國內(nèi)建筑界的廣泛關(guān)注。 二、項目特點(diǎn)本項目各幢建筑依山形而建，每棟建筑的高程相差較大，分布范圍廣。如果全部采用集中式系統(tǒng)，別墅區(qū)的綜合管線將增加，且冷熱能源在輸送過程中會有很大程度的衰減；該地區(qū)沒有熱力管線或燃?xì)夤芫W(wǎng)。在考慮能源形式方面，常規(guī)

4、的能源形式，不但增加用地面積，而且破壞景觀格局。綜合考慮各種因素,為了滿足業(yè)主對別墅類建筑高品質(zhì)、高檔次定位要求， HYPERLINK /list/zykt.shtml 中央空調(diào)采用節(jié)能環(huán)保的地源熱泵系統(tǒng)提供空調(diào)、地板采暖、余熱回收生活熱水。但項目地處山嶺，底層條件復(fù)雜，地表淺層主要以巖石為主，對于地源熱泵系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)來說也是一大挑戰(zhàn)。該項目引進(jìn)地源熱泵技術(shù)，將低品位的低位能轉(zhuǎn)化為可為人類直接利用的高品位能源。系統(tǒng)的配置與設(shè)計應(yīng)達(dá)到性能與價格的優(yōu)化目標(biāo)，確保本工程成為技術(shù)先進(jìn)、可靠實用、經(jīng)濟(jì)合理的項目。 三、系統(tǒng)介紹地源熱泵是一種先進(jìn)、高效節(jié)能、無污染、可再生、可持續(xù)發(fā)展的能源利用

5、形式。同時解決 HYPERLINK /list/ktzl.shtml 制冷、采暖、生活熱水三位一體的新型空調(diào)系統(tǒng)。它利用淺層地表一年四季溫度相對穩(wěn)定的特性，通過熱泵機(jī)組這一能量提升機(jī)，完成土壤與建筑物內(nèi)部熱交換。冬季環(huán)境溫度低于地下巖土體溫度，它從地下土壤中吸熱，代替 HYPERLINK /zt/boiler/index.shtml 鍋爐向建筑物供暖；夏季環(huán)境溫度高于地下巖土體溫度，它可以向地下土壤中排熱，代替風(fēng)冷 HYPERLINK /cgi-bin/seinterface.cgi?word=換熱器 換熱器或冷卻塔向大氣散熱。機(jī)組無論制冷或制熱的過程中，通過在制冷系統(tǒng) HYPERLINK /

6、zt/111/index.shtml 壓縮機(jī)排氣端加入熱回收套管，實現(xiàn)余熱回收功能，全年完全免費(fèi)制取生活熱水。地表5m以下土壤的溫度已經(jīng)相當(dāng)穩(wěn)定，基本不會隨著季節(jié)變化，并且略等于該地區(qū)的年空氣平均溫度。我國冬冷夏熱地區(qū)土壤平均溫度在1520左右，通常夏季 HYPERLINK /cgi-bin/seinterface.cgi?word=冷凝器 冷凝器的出水溫度在3540之間，與土壤換熱溫差可達(dá)到2025，有利于提高制冷系數(shù)。 土壤源地埋管換熱器 HYPERLINK /list/tuwen.shtml 點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片地源熱泵系統(tǒng)的能量來源于地下能源。它不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣、是

7、一種理想的“綠色空調(diào)”。被認(rèn)為是目前可使用的對環(huán)境最友好和最有效的 HYPERLINK /list/grcn.shtml 供熱、供冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)無論嚴(yán)寒地區(qū)或熱帶地區(qū)均可應(yīng)用。可廣泛應(yīng)用在辦公樓、賓館、學(xué)校、宿舍、醫(yī)院、飯店、商場、別墅、住宅等領(lǐng)域。 系統(tǒng)運(yùn)行如下圖所示： 系統(tǒng)運(yùn)行示意圖 HYPERLINK /list/tuwen.shtml 點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片四、空調(diào)系統(tǒng)方案別墅性質(zhì)住宅對空調(diào)、采暖、生活熱水均有較高的要求。根據(jù)建筑的類型屬性以及業(yè)主要求，本項目空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計了水水式地源熱泵+生活熱水+新風(fēng)系統(tǒng)集于一體的高檔中央空調(diào)配置系統(tǒng),部分單體還采用了變風(fēng)量(VAV)末端,另外地板

8、采暖在部分單體中也有體現(xiàn)。 生活熱水設(shè)計地源熱泵機(jī)組在夏季制冷時，一般通過土壤換熱器向地表散熱。本系統(tǒng)雜配置上，夏季可以實現(xiàn)由空調(diào)系統(tǒng)配置的熱泵機(jī)組制冷的同時，提供生活熱水系統(tǒng)的熱量，熱泵機(jī)組此時部分向地下土壤排熱，另一部分熱量用來加熱生活熱水，實現(xiàn)完全免費(fèi)制取生活衛(wèi)生熱水。機(jī)組在這樣一種工況下，雖然損失了熱泵機(jī)組的供冷效率，但是獲得了更為豐厚的生活熱水，綜合能效比還是大大提高了。 由于余熱回收的這部分熱量占設(shè)備制熱容量的15左右。通常輔以的蓄熱水箱(帶電加熱輔助調(diào)峰)，在熱泵機(jī)組提供給生活熱水系統(tǒng)的熱量不足夠的情況下，可啟動電熱熱調(diào)峰。另外，蓄熱水箱容積設(shè)計時，考慮高峰時段的用水量，蓄存水量

9、可滿足全天隨時按需供水，系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)一步降低。 以別墅1#為例，系統(tǒng)設(shè)計流程圖圖示如下： 系統(tǒng)設(shè)計流程圖巖石的換熱建筑物全年動態(tài)負(fù)荷、巖土體溫度的變化、地埋管及傳熱介質(zhì)特性等因素都會影響地埋管換熱器的換熱效果。因此，考慮地埋管換熱器設(shè)計計算的特殊性及復(fù)雜性，甲方前期通過勘探孔測試、實驗分析來測定巖土體的綜合換熱能力，在項目規(guī)劃施工現(xiàn)場進(jìn)行了土壤熱特性測試，從而作為中央空調(diào)系統(tǒng)合理設(shè)計的依據(jù)。 試驗的對象是兩口不同管型（De32單U/De25雙U）的測試井，井深均為80m，實驗中根據(jù)排熱、取熱兩種不同運(yùn)行模式，選擇了不同工況進(jìn)行試驗研究。最后得出了地下垂直地埋管的傳熱性能參數(shù)： 在排熱模式下，

10、1#井具有的換熱能力為6070W/m井深，2井的換熱能力為7080W/m井深，具體的數(shù)值與測試工況（供水溫度、流量、溫差等因素）有關(guān)； 在取熱模式下，1#井具有的換熱能力為4050W/m井深，2井的換熱能力為5572W/m井深，具體的數(shù)值同樣與不同工況下供水溫度、流量、溫差等因素有關(guān)。 五、項目實施要素1、鉆孔、下管 a）空氣潛孔錘鉆孔 由于該項目所在地位于山嶺丘陵地帶，部分地塊基巖已經(jīng)表露。采用常規(guī)的鉆孔方式，鉆機(jī)設(shè)備無法按工期完成，因此確定采用氣動潛孔錘沖擊鉆進(jìn)的方法，鉆孔速度約為每周10口井。針對基巖為主的山區(qū)底層，底層含水率低，設(shè)計采用了細(xì)沙回填，一方面能保證回填料能較密實的填充孔洞，

11、防止形成空氣腔，另一方面充分保障閉式豎直地埋管環(huán)路中流體與周圍巖土體的導(dǎo)熱。 b）地埋管材料技術(shù)參數(shù) 地源熱泵系統(tǒng)充分利用可以循環(huán)使用的地?zé)?，成為現(xiàn)代建筑節(jié)能的重要技術(shù)之一，該技術(shù)的關(guān)鍵之一就是深埋地下的熱交換管路系統(tǒng)。該換熱器采用高密度聚乙烯HDPE100，承壓能力1.6MPa。PE管路系統(tǒng)采用壓力管道專用的混配料作為原材料，碳黑分散均勻，沒有質(zhì)量隱患。該管材可根據(jù)用戶需要在車間內(nèi)完成預(yù)組裝，盡量減少施工現(xiàn)場的安裝工作，最大限度減少現(xiàn)場施工對管路系統(tǒng)造成的損傷。U型接頭的連接采用專用熱熔機(jī)具，嚴(yán)格按照焊接規(guī)程來進(jìn)行對接、承插式熱熔焊接。 高密度聚乙烯HDPE100具有良好的耐磨性、抗塑性斷裂

12、、抗低溫脆裂，耐化學(xué)腐蝕性好；內(nèi)表面光滑，不結(jié)垢，水力特性好；導(dǎo)熱系數(shù)小，表面凝露少，靜液壓強(qiáng)度高，具有優(yōu)異的耐內(nèi)壓水平，柔韌性好，便于搬運(yùn)和安裝；可熔接，連接可靠快捷等優(yōu)點(diǎn)。 土壤換熱器系統(tǒng)是地源熱泵系統(tǒng)的核心。而且它具有不可維修性，這就使得工程上必須要有周密嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓に嚳刂?，來保證工程質(zhì)量的萬物一失。 2、水平埋管連接在保證施工質(zhì)量的情況下，室外地埋管換熱系統(tǒng)使用壽命在50年左右。豎直地埋管通過與水平供回水干管連接，再接入集分水檢查井或匯入機(jī)房。循環(huán)液體雜封閉的地下管路中流動，無水流體交叉，亦不會對地下環(huán)境造成污染。閉式地下熱交換器示意圖如下： 水平埋管連接 HYPERLINK /list/

13、tuwen.shtml 點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片為確保各個豎直地埋管中流量分配均勻，實現(xiàn)有效、高效換熱，同時增加室外換熱器系統(tǒng)的安全性，需要設(shè)置合理數(shù)量的集分水檢查井。A、B、C、D棟展覽中心、接待中心、會議中心、休閑中心）規(guī)模較大，分別設(shè)計84、416、176、256口管徑De25、雙U、80m深的井，設(shè)置一、二級集分水井，最后由二級集分水器引一對總管接入機(jī)房設(shè)備；20棟小別墅（1#20#）根據(jù)總排熱負(fù)荷設(shè)計孔數(shù)為1030個不等，只需設(shè)計一級集分水井，為避免單井接入機(jī)房各環(huán)路阻力不平衡的弊端，將39口井連接成一個環(huán)路后再接入集分水檢查井。室外設(shè)計保證每個集分水檢查區(qū)域的總地埋管環(huán)路數(shù)在3個以

14、上，大大降低了系統(tǒng)的風(fēng)險性。 3、管道敷設(shè)與回填 水平管道根據(jù)各幢建筑物施工進(jìn)展情況，嚴(yán)格按照施工組織設(shè)計分段進(jìn)行。在具體實施中解決好管道穿越重要道路時的敷設(shè)與回填。比如C#樓考慮到水平埋管穿越主干道，可能有重型機(jī)械的碾壓，所以采用鋼筋混凝土管套。套管內(nèi)徑比穿越管外徑厚100mm，套管伸出路基1.5m。在套管制作過程中，確保清潔無毛刺，且管道穿過時加護(hù)套保護(hù)，以保證其表面完好。 管道敷設(shè)后，對管道系統(tǒng)加固、定位，進(jìn)而及時進(jìn)行回填。管道熱熔連接部位等待管道水壓試驗合格后再進(jìn)行回填?；靥钪饕菈|實管底、壓實兩側(cè)，然后回填至管頂50cm處?；靥钸^程中，注意排盡溝內(nèi)積水，取出回填土可能含有的碎石、磚塊

15、、垃圾物等雜物。 4、水平集管坡度設(shè)置與排氣 按照規(guī)范，地埋管換熱器水平干管坡度宜為0.002。在一般工程施工中，水平干管敷設(shè)時嚴(yán)格按照暖通設(shè)計施工規(guī)范保證平直度和坡度，保證排氣暢通。水平干管與垂直U型管連接時要保證坡度并坡向U型立管。地源熱泵系統(tǒng)工程中，常見的做法是一般在集、分水器的位置安裝排氣閥。 在水力系統(tǒng)方面，并聯(lián)系統(tǒng)流速適當(dāng)便于同程水力平衡和排氣。本工程中采用并聯(lián)系統(tǒng)，為防止管內(nèi)細(xì)微顆粒沉積，在水系統(tǒng)中加裝過濾裝置。若管內(nèi)出現(xiàn)細(xì)微顆粒沉積，利用管路反沖裝置按水管路中原水流向方向的反方向沖洗，室外各并聯(lián)環(huán)路的分別沖洗。本項目在C#施工中，機(jī)房所在位置的地理標(biāo)高遠(yuǎn)小于室外地埋管側(cè)源水最高

16、水位的標(biāo)高，這就意味著，在室外環(huán)路集管并聯(lián)接入一級集分水井之前，在水環(huán)路的最高點(diǎn)需設(shè)置排氣閥。 六、本項工程意義目前中國國際建筑藝術(shù)實踐展項目地源熱泵系統(tǒng)正處在施工階段。地源熱泵是利用可再生能源的系統(tǒng)，目前世界各地推行節(jié)能環(huán)保的概念，挖掘利用可再生能源，地源熱泵在國外已發(fā)展半個多世紀(jì)，在國內(nèi)在近年才真正推廣并發(fā)展起來。 節(jié)約能源，是當(dāng)今世界上各國家面臨的共同課題。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源供需矛盾日益尖銳，同時，浪費(fèi)嚴(yán)重、環(huán)境惡化、利用效率低等問題也日與愈突出。目前在我國的住宅設(shè)計中，環(huán)保節(jié)能概念仍然不夠深入，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足發(fā)展資源節(jié)約、環(huán)保節(jié)能住宅健康方向的要求。地源熱泵系統(tǒng)工程，依托“佛手湖國際建筑藝術(shù)實踐展”的資源和影響，利用十幾個國家參展建筑師的輻射，積極推廣環(huán)保節(jié)能建筑理念，借鑒國際先進(jìn)技術(shù)，為中國綠色環(huán)保建筑環(huán)境的發(fā)展提供經(jīng)驗和示范。同時，這一次地源熱泵系統(tǒng)