西安地区推广地源热泵可行性

摘 要:地源热泵适用范围广,运行费用低,节能环保效益显著.在城市建设时地源热泵地埋管的常规安装位置是楼宇的基础下方和四周,这些远远不够,一个国际性的大都市,市政建设要占用相当多的土地,被暂用的土地,除了地铁以外几乎全部只是使用的土地资源的表层,深度一般不超过6m.在这表层地下有那么多的空间被闲置,这是一大浪费.我们完全可以将这些资源利用起来,那就是在这里搞垂直式地源热泵地埋管施工.要想很好的发挥市政建设用地深层空间的利用价值,应将地源热泵地埋管换热器施工纳入城市规划里.时将地源热泵列入市政建设的必建项目.

关 键 词：地源热泵节能高效水资源丰富国家政策

0引言

现代技术倡导环保,节能的设计理念,地源热泵是一种利用地表浅层地热资源(也称地能,包括地下水、土壤和地表水等携带的能量)的再生利用系统.该系统没有燃烧,没有排烟及废弃物,清洁环保,无污染.地源热泵通过输人少量的高品位能源(如电能),实现低温位或高温位的能量转移.地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源.

1西安市的气候和水文条件

西安地区属暖温带半湿润大陆季风气候,四季分明,夏季炎热伏旱突出,最热月7月平均气温26.4℃,冬季寒冷风小、多雾、少雪雨,最冷月1月平均气温-0.9℃.地形平坦,降水充沛,河流众多,地表浅层水资源丰富.西安地区常年取暖、制冷时间较长.

西安地区现在冬季取暖大多是采用锅炉将燃料或其他能源的热能,把水加热成为高温热水或蒸汽,通过市政管网为生产和生活提供所需要的热量.锅炉承受高温高压,十分危险；在生产过程中消耗煤炭、重油、天然气等不可再生资源,成本较高.产生的烟气中所含粉尘(包括飞灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都,污染严重.另一种是采用空调采暖,空调取暖消耗的是高质量的电能,电能的获得是由其他形式能量的转换而来,电能主要的转换方式是利用内能（俗称热能、火力发电）转换,转换时也需要消耗大量不可再生资源,成本较高,污染严重.

夏季制冷是通过空调系统完成的,空调制冷消耗的还是电能,同样存在成本较高、污染严重的问题.目前,随着一次不可再生能源不断枯竭,节能减排研发新型能源逐渐成为全世界普遍观注的话题.一些节能的设备生产方式也受到人们普遍关注和重视,在采暖、制冷、生活热水供给方面,地源热泵越来越受到人们的青睐.

2地源热泵的优点

地源热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热,经过电力做功,输出可用的高品位热能的设备,地源热泵机组的性能系数COP(指其制热量与所消耗的电能的比值)达到3.8-5.4,即消1kW的能量可以得到4kW以上的热量或制冷量,是一种高效供能技术.热泵技术在空调领域的应用可分为空气源热泵、水源热泵以及地源热泵三类,其中地源热泵效率最高.由于热泵是提取自然界中能量,节能、高效、零维护费用、健康舒适、安全、性能可靠、寿命长、可一机多用、可再生、节约用水、控制方便、整体美观、节省占地面积、没有任何污染物排放,是当今最清洁、经济的能源方式.在资源越来越匮乏的今天,作为人类利用低温热能的最先进方式,热泵技术已经在全世界范围内受到广泛关注和重视.

地源热泵与锅炉（电、燃料）和空气源热泵的供热系统相比,地源热泵的优点很自然的显现出来.锅炉供热只能将70%～90%的燃料内能或90%～98%的电能转化成热量,所以从节能的角度出发,地源热泵所耗费的电能只占电锅炉加热所耗费的电能的三分之一,而与燃料锅炉相比,地源热泵只需耗费一半的能量；正常情况下,地源热泵的热源温度全年都在10～25℃之间,其制冷系数和制热系数高达3.5～4.4,其工作效率至少为传统空气源热泵的40%,但地源热泵运行所需的费用只占普通空调的一半多一点.所以,近些年来,特别是是最近五年间,美国、加拿大等北美国家,以及瑞士、瑞典等欧洲国家都普遍开始使用水源热泵空调系统.

3地源热泵的发展及国家政策支持

随着经济的发展,公共建筑和住宅的供热和空调已成为普遍的要求.1946年,美国第一台地源热泵系统在俄勒冈州的波兰特市中心区安装成功.在发达国家,供热和空调的能源可占到社会总能耗的25%-30%.1997年,美国能源部（DOE）与中国科技部签署了《中美能效与可再生能源合作议定书》,“地源热泵”项目的合作就是该协议中的一个主要内容,地源热泵技术开始引入中国.

我国非常注重可再生能源开发和利用,早在2006年1月1日起就在本国开始实施《中华人民共和国可再生能源法》；在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中,又将大力发展新能源和可再生能源并逐渐使其规模化,作为能源领域优先发展主题.除此之外,我国的战略发展和立法上也适当侧重于该领域的研究和发展.

日前,国家财政部、建设部发文《关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》、《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》,明确提出“十一五”期间,可再生能源应用面积占新建建筑面积的比例至少为25%,到2020年,可再生能源应用面积占新建建筑面积的比例为必须超过50%,这为我国水源热泵的发展提供了良好的环境和强劲的动力.

西安是西部的龙头,西部大开发的“桥头堡”.1999年国家启动了西部大开发战略,2000开始实施,目前西安市已经成功的建成了西高新技术开发区,经开区,曲江新区,正在建设的西咸开发区、泾渭开发区也初见成效,沣渭新区已扬起风帆.西安未来将建成包括西安市整个行政辖区、渭南富平县城、咸阳市秦都、渭城、泾阳、三原“两区两县”至建设期末,建设用地的面积将达到1329平方公里,人口达到1250万人的大西安.新建成的城区道路宽广、高楼林立、绿化到位、环境优美,公园与住宅小区相间布置,届时西安将会发生翻天覆地的变化.同时也将有1329平方公里被占用.为了提高土地的利用效率,降低一次能源对环境的污染,提高西安人们的生活质量,在城市规划中,要充分考虑人们生活对生活热水、取暖和制冷的需求,在不影响土地表面使用功能的前提下,推广使用地源热泵这一节能高效的技术,实现土地多重利用从中创造更多的效益.4地源热泵应用范围及施工注意事项

地源热泵的重要组成部分地埋管换热器施工时地源热泵施工的关键工序,实现与大地进行能量交换的地埋管换热器,水平安装时可不设坡度.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.竖直地埋管换热器埋管深度宜大于20m,钻孔孔径不宜小于110mm,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.我们可以经地地源热泵地埋管换热器埋在路面、绿化广场、公园的地面下,然后通过集分水器将能量收集.源源不断的输往住宅等需要采暖制冷热水的地方.

在城市建设时地源热泵地埋管的常规安装位置是楼宇的基础和四周.这些远远不够,一个国际性的大都市,市政建设要占用相当多的土地,被占用的土地,出来地铁以外几乎全部只是使用的土地资源的表层,深度一般不超过6m.在这表层地下有那么多的空间被闲置,这是一大浪费.我们完全可以将这些资源利用起来,那就是在这里搞垂直式地源热泵地埋管施工.要想很好的发挥市政建设用地深层空间的利用价值,应将地源热泵地埋管换热器施工纳入城市规划里.时将地源热泵列入市政建设的必建项目.

地埋管设计前,应根据地质勘测结果评估地埋管换热系统实施的可行性及经济性.埋管区域与建筑之间的距离,应符合地下构筑物与建筑物间距的相关要求.根据管施工时严禁损坏其他地下管线及建筑物.地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小、热膨胀小的高密度聚乙烯管.高密度聚乙烯管工称压力不得小于1.0Mpa.工作温度应在-20~50摄氏度范围内.

地埋管换热系数施工前应了解地埋管场地已有地下管线、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、杂物和浮土,平整场地.地埋管应远离水井及室外排水设施.垂直地埋管换热器U型弯管接头.垂直钻孔时可根据现场岩石类型,考虑钻孔费用等因素调整钻孔位置及深度.

地埋管换热器施工前应掌握埋管区域的工程勘察、设计文件和施工图纸等资料.完成施工组织设计.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.地埋管换热器施工过程中,应严格检查并做好管材保护工作.

在市政建设时,考虑到虽然可以利用的土地资源很多,但是考虑到节约土地资源和城市的能量消耗需求,以及经济效果,应采用竖埋管的方案进行地埋管施工.施工的第一步是根据要求深度分阶段进行土方开挖,开挖深度符合要求后,根据竖埋管间距要求进行钻井定位,定位完成后,进行钻井施工.钻井打穿多层地下水时,应采取回填封闭措施.垂直钻井的垂直度应不大于2.5%.当钻井处土壤不牢固时或者存在孔洞的时或存在洞穴成孔比较困难时,应设壁套管.孔钻好孔壁加固完成后应立即下管,下管时,U型管内应充满水.垂直地埋管换热器安装完毕后,应灌浆封孔,直至密实无空腔.竖直地埋管换热器插入钻孔前,必须进行第一次水压试验.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,稳压至少15min,稳压后压力降不应大于3%,且无泄漏现象.试验压力:当工作压力小于等于1.0MPa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.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.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.环路集管与机房分集水器连接完成后,回填前应进行第二次水压试验.在试验压力下,稳压至少2h,且无泄漏现象.

地埋管换热系统全部安装完毕,且冲洗、排气及回填完成后,应进行第三次水压试验.在试验压力下,稳压至少12h,稳压后压力降不应大于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.

集水器将所有的地埋管的回水端连接,分水器将地埋管的进水端连接.这样集分水器将是两个庞大的积分水系统,地源热泵地埋管集分水器可以考虑安装在市政地沟内.为了便于在地沟内进行检修、分割使用区域,在积分水器上安装闸阀.也可以在路边建集分水器井,将地源热泵地埋管分点汇集.

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》CIJ101的相关规定；竖直地埋管换热器的U形弯管接头,不要选用直管道偎制弯头,而是采用定型的U形弯头成品件；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.

地源热泵系统建成后必须经过严格的试运转和调试验收,合格后才允许交付使用.在系统试运转和整体调试前,负责调试的人员应该提前编制整体运转和调试方案,报送专业监理工程师审核批准后再进行实际操作；水源热泵机组进行水系统及风系统平衡调试,确定系统循环总流量、各分支流量及各末端设备流量均达到设计要求再进行试运转；水力平衡调试完成后,应进行水源热泵机组的试运转,并填写运转记录,运行数据应达到设备技术要求；水源热泵机组试运转正常后,应进行连续24h的系统试运转,同时做好运转记录；可按冬夏两季的时间规律来调试地源热泵系统调试,经调试的系统必须满足设计要求.调试完成后编写调试报告和运行操作规程,由甲方确认并存档.

地源热泵系统整体验收前,应进行冬、夏两季运行测试,并对地源热泵系统的实测性能作出评价.地源热泵系统整体运转、调试与验收除应符合本规范规定外,还应符合现行国家标准通《风与空调工程施工质量验收规范》GB50243和制《冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范》GB50274的相关规定.