地埋管流体速度对地源热泵系统运行性能影响研究

地埋管流体速度对地源热泵系统运行性能影响研究

马骏,左梦来,史敏劼

中建国际城市建设有限公司 江苏省苏州市 215151

摘要：地热供暖是清洁供暖类型之一，它利用换热系统提取地热能再将之供给用户来实现供暖。其中，地源热泵技术是利用浅层地热能来对建筑实现空气调节。它可用于宾馆、办公楼、医院和学校等公共建筑，也可用于住宅楼，适用范围广泛。当然，除此之外，地源热泵系统作为在我国发展不久的技术，在应用方面存在一定的不足，但因其适用性广以及节能环保的优势，并且在国家政策的鼓励下，可以推断地源热泵系统在我国的应用前景将会十分广泛。

关键词：地埋管流体速度；地源热泵系统；运行性能；影响研究

引言

近年来，我国发展迅速，地区政府和广大公众高度重视建筑业。建筑能耗在建筑项目加热和制冷需求急剧增加的所有领域都是快速发展的重点。节能降耗技术在热水项目中的综合应用是一个重要目标。新的问题也是由于新技术的出现，在供热和排污领域，一种新的节能环保技术正在迅速地围绕各种技术举措发展起来。源热泵技术实现了符合建筑日常能源需求的节能。这导致环境影响更大。使用加热和空调系统时，务必注意地热泵的正确设置，以确保更好地适应和更好地匹配地使用地热泵技术，从而有效避免多种危险因素。

一、地源热泵系统原理

1.1冬季系统原理

换热器埋在地下，冬季冷水通过高度稳定的塑料管封闭回路流动，热量通过地下热交换以较热的土壤加热。地球因热交换后温度下降而冷却，并储存以备夏季冷却之用。

1.2夏季系统原理

夏天，地板上的高温、热交换和冷却管道使用冬天存储的冷负荷通过机器冷却。同时，机器产生的余热仍可免费用于隔离生活中的热水，同时将热量移至地面，在冬天产生热量。

1.3系统运行关键点

除了设计参数和设备本身外，源热泵换热器的施工质量是系统正常运行的来源，系统正常运行的关键在于:1)设备质量(例如热泵机组、循环水泵、空调)自行安装，但设备安装在地板上便于修理和更换。2)入库式换热器影响整个系统的热量指标，故障和损坏，无法修复，只能添加相应损坏的换热器，由于位置和线路连接，难以到达。3)换热器的控制指标与地面深度的调整及水循环管道的设计、水平连接方法和质量相适应。

二、地源热泵系统的特点

2.1经济性

在运行过程中，地源热泵系统通常使用空调来适应自己的运行。与较旧的空调系统相比，地源热泵系统可以迅速减少30%至45%的能耗。地源热泵的能源通常直接来自地球，这可以大大减少其本身的电力需求，减少大量不必要的资源浪费和财政损失。

2.2能效性

在实际工作过程中，地源热泵不需要损失巨大的能量来维持自身的工作，起到了很好的制冷和制热作用。在借助地源热泵开展相关工作时，可以充分利用地球本身储存热能的能力，满足相关的能源需求。与传统的冷却塔系统和风冷系统相比，冷却效果往往更优越。但在实际供暖工作中，往往需要将温度提高到一定程度，才能保证始终维持在一般环境温度值以上，保证居民冬季的用热需求。

三、地源热泵在应用中的问题

地源热泵是一种清洁能源技术，可提供节能、环保、高效、多功能的优势。但是，作为较新的技术，在开发和调试方面也可能出现问题。第一点是，地热泵设计中的理论没有与工程实践最佳结合。由于环境的复杂性，地面层、热容量等参数不准确，使得系统的设计无法再满足实际需求。此外，换热器的理论设计与实际应考虑的内容有很大差异。第二点是，源热泵的应用需要大片土地和较高的前期投资。此外，在使用时可能会出现地下热不平衡，例如在北部地区，由于季节差异，温度差异较大，系统排出的热量少于地面吸热，造成热量不平衡。第三点是，当地热泵系统缺乏监管，安装后需要专业人员进行维护和维修工作，对系统运行产生不利影响。

四、地埋管流体速度对地源热泵系统运行控制策略

4.1施工准备

在地埋管换热器的安装过程中，需要根据工程现场的施工要求以及施工现场的地质勘查资料，合理进行工程的施工准备工作，有效保障施工组织方案以及施工计划的全面落实。在工程施工方案的准备阶段，主要的管理内容分为：第一，加大对工程施工现场的合理分析，让管理人员做到对施工现场和施工图纸的熟悉。对打井区域内地下管线的走向、建筑物以及打井区域内未来的规划有详细的掌握。第二，根据工程施工现场的具体情况，做好对施工场地的清理工作，保障其干净与整洁。第三，根据工程施工的要求，按照规定充分落实地埋管换热器安装的施工方案布置工作，严格落实钻孔的次序和钻机数量。所有的工程材料在进入施工现场之后，都必须要经过科学的质量检验，在确保材料符合施工要求之后，方可进入施工场地进行保存，一旦发现劣质材料需立即进行处理。第四，工程的技术管理人员需严格落实技术交底工作，让施工人员明确工程的技术要求和操作规范，避免出现违规操作行为

4.2水平管连管方式

当前工程中常用的水平管道连接类型包括:共组件程序、共组件程序、共组件差异程序、无变径的共组件连接、共组件程序、共组件程序和共组件差异程序。可以根据施工现场合理选择不同的连接方式[3]。未分组的管道连接模式是将埋在子收集器中的每个管道换热器单独分组，并且埋在地下的热交换孔和子收集器之间没有连接点，这种连接模式可以降低管道泄漏的风险，并且非常可靠，但是必需的集中管道连接方法是将多个埋在地下的换热器连接到循环采集器，然后将采集器连接到水采集器。构造连接管路的过程简单，操作维护管理方便，但管路中有很多连接点，存在泄漏风险。如果条件允许，这两种连接方法可以同时进行，以确保整个埋管内传热系统的水力平衡.

4.3埋地管水压试验与清洗地源热泵

埋管水压试验一般分为四次试验，第一次是在垂直埋管插入井孔之前进行的。第二次试验的时间是在各区域水平循环采集器与各区域垂直埋土管进行循环连接后，对各区域进行第二次水压试验。在压力试验中，应仔细检查每个连接处是否有泄漏，如果没有泄漏，则进行土填。第三次试验是各区域循环采集器与各区域子采集器连接完成后对各区域进行的第三次水压试验，试验合格后进行填地，第四次试验是在完成热交换系统安装后进行的 并在各管道冲洗后，对埋在地面源热泵中的土集热器换热系统进行最终(第四次)水压试验压力。

结束语：

地源热泵的推广应用日益普遍，针对地埋式地源热泵换热器的施工插管方法成本增加和地埋换热器易损、损坏后难以维修、损坏具体数量和位置无法确定的弊端，通过施工工艺的优化和改进得以解决，提高了地埋式换热器的后期使用效果，且新方法可以科学直观地判断故障点和数量。新方法可以为后续地埋式地源热泵系统的施工提供借鉴。

参考文献：

[1]张山,张兵兵,梁若冰.渗流对地源热泵土壤温度场及换热量的影响[J].煤气与热力,2019,39(07):33-39+43.

[2]高崇.地埋管地源热泵钻浆处理回填研究[D].重庆大学,2019.

[3]席加.地源热泵长期运行能效及地埋管上部地表换热特性研究[D].上海交通大学,2017.

[4]李江.地埋管换热器换热性能数值模拟及实验研究[D].长沙理工大学,2013.

[5]管昌生,万兆,胡平放.地源热泵地埋管多层岩土温度场的数值分析[J].武汉工程大学学报,2011,33(04):42-45.