地埋管空調(diào)系統(tǒng)在某實(shí)際工程中的應(yīng)用與分析
章燕
摘要：地埋管空調(diào)系統(tǒng)是利用吸收大地的冷熱量，由熱泵機(jī)組向建筑物提供冷源或熱源，從而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的，是一種高效節(jié)能無污染、又供暖又制冷的新型空調(diào)系統(tǒng)。本文就以某辦公大樓為例，談?wù)劦芈窆芸照{(diào)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：地埋管空調(diào)系統(tǒng)；實(shí)際應(yīng)用
一、工程概況
某工程為辦公綜合樓，地上建筑為19層，地下一層車庫(kù)及設(shè)備層。地上的1至3層主要功能為大廳、辦公室、活動(dòng)室及餐廳，除10層為信息中心外，其它樓層為辦公室、多功能廳以及會(huì)議室和招待所等。該工程總建筑面積26000m2，建筑高度71m，其中空調(diào)面積為19000m2。
二、空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
本文所舉例工程其空調(diào)系統(tǒng)由兩部分組成，5臺(tái)美國(guó)進(jìn)口的熱泵機(jī)組組成K-1系統(tǒng)，主要供應(yīng)10層、14層、18及19層使用，其是為了滿足第10層中信息中心、接待室以及多功能廳等相對(duì)特殊場(chǎng)的所有應(yīng)用；2臺(tái)意大利熱泵機(jī)組組成K-2系統(tǒng)，供其它樓層使用。K-1系統(tǒng)的夏天制冷及冬天制熱，均是把制冷劑利用機(jī)組內(nèi)置電動(dòng)四通換向閥進(jìn)行轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)的；兩臺(tái)大熱泵機(jī)系統(tǒng)則設(shè)置12個(gè)手動(dòng)的閥門，進(jìn)行冷凍、冷卻水的切換，從而實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的制冷與制熱。空調(diào)的冷凍水系統(tǒng)所采用的是一次泵變流量系統(tǒng)，布置管道的方式為豎向、水平同程；空調(diào)的冷卻水系統(tǒng)同樣采用一次泵變流量系統(tǒng)，其管道的布置方式為14個(gè)水平的同程環(huán)路。辦公樓1至4層的餐廳、大廳所使用的是空調(diào)風(fēng)柜加低速風(fēng)道系統(tǒng)，而辦公室則采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)為DDC。
三、室外垂直埋管換熱器的設(shè)計(jì)
埋管換熱器中的循環(huán)介質(zhì)和大地巖土的換熱過程十分復(fù)雜，所以地下?lián)Q熱器的設(shè)計(jì)就是整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)中的難點(diǎn)。埋管換熱器和大地巖土的換熱受各種復(fù)雜因素的影響，比如埋管的形式、埋管或者豎井間距、管徑、埋管的深度以及循環(huán)介質(zhì)流量的大小等等，這些參數(shù)也是換熱器運(yùn)行的主要參數(shù)。并且埋管處的地質(zhì)情況、建筑物負(fù)荷的變化以及當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣鞯拳h(huán)境因素對(duì)換熱器的運(yùn)行也有一定的影響。
在本設(shè)計(jì)中，地埋管管材和管件均采用導(dǎo)熱系數(shù)高、流動(dòng)阻力低、抗腐蝕性好、穩(wěn)定性強(qiáng)的塑料管和管件。按照工程所在地的氣候特征來選擇傳熱介質(zhì)，本工程采用水作為傳熱介質(zhì)，為防止冷卻循環(huán)水管內(nèi)的水在一定溫度下凍結(jié)，可以添加防凍劑，或啟動(dòng)循環(huán)泵采用感溫自控系統(tǒng)，這種感溫系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，如果循環(huán)水的溫度小于4℃，那么自控系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)循環(huán)泵，以驅(qū)動(dòng)循環(huán)水進(jìn)行循環(huán)，并做報(bào)警，從而有效的防止埋管內(nèi)水介質(zhì)出現(xiàn)凍結(jié)的問題。在地埋管空調(diào)系統(tǒng)中，垂直埋管換熱器系統(tǒng)的總吸熱量要和總釋放量保持平衡，大地巖土的熱穩(wěn)定性、土壤源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性以及空調(diào)實(shí)際的運(yùn)行效果才能得到相應(yīng)的保證。因此該工程經(jīng)過各方面經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等因素的比較，調(diào)峰形式采用輔助冷卻源和地埋管換熱器結(jié)合使用的方案，最熱月峰值的負(fù)荷利用室外的消防噴泉水池做輔助散熱進(jìn)行消除。利用原土回填作為鉆孔回填材料。地埋管水系統(tǒng)采用機(jī)房集水器、分水器以及14個(gè)水平同程環(huán)路相連接，為一次泵定流量系統(tǒng)。地埋管土壤源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行方法如下：室外噴水池散熱幫助5臺(tái)小熱泵機(jī)組實(shí)現(xiàn)夏季的冷卻功能，而冬天制熱則由地埋管系統(tǒng)提供熱源來實(shí)現(xiàn)；利用地埋管散熱實(shí)現(xiàn)2臺(tái)大熱泵機(jī)組的夏季冷卻及冬天制熱功能。5臺(tái)小機(jī)組的制冷與制熱轉(zhuǎn)換，是采用機(jī)組的內(nèi)置電動(dòng)四通換向閥，轉(zhuǎn)換制冷劑流量，以實(shí)現(xiàn)制冷、制熱轉(zhuǎn)換的功能；2臺(tái)大機(jī)組的制冷與制熱，則是利用其外面設(shè)置好的12個(gè)手動(dòng)閥門進(jìn)行冷凍、冷卻水的切換來實(shí)現(xiàn)。
四、地埋管空調(diào)系統(tǒng)的室外施工工藝
采用XY-1以及XY-1B型號(hào)的鉆機(jī)，往復(fù)式泥漿泵的型號(hào)為BW-250；管道系統(tǒng)采用PE管U型單排管，該材質(zhì)具有抗腐蝕性強(qiáng)、穩(wěn)定性強(qiáng)、流動(dòng)阻力小及導(dǎo)熱系數(shù)高等特點(diǎn)。
（一）預(yù)制井下垂直PE管
預(yù)制PE管時(shí)采用熱熔焊接工藝，按照熱熔對(duì)口與熱熔承插連接的方法。將需要焊接的管口削平，保證其工作面在同一面上，并與管線垂直，標(biāo)出兩管的連接軸線。承插式加熱熔接溫度為260℃±10℃，而對(duì)接式的則為200-210℃。焊接后其焊接處的強(qiáng)度要比管材本身的強(qiáng)度高，焊好管線底部U形彎后進(jìn)行注水加壓試驗(yàn)，合格后泄壓，將管內(nèi)清水保留下來，并焊好封頭。接下來制作井頭定位針，以保證PE管可以順利的插入井底，并進(jìn)行定位；如果埋底未露出管頭，則要在PE管悶蓋處做管口標(biāo)記，以便尋找管頭，另一悶蓋處也要做標(biāo)記，以控制落管深度；要做好管間距的控制。
（二）放管監(jiān)控
本工程鉆井工作和后續(xù)的放管工序之間的銜接比較緊密，所以一口井打井安裝完畢后要馬上放管，否則隨著停留時(shí)間越來越長(zhǎng)，那么井下就會(huì)出來越來越嚴(yán)重的擠壓現(xiàn)象，此時(shí)放管就會(huì)越來越困難。放管過程中要多人合作進(jìn)行，不能將管子放在地上拖拉，不能形成非自然性的彎曲現(xiàn)象，更不能出現(xiàn)角度；鉆桿套住直徑為一公分的圓鋼，利用鉆桿的壓力把管子逐漸下到設(shè)計(jì)深度為止。進(jìn)行定位控制時(shí)，管子底部的螺紋鋼箭頭要直插至井底的中心，由于井下的土質(zhì)相對(duì)較軟，管子到達(dá)底部后會(huì)繼續(xù)下沉，此時(shí)要控制管子的下落尺寸，緊緊拉住施工的繩子使其不再下落，落至設(shè)計(jì)尺寸后再鎖定位置，快速的進(jìn)行灌沙定位。型號(hào)相同、場(chǎng)地相同的管子其頂部尺寸也要盡可能保持一致。管道預(yù)制及放管的過程中，均不可將PE管放在地面上拖拉，并且注意車輛出入時(shí)不可滾壓或者碰撞PE管，露出地面的管頭不可使用。最后進(jìn)行材料的回填，上述工序全部完成后，就開始向井內(nèi)進(jìn)行材料的回填，本工程采用原土回填�；靥顣r(shí)要注意，回填速度要快，并且一定要保證管子處于井中的位置要穩(wěn)定，管子不可以井中任意沉浮或者移動(dòng)。由于井中泥漿比重相對(duì)較大，沙子沉落相對(duì)困難，此時(shí)要向井內(nèi)注入一定量的清水，以稀釋泥漿，減小其比重，促使砂沉落井底。灌砂的深度不可過深或過淺，大概為井深的50%到60%左右，其它部分會(huì)被泥石自然填充。
五、節(jié)能分析
該工程在冬天最終地源側(cè)其出水溫度基本上穩(wěn)定在11-13℃之間，熱泵機(jī)組能效比可以達(dá)到4.0以上，由此可以看出，相對(duì)于空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)、燃?xì)忮仩t供熱空調(diào)系統(tǒng)等，土壤源熱泵空調(diào)的節(jié)能效果、環(huán)保效果都比較好，并且避免空氣源熱泵在冬天需要進(jìn)行化霜、處于極端環(huán)境下的供熱效果不理想等問題。土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在夏天的冷卻水的進(jìn)出溫度分別為27.3℃和33℃，而常規(guī)的空調(diào)冷水機(jī)組的冷卻水其進(jìn)出溫度分別為32℃和37℃，二者相比而言，滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，地埋管空調(diào)系統(tǒng)的能耗可以節(jié)約15%，負(fù)荷為70%的狀態(tài)下，可以節(jié)能35%，而負(fù)荷狀態(tài)為50%時(shí)，則土壤源熱泵空調(diào)可節(jié)能達(dá)60%。該工程與常規(guī)的空調(diào)冷水機(jī)組和燃?xì)忮仩t進(jìn)行供熱相比，盡管總的投資有所增加，為12%，但是空調(diào)全年的運(yùn)行費(fèi)用可以節(jié)約39%，3年即可收回成本。因此，地埋管空調(diào)系統(tǒng)可以做為一種新型的節(jié)能環(huán)�？照{(diào)系統(tǒng)大力推廣。
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