蔡金霞,鮑衛(wèi)國

1.滄州市工程咨詢中心，河北 滄州 061000；2.滄州市高速公路建設(shè)管理局，河北 滄州 061000

1 技術(shù)原理及優(yōu)勢

1.1 技術(shù)原理

地源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)原理是利用淺層地?zé)豳Y源溫度相對恒定的特性，通過地埋管內(nèi)循環(huán)流體與淺層土層進(jìn)行熱量交換，解決采暖和制冷問題，從低位熱源吸收熱量并與高位熱源發(fā)生熱交換，解決采暖和制冷問題，屬于可再生能源利用技術(shù)［1］。

平原區(qū)地下淺層土壤和地下水全年溫度相對恒定，在夏季制冷時(shí)，通過地埋管將室內(nèi)熱量釋放到周圍地下土壤中，通過土壤的熱交換達(dá)到降低建筑物內(nèi)溫度的效果。在冬季取暖時(shí)，通過地埋管獲取地下土壤中的熱量為室內(nèi)供熱，達(dá)到提高室內(nèi)溫度的效果［2］。

1.2 優(yōu)勢

地源熱泵系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)各房間溫度獨(dú)立控制，當(dāng)房間內(nèi)人員離開時(shí)可以隨手關(guān)閉開關(guān)，停止該房間的取暖或制冷，達(dá)到降低耗電量、節(jié)約能源的作用［3］。

傳統(tǒng)的鍋爐散熱器取暖，為了提高屋內(nèi)溫度需要多燒煤，浪費(fèi)能源；而地源熱泵系統(tǒng)只是利用循環(huán)加熱室內(nèi)空氣，節(jié)約了大量的能源。

無“廢水、廢氣、廢渣、廢熱”等排放，屬于可再生能源利用技術(shù)，具有運(yùn)行費(fèi)用低，降低能耗，不污染環(huán)境的特點(diǎn)。

2 項(xiàng)目應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目背景

某高速公路位于平原區(qū)，路線總體呈西北—東南走向，雙向六車道，總長47.545km，全線信息中心及匝道收費(fèi)站等總建筑總面積約22000m2。

線路所經(jīng)地區(qū)為平原區(qū)冬冷夏熱氣候，各收費(fèi)站區(qū)宿辦樓需要采取冬季采暖、夏季制冷的模式，由于高速公路遠(yuǎn)離市區(qū)、城鎮(zhèn)，傳統(tǒng)的集中供熱管道一般不能接入，參考同類高速公路建設(shè)與運(yùn)營管理經(jīng)驗(yàn)，選用地源熱泵系統(tǒng)為沿線每個(gè)宿辦樓解決制冷與取暖問題。

2.2 技術(shù)參數(shù)

螺桿式壓縮機(jī)組選用能量分級調(diào)節(jié)運(yùn)行方式。

夏季制冷凍水7/12℃，供末端風(fēng)機(jī)盤管使用；冬季制熱水45/40℃，供末端風(fēng)機(jī)盤管使用。

熱泵機(jī)組冷工況能耗＞4.6，能量輸出具備10%～100%范圍負(fù)荷無極調(diào)節(jié)功能。

控制系統(tǒng)應(yīng)具備完善的故障自動(dòng)保護(hù)與自動(dòng)診斷功能，并能自動(dòng)儲存并顯示故障及報(bào)警數(shù)據(jù)。

風(fēng)機(jī)盤管都要在出廠前通過動(dòng)平衡試驗(yàn)、盤管泄露檢測、電機(jī)絕緣檢測、啟動(dòng)試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)［4］。

室外埋地管材為高密度聚乙烯HDPE100 管材，采用雙U管豎直埋設(shè)，埋設(shè)深度100m。

2.3 地埋孔數(shù)量校核

施工單位進(jìn)場后，業(yè)主和施工單位協(xié)商委托第三方檢測單位對沿線各站點(diǎn)水文地質(zhì)條件進(jìn)行勘察和傳熱量測試，對地埋孔數(shù)量進(jìn)行校核。按照規(guī)范要求，并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，華北地區(qū)制冷量要遠(yuǎn)大于制熱量，地埋孔換熱量達(dá)到夏季要求即可滿足系統(tǒng)需要，故對本項(xiàng)目只針對夏季指標(biāo)進(jìn)行校核。

地埋孔數(shù)量=（地源熱泵機(jī)組制冷量+地源熱泵機(jī)組電功率（制冷）+循環(huán)泵功率+補(bǔ)水泵功率）/單位孔深排熱量/100m。原設(shè)計(jì)地埋孔數(shù)量452 孔，經(jīng)校核并考慮安全系數(shù)后，確定地埋孔數(shù)量為 551 孔。

2.4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

U 型彎頭采用成品U 彎頭，不可現(xiàn)場加工成型。下管過程中，U 型管每2m 設(shè)一個(gè)支架，使U 型管兩支管分開。U 型接頭要做好防護(hù)措施。插入鉆孔后與水平管連接時(shí)的雙U 型管組對長度應(yīng)＞0.5m。

灌漿應(yīng)自下而上灌注封孔，保證連續(xù)性，確保鉆孔灌漿密實(shí)，保證傳熱效果。待出漿濃度與灌漿一致時(shí)灌漿完成［5］。

U 形管埋管完成后，自然地坪以下5m 范圍的井孔用粘土封堵，避免受到地表水等可能的污染［6］。

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目信息中心、服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站宿辦樓等房建工程共22000m2的建筑，冷負(fù)荷1580kW，熱負(fù)荷1240kW。

如果采用傳統(tǒng)的夏季空調(diào)，冬季鍋爐供熱取暖方式：初始投資約0.207 萬元/kW、運(yùn)營成本約0.206 元/kW·h；經(jīng)統(tǒng)計(jì)，本項(xiàng)目初始投資為316.8 萬元，年運(yùn)營費(fèi)用為147.4 萬元。

采用地源熱泵系統(tǒng)制冷與供暖：初始投資0.212 萬元/kW、運(yùn)營成本0.134 元/kW·h。本項(xiàng)目初始投資為466.7 元，年運(yùn)營費(fèi)用為94.6 萬元。

經(jīng)過分析，采用地源熱泵比常規(guī)取暖初始投資雖然增加149.9 萬元，但是年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約53 萬元，3 年即可收回其初始投資增加的費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3.2 社會效益

采用地源熱泵系統(tǒng)供熱與制冷可有效降低煤炭資源的消耗，減少溫室氣體排放，也沒有廢棄物，在再生能源方面有著巨大的優(yōu)勢，對改善能源結(jié)構(gòu)，建設(shè)資源節(jié)約型社會，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展起著重要的作用。

4 結(jié)語

雖然對于地源熱泵系統(tǒng)存在著初期投入較大、后期維護(hù)難度大等不足，但隨著技術(shù)的不斷提高以及國家政策的支持鼓勵(lì)，在當(dāng)前大氣污染防治的大環(huán)境下，在華北平原地區(qū)推廣和應(yīng)用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，對于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、改善和保證環(huán)京津地區(qū)的生態(tài)環(huán)境具有重要意義。