李岩
黑龙江省冶金设计规划院哈尔滨150040
摘要：由于地源热泵空调与常规空调相比具有明显的环保、节能优点，国家对应用地源热泵空调工程采取政策上的补贴措施，近年来我国夏热冬冷地区在大型住宅小区采用热回收型地源热泵空调系统，夏季制冷、冬季供暖、全年提供卫生热水的工程逐渐增加，由于大型住宅小区空调系统的复杂性及特殊性，地埋管地源热泵空调在其应用时间很短，投入使用的工程案例不多，所以怎样科学、合理设计，降低成本，最大限度发挥节能性是工程应用中应注重的问题。
关键词：测试系统；地质勘察；垂直钻孔；垂直下管；水压试验
［一、地埋管换热系统施工常见问题分析
1.地埋管管井深度未达到设计要求
竖直地埋管可深可浅，应根据当地地质条件而定，确定深度应综合考虑占地面积、钻孔设备、钻孔成本和工程规模，地埋管管井深度没有达到设计要求，主要是由于钻孔施工在接近地表深处时施工难度增加，为了节约施工费用，虚报管井深度。使得地埋管换热效率达不到设计要求，影响地源热泵中央空调系统的使用效果。
2.地埋管管井孔径未达到设计要求
竖直埋管换热器的形成是从地面向下钻孔达到预计深度，将制作好的U型管下入孔中，然后在孔中回填不同材料。在接近地表层处用水平集水管、分水管将所有U型管并联构成地下换热器。地埋管管井孔径没有达到设计要求，树妖是钻孔施工队伍为了施工进度、节省时间、节省人工、节省回填材料而偷工减料，应严格把好工序检验关，监督好施工队伍。
3.地埋管管井垂直未达到设计要求
地埋管管井垂直度没有达到设计要求，是由于钻孔施工队伍在钻孔前调整钻机底座平衡、钻孔四周地面夯实、钻杆垂直参照物选择等方面工作不认真造成的，严重的造成本管井与相邻管井相通，使管井换热能力下降甚至管井报废，应夯实钻孔四周地面，调平钻机底座平衡，下钻杆时找准垂直参照物。
4.地埋管管材质量未达到设计要求
地埋管管材质量没有达到设计要求，是由于施工单位或PE管生产厂家为节省材料成本、赚取更多利润采取以次充好、降低成本的方法，使PE管耐压能力下降，应严格把好管材质量检验关。
5.地埋管U型接头焊接质量出现问题
地埋管U型接头焊接质量出现问题，是由于施工单位焊接设备材料质量不佳、PE管焊接工人工作态度不佳等因素造成的，导致地埋管漏水，一组管井报废等严重后果，应严格焊接工艺，避免低温下焊接。
6.竖直U形地埋管成品弯头的选用
在实际施工过程中，应当在施工前就组装好竖直U形地埋管，并且在组装过程中，应当注意组装的零件应当保证是成品且按照相关规定和程序进行组装。若对接的U形地埋管连接处存在不平整问题，会严重影响管路系统的正常运行，导致管路系统极度不畅并受到操作人员的技术纯熟程度等影响，U形地埋管内水流经过时局部阻力过大以及影响换热效果，从而不利于管路系统的稳定运行。
7.竖直U形管管卡问题
竖直地埋管地源热泵的施工过程较为复杂且具有一定特殊性，因而相关操作人员应当注重施工的质量和效果，避免供、回水管热量回流的问题出现，也就是人们常说的热短路。热短路状况的出现，会在产生较大程度的影响，严重阻碍地源热泵的施工进度和效果。产生热短路的原因主要是供水管和回水管设计以及安排的不科学，导致供、回水管热量回流。地埋管通常埋入地下40米以上，也即是说施工中若产生一系列问题，后期整改难度相当大，因而在地源热埋的施工过程中，应当尽可能规范的操作，遵照相关施工要求和标准，尽可能降低施工问题出现的频率。
减少热短路问题的出现，需要相关人员采取有效措施进行处理，可以通过专用的地热弹簧进行支管弹离分开，也可以通过短管或管卡等支撑物撑开供水管和回水管。但是通过相关研究人员和学者的探索和实际调查，发现在施工过程中，受到价格因素以及安装过程繁琐等因素的影响，在支管上安装构件的情况相对较少，也有部分施工人员你认为现有的减少热短路的方式并未起到预期的作用，并且在实际应用过程中手复杂情况的而影响和阻碍，安装管卡等难度相对较大，并且容易松动甚至脱落。
8.排水沟和泥浆池对管井的影响
从施工程序来看，在钻孔施工之前应当对排水沟和泥浆池进行清理，以适应施工的实际需要进行泥浆的排放。由于钻孔产生的你讲谁会喷出地面，可就此机会挖出排水沟，排水沟末端与泥浆池相连接，从而促进一个连续的运行过程，有助于喷出地面的泥浆直接流入泥浆池进行沉淀，促进回填。
但是在实际施工过程中，泥浆池的建设往往不尽人意，位置选择和宽度设计存在一定问题，从而不利于后期的相关工序的实施。这就要求相关施工人员应当在施工过程中，全面布局规划，综合考量可能会产生影响的多种因素，进而选取最优化的方案进行施工。
9.竖井埋管时的回填问题
换热管下管并试压完毕后，应立即用灌浆材料回填封口，隔离含水层。灌浆的目的主要有两个：一是强化换热管与孔壁之间的换热，满足换热要求；二是满足环保要求，避免地表污染物渗漏到钻孔中，防止不同含水层水质的混合串通，防止自流井水由钻孔向上喷出。填充材料的选择决定了传热率的大小，选择一种热阻抗比较小的材料是提高整个系统效率的有效途径。目前灌浆回填料一般为5%的膨胀土、95%的水泥砂浆；如果钻孔时取出的泥砂浆凝固后收缩率很小时，也可用作灌浆材料，即原浆回填。
回填灌浆必须采用泥浆泵机械填灌，这在我国很多地方标准中已经作为硬性规定。但是在目前阶段，有些施工单位在实际施工中并没有采取规定的灌浆材料和灌浆方式，而是采用另外一种不完全可行的回填方法，即原浆沉淀+人工填砂。该回填方式的回填料主要是钻孔时取出的泥砂浆，虽然在一些地源热泵技术书籍上有过这样的规定，但是并非所有的施工现场都可以用原浆作为回填料。
二、竖直地埋管换热器埋管形式和埋管间距的优化设计
竖直地埋管换热器埋管形式常用的有单U、双U，具体采用何种形式主要是根据地质情况和钻孔成本决定。在其它条件相同的情况下，双U换热量比单U的换热量多，但不超过15%。因此，地质条件好、钻孔成本低（40元/米以下）、可埋孔的场地面积足够，一般选择单U形式埋管；地质条件较差、钻孔成本高（70元/米以上）、可埋孔的场地面积不足时，一般选择双U形式埋管；介于上述两者之间的，经技术经济分析比较确定。当钻孔有效深度不足50米时，一般采用在孔内串联单U形式埋管。
埋管间距大小直接影响换热器换热效果、项目初投资、占地面积和水泵的耗功。当增加埋管间距时，由于单孔地埋管周围土壤体积增加，可储存更多的能量，可以有效降低相邻埋管间的热干扰，使得土壤温度场较容易得到恢复，换热效果提高，但同时增加了各环路集管和水平汇集管的管材用量，水平管沟的开挖量和回填量也增加，项目初投资增加，埋管换热器所占用的面积也增加，环路集管和水平汇集管管线长度增加还需加大水泵的扬程从而增加水泵的耗功。因此须对埋管间距进行优化，埋管间距的优化一般是通过假设埋管间距（3—6米），通过模拟地温场软件，至少模拟一个放热、取热周期，地埋管运行后地下管群周围的土壤温度分布情况，分析埋管换热器周围土壤的热扰动半径，从而确定最佳埋管间距。
结语
本文对地埋管地源热泵系统设计中的问题进行分析，指出土壤的热响应测试、地埋管换热器的设计及土壤的冷热平衡中存在的问题，对可能的解决方案进行讨论，希望对地源热泵系统设计有一定的参考作用。
参考文献
[1]刁乃仁，方肇洪.地埋管地源热泵技术[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2]赵军，戴传山.地源热泵技术与建筑节能应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.
[3]徐伟.中国地源热泵发展研究报告（2008）[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.