武漢地區地源熱泵系統應用現狀及常見問題探究

武漢地區地熱資源豐富，對武漢地區27個項目的地源熱泵實際運行狀況進行了能效測評，27個項目中僅有6個為地下水源熱泵系統，21個為地埋管地源熱泵系統，占到了測評項目總數的78%，這表明近幾年在武漢地區，受地質、環境、政策等影響，豎直地埋管系統在地源熱泵系統中占主要地位。按照運行狀況分，21個地埋管地源熱泵系統中10個為間歇運行，主要為行政辦公和實驗研發樓，剩余的11個連續運行項目分別是住宅以及火車站房，受埋管面積、負荷特性、建設及使用對象等影響，在集中商業中較少采用地源熱泵系統。21個地埋管地源熱泵系統均配置了輔助散熱裝置，輔助形式包括冷卻塔、熱回收、湖水源等，采用冷卻塔進行輔助冷卻的系統幾乎占到了100%，采用熱回收的復合式系統占到了項目總數的50%左右。

施工層面：同常規空調系統相比，垂直埋管地源熱泵系統重點在于地埋管換熱器的實施，主要受場地條件、交叉施工、回填方式影響較大。例如：某項目在實施的過程中，由于部分埋管區域出現溶洞，平均鉆孔深度只有69米，達不到設計深度90米，為了保證地埋管換熱器總長度不變，在其他非埋管區增加一部分鉆孔，實際上雖然換熱器總長度未改變，因為不同深度的換熱量不同，整體換熱量已達不到設計值。某項目由于地質情況較為復雜，前期進行施工組織時對地埋管換熱器鉆孔難度估算不足，換熱器施工工期拉長，為了確保整體工程按時完工，地下室結構底板和位于結構底板下的地埋管換熱器需要同時施工，造成了地埋換換熱器施工分區與設計分區不一致，地埋管二級分集水器側由設計階段的同程式系統變更為實施階段的異程式系統，為了維持水力平衡，只能通過調整換熱器連接二級分集水器之間的水平埋管管徑，盡量使各環路之間的水力不平衡率控制在可調范圍類。

垂直埋管換熱器鉆孔回填方式主要有原漿回填、反漿回填和人工回填，其中反漿回填效果最好，但需使用專業設備，成本較高，施工過程中往往采用成本較低的原漿回填或操作簡單的人工回填，在回填過程中易出現氣穴、堵塞等缺陷，造成回填密實度不佳。垂直埋管換熱器施工中常見的另一個問題是埋管下井時，換熱支管易出現互相纏繞，造成埋管間熱橋效應增加，這種狀況在采用雙U型地埋管換熱器、鉆孔深度較深時尤為突出，常規的解決方法是設置分離定位管卡，工程中常用的管卡均采用內支撐，這種管卡易形成橫向阻隔，后續回填中會有氣穴，增大了回填材料的熱阻，不利于換熱，在有些需要依靠機械頂壓下管的場合，由于內支撐的存在，會造成無法頂壓下管的情況，施工時往往會取消設置管卡，優先保證下管，此時換熱支管熱短路效應會增大，為避免這種狀況，施工中可采用成本較高的外支撐型管卡，或采用其他人工隔離的方式使換熱支管處于分開狀態。地埋管換熱器施工工藝復雜，工序繁多，任一環節過失均會對換熱量產生不利影響，在換熱器施工到一定數量后，應選擇一部分實施完成的換熱器進行換熱能力測試，以便后續復核或調整設計參數或施工工藝，確保整體換熱量滿足設計要求。

相比于常規的空調系統，地源熱泵系統技術難度高，系統復雜，施工工藝和運維要求高，系統整體運行狀態的好壞，跟前期勘察、設計、施工、后期運營各個階段息息相關，應建立一套地源熱泵系統全生命周期的系統管理體系，由專業隊伍把控系統從立項到運營的各個環節，保障系統真正做到高效節能運行，實現降碳減排的目的。