武汉地区地源热泵系统应用现状及常见问题探究

武汉地区地热资源丰富，对武汉地区27个项目的地源热泵实际运行状况进行了能效测评，27个项目中仅有6个为地下水源热泵系统，21个为地埋管地源热泵系统，占到了测评项目总数的78%，这表明近几年在武汉地区，受地质、环境、政策等影响，竖直地埋管系统在地源热泵系统中占主要地位。按照运行状况分，21个地埋管地源热泵系统中10个为间歇运行，主要为行政办公和实验研发楼，剩余的11个连续运行项目分别是住宅以及火车站房，受埋管面积、负荷特性、建设及使用对象等影响，在集中商业中较少采用地源热泵系统。21个地埋管地源热泵系统均配置了辅助散热装置，辅助形式包括冷却塔、热回收、湖水源等，采用冷却塔进行辅助冷却的系统几乎占到了100%，采用热回收的复合式系统占到了项目总数的50%左右。

施工层面：同常规空调系统相比，垂直埋管地源热泵系统重点在于地埋管换热器的实施，主要受场地条件、交叉施工、回填方式影响较大。例如：某项目在实施的过程中，由于部分埋管区域出现溶洞，平均钻孔深度只有69米，达不到设计深度90米，为了保证地埋管换热器总长度不变，在其他非埋管区增加一部分钻孔，实际上虽然换热器总长度未改变，因为不同深度的换热量不同，整体换热量已达不到设计值。某项目由于地质情况较为复杂，前期进行施工组织时对地埋管换热器钻孔难度估算不足，换热器施工工期拉长，为了确保整体工程按时完工，地下室结构底板和位于结构底板下的地埋管换热器需要同时施工，造成了地埋换换热器施工分区与设计分区不一致，地埋管二级分集水器侧由设计阶段的同程式系统变更为实施阶段的异程式系统，为了维持水力平衡，只能通过调整换热器连接二级分集水器之间的水平埋管管径，尽量使各环路之间的水力不平衡率控制在可调范围类。

垂直埋管换热器钻孔回填方式主要有原浆回填、反浆回填和人工回填，其中反浆回填效果最好，但需使用专业设备，成本较高，施工过程中往往采用成本较低的原浆回填或操作简单的人工回填，在回填过程中易出现气穴、堵塞等缺陷，造成回填密实度不佳。垂直埋管换热器施工中常见的另一个问题是埋管下井时，换热支管易出现互相缠绕，造成埋管间热桥效应增加，这种状况在采用双U型地埋管换热器、钻孔深度较深时尤为突出，常规的解决方法是设置分离定位管卡，工程中常用的管卡均采用内支撑，这种管卡易形成横向阻隔，后续回填中会有气穴，增大了回填材料的热阻，不利于换热，在有些需要依靠机械顶压下管的场合，由于内支撑的存在，会造成无法顶压下管的情况，施工时往往会取消设置管卡，优先保证下管，此时换热支管热短路效应会增大，为避免这种状况，施工中可采用成本较高的外支撑型管卡，或采用其他人工隔离的方式使换热支管处于分开状态。地埋管换热器施工工艺复杂，工序繁多，任一环节过失均会对换热量产生不利影响，在换热器施工到一定数量后，应选择一部分实施完成的换热器进行换热能力测试，以便后续复核或调整设计参数或施工工艺，确保整体换热量满足设计要求。

相比于常规的空调系统，地源热泵系统技术难度高，系统复杂，施工工艺和运维要求高，系统整体运行状态的好坏，跟前期勘察、设计、施工、后期运营各个阶段息息相关，应建立一套地源热泵系统全生命周期的系统管理体系，由专业队伍把控系统从立项到运营的各个环节，保障系统真正做到高效节能运行，实现降碳减排的目的。