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摘要：本文作者对地源热泵技术进行了阐述，介绍了其钻井、完井及地下换热器的安装等施工方法，供同行参考。
关键词：地源热泵；施工技术；分析
1 地源热泵技术
1.1 基本概念
地源热泵技术是利用浅层地温能作为热源的一种先进技术。浅层地温能是地表浅层土土壤、地下水或地表水等）吸收太阳能、地热能而蕴藏的低品位热能。地下30至数百米深的地壳受到太阳和地核双重影响，形成了一个温度13-23℃层。通常上述深度的地层外界干扰较少，土壤温度基本不受四季变化的影响，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低。地源热泵系统利用的就是这种“冬暖夏凉”的地温资源。地源热泵是一种地热利用的高技术产品.也是一种节能产品，可用于工农业城镇居民的采暖、制冷和热水供应，也可用于工农业产品加工。
1.2 系统组成及分类
地源热泵系统，通常由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统等三部分组成。我们还可按照安装位置（安装地点）分为地上（室内）和地下（室外）兩部分。地上部分主要由暖通设备组成。地下部分也称为地下耦合系统或地下热交换器，目前应用较多的有3种形式：开式循环系统、闭式循环系统、混合循环系统。地下部分的设计施工是影响地源热泵系统工作性能的关键，决定着地源热泵系统的供暖、制冷效率。地下部分的设计和施工是暖通技术和钻探工程技术相结合而成。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。地埋管换热系统--传热介质通过竖直或水平地埋管换热器与岩土体进行热交换的系统，又称土壤热交换系统；地下水换热系
统--与地下水进行热交换的系统，分为直接地下水换热系统和间接地下水换热系统；地表水换热系统--与地表水进行热交换的系统，分为开式地表水换热系统和闭式地表水换热系统。由于地表水地源热泵系统受自然条件的限制，无法大面积推广；而地下水地源热泵系统由于要抽取地下水，受技术水平限制，全部回灌不易做到，监督实施也比较困难，而且容易造成地下水污染；目前在国外大面积推广使用的是地埋管式地源热泵技术，并已被充分证明成熟可行，在欧美国家得到普遍应用。该项技术也是一种能充分利用浅层地热的最佳技术途径，垂直地埋管地源热泵系统由于节省占地，也比较适合我国国情。
1.3 地源热泵的优点
它具有如下优点：运行中所需费用低，不像燃气锅炉和燃煤锅炉在运行中需要投原材料的费用，从而降低了成本。利用可再生能源，节约矿物资源地源热泵系统可有效地利用“冬暖夏凉”的地温资源，冬季从大地吸收热量，夏季向大地放出热量，其运行费用（供暖）比耗电空调节约22%～25%，比燃油、燃煤锅炉节约40%～60%；与耗电空调相比，大大节约能源；与燃煤锅炉相比，杜绝了冬季采暖造成的城市大气污染，环保价值巨大；提高了现代化人居生活的品位，既可供暖、也可制玲，还能够方便地供应热水。
在北方地区，一套地源热泵系统替代了传统的供暖锅炉和制冷空调两套系统，一机两用，还可免费提供生活热水。能源，还减少部分设备的投资。采用地源热泵系统在冬季供暖时，不再需要燃烧大量的矿物能源，既节能又没有废气排放，环境上零污染，属绿色建筑空调；采用地源热泵系统，主机体积小，机房可灵活设置于建筑物内，无需专用空间，可设在建筑物底层狭小的封闭空间内，减少了建筑空间占用。部分的热交换为地下工程，可隐蔽在绿地、停车场、道路等建筑物的下面或周边任何可利用的空间内，不占用宝贵的土地资源。
2 地下埋管换热器施工方法
地下埋管换热器施工前应对埋管场地的工程地质状况和地质剖面图进行研究，特别应注意是否有地下管线，以确定钻机型式和调整埋管布局，根据管道平面布置图确定钻孔的具体位置和系统各管道的标高。在主管沟末端要挖一个泥浆池，钻孔过程中产生的泥浆可顺管沟流入泥浆池中沉积，可收集作为回填物之用。
2.1 钻孔
钻孔是竖埋管换热器施工中最重要的工序。为保证钻孔施工完成后孔壁保持完整，如果施工区地层土质比较好，可以采用裸孔钻进；如果是砂层，孔壁容易坍塌，则必须下套管。孔径的大小略大于U型管与灌浆管组件的尺寸为宜，一般要求钻机的钻头的直径根据需要在100mm-150mm之间，钻进深度可达到150m-200m，钻孔总长度由建筑的供热面积大小、负荷的性质以及地层及回填材料的导热性能决定，对于大中型的工程应通过仔细的设计计算确定，地层的导热性能最好通过当地的实测得到。由于钻孔深度较浅，一般采用常规的正循环钻进方法。在我国，可以选用普通的工程勘察钻机、岩心钻机施工。
2.2 下管
下管是工程的关键之一，因为下管的深度决定采取热量总量的多少，所以必须保证下管的深度。下管方法有人工下管和机械下管两种，下管前应将U型管与灌浆管捆绑在一起，在钻孔完毕后，立即进行下管施工。钻孔完毕后孔洞内有大量积水，由于水的浮力影响，将对放管造成一定的困难；而且由于水中含有大量的泥沙，泥沙沉积会减少孔洞的有效深度。为此，每钻完一孔，应及时把U型管放入，并采取防止上浮的固定措施。在安装过程中，应注意保持套管的内外管同轴度和U型管进出水管的距离。对于U型管换热器，可采用专用的弹簧把U型管的两个支管撑开，以减小两支管间的热量回流。下管完毕后要保证U型管露出地面，以便于后续施工。
2.3 灌浆封井
灌浆封井也称为回填工序。在回填之前应对埋管进行试压，确认无泄漏现象后方可进行回填。正确的回填要达到两个目的：一是要强化埋管与钻孔壁之间的传热，二是要实现密封的作用，避免地下含水层受到地表水等可能的污染。为了使热交换器具有更好的传热性能，国外常选用特殊材料制成的专用灌注材料进行回填，钻孔过程中产生的泥浆沉淀物也是一种可选择的回填材料。回填物中不得有大粒径的颗粒，回填时必须根据灌浆速度的快慢将灌浆管逐步抽出，使混合浆自下而上回灌封井确保回灌密实，无空腔，减少传热热阻。当上返泥浆密度与灌注材料的密度相等时，回填过程结束。系统安装完毕，应进行清洗、排污，确认管内无杂质后，方可灌水。
2.4 换热器安装及管道联接
U型管换热器应尽量采用成卷供应的管材，以利用单根管制作成一个埋管单元，减少连接管件。管道连接有焊接、承插和活接头三种方法。对于高密度聚乙烯（PE）管段和管件之间的连接都采用专用设备进行热熔焊接。对于埋深不大或场地允许时，应在地面把套管连接好，然后利用钻塔进行放管。对于承插式连接，一定注意在活性胶干了之后才能使用。活接头连接，优点是比较灵活方便但造价较高。一般的管道和套管中的内管，特别是壁厚小于3.5mm的塑料管，宜采用活接头连接以利于今后的检修。
3 结束语
地源热泵在我国还属于兴起阶段，有许多工作尚属空白，需要进行大量基础性研究，包括地质学、气象学和地形学的基础勘查；为解决复杂地层中钻孔和安管时可能遇到的困难，提高施工效率，降低施工成本，应不断地改进施工技术、研制先进的施工设备，为地源热泵技术的进一步推广使用创造条件。
参考文献：
[1] 赵军，李新国二十一世纪最有效的供暖、空调技术--节能环保型地源热泵空调系统[J].山西建筑，2011，（08）.
[2] 高青，于鸣.效率高、环保效能好的供热制冷装置--地源热泵的开发与利用[J].吉林大学自然科学学报，2010，（04）.
[3] 方肇洪，刁乃仁.地热换热器的传热分析[J].建筑热能通风与空调，2012，（01）.
关键词：地源热泵；施工技术；分析
1 地源热泵技术
1.1 基本概念
地源热泵技术是利用浅层地温能作为热源的一种先进技术。浅层地温能是地表浅层土土壤、地下水或地表水等）吸收太阳能、地热能而蕴藏的低品位热能。地下30至数百米深的地壳受到太阳和地核双重影响，形成了一个温度13-23℃层。通常上述深度的地层外界干扰较少，土壤温度基本不受四季变化的影响，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低。地源热泵系统利用的就是这种“冬暖夏凉”的地温资源。地源热泵是一种地热利用的高技术产品.也是一种节能产品，可用于工农业城镇居民的采暖、制冷和热水供应，也可用于工农业产品加工。
1.2 系统组成及分类
地源热泵系统，通常由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统等三部分组成。我们还可按照安装位置（安装地点）分为地上（室内）和地下（室外）兩部分。地上部分主要由暖通设备组成。地下部分也称为地下耦合系统或地下热交换器，目前应用较多的有3种形式：开式循环系统、闭式循环系统、混合循环系统。地下部分的设计施工是影响地源热泵系统工作性能的关键，决定着地源热泵系统的供暖、制冷效率。地下部分的设计和施工是暖通技术和钻探工程技术相结合而成。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。地埋管换热系统--传热介质通过竖直或水平地埋管换热器与岩土体进行热交换的系统，又称土壤热交换系统；地下水换热系
统--与地下水进行热交换的系统，分为直接地下水换热系统和间接地下水换热系统；地表水换热系统--与地表水进行热交换的系统，分为开式地表水换热系统和闭式地表水换热系统。由于地表水地源热泵系统受自然条件的限制，无法大面积推广；而地下水地源热泵系统由于要抽取地下水，受技术水平限制，全部回灌不易做到，监督实施也比较困难，而且容易造成地下水污染；目前在国外大面积推广使用的是地埋管式地源热泵技术，并已被充分证明成熟可行，在欧美国家得到普遍应用。该项技术也是一种能充分利用浅层地热的最佳技术途径，垂直地埋管地源热泵系统由于节省占地，也比较适合我国国情。
1.3 地源热泵的优点
它具有如下优点：运行中所需费用低，不像燃气锅炉和燃煤锅炉在运行中需要投原材料的费用，从而降低了成本。利用可再生能源，节约矿物资源地源热泵系统可有效地利用“冬暖夏凉”的地温资源，冬季从大地吸收热量，夏季向大地放出热量，其运行费用（供暖）比耗电空调节约22%～25%，比燃油、燃煤锅炉节约40%～60%；与耗电空调相比，大大节约能源；与燃煤锅炉相比，杜绝了冬季采暖造成的城市大气污染，环保价值巨大；提高了现代化人居生活的品位，既可供暖、也可制玲，还能够方便地供应热水。
在北方地区，一套地源热泵系统替代了传统的供暖锅炉和制冷空调两套系统，一机两用，还可免费提供生活热水。能源，还减少部分设备的投资。采用地源热泵系统在冬季供暖时，不再需要燃烧大量的矿物能源，既节能又没有废气排放，环境上零污染，属绿色建筑空调；采用地源热泵系统，主机体积小，机房可灵活设置于建筑物内，无需专用空间，可设在建筑物底层狭小的封闭空间内，减少了建筑空间占用。部分的热交换为地下工程，可隐蔽在绿地、停车场、道路等建筑物的下面或周边任何可利用的空间内，不占用宝贵的土地资源。
2 地下埋管换热器施工方法
地下埋管换热器施工前应对埋管场地的工程地质状况和地质剖面图进行研究，特别应注意是否有地下管线，以确定钻机型式和调整埋管布局，根据管道平面布置图确定钻孔的具体位置和系统各管道的标高。在主管沟末端要挖一个泥浆池，钻孔过程中产生的泥浆可顺管沟流入泥浆池中沉积，可收集作为回填物之用。
2.1 钻孔
钻孔是竖埋管换热器施工中最重要的工序。为保证钻孔施工完成后孔壁保持完整，如果施工区地层土质比较好，可以采用裸孔钻进；如果是砂层，孔壁容易坍塌，则必须下套管。孔径的大小略大于U型管与灌浆管组件的尺寸为宜，一般要求钻机的钻头的直径根据需要在100mm-150mm之间，钻进深度可达到150m-200m，钻孔总长度由建筑的供热面积大小、负荷的性质以及地层及回填材料的导热性能决定，对于大中型的工程应通过仔细的设计计算确定，地层的导热性能最好通过当地的实测得到。由于钻孔深度较浅，一般采用常规的正循环钻进方法。在我国，可以选用普通的工程勘察钻机、岩心钻机施工。
2.2 下管
下管是工程的关键之一，因为下管的深度决定采取热量总量的多少，所以必须保证下管的深度。下管方法有人工下管和机械下管两种，下管前应将U型管与灌浆管捆绑在一起，在钻孔完毕后，立即进行下管施工。钻孔完毕后孔洞内有大量积水，由于水的浮力影响，将对放管造成一定的困难；而且由于水中含有大量的泥沙，泥沙沉积会减少孔洞的有效深度。为此，每钻完一孔，应及时把U型管放入，并采取防止上浮的固定措施。在安装过程中，应注意保持套管的内外管同轴度和U型管进出水管的距离。对于U型管换热器，可采用专用的弹簧把U型管的两个支管撑开，以减小两支管间的热量回流。下管完毕后要保证U型管露出地面，以便于后续施工。
2.3 灌浆封井
灌浆封井也称为回填工序。在回填之前应对埋管进行试压，确认无泄漏现象后方可进行回填。正确的回填要达到两个目的：一是要强化埋管与钻孔壁之间的传热，二是要实现密封的作用，避免地下含水层受到地表水等可能的污染。为了使热交换器具有更好的传热性能，国外常选用特殊材料制成的专用灌注材料进行回填，钻孔过程中产生的泥浆沉淀物也是一种可选择的回填材料。回填物中不得有大粒径的颗粒，回填时必须根据灌浆速度的快慢将灌浆管逐步抽出，使混合浆自下而上回灌封井确保回灌密实，无空腔，减少传热热阻。当上返泥浆密度与灌注材料的密度相等时，回填过程结束。系统安装完毕，应进行清洗、排污，确认管内无杂质后，方可灌水。
2.4 换热器安装及管道联接
U型管换热器应尽量采用成卷供应的管材，以利用单根管制作成一个埋管单元，减少连接管件。管道连接有焊接、承插和活接头三种方法。对于高密度聚乙烯（PE）管段和管件之间的连接都采用专用设备进行热熔焊接。对于埋深不大或场地允许时，应在地面把套管连接好，然后利用钻塔进行放管。对于承插式连接，一定注意在活性胶干了之后才能使用。活接头连接，优点是比较灵活方便但造价较高。一般的管道和套管中的内管，特别是壁厚小于3.5mm的塑料管，宜采用活接头连接以利于今后的检修。
3 结束语
地源热泵在我国还属于兴起阶段，有许多工作尚属空白，需要进行大量基础性研究，包括地质学、气象学和地形学的基础勘查；为解决复杂地层中钻孔和安管时可能遇到的困难，提高施工效率，降低施工成本，应不断地改进施工技术、研制先进的施工设备，为地源热泵技术的进一步推广使用创造条件。
参考文献：
[1] 赵军，李新国二十一世纪最有效的供暖、空调技术--节能环保型地源热泵空调系统[J].山西建筑，2011，（08）.
[2] 高青，于鸣.效率高、环保效能好的供热制冷装置--地源热泵的开发与利用[J].吉林大学自然科学学报，2010，（04）.
[3] 方肇洪，刁乃仁.地热换热器的传热分析[J].建筑热能通风与空调，2012，（01）.