地源热泵技术在铁路基层站段供暖环保改造中应用

戴刚

山东省煤田地质局第四勘探队 山东潍坊 261206

陆上热泵技术利用浅层地热能进行供暖或制冷，具有节能、清洁和可再生能源等优点，近年来已得到广泛应用。然而，在实践中，存在一些问题，例如需要足够的面积来铺设埋管，以及钻井费用高昂，从而在一定程度上限制了其应用。埋地源热泵系统可根据埋管位置分为钻杆式埋管和桩式埋管两种。其中桩是安装在建筑物混凝土桩上的埋管热交换器用的绞车管，用于与建筑物结构相结合的目的。在建筑结构中使用的是混凝土桩，而在建筑结构中使用的是混凝土桩式管与传统的换热器相比，桩管在建筑物地基中采用较好的混凝土导热系数，在建筑物地基和地下岩体之间采用较大的换热面积，从而提高地下换热器的换热性能。

1 地源热泵简介

地源热泵系统主要由内回路、地源热泵机组、地表水换热器等组成。内回路由一组陆源热泵连接，其中有一个冷凝器和蒸发器，热替代表面的表层温度随室外温度变化，而地下一定深度的温度保持恒定，不受外界干扰当陆源热泵在夏季运行时，将热量传递到地表水换热器进行热交换，地面吸热温度升高，储存起来供冬季使用，由地表水换热器进行交换，储存的热量提供给热泵机组使用。其目的是利用地下土壤特性将自然资源用于节能目的，这是一种不受环境污染的可再生资源，具有广泛的范围和可靠的运作[1]。

2 地源热泵技术的现状

地源热泵技术是一种利用可再生能源的空调技术。因其兼具节能、环保、高效等优势而被给予厚望，尤其是建筑等热源需求量较高的领域。在污染相对严重、能源使用效率相对较低的北方地区，地源热泵技术更是作为“建设节约型社会，发展循环经济”的重要举措，而被纳入能源安全保障的范畴。我国自20世纪90年代发展地源热泵技术以来，历经最初的起步和推广阶段，现已突破基础技术瓶颈。如地源热泵技术在暖通空调节能中的应用即已解决了关键的热堆积现象，实现有效技术突破。随着地缘热泵技术相关理论、技术与配套产业的逐步完善与国家政策的扶持，地源热泵正朝区域性、规模化和热源多元化的方向飞速发展，在包括铁路界的各行各业都形成了广泛应用。但如何实现基层化改造，仍是有待深入探究的话题。

3 地源热泵技术在铁路基层站段供暖环保改造中的应用

（1）系统设计优化。在分析本项目设计方案时，提出了以下两点系统设计优化建议：埋地管换热器设计中应考虑到因取热不平衡而引起的地面温度升高或降低埋管换热系统设计应全年进行动态负荷计算，最小计算周期应为一年。计算周期内，埋管换热器应满足最大吸热或释放要求，系统总热量释放应与其总吸热量保持平衡。当技术经济合理时，可采用埋管冷源和换热器使用的辅助热源或尖端调节形式[2]。

（2）空调水系统。商业裙房空调水系统采用二管制一次泵变频变流量系统。夏季空调供回水温度7／12℃，冬季供回水温度45／40℃。空调水系竖直立管异程布置，水平同程布置，局部为异程布置，异程部分采用平衡阀等措施保证水系统的水力平衡。空调水系统采用排气型定压补水装置对系统定压补水。冷却水采用旁流水处理器进行水质处理。

（3）地源热泵系统方案配置。一座建筑位于安徽省六安市，利用埋源热泵系统提供夏冬冷供热，技术经济合理时，应利用地热、风能、太阳能等可再生能源在使用可再生能源不能保证稳定性的情况下，必须确定二级冷却和热源。考虑到鲁安市的特殊气候和地质条件，井下热泵系统是最佳选择。当夏季的预期冷却负荷高于冬季的预期加热负荷时，地面源热泵组将根据夏季的热负荷选择地面源热泵的类型，并考虑选择2）循环水泵选型采用以下公式选择循环水泵流量：g =0.86（Q0+Q1）TG-th，Q0为陆源水泵组的冷却量；Q1是地面源热泵机组的热量消耗；Tg和th是冬季和夏季进出热泵的水温。以夏季用户端冷水循环水泵计算为例，根据简明的空调设计手册，选择符合要求的循环水泵。

（4）空调系统安装。该改造主要分为风机盘管的安装与空调水系统的安装。风机盘管安装的工艺流程主要为：预检-施工准备-吊架制作安装-风机盘管安装-连接配管-检验。空调水系统安装的工艺流程主要包括：安装准备-墙体打孔、预制加工、防腐处理-干管安装-立管安装-支管安装管道试压-防腐保温-管道冲洗等。

（5）压差旁通控制。在冷冻水供回水管以及冷却水分集水器之间分别设置压差传感器以及电动调节阀，将压差传感器检测供回水管路之间的压差数据送入DDC，再由DDC发出控制信号，调节旁通上电动调节阀的开度，保持供回水压差恒定，保证热泵机组稳定工作。

（6）系统调试。室外换热孔、外管线、机房设备及管线等各系统安装完后，开始系统调试。系统调试分为地源热泵机房系统调试和室外地埋管道调试。调试后，可以利用电脑进行各类操作，主界面菜单上各个按钮可引导进入其他控制界面。通过设置各种参数，调试人员确保系统可以实现功能需求，完成对邯郸客整所供暖设施的有效操作。

4 投资条件

对地方热泵系统的初步投资将比总计划更为重要，尽管初期投资较高，但运行寿命可能超过50年。在促进国家节能减排的背景下，陆源热泵的优势将随着时间的推移得到充分发挥，陆源热泵技术将越来越受到尊重。陆源热泵技术是l中最适合冷热的解决方案。

5 结语

热泵机组比处于制冷或加热状态的空气泵效率更高的主要原因是，通过向地下冷却/加热源释放或吸收热量，减小了热泵中冷凝器和蒸发器之间的制冷剂温差因此，为了提高地面源热泵运行的能源效率，夏季制冷状态下地下土壤温度应尽可能低，冬季供暖状态下地下土壤温度应尽可能高，从而实现这一过程在理想模型中，地源热泵系统是夏季降温作用下传入地下的热量等于冬季供暖作用下从地下吸收的热量。