浅析PE管道在地源热泵系统中的应用

摘要：地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术，地源热泵通常是指能转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方，通常热泵都是用来做为空调制冷或者采暖用的。地源热泵还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内，一个年度形成一个冷热循环。

关键词：地源热泵 优点pe管道验收

Abstract: Ground source heat pump, referring to transfering the heat or cold in the soil to where it needed, is a new energy utilization technology. It utilizes the suoerficial layer geothermal energy to supply heat or refrigerate. Speaking in details, the ground source heat pump utilizes the huge sum of heat and cold hided in soil. In winter, it transfers the heat in soil to buildings, and summer, transfers the cold, which forms a thermal cycle.

Keywords: ground source heat pump; advantages; PE pipeline; acceptance check

中图分类号：P756.2 文献标识码： A 文章编号：

一、地源热泵组成

地源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、地源热泵机组和室内采暖空调末端系统。 其中地源热泵机主要有两种形式：水―水式或水―空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，地源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。

1.1、水源/地源热泵有开式和闭式两种。

开式系统：是直接利用水源进行热量传递的热泵系统。该系统需配备防砂堵，防结垢、水质净化等装置。

闭式系统：

是在深埋于地下的封闭塑料管内，注入防冻液，通过换热器与水或土壤交换能量的封闭系统。闭式系统不受地下水位、水质等因素影响。

1.2、系统分类

1.2.1、垂直埋管--深层土壤

垂直埋管可获取地下深层土壤的热量。垂直埋管通常安装在地下50-150米深处，一组或多组管与热泵机组相连，封闭的塑料管内的防冻液将热能传送给热泵，然后由热泵转化为建筑物所需的暖气和热水。垂直埋管是地源热泵系统的主要方式，得到各个国家的政府部门大力支持。

1.2.2、水平埋管--大地表层在地下2米深处水平放置塑料管，塑料管内注满防冻的液体，并与热泵相连。水平埋管占地面积大，土方开挖量大，而且地下换热器受地表气候变化的影响。

1.2.3、地表水

江、河、湖、海的水以及深井水统称地表水。地源热泵可以从地表水中提取热量或冷量，达到制热或制冷的目的。利用地表水的热泵系统造价低，运行效率高，但受地理位置（如江河湖海）和国家政策（如取深井水）的限制。

1.2.4、地下水式地源热泵

地源热泵机组通过机组内闭式循环系统经过换热器与由水泵抽取的深层地下水进行冷热交换。地下水排回或通过加压式泵注入地下水层中。此系统适合建筑面积大，周围空地面积有限的大型单体建筑和小型建筑群落。

二、工作原理

2.1制冷模式

在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地水、地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过风机盘管，以13℃以下的冷风的形式为房间供冷。

2.2供暖模式

在供暖状态下，压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地表水、地下水或土壤里的热量，通过冷凝器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以35℃以上热风的形式向室内供暖。

三、地源热泵优点

3.1、高效节能，稳定可靠

地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，土壤与空气温差一般为17度，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%～60%，因此要节能和节省运行费用40%－50%左右。通常地源热泵消耗1KW的能量，用户可以得到5KW以上的热量或4KW以上冷量，所以我们将其称为节能型空调系统。

3.2、无环境污染

地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，真正的实现了节能减排。

3.3、一机多用

地源热泵系统可供暖、制冷，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。

3.4、维护费用低

地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。

3.5、运行稳定可靠，无噪音，自动化程度高。

3.6、使用寿命长

地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达50年。

要比普通空调高35年使用寿命。

3.7、节省空间

没有冷却塔、锅炉房和其它设备，省去了锅炉房，冷却塔占用的宝贵面积，产生附加经济效益，并改善了环境外部形象。

地源热泵系统的能量来源于自然能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”。被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。该系统无论严寒地区或热带地区均可应用。可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。

四、与聚乙烯（PE）管道系统结合

4.1聚乙烯（PE）管道系统的特点

4.1.1、耐腐蚀性

聚乙烯具有优良的耐腐蚀性、较好的卫生性能和较长的使用寿命

聚乙烯为无惰性材料，除少量强氧化剂外，可耐多种化学药品侵蚀，其输水能耗低、生活能耗低、重量轻、水流阻力小、安装简便迅速、造价低、寿命长、具有保温功能等，还因为塑料管耐腐蚀、不易滋生微生物等性能。

4.1.2、使用寿命长

聚乙烯管材的使用寿命为50年以上，这一点不仅已为国际标准和国外的一些先进标准所确认，而且已经被实践所证明。

4.1.3、聚乙烯具有独特的柔韧性和优良的耐刮痕的能力

聚乙烯管道系统的挠性有着巨大的技术经济价值。聚乙烯的挠性是一个重要的性质，它极大的提高了该材料对于管线工程的价值。同时，挠性和重量轻及具有优良的耐刮痕能力，使之可采用多种可减轻对环境和社会生活的影响且费用经济的安装方法，如免开挖施工技术PE独特的柔韧性还使其能够有效的抵抗地下运动和端载荷。从表面上看，在强度和刚性方面，塑料埋地管不及金属管道，但从实际应用看，塑料埋地管是属于“柔性管”，在正确设计和铺设施工下塑料埋地管是和周围土壤共同承受负载的。所以塑料埋地管不需要达到“钢性管”一样的强度和刚性就可以满足埋地使用中的力学性能的要求。同时，聚乙烯的压力松弛特性可有效地通过形变而消耗应力，其实际轴向应力水平远比理论计算值低，而且其断裂伸长率一般都大于500%，弯曲半径可以小到管直径的20～25倍，是一种高韧性材料，对地基不均匀沉降的适应能力非常强，这些特点使其成为抵御地震、地基沉降以及温差伸缩的最为优秀的管道。例如在1995年日本神户大地震中，PE给水管及燃气管就是唯一幸免的管道系统。

4.1.4、不泄漏

聚乙烯管道主要采用熔接连接，本质上保证接口材质、结构与管材本身的同一性，实现了接头与管材的一体化。试验证实，其接口的抗拉强度及爆破强度均高于管材本体，可有效地抵抗内压力产生的环向应力及轴向的拉伸应力。因此与橡胶圈类接头或其他机械接头相比，不存在因接头扭曲造成泄漏的危险。

4.1.5、聚乙烯具有非常突出的耐低温性能

PE给水管的低温脆化点为-70℃，优于其他管道。另外，为改进PP的韧性和低温耐冲击性能，可将乙烯与丙烯单体共聚制成无规共聚聚丙烯（PP-R），其一般采用iPP的工艺路线和方法，使丙烯和乙烯的混合气体进行共聚合，得到主链中无规则地分布着丙烯和乙烯段的共聚物（即PP-R管材料），PP-R管材料中的乙烯含量大多在3%左右。但改善后的PP-R耐低温性能仍不尽人意，其脆化点约为-15℃，远高于聚乙烯管的脆化点温度-70℃。

4.2、地源热泵系统中PE管道验收

4.2.1、地埋管换热系统安装过程中，应进行现场检验，并应提供检验报告。

4.2.2、水压试验压力：当工作压力小于等于1.0MPa时，应为工作压力的1.5倍，且不应小于0.6MPa；当工作压力大于1.0MPa时，应为工作压力加0.5MPa。

4.2.3水压试验步骤：

a、坚直或水平地埋管换热器插入钻孔前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压至少15min，稳压后压力降不应大于3，且无泄漏现象。

b、坚直或水平地埋管换热管与环路集管装配完成后，回填前应进行第二次水压试验，在试验压力下，稳压至少30min，稳压后降不应大于3，且无泄漏现象。

c、环路集管与机房分集水器连接完成后，回填前应进行第三次水压试验，在试验压力下，稳压至少2h，且无泄漏现象。

d、地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗、排气及回填完成后，应进行第四次水压试验。在试验压力下，稳压至少12h，稳压后降不应大于3。