夏驚濤   潘金文

（浙江陸特能源科技有限公司 ）

摘 要：根據我公司多年來對地源熱泵系統的工程實施經驗，對國家標準GB50366-2005《地源熱泵系統工程技術規范（2009年版）》部分條文內容提出了探討與建議，涉及系統吸熱量和釋熱量的計算、試驗壓力、機組節能標準等方面內容。

關鍵詞：  地源熱泵系統；水源熱泵機組 ；建筑節能

目前國內有不少新建和改擴建工程建設項目的供熱與空調采用了地源熱泵系統。地源熱泵系統的實施依據是國家標準GB50366-2005《地源熱泵系統工程技術規范（2009年版）》，（以下簡稱《規范》），如果建設項目所在地有地方標準，如江蘇省有《地源熱泵系統工程技術規程》（DGJ32/TJ89-2009），則按當地標準實施。目前只有個別省市制訂了地方標準。我們在執行《規范》的實踐過程中，認為《規范》的部分條文內容可進一步補充完善。現提出我們的看法，與大家一起探討。

一、關于地源熱泵系統最大釋熱量和最大吸熱量的計算

最大釋熱量和最大吸熱量是確定地源側換熱器容量的依據，計算應盡可能準確。《規范》第4.3.3條在條文說明中給出了如下計算公式：

最大釋熱量=∑[空調分區冷負荷×（1+1/EER）]＋∑輸送過程得熱量+∑水泵釋放熱量         （1）

最大吸熱量=∑[空調分區熱負荷×（1－1/COP）]＋∑輸送過程失熱量－∑水泵釋放熱量       （2）

我們認為上述二式，只適用于所有機組采用“水-空氣”型水源熱泵機組的地源熱泵系統，但不適用于采用“水-水” 型水源熱泵機組的地源熱泵系統。而國內設計師設計的地源熱泵系統，大多采用“水-水” 型水源熱泵機組，采用這種機組時，有地源側循環水泵和負荷側循環水泵。

若將公式（1）、（2）修改為下面的表達式（3）、（4），則既適用于采用“水-水” 型水源熱泵機組的系統，也適用于采用“水-空氣” 型水源熱泵機組的系統：

最大釋熱量=∑[空調分區冷負荷×（1+1/EER）]＋∑[（負荷側水泵釋放熱量+負荷側輸送過程得熱量）×（1+1/EER）]＋∑地源側輸送過程得熱量+∑地源側水泵釋放熱量                                                       

（3）                                                                                                                                                                                            

最大吸熱量=∑[空調分區熱負荷×（1－1/COP）]＋∑[（負荷側輸送過程失熱量－負荷側水泵釋放熱量）×（1－1/COP）]＋∑地源側輸送過程失熱量－∑地源側水泵釋放熱量                       

（4）

舉例計算：設某地源熱泵系統采用“水-水” 型水源熱泵機組，機組EER=5，冷負荷為1000KW，地源側水泵和負荷側水泵釋熱量均為22KW，地源側輸送過程得熱量略去不計，負荷側得熱量為20KW。

按式（3），最大釋熱量=1000×（1+1/5）+（22+20）×（1+1/5）+22=1272.4KW

按式（1），最大釋熱量=1000×（1+1/5）+22+22+20=1264KW

二個結果數值相差不大，前者只大0.66%，但作為準確的計算公式，還是應改為式（3）、（4）。

二、關于地埋管地源熱泵系統的試驗壓力

地埋管地源熱泵系統是一種適應性廣、被較多建設項目所采用的地源熱泵形式，其中地埋管換熱器以豎直埋設形式為主。為確保地埋管換熱器的安全，《規范》除了對所用材質和施工工藝提出嚴格要求外，還對水壓試驗壓力和試壓步驟提出了詳細的要求：“當工作壓力小于等于1.0MPa時，應為工作壓力的1.5倍，且不應小于0.6MPa；當工作壓力大于1.0MPa時，應為工作壓力加0.5MPa。”（《規范》第4.5.2條），并按步驟分為四次試壓，其中第二次~第四次試壓是在地埋管換熱器安裝就位后進行的。

與常規空調系統一樣，地源熱泵系統運行時管路各處的壓力不一樣，所謂工作壓力應指最大工作壓力。這一工作壓力通常在循環水泵出口處或系統最低處。對于豎直地埋管來說，一般情況下是在地埋管最低處，因此試驗壓力應指該處的壓力。但在進行第二次~第四次壓力試驗時，因地埋管換熱器已安裝就位，無法在最低處安裝壓力表，那么測試壓力的壓力表的讀數應為試驗壓力減去壓力表安裝處與管道最低處的靜壓差。但在工程實踐中，有不少人認為壓力表處的壓力就應達到試驗壓力。如果這樣，對于埋設較深的地埋管，最低處壓力可能超出管材的承壓能力。例如，某工程地埋管最低處與壓力表安裝處高差102米，工作壓力1.20 MPa，試驗壓力應為1.70MPa，若在第二次~第四次試壓時使安裝在地面上的壓力達到1.70MPa，則最大壓力將達到2.70MPa，這么高的壓力既無必要，也可能損壞管道。地埋管換熱器基本上都是用高密度聚乙烯管，這種管材最大公稱壓力為1.60 MPa，允許最大試驗壓力約為2.48 MPa（注：根據20℃時靜液壓強度推算。實際試壓時需依據廠家提供的允許壓力。）加拿大地源熱泵系統設計安裝標準對地埋管的試壓也分為四次，同我國《規范》，但對于試驗壓力只要求大于等于690KPa，在進行第三次~第四次試驗時，明確要求使系統最低點壓力小于管材的破裂壓力^[1]。我國GB50243-2002《通風與空調工程施工質量驗收規范》中規定的壓力試驗，明確以最低點的壓力為準（此前人們也有不同理解），要求最低點的壓力不得超過管道與組件的承受壓力。 而豎直地埋管換熱器設計深度超過100米的工程已不少見，為避免人們對試驗壓力理解不同而導致系統試驗壓力過高，《規范》宜明確：“試驗壓力以管道最大工作壓力處的壓力為準。”

三、關于水源熱泵機組的性能

近年來，國家對民用建筑的節能工作十分重視，對于公共建筑與居住建筑，均制訂了節能設計標準，并且對設計進行節能專項審查，對施工進行節能專項驗收。在公共建筑節能設計標準中，特別對暖通空調系統冷熱源設備的性能提出了強制性要求。

地源熱泵供熱空調系統如何滿足節能設計標準要求？水泵等設備的選用不難滿足節能標準中規定的輸送能效比的要求，但水源熱泵機組的選擇是否滿足節能標準要求卻值得探究。

《規范》第7.1.2規定：“水源熱泵機組性能應符合現行國家標準《水源熱泵機組》GB/T19409的相關規定，且應滿足地源熱泵系統運行參數的要求。”現行的《水源熱泵機組》GB/T19409是2004年6月1日開始實施的，它只限定了機組的最低能效比（EER）和最低性能系數（COP）值，沒有對能效等級進行分類；對于制冷量230KW以上的“水-水”型機組，只有一個EER和一個COP限值，而現已有不少廠家的機組，單機制冷量超過1163KW，不同冷量的機組可能采用不同類型的壓縮機，而節能標準對采用不同類型壓縮機的機組有不同的性能系數要求。

文獻[2]認為：選用“水-水”熱泵機組時，機組的能效比不應低于GB50189-2005《公共建筑節能設計標準》第5.4.5條對冷水（熱泵）機組制冷性能系數的要求。問題是：1、節能設計標準中該條文只對機組的制冷性能系數提出要求，而水源熱泵機組的主要功能之一是制熱，應該對制熱性能系數也提出控制要求；2、節能標準中規定的水冷機組制冷性能系數，測試的名義工況中冷卻水進/出水溫度為30/35℃；而水源熱泵機組的名義工況與之不同，制冷名義工況中，地下環路式（地埋管式）水源熱泵機組地源側進/出水溫度為25/30℃，地下水式（含地表水）水源熱泵機組地源側進/出水溫度為18/29℃。我們通過對一些廠家產品性能參數進行計算比較，發現若在不同名義工況下直接比較水源熱泵機組的制冷性能系數與節能標準中提出的性能系數，則各廠家各規格的產品均滿足要求，但是如果轉換到同一工況條件，則有的產品性能雖然符合GB50189-2005《公共建筑節能設計標準》的要求，但不符合要求較高的地方節能標準的要求，如浙江省DB33/1036-2007《公共建筑節能設計標準》，對甲類建筑中暖通空調設備的性能提出了更高的要求^[3]。（注：甲類建筑指單幢建筑面積大于等于20000m²,或全面設置空氣調節的公共建筑。）

由此我們建議《規范》對地源熱泵系統所用的水源熱泵機組的制冷能效比和制熱性能系數直接提出控制要求，為設計選型、節能審查與驗收提供依據。

四、關于地埋管換熱系統的泄漏報警裝置

《規范》第4.3.12要求：“地埋管換熱系統應設自動充液及泄漏報警裝置。”我們認為，對于以水為傳熱介質的中小型地源熱泵系統，可不設泄漏報警裝置，而在補水管上安裝計量表即可。因為系統容量小，水若有小量滲漏對環境沒有影響，若泄漏量大可通過人工觀察判別。但對于以加有防凍劑的水溶液為傳熱介質的系統、或機房自控程度較高的系統，應設泄漏報警裝置。

故建議將該條文改為：“地埋管換熱系統應設自動充液裝置，并宜設泄漏報警裝置。”

五、關于地埋管換熱器的承壓能力

《規范》第4.3.17條提到了地埋管換熱器的承壓能力問題。目前采用的高密度聚乙烯管最大公稱壓力為1.60MPa,公稱壓力指管材在20℃時的最大工作壓力。地源熱泵系統制冷時地埋管內水的最高溫度可達到或超過30℃，聚乙烯是管按GB/T13663-2000《給水用聚乙烯（PE）管材》標準生產的，根據該標準，當地埋管連續工作溫度超過20℃時，其最大工作壓力將下降，當溫度為30℃時，最大工作壓力為20℃時工作壓力的87%。這一點容易被設計人員所忽視。因此宜在《規范》的條文說明中給出說明。

六、關于巖土熱響應試驗

由于各個建設項目所在地的地質條件各不相同，通過熱響應試驗獲得巖土體熱物性參數，對設計非常重要，因此，《規范》第3.2.2A條要求：“當地埋管地源熱泵系統的應用建筑面積在3000~5000m²時，宜進行巖土體熱響應試驗；當應用建筑面積大于等于5000m²時，宜進行巖土體熱響應試驗。”

這一條我們認為可從嚴要求，改為：“當地埋管地源熱泵系統的應用建筑面積小于3000m²時，宜進行巖土體熱響應試驗；當地埋管地源熱泵系統的應用建筑面積在3000~5000m²時，應進行巖土體熱響應試驗；當應用建筑面積大于等于5000m²時，必須進行巖土體熱響應試驗。”

七、關于豎直地埋管鉆孔間距及地埋管與其它管線、構筑物的距離要求

《規范》第4.3.8條要求：鉆孔間距應滿足換熱需要，間距宜為3～6米。有的工程技術人員據此認為只要間距不小于3米即可。為此建議去掉“間距宜為3～6米”字樣。

《規范》第4.3.11條要求：地埋管換熱器安裝位置應遠離水井及室外排水設施。但至少離開多少并沒有推薦或限定值。對于水平地埋管與其它管線及構筑物的距離，可參照建設部頒發的行業標準CJJ101-2004《埋地聚乙烯給水管道工程技術規程》中的規定；對于豎直地埋管，可參照文獻[4]。我們建議將這些資料中的數據在《規范》的條文說明中給出，供設計施工人員參考。

結語    地源熱泵系統因其良好的節能環保效果而得到政府部門和建設項目業主的重視，但由于在我國發展應用的時間還不長，人們對地源熱泵正確應用的認識、以及理論與實踐的研究都有待進一步深入、提高。本文是我們根據實踐經驗，對GB50366-2005《地源熱泵系統工程技術規范（2009年版）》部分條文內容提出的一些探討與建議，限于我們的理論和實踐水平，難免有不當之處，歡迎各位專家提出批評和交流，共同努力，為地源熱泵事業的健康發展作出一點貢獻。

參考文獻

1、  中華人民共和國國家標準，GB50366-2005，地源熱泵系統工程技術規范（2009年版）.北京：中國建筑工業出版社，2009年6月.

2、  徐偉主編. 地源熱泵技術手冊. 北京：中國建筑工業出版社，2011年5月.

3、  浙江省標準，DB33/1036-2007，公共建筑節能設計標準北京：中國計劃出版社，2007年12月.

4、  徐偉等譯.地源熱泵工程技術指南. 北京：中國建筑工業出版社，2001年11月.