基于地源熱泵系統(tǒng)的室外管道管材選擇與連接方式研究

1、<p>　　基于地源熱泵系統(tǒng)的室外管道管材選擇與連接方式研究</p><p>　　摘要：地源熱泵系統(tǒng)作為一種新型綠色空調(diào)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于辦公樓、酒店客房、學(xué)校教學(xué)樓以及醫(yī)院樓層等重要建筑。地源熱泵系統(tǒng)室外管道管材質(zhì)量的好壞及其連接方式，均是地源熱泵工程施工中的關(guān)鍵控制點(diǎn)，決定著地源熱泵系統(tǒng)能否正常使用，并對其使用壽命具有較大影響。本文以地源熱泵系統(tǒng)為研究對象，深入研究了地源熱泵系統(tǒng)的工作原理、室外管道管

2、材選擇及其基本要求，并分析了管道連接方式。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：地源熱泵系統(tǒng)；室外管道；管材；連接 </p><p>　　中圖分類號：TE832 文章編碼 </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　地源熱泵系統(tǒng)作為一種利用地能的設(shè)備，可使熱量從低位熱源流向高位熱源，該技術(shù)屬于綠色、可再生

3、能源技術(shù)，是當(dāng)今世界各國研究的重點(diǎn)，我國已經(jīng)將地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用于各類工程建筑上，取得了很好的效果。 </p><p>　　地源熱泵系統(tǒng)是利用地下水、土壤或地表水等地能資源，既可供冷又可制熱、高效節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵借助少量的高品位能源（比如電能），完成把低溫位熱能轉(zhuǎn)移給高溫位熱能。地能作為空調(diào)系統(tǒng)夏季的冷源和冬季供暖的熱源，在夏季制冷時(shí)，把室內(nèi)的熱量取出，送到地層中儲存起來；在冬季供熱時(shí)，把地層中的熱量取出來

4、，送到室內(nèi)?？梢钥闯鰺岜脵C(jī)組的能量流動，是利用其所消耗的能量（比如電能）將吸取的全部熱能（即電能+吸收的熱能）一起輸送至高溫?zé)嵩?。基于以上地源熱泵系統(tǒng)的工作原理，本文對其室外管道管材選擇及連接等諸多問題進(jìn)行了分析。 </p><p>　　一、地源熱泵系統(tǒng)室外管道管材選擇的基本要求 </p><p>　?。?）耐老化、使用壽命長：在正常使用條件下（設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa），必須滿足地源熱泵系

5、統(tǒng)室外管道可使用50年。 </p><p>　?。?）抗應(yīng)力開裂性好：地源熱泵室外管道管材選擇必須具有缺口敏感性、高的剪切強(qiáng)度和優(yōu)異的抗刮痕能力，可抵御施工可造成的損傷，耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能也必須非常突出。 </p><p>　　（3）確保管道連接的可靠性：地源熱泵系統(tǒng)室外管道之間可采用熱熔或電容方式連接，接頭管材的強(qiáng)度必須高于管道母體強(qiáng)度。 </p><p>　?。?/p>

6、4）耐化學(xué)腐蝕性好：地源熱泵系統(tǒng)室外管道管材必須可耐多種化學(xué)介質(zhì)的腐蝕，土壤中存在的化學(xué)物質(zhì)不會對管道造成降解作用，可適用于任何地質(zhì)狀況。 </p><p>　?。?）具有良好的抗磨損性：地源熱泵系統(tǒng)室外管道在選材上必須具有很高的抗磨損性，一般的耐磨性為鋼管的5倍。 </p><p>　?。?）可撓性好：地源熱泵系統(tǒng)室外管道如果柔韌性太好，就會使得它容易彎曲，從而使得施工方便，因此，必須選

7、擇具有良好可撓性的管材，能夠減少管件用置，并降低安裝費(fèi)用。 </p><p>　?。?）水流阻力?。旱卦礋岜孟到y(tǒng)管道管材應(yīng)當(dāng)具有光滑的內(nèi)表面。光滑的表現(xiàn)和非粘附特性保證管道具有較其它管材更高的輸送能力，同時(shí)也降低了管路的壓力損失和輸配水能耗。 </p><p>　　二、地源熱泵系統(tǒng)室外管道用管材的選擇 </p><p>　　地源熱泵系統(tǒng)的室外管道部分是從土壤中吸取熱

8、量并傳給機(jī)組的土壤換熱器環(huán)路，主要包含連接熱泵機(jī)組的主管、進(jìn)行熱交換的埋地管以及連接整個(gè)管路系統(tǒng)的不同配件。地源熱泵系統(tǒng)的管道主要選用聚乙烯管（PE100、PE80 級）管材和聚丁烯管（PB）管材兩種。 </p><p>　　（1）用于熱交換的地埋管管材選擇 </p><p>　　地埋管有De25、De32、De40等規(guī)格，大多數(shù)為De25和De32規(guī)格，其中De25 規(guī)格一般適用于單U型

9、埋管，而De32規(guī)格一般適用于雙U型埋管、目前地埋管埋地深度一般可達(dá)到100m左右，其壓力等級多為1.0MPa以上、地埋管管材一般為盤卷形式，在工地現(xiàn)場展開，盤管盤架的直徑不應(yīng)小于管材外徑的18倍，展開長度由工程設(shè)計(jì)要求決定。 </p><p>　?。?）連接熱泵機(jī)組的主管管材選擇 </p><p>　　地源熱泵系統(tǒng)的主管一般采用De40-De63規(guī)格，部分大型項(xiàng)目可達(dá)到或超過 De110

10、。主管的壓力等級一般采用1.0MPa 以上，主管的長度根據(jù)工程設(shè)計(jì)確定，有時(shí)由于地理位置或地質(zhì)條件的限制，地埋管的鋪設(shè)可能需要遠(yuǎn)離建筑物1到2公里，這時(shí)需配備較長的主管。 </p><p>　?。?）連接管路系統(tǒng)的不同配件管材選擇 </p><p>　　在我國地源熱泵管道系統(tǒng)中，埋地管多采用垂直鋪設(shè)，因此需采用U型彎和固定支架等管件，其中U型彎的作用是保持兩根管材間的連通，形成水路循環(huán)系統(tǒng)

11、，目前管材與U型彎的連接一般采用電熔套筒連接,由于下井較深，井中的水對管材的浮力較大，需在U型彎頭的中間部位設(shè)置一個(gè)長螺栓，施工人員利用金屬桿，通過長螺栓將管材壓到預(yù)定深度的水中；固定支架的作用是使埋地管材之間保持固定的距離，以免管材之間由于距離過近而影響導(dǎo)熱效果、在井下一般每隔1米或2米需要配備1只固定支架，因此用量較大、若采用單U埋管，需采用單U彎和雙孔支架；若是雙U 埋管，則需采用雙U彎和四孔支架、埋地管材與主管間一般采用熱熔承插

12、變徑管件，如異徑直通和異徑三通，規(guī)格多為De40-De63。主管與熱泵機(jī)組或其他材料的管道的連接一般采用活接或法蘭，規(guī)格多為De40-De63。聚乙烯管材顏色應(yīng)為黑色，內(nèi)外表面應(yīng)清潔、光滑，不應(yīng)有氣泡、劃傷、凹陷、雜質(zhì)、顏色不均等缺陷，端頭應(yīng)平整，并與軸線垂直。 </p><p>　　三、地源熱泵系統(tǒng)管道連接方式分析 </p><p>　?。?）埋管系統(tǒng)與管件的連接方式 </p>

13、;<p>　　地源熱泵系統(tǒng)室外地埋管部分采用的是電熔連接方式，這是因?yàn)殡娙圻B接能減少焊接過程中人為因素的影響，通過關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和精確的控制輸入功率，可以獲得高質(zhì)量的接頭，使得整個(gè)管道強(qiáng)度高、壽命長、水密封性好，而且操作簡單、施工效率高。具體操作為： </p><p>　　1）檢查電熔焊機(jī)的電源，輸出電壓及工作是否可靠； </p><p>　　2）清除管件、管材內(nèi)部、外部的灰

14、塵和異物； </p><p>　　3）用刮刀刮除管件、管材所需焊接區(qū)域外表面 0.1mm-0.3mm的氧化層，并保證焊接區(qū)域干凈、焊接端面平整、無碎屑； </p><p>　　4）將要焊接的管材、管件插入到底，并固定好，保證管材、管件之間無應(yīng)力； </p><p>　　5）將電熔焊機(jī)的導(dǎo)線插入管件的接線柱內(nèi)，并保持平衡固定，不準(zhǔn)移動； </p><

15、;p>　　6）按照電熔管件上標(biāo)注的焊接技術(shù)要求和相關(guān)參數(shù)，手動或自動操作進(jìn)行焊接； </p><p>　　7）開始焊接時(shí)，不準(zhǔn)有外力影響管件的焊接，更不準(zhǔn)移動管件、注意觀察孔凸出情況； </p><p>　　8）焊接完成后，不準(zhǔn)移動管件，按電熔管件上所標(biāo)注的冷卻時(shí)間進(jìn)行自然冷卻后，然后取出導(dǎo)線，進(jìn)行其它焊接。 </p><p>　　（2）主管與管件的連接方式

16、</p><p>　　地源熱泵系統(tǒng)室外主管一般直徑較大，采用的是熱熔連接方式。熱熔連接產(chǎn)生的費(fèi)用較低，但是易受環(huán)境、人為因素影響，操作人員須進(jìn)行專門培訓(xùn)，具有一定的經(jīng)驗(yàn)。具體操作為： </p><p>　　1）以液壓式自動熱熔焊機(jī)為例，用潔凈的棉織物將加熱板處理干凈，預(yù)熱加熱板，并檢查溫度是否控制在工藝要求的范圍之內(nèi)； </p><p>　　2）對于由液壓系統(tǒng)驅(qū)動的

17、焊接設(shè)備，預(yù)算系統(tǒng)的熔接壓力，檢查液壓系統(tǒng)動作； </p><p>　　3）將管材或管件在焊機(jī)上同時(shí)夾緊，并保證端面同軸對齊； </p><p>　　4）用銑刀銑削待熔兩端面，銑削完畢后，立即開始熔接； </p><p>　　5）將預(yù)熱好的加熱板就位，使管材或管件銑削后的兩端面和加熱板貼緊，并施加一定的壓力，同時(shí)開始第一階段的計(jì)時(shí)、待熔融環(huán)的高度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)高度時(shí)，使施

18、加的壓力只保留拖動力施壓，同時(shí)開始第二階段的計(jì)時(shí)； </p><p>　　6）時(shí)間達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，進(jìn)入第三階段，拔動進(jìn)給手柄，松開兩端管材或管件，取出加熱板； </p><p>　　7）平穩(wěn)閉合管材或管件，當(dāng)壓力升至規(guī)定值時(shí)，開始第四階段計(jì)時(shí)； </p><p>　　8）第四階段完成后，若有必要可減少壓力，并重新開始第五階段（冷卻）計(jì)時(shí)；冷卻結(jié)束后，拆卸夾具，焊接結(jié)

19、束。 </p><p><b>　　結(jié) 語 </b></p><p>　　地源熱泵系統(tǒng)作為一項(xiàng)綠色、環(huán)保、節(jié)能、可再生新能源技術(shù)，勢必被廣泛地應(yīng)用于各類工程建筑中，如何選擇合適的室外管道管材并優(yōu)化管道連接方式將是今后研究的重點(diǎn)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　

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