Application and installation of ground source heat pump central air conditioning system in buildings
Abstract:The central air conditioning system of ground source heat pump is a new energy saving technology for heating, cooling, non polluting and renewable. This paper begins with the main points of the central air conditioning system in the engineering installation, and then analyzes and studies the background, principle, advantages and installation of the ground source heat pump. From the aspects of low carbon energy saving, environmental protection, safety and convenience, the characteristics of the central air conditioning system of ground source heat pump are analyzed, so as to achieve the popularization and application of the central air conditioning system of ground source heat pump.
Keywords: Low-Carbon Energy-Saving Ground Source Heat Pump Central Air Conditioning System
0 Introduction
Ground source heat pump central air conditioning system is the use of shallow geothermal resources, underground heating, cooling, and non-polluting, renewable and new energy saving technologies, embodied energy, environmental protection, flexible and comfortable concept of new energy-saving central air conditioning. Ground Source heat pump, the use of shallow groundwater in the soil or at room temperature the energy as an energy source, in the underground pipe, absorbing heat. because of its heat source temperature is relatively high, stable throughout the year, does not vary with changes in environmental temperature changes, so whether it is winter heating, or summer cooling, ground source heat pump#39;s energy efficiency are better than other forms of heat pump is much higher. as long as there is enough space buried pipe (underground hot swap device or the government to allow extraction of groundwater should give priority to select the ground-source heat pump central air conditioning.
1 Key points for installation of central air conditioning in engineering system
1.1 Clear Construction Goals
(1) installation quality control, must be in strict accordance with current national quality assurance system and industry-related regulations of the construction, installation works to enhance the whole process of construction management and quality control.
(2) duration of control, to strengthen the sub-system installation project management and construction organization balance adjustment period, the duration of the development of practical control measures to ensure that the total duration of the installation of the system to meet the requirements.
- construction safety, increase security funding, organizational pre-job training, to strengthen safety education to prevent the construction process of death and serious injury accidents.
1.2The Whole Process Of Construction Management
(1) co-ordination with the civil construction. Pipe air conditioning system should be required to set the casing wall, the floor area should be planted through the steel casing, and the corresponding pipe weld can not be directly placed in the casing, galvanized metal casing and the wall should be or to maintain flush floor flat, with no insulation or other combustible materials will be the gap between the casing pipe and dense packing area, the casing can not be directly used as a pipe support components.
Installation of central air conditioning system of the indoor unit, the first to accurately determine the location and installation of standard bit crossed, into the expansion bolts, then re-hoisting the indoor unit; air conditioning outdoor unit weight is relatively large, should be used to channel or concrete base As support, the vertical rods can be pulled or around hanging support.
(2) The refrigerant pipe configuration and welding copper pipes before installation to prevent water entering inside the piping installed after blowing and vacuum dried in a timely manner. Installation and construction should be to keep the pipe clean, using nitrogen replacement welding welding, complete blowing process, and the corresponding air-tightness test. Welding process, to strictly control the quality of welded construction to ensure that the pipeline strong and airtight. Welded construction, should check the flatness of brass cut to ensure no glitches, bumps, grooves and other defects. Welding should be copper or silver electrode for electrode construction, welding temperature at 700 ~ 820 ℃ is appropriate, down or horizontal lateral welding, to ensure that the joint branch of the mouth to maintain adequate levels. for copper brazing, welding must be carried out nitrogen replacement , the welding process to weld micro-pressure nitrogen gas filled tube to prevent copper oxidation (pressure control in the 0 ? 02MPa or so). the end of welding, the copper in natural conditions by boosting the copper cooling insulation, prevent cold bridge and other undesirable phenomena.
(3) The refrigerant pipe connection blocks and flaring. Refrigerant pipe in the wall construction must take the tube head bandaged tightly to ensure that dust, dirt, moisture, etc. do not enter the refrigerant pipe. The use of models to match the bell unit refrigerant piping Flaring with the indoor unit connected to the mouth of the flare in which the depth of commitment should not be less than the diameter of the nozzle size, expanding the flow direction should be facing the media, using special cutting knife for cutting. Flared connection is completed, install lt;lt; HVAC design manual for usegt;gt; the relevant requirements and provisions of the refrigerant pipe hanger installation.
(4) wiring the central air conditioning system, the corresponding control lines are used for shielded wire bundle along the refrigerant pipe laying, indoor controller design part is the way to
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地源热泵中央空调系统在建筑中的应用与安装
（张宏研 《科技尚品》，2016（4））
摘要：地源热泵中央空调系统是利用地下浅层地热资源进行供热、供冷的、无污染、可再生的新能源节能技术，本文先从中央空调系统在工程安装中的要点开始探析，然后就地源热泵背景、原理、优点、安装等角度展开分析与研究，从低碳节能、环保、安全、便捷等方面，对于地源热泵中央空调系统的特点进行分析，从而达到对地源热泵中央空调系统的推广与应用。
关键词：低碳节能 地源热泵 中央空调系统
0 引言
地源热泵中央空调系统是利用地下浅层地热资源进行供热、供冷的、无污染、可再生的新能源节能技术，体现了节能、环保、灵活、舒适的新型节能中央空调概念。地源热泵，利用浅层常温土壤或地下水中的能量作为能源，在地下埋管，吸收热能。由于其热源温度比较高，全年稳定，不随外界环境温度的变化而变化，所以不管是冬季供暖，还是夏季制冷，地源热泵的能效比都要比其他热源形式的热泵高出许多。只要有足够的场地埋设管道（地下冷热交换装置）或政府允许抽取地下水的就应该优先考虑选择地源热泵中央空调。
加强中央空调系统的安装施工管理，是确保整个空调系统正常运行、充分发挥其使用功能的重要环节。基于笔者长期的现场安装施工监理管理实践，就加强建筑工程中央空调系统安装工程施工管理进行相应的探讨。
1 中央空调在工程系统中的安装要点
1.1.明确施工目标
(1)安装质量控制，必须严格按现行国家及行业相关质量保证体系规定组织施工，加强系统安装工程的全过程施工管理及质量控制。
(2)工期控制，加强系统安装各分项工程的施工组织管理及工期平衡调整，制定切实可行的工期控制措施，确保系统安装工程总工期满足要求。
(3)安全施工，加大安全资金投入，组织岗前技术培训，加强安全教育，杜绝施工过程中的死亡及重伤事故发生。
1.2全过程施工管理
(1)与土建施工的配合。空调系统管道需要穿墙时应设置套管，穿楼板部位应埋设钢套管，相应的管道焊缝不可直接置于套管内，镀锌铁皮套管应与墙面或楼板平面保持平齐 ，采用隔热或其它不可燃性材料将管道与套管之间的空隙区域填塞密实，不可将套管直接用作管道的支承构件。
安装中央空调系统的室内机时，要先准确确定安装位置并划线标位，打入膨胀螺栓，接着再进行室内机吊装施工;空调室外机重量相对较大，应采用槽钢或混凝土基座作为支撑，可采用纵向杆件吊拉或四周支撑。
(2)冷媒管配置与焊接。安装前防止水分进入铜管内部，配管安装好后要吹净并及时进行真空干燥处理。安装施工时应注意保持管内清洁，采用氮气置换焊进行焊接，完成后吹净处理，并进行相应的气密性试验。焊接过程中，要严格控制焊接的施工质量，确保管道的牢固和气密性。焊接施工前，应检查铜管切口的平整度，确保其没有毛刺、凸起、凹槽等缺陷。焊接时，应采用铜焊条或银焊条进行施工，焊接温度控制在700~820℃为宜，朝下或水平侧向焊接，确保各接头分支口保持充分水平。进行铜管钎焊时，必须采用氮气置换焊进行，焊接过程中把微压氮气充入焊接管内防止铜管氧化(压力控制在0bull;02MPa左右)。结束焊接时，铜管要在自然条件下通过保温层托住铜管冷却，防止产生冷桥等不良现象 。
(3)冷媒管封盖和扩口连接。冷媒管在穿墙施工时一定要把管头包扎严密，确保灰尘、脏物、水分等不进入冷媒管内。采用型号匹配的喇叭口装置将冷媒配管与室内机进行扩口连接，其中承口的扩口深度应不小于管口直径的大小，扩口方向应迎着介质流向，采用专用切割刀进行切割。扩口连接完成后，安装《暖通空调设计选用手册》的相关要求和规定进行冷媒管支吊架的安装。
(4)布线。中央空调系统的相应控制线均采用屏蔽线沿冷媒管进行捆扎敷设，室内控制器部分采用穿管暗设的方式布线，严禁将空调系统的电源线和控制线打包捆扎。当系统控制线与电源线需要平行铺设时，其间隔距离至少保持250mm以上。
(5)绝热处理。冷媒管绝热处理必须严格按照相关规范及设计要求选材施工，在冷媒管安装时一起把保温套管穿好，并预留好焊接口位置，最后进行焊接处理。施工过程中严格禁止绝热层出现断层现象，保温套管搭接部位务必用胶带捆扎完整，牢固，以防干扰。
(6)系统管道气密性试验与真空干燥处理。气密性检验试验，须采用干燥的氮气缓慢进行加压，主要步骤如下:①维持3kg/cm2的压力加压3~5min;②约半小时后再以3kg/cm2压力加压3~5min;③约半小时后再以28 kg/cm2加压约24h，观察系统管道内压力是否下降，若无下降说明气密性良好。
(7)冷凝水管及风管安装。安装系统的冷凝水管时，其冷凝水坡应控制为1%为宜，冷凝水管应采用厚度不低于10mm的B1级难燃橡塑保温材料进行预制。当空调系统安装设计图中未标出具体的测量孔位置时，安装施工单位应结合调试要求在适当位置配置相应的测量孔。在穿越建筑结构沉降缝或变形缝位置的风管两侧，以及与通风机出、入口相连接部位，均应设置约250~300mm长度的软皮革套管进行软接;软接部位严格禁止管道变径，软接接口部位应确保其充分牢固、严密。风管的支架、吊架等托架应设置于保温层外部区域，并在各托架与风管间隙处镶以垫木。
1.3施工质量控制
1.3.1风管加工质量要求
1）风管加工即用板材必须符合规范及设计要求，几何的规格尺寸必须符合设计要求，风管咬缝必须紧密，宽度均匀，无孔洞、半咬口和胀裂等缺陷；
2）风管外观平直，表面凹凸不大于5mm，风管与法兰连接牢固，翻边平整。
1.3.2安装质量要求
1）支吊托架、规格、间距必须符合设计要求，风口阀门等处不得设置吊杆，风管吊杆必须牢固、位置标高及走向符合设计要求，部件安装要求方向正确，操作方便，防火阀检修口必须便于操作；2）工程小于630mm新风管采用无法兰风管连接方式，无法兰加工，无法兰连接风管的接口采用机械加工尺寸正确，形状规则，接口严密，插条式法兰连接，插条用0.8mm镀锌钢板下料咬形。插条两端压接两平面各20mm，风管安装时把插条与风管连接；风管吊装好时，用密封胶密封严密；3）风口安装位置正确，外露部分美观排列整齐一致。
1.3.3漏光及漏风量测试
漏光法检测应采用光线对小孔的强穿透力，对系统风管严密程度进行了检测方法，采用具有一定强度的安全光源。如低压灯100W带保护罩的低压照明灯，或者其它低压光源。低压风管每10m不应大于2处且100m接缝平均不应大于16处，中压系统每10m不应超1处，且100m接缝平均不应大于8处，为合格，检测中如发现条缝形漏光的应及时进行密封处理。
1.3.4空调水系统管道制作、安装、保温要求
1）空调水系统设计为双管制按南北分区，需从竖井外至各层的机盘管，夏天供冷水，冬天供热水，空调水系统包括供水、回水冷凝水、供回水管材质对DN＞50mm的管采用无缝钢管焊接方式，对DNle;50mm的管采用焊接钢管焊接方式，冷凝水管采用镀锌管螺纹连接方式。
2）全国水系统有压管道均为0.003坡度，无压管道(冷凝水管)的坡度均为0.008，施工过程中严格控制焊口或丝扣的质量及坡度。
3）空调管道系统安装完毕后，必须进行严密性试验。水压试验水系统工作压力0.7MPa，试验压力为工作压力的1.5倍，在10min内降压不大于0.02MPa为合格。冷冻水管道在系统最高处便于操作部位设置排气阀，最低处应设置泄水阀，通过严密性试验合格后方可保温，冷凝水管做冲水试验。
1.4工程自检、调试
中央空调系统管道试压检漏是安装工程的一个重要环节，试压检验首先应分区、分层进行，然后再进行系统整体试压。试验过程中的气体压力应严格按照设计及规范要求进行控制。巡查时应先查看地面上有无漏水湿印，若查有湿印再向其上方管道查找出渗漏部位。在查漏工作完成后准备调试前，应先复查系统电源接线是否正确、安全，截止阀门是否全部打开，均核实无误后接通电源，检查系统中电压、电流等参数是否正常，最后开室内机进行调试。
1.5 总结
建筑工程中央空调系统的安装涉及到空调水系统、风系统以及制冷主机、风机盘管、空调机组水泵等设备，系统相对复杂，需要对安装施工的全过程进行严格管理和质量控制，再通过相应的工程自检和调试措施，确保系统能够安全、持续地运行。
2地源热泵工作原理
地源热泵(也称地热泵)是有效的利用土壤的良好蓄热及蓄冷特性进行的热力学逆循环即利用地下常温土壤和地下水相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移与建筑物完成热交换的一种工程应用技术技术。
地源热泵空调系统主要分为三个部分：室外地能换热系统、水源热泵机组系统和室内采暖空调末端系统。其中水源热泵机组主要有两种形式：水-水型机组或水-空气型机组。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水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。
地源热泵工作原理是：在夏季供冷时，地源热泵技术利用地下环境温度较低的特点，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。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由循环水路将冷媒中所携带的热量吸收，最终通过室外地能换热系统转移至地下水或土壤里。在室内热量通过室内采暖空调末端系统、水源热泵机组系统和室外地能换热系统不断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气热交换器，以冷风的形式为房供冷。地源热泵与冷凝器直接与空气环境进行热交换的普通空调器制冷相比，比普通空调节能50%以上。在冬季供热时，地源热泵系统通过埋藏在地下的管道将储存在地下的热能通过传热介质吸收，作为逆循环中的低温热源，通过输入少量的高位电能使热泵压缩机完成逆循环，并向用户提供高品位的热能。根据地热交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统和地埋管地源热泵系统。
3 地源热泵优点
3.1 地源热泵技术属可再生能源利用技术 地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能（Earth Energy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。
3.2 地源热泵属经济有效的低碳节能技术 地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，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%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。
3.3 地源热泵环境效益显著 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，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。据测算，若安装地源热泵40万台，和采用“化石能源”比，相当于降低温室气体排放100万吨，和50万辆汽车的污染排放物。同时，热泵空调在每个房间都有单独的能量分配器，可以自主调节温度。
3.4 地源热泵空调系统维护费用低 在同等条件下，采用地源热泵系统的建筑物能够减少维护费用。与锅炉(电、燃料)供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70%～90%的燃料内能为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，其运行费用为普通中央空调的50～60%。地源热泵的机械运动部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安装在室内，从而避免了室外的恶劣气候，其地下部分可保证50年，地上部分可保证30年，因此地源热泵是免维护空调，节省了维护费用。
4地源热泵室外地埋管系统安装
地源热泵室外地埋管一般选用垂直埋管方式，也叫直埋式。直埋式地源热泵施工时所需场地小，节省建筑空间，是一种经济、对环境无害的绿色能源利用方式。它运行时无噪声，可靠、持久，供热/ 制冷效果好，舒适感好，是一种值得推广的能源利用新技术。安装过程如下：
4.1 钻孔 直埋式地源热泵需要用钻机进行施工，要求钻机的钻进深度达到150～200m，钻头的直径根据需要在100～150mm之间。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，如DKⅢ-300型钻机、DPP100型车装钻机等。钻孔施工完成后孔壁必须保持完整。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。裸孔钻进时，要求泥浆的密度在1125g/cm3左右，以保证形成比较稳定的孔壁并逐渐降低泥浆浓度(加清水)；成孔时，要求最后上返泥浆的密度1108g
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