廉 小 洁

(太原铁路局，山西 太原 030013)

太中银铁路沿线站区地源热泵运行与维护管理

廉 小 洁

(太原铁路局，山西 太原 030013)

在对地源热泵工作理论分析的基础上，结合太中银铁路太原局管段五站地埋管地源热泵实际使用中存在的管路断裂、换热量不足等问题，从系统运行与维护管理角度提出了一些改进建议，为地埋管地源热泵系统的推广应用提供了技术支持。

地源热泵，供热，供冷，运行，维护

0 引言

太中银铁路是《中长期铁路网规划》规划的西北至华北新通道的重要组成部分，是国家“十一五”铁路建设重点项目，线路全长944 km，太原铁路局管内包括清徐、交城、文水、汾阳、吴城、吕梁6站，站区均地处空旷，无天然气和市政热力管网，为满足舒适及环保要求，除吕梁站采用传统的燃煤锅炉外，其余5站站区生产生活用房均采用地埋管地源热泵系统夏季制冷、冬季供暖。

地源热泵是一种利用大地能量，包括土壤、浅层和深层的地下水、地表水等天然能源通过热泵机组向建筑物输送热量或冷量的系统，是一种利用可再生能源的既可供暖又可制冷的换热系统。与传统供热、冷方式相比，该系统省去了锅炉房和冷却塔，节能环保，运行费用低。

1 概述

1.1 工作原理

地源热泵系统是以土壤、地下水或地表水为低温热源，由热泵机组、室外热能交换系统、室内换热系统三部分组成的供热供冷系统。地埋管地源热泵以土壤为低温热源，夏季制冷时，土壤作为冷源，把室内热量通过埋地盘管排入管井区土壤。冬季供热时，土壤作为热泵机组的低温热源，通过埋地盘管获取土壤中热量为室内供热。两个换热器均可作冷凝器又可作蒸发器，只因季节不同而功能不同。

供热及供冷工况原理见图1，图2。

1.2 系统组成

太中银铁路五站(清徐、交城、文水、汾阳、吴城)空调室内系统采用了风机盘管，室外由热泵机房的热泵机组提供集中冷热源，冬季供暖热量不足时采用辅助电加热。清徐、交城、文水、汾阳站各安装两台地源热泵机组，吴城站安装一台地源热泵机组，泵站的控制系统均采用参数传感器自动采集、PID自动控制系统。室外地埋管均采用闭式U形管路，深度为100 m。除吴城站地热井未见地下水、基部为岩层外，清徐、交城、文水、汾阳站的地热井均出了地下水，地热井中水温为12 ℃～18 ℃。

1.3 运行方式

系统运行时，根据室外温度动态变化，设定机组供暖(制冷)出水温度，通过PID自动控制系统调节负荷，从而控制系统运行。

夏季制冷时，设定制冷出水温度后，地源热泵机组将用户室内热量转移至室外地壤中，同时为冬季供暖进行储备。当达到设定的制冷出水温度后，系统将自动关停地源热泵机组和地热井。

冬季供暖时，设定供暖出水温度后，地源热泵机组将室外土壤中的热量转移至室内。当达到设定的供暖出水温度后，系统自动关停地源热泵机组和地热井。节能调节主要是控制电辅助加热系统的启动运行。严寒期，当地源热泵机组连续运行，室温仍达不到需求，地热源不能满足供热负荷，可手动开启电辅助加热系统，保证供暖需求。

2 运行中易发生故障的部位及原因分析

由于地源热泵机组自动控制，起闭频繁，室外部分又埋于地面下，集中设备密封要求高，运行中各部位易发生故障，随着使用年限的增加，各种设备故障凸显，操作人员不能紧急处理，给运行造成很大影响。

1)热量交换系统失衡，影响供冷热效果。

由于浅层土壤中能量有限，夏季吸收的热量与冬季释放的热量需平衡，无论吸收的热量多于释放的热量，还是释放的热量多于吸收的热量，都会导致系统失衡。虽然系统考虑了辅助电加热，但由于热量平衡不易控制，长期使用，影响换热效果，甚至造成系统停机。若设计前期水文地质勘察不准确，更是会影响热泵系统的寿命。

2)室外埋管井区未设置安全防护，造成井区塌陷，管路断裂。

地埋管地源热泵换热系统室外埋井区域占地面积较大，由于距地面距离有限，受到过往车辆挤压，易造成地面塌陷，进而压断地埋管路。太中银多数管井区建在车站广场上，因广场未进行封闭，车辆通行，易出现地面塌陷。

3)未考虑对地埋管材、深度及系统报警等装置设置，不便于室外地埋管检测与维修。

由于地埋管直埋于地下，受周围地质环境影响，出现问题时，管理人员不易察觉，往往现象明显时，才进行检查，错过了最佳处理时机，可能由局部故障发展为大面积的管井报废。

4)由于施工不规范，细部做法、精度欠缺，造成换热量不足。

施工阶段，未严格按设计图纸施工，管井深度，井径未达到要求等原因均会降低换热效果。施工中埋地管采用现场加工的直管道煨制弯头，由于煨制弯头强度低，在填料回填时易变形，降低施工质量。

5)由于操作不当或维护不及时，造成系统故障。

a.机组不启动或不停机。由于电源、保险丝、自动保护未复位及电动器件、温控器的失灵造成机组不启动；运行中温度设置错误、计算机程序错误等均可造成机组不停机。b.机组吸气压力过低，排气压力过高。由于制冷系统阀门未开启，过滤器、蒸发器堵塞或水量过低，冷凝压力过低，制冷剂不足等均可造成吸气压力过低；制冷剂充注过量、不凝性气体过多、冷凝器堵塞或水量过低造成排气压力过高。c.系统管路不通。电路不通、线圈损坏造成电磁阀不通，膨胀阀冰堵或障堵、感温包冷剂渗漏致膨胀阀不通，过滤芯障堵、制冷剂中机油过多可造成过滤器不通。d.机组蒸发器、冷凝器温差失衡。吸气压力高、水流量过大、蒸发器水垢过多导致蒸发器冷媒温差过小；反之，吸气压力低、水流量过小、过滤器堵塞导致蒸发器冷媒温差过大。水流量过大、冷凝器水垢过多导致冷凝器冷媒温差过小，水流量过小、过滤器堵塞导致冷凝器冷媒温差过大。e.机组震动大、有异音。由于机械原因，如机座固定螺栓松动、减震垫及弹簧损坏引起机组震动。压缩机进入制冷剂液体、蒸发器进入制冷剂气体、高压储液器内液体过少也会产生异音。

3 地埋管地源热泵安全运行和日常维护

确保地埋管地源热泵系统使用安全，与勘测、设计、施工、运行维护各阶段息息相关。管理人员需对相关情况进行详细了解，并根据实际进行维护。

1)了解前期地质勘测情况，掌握地埋管所处岩土层、地下水、冻土层情况及性能，是地源热泵能够良好运行的前提。

2)对设计不足部分进行补强加固，适当考虑室外地源井区设置安全防护，管材及系统监测装置。a.在地源井区设置标志标识，标明管线定位带，采用现场永久目标进行定位；b.地埋管材采用化学稳定性好、耐腐蚀、换热系数大、流动阻力小的塑料管材及管件。宜采用聚乙烯或聚丁烯管材，不宜采用聚氯乙烯(PVC)管，管件与管材应为相同材料，且管材的公称压力不应小于1.0 MPa；c.地埋换热器埋管深度宜大于20 m，钻孔孔径不宜小于0.11 m，钻孔间距应满足换热需要，宜为3 m～6 m，水平连接管的深度应在冻土层以下0.6 m，且距地面不宜小于1.5 m；d.设置地埋管材、深度及系统报警等装置，便于运行中出现故障时检测与维修；e.设置自动充液及泄漏报警系统，需防冻的地区，设防冻保护装置；f.地埋管系统宜设置反冲洗系统，冲洗流量宜为工作流量的两倍。

3)详细掌握施工情况，目前铁路新线建设期间，接管单位均已提前介入，要求施工单位严格按设计图纸施工，竖直地埋管换热器的U形弯管接头，宜选用定型的U形弯头成品件，不宜采用直管道煨制弯头,加强施工精度，做好管材保护工作,确保工程质量。

4)在运行阶段，操作人员应严格按照规程使用，熟悉设备，精心维护，并能对设备故障进行必要的紧急处理。a.地埋管地源热泵运行中，人员、设备、制度均是良好运行的关键。地源热泵使用前，须进行试运转。操作人员应经专业培训,取得操作证,持证上岗。地源热泵运行中，操作人员对蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀、仪表、电控系统巡检及室外管井区定期巡视。机房应建立交接班制度、当班人员岗位职责、维修保养制度、操作规程、故障应急预案等制度及运行记录。b.操作人员应严格按照规程使用，使设备处于良好的运行状态。做好日常维护保养，精心维护设备，认真保养地源热泵机组，重点是压缩机、冷凝器、蒸发器，定期对冷冻(热)水管道、冷却水管、凝结水管系统管道和阀门进行一次维护，确保地源热泵测控系统正常有效。c.地埋管地源热泵运行中出现故障时，做好应急处理。在地源热泵系统运行中，如发现系统有异常声响、管道大量漏水等问题时，应迅速停止主机运转并切断系统主电源，及时进行维修。

若系统内出现漏水情况，应当立即停止补水泵，故障处理完毕后，方可进行补水。地源热泵系统运行过程中突然停电时，操作人员应立即检查停电原因。

4 结语

地源热泵系统作为供热空调领域一种高效、节能、环保的利用方式，有效地提高一次能源利用率，减少温室效应气体CO2和其他燃烧产生的污染物的排放，是一种可持续发展的“绿色技术”，在我国的研究与应用正处于发展阶段，需要前期方案设计、施工质量控制与使用阶段的有效维护相结合，才能使这项“绿色技术”不断走向成熟。

[1] 中国铁路总公司.铁路运输房建设备大修维修规则[M].北京：中国铁道出版社，2014.

[2] 陈昌富,吴晓寒,王陈栋.地埋管地源热泵系统及存在问题分析[J].探矿工程，2009,36(10)：51-52.

On operation of ground source heat pump and maintenance management at stations along Taiyuan-Zhongwei-Yinchuan Railway

Lian Xiaojie

(TaiyuanRailwayBureau,Taiyuan030013,China)

Based on the theoretic analysis of the ground source heat pump, the paper points out some improvement suggestions from the system operation and maintenance by combining with pipeline fracture, shortage of heat problems in the uses of the ground source heat pump at the five station of Taiyuan Bureau Segment along Taiyuan-Zhongwei-Yinchuan Railway, so as to provide some technical support for the application of the buried ground source heat pump system.

ground source heat pump, heat supply, cold supply, operation, maintenance

1009-6825(2015)02-0117-02

2014-11-06

廉小洁(1980- )，女，工程师

TU833.3

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