对《地源热泵系统工程技术规范》部分条文内容的探讨
夏惊涛 潘金文
（浙江陆特能源科技有限公司 ）
摘 要：根据我公司多年来对地源热泵系统的工程实施经验，对国家标准GB50366-2005《地源热泵系统工程技术规范（2009年版）》部分条文内容提出了探讨与建议，涉及系统吸热量和释热量的计算、试验压力、机组节能标准等方面内容。
关键词： 地源热泵系统；水源热泵机组 ；建筑节能
目前国内有不少新建和改扩建工程建设项目的供热与空调采用了地源热泵系统。地源热泵系统的实施依据是国家标准GB50366-2005《地源热泵系统工程技术规范（2009年版）》，（以下简称《规范》），如果建设项目所在地有地方标准，如江苏省有《地源热泵系统工程技术规程》（DGJ32/TJ89-2009），则按当地标准实施。目前只有个别省市制订了地方标准。我们在执行《规范》的实践过程中，认为《规范》的部分条文内容可进一步补充完善。现提出我们的看法，与大家一起探讨。
一、关于地源热泵系统最大释热量和最大吸热量的计算
最大释热量和最大吸热量是确定地源侧换热器容量的依据，计算应尽可能准确。《规范》第4.3.3条在条文说明中给出了如下计算公式：
最大释热量=∑[空调分区冷负荷×（1+1/EER）]＋∑输送过程得热量+∑水泵释放热量 （1）
最大吸热量=∑[空调分区热负荷×（1－1/COP）]＋∑输送过程失热量－∑水泵释放热量 （2）
我们认为上述二式，只适用于所有机组采用“水-空气”型水源热泵机组的地源热泵系统，但不适用于采用“水-水” 型水源热泵机组的地源热泵系统。而国内设计师设计的地源热泵系统，大多采用“水-水” 型水源热泵机组，采用这种机组时，有地源侧循环水泵和负荷侧循环水泵。
若将公式（1）、（2）修改为下面的表达式（3）、（4），则既适用于采用“水-水” 型水源热泵机组的系统，也适用于采用“水-空气” 型水源热泵机组的系统：
最大释热量=∑[空调分区冷负荷×（1+1/EER）]＋∑[（负荷侧水泵释放热量+负荷侧输送过程得热量）×（1+1/EER）]＋∑地源侧输送过程得热量+∑地源侧水泵释放热量 （3）
最大吸热量=∑[空调分区热负荷×（1－1/COP）]＋∑[（负荷侧输送过程失热量－负荷侧水泵释放热量）×（1－1/COP）]＋∑地源侧输送过程失热量－∑地源侧水泵释放热量 （4）
举例计算：设某地源热泵系统采用“水-水” 型水源热泵机组，机组EER=5，冷负荷为1000KW，地源侧水泵和负荷侧水泵释热量均为22KW，地源侧输送过程得热量略去不计，负荷侧得热量为20KW。
按式（3），最大释热量=1000×（1+1/5）+（22+20）×（1+1/5）+22=1272.4KW
按式（1），最大释热量=1000×（1+1/5）+22+22+20=1264KW
二个结果数值相差不大，前者只大0.66%，但作为准确的计算公式，还是应改为式（3）、（4）。
二、关于地埋管地源热泵系统的试验压力
地埋管地源热泵系统是一种适应性广、被较多建设项目所采用的地源热泵形式，其中地埋管换热器以竖直埋设形式为主。为确保地埋管换热器的安全，《规范》除了对所用材质和施工工艺提出严格要求外，还对水压试验压力和试压步骤提出了详细的要求：“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。”（《规范》第4.5.2条），并按步骤分为四次试压，其中第二次~第四次试压是在地埋管换热器安装就位后进行的。
与常规空调系统一样，地源热泵系统运行时管路各处的压力不一样，所谓工作压力应指最大工作压力。这一工作压力通常在循环水泵出口处或系统最低处。对于竖直地埋管来说，一般情况下是在地埋管最低处，因此试验压力应指该处的压力。但在进行第二次~第四次压力试验时，因地埋管换热器已安装就位，无法在最低处安装压力表，那么测试压力的压力表的读数应为试验压力减去压力表安装处与管道最低处的静压差。但在工程实践中，有不少人认为压力表处的压力就应达到试验压力。如果这样，对于埋设较深的地埋管，最低处压力可能超出管材的承压能力。例如，某工程地埋管最低处与压力表安装处高差102米，工作压力1.20 MPa，试验压力应为1.70MPa，若在第二次~第四次试压时使安装在地面上的压力达到1.70MPa，则最大压力将达到2.70MPa，这么高的压力既无必要，也可能损坏管道。地埋管换热器基本上都是用高密度聚乙烯管，这种管材最大公称压力为1.60 MPa，允许最大试验压力约为2.48 MPa（注：根据20℃时静液压强度推算。实际试压时需依据厂家提供的允许压力。）加拿大地源热泵系统设计安装标准对地埋管的试压也分为四次，同我国《规范》，但对于试验压力只要求大于等于690KPa，在进行第三次~第四次试验时，明确要求使系统最低点压力小于管材的破裂压力[1]。我国GB50243-2002《通风与空调工程施工质量验收规范》中规定的压力试验，明确以最低点的压力为准（此前人们也有不同理解），要求最低点的压力不得超过管道与组件的承受压力。 而竖直地埋管换热器设计深度超过100米的工程已不少见，为避免人们对试验压力理解不同而导致系统试验压力过高，《规范》宜明确：“试验压力以管道最大工作压力处的压力为准。”
三、关于水源热泵机组的性能
近年来，国家对民用建筑的节能工作十分重视，对于公共建筑与居住建筑，均制订了节能设计标准，并且对设计进行节能专项审查，对施工进行节能专项验收。在公共建筑节能设计标准中，特别对暖通空调系统冷热源设备的性能提出了强制性要求。
地源热泵供热空调系统如何满足节能设计标准要求？水泵等设备的选用不难满足节能标准中规定的输送能效比的要求，但水源热泵机组的选择是否满足节能标准要求却值得探究。
《规范》第7.1.2规定：“水源热泵机组性能应符合现行国家标准《水源热泵机组》GB/T19409的相关规定，且应满足地源热泵系统运行参数的要求。”现行的《水源热泵机组》GB/T19409是2004年6月1日开始实施的，它只限定了机组的最低能效比（EER）和最低性能系数（COP）值，没有对能效等级进行分类；对于制冷量230KW以上的“水-水”型机组，只有一个EER和一个COP限值，而现已有不少厂家的机组，单机制冷量超过1163KW，不同冷量的机组可能采用不同类型的压缩机，而节能标准对采用不同类型压缩机的机组有不同的性能系数要求。
文献[2]认为：选用“水-水”热泵机组时，机组的能效比不应低于GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》第5.4.5条对冷水（热泵）机组制冷性能系数的要求。问题是：1、节能设计标准中该条文只对机组的制冷性能系数提出要求，而水源热泵机组的主要功能之一是制热，应该对制热性能系数也提出控制要求；2、节能标准中规定的水冷机组制冷性能系数，测试的名义工况中冷却水进/出水温度为30/35℃；而水源热泵机组的名义工况与之不同，制冷名义工况中，地下环路式（地埋管式）水源热泵机组地源侧进/出水温度为25/30℃，地下水式（含地表水）水源热泵机组地源侧进/出水温度为18/29℃。我们通过对一些厂家产品性能参数进行计算比较，发现若在不同名义工况下直接比较水源热泵机组的制冷性能系数与节能标准中提出的性能系数，则各厂家各规格的产品均满足要求，但是如果转换到同一工况条件，则有的产品性能虽然符合GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》的要求，但不符合要求较高的地方节能标准的要求，如浙江省DB33/1036-2007《公共建筑节能设计标准》，对甲类建筑中暖通空调设备的性能提出了更高的要求[3]。（注：甲类建筑指单幢建筑面积大于等于20000m2,或全面设置空气调节的公共建筑。）
由此我们建议《规范》对地源热泵系统所用的水源热泵机组的制冷能效比和制热性能系数直接提出控制要求，为设计选型、节能审查与验收提供依据。
四、关于地埋管换热系统的泄漏报警装置
《规范》第4.3.12要求：“地埋管换热系统应设自动充液及泄漏报警装置。”我们认为，对于以水为传热介质的中小型地源热泵系统，可不设泄漏报警装置，而在补水管上安装计量表即可。因为系统容量小，水若有小量渗漏对环境没有影响，若泄漏量大可通过人工观察判别。但对于以加有防冻剂的水溶液为传热介质的系统、或机房自控程度较高的系统，应设泄漏报警装置。
故建议将该条文改为：“地埋管换热系统应设自动充液装置，并宜设泄漏报警装置。”
五、关于地埋管换热器的承压能力
《规范》第4.3.17条提到了地埋管换热器的承压能力问题。目前采用的高密度聚乙烯管最大公称压力为1.60MPa,公称压力指管材在20℃时的最大工作压力。地源热泵系统制冷时地埋管内水的最高温度可达到或超过30℃，聚乙烯是管按GB/T13663-2000《给水用聚乙烯（PE）管材》标准生产的，根据该标准，当地埋管连续工作温度超过20℃时，其最大工作压力将下降，当温度为30℃时，最大工作压力为20℃时工作压力的87%。这一点容易被设计人员所忽视。因此宜在《规范》的条文说明中给出说明。
六、关于岩土热响应试验
由于各个建设项目所在地的地质条件各不相同，通过热响应试验获得岩土体热物性参数，对设计非常重要，因此，《规范》第3.2.2A条要求：“当地埋管地源热泵系统的应用建筑面积在3000~5000m2时，宜进行岩土体热响应试验；当应用建筑面积大于等于5000m2时，宜进行岩土体热响应试验。”
这一条我们认为可从严要求，改为：“当地埋管地源热泵系统的应用建筑面积小于3000m2时，宜进行岩土体热响应试验；当地埋管地源热泵系统的应用建筑面积在3000~5000m2时，应进行岩土体热响应试验；当应用建筑面积大于等于5000m2时，必须进行岩土体热响应试验。”
七、关于竖直地埋管钻孔间距及地埋管与其它管线、构筑物的距离要求
《规范》第4.3.8条要求：钻孔间距应满足换热需要，间距宜为3～6米。有的工程技术人员据此认为只要间距不小于3米即可。为此建议去掉“间距宜为3～6米”字样。
《规范》第4.3.11条要求：地埋管换热器安装位置应远离水井及室外排水设施。但至少离开多少并没有推荐或限定值。对于水平地埋管与其它管线及构筑物的距离，可参照建设部颁发的行业标准CJJ101-2004《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》中的规定；对于竖直地埋管，可参照文献[4]。我们建议将这些资料中的数据在《规范》的条文说明中给出，供设计施工人员参考。
结语 地源热泵系统因其良好的节能环保效果而得到政府部门和建设项目业主的重视，但由于在我国发展应用的时间还不长，人们对地源热泵正确应用的认识、以及理论与实践的研究都有待进一步深入、提高。本文是我们根据实践经验，对GB50366-2005《地源热泵系统工程技术规范（2009年版）》部分条文内容提出的一些探讨与建议，限于我们的理论和实践水平，难免有不当之处，欢迎各位专家提出批评和交流，共同努力，为地源热泵事业的健康发展作出一点贡献。
参考文献
1、 中华人民共和国国家标准，GB50366-2005，地源热泵系统工程技术规范（2009年版）.北京：中国建筑工业出版社，2009年6月.
2、 徐伟主编. 地源热泵技术手册. 北京：中国建筑工业出版社，2011年5月.
3、 浙江省标准，DB33/1036-2007，公共建筑节能设计标准北京：中国计划出版社，2007年12月.
4、 徐伟等译.地源热泵工程技术指南. 北京：中国建筑工业出版社，2001年11月.
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