老舊城鎮(zhèn)居民小區(qū)地源熱泵適配性改造設計與降噪優(yōu)化研究

摘要

國內建成超過二十年的老舊城鎮(zhèn)居民小區(qū)普遍存在采暖管網(wǎng)銹蝕老化、建筑圍護結構保溫性能差、小區(qū)內部公共地面空間緊張難以大面積開挖地埋管、熱泵機組運行噪聲干擾居民日常生活等多重改造難題，是城市清潔采暖改造工程中的重難點場景。本文以華北省會城市典型老舊小區(qū)為改造對象，結合小區(qū)建筑現(xiàn)狀、可利用公共空間、居民居住訴求，采用淺埋地埋管+樓棟分散式小型熱泵機組輕量化改造方案，同步優(yōu)化機組減震結構、管路包裹降噪工藝，搭配建筑外墻門窗簡易保溫改造工程。通過改造前后采暖能耗、室內熱舒適度、小區(qū)環(huán)境噪聲三項指標長期監(jiān)測對比，結果表明該輕量化改造方案無需大面積開挖主干道地面，機組降噪效果符合居民區(qū)國家噪聲排放標準，改造后建筑采暖能耗相比原有老舊市政管網(wǎng)采暖下降33%。該方案適配老舊小區(qū)漸進式分樓棟改造模式，為國內大范圍老舊小區(qū)熱泵清潔采暖改造提供可行的成套設計方案。

關鍵詞：老舊小區(qū)改造；地源熱泵；淺埋地埋管；輕量化施工；降噪優(yōu)化；建筑圍護保溫

引言

我國大量上世紀90年代至21世紀初建成的城鎮(zhèn)居民老舊小區(qū)，市政集中供暖管網(wǎng)服役年限過長，管道銹蝕、保溫層脫落，管網(wǎng)輸送熱損耗高；建筑外墻無保溫層、門窗密封性差，室內熱量流失嚴重，冬季采暖能耗高且采暖溫度冷熱不均。對老舊小區(qū)進行全面管網(wǎng)翻新成本高昂，大面積開挖路面會破壞小區(qū)道路、綠化、地下原有水電管線，施工周期長，居民抵觸情緒強烈。

地源熱泵冷暖一體化方案可以擺脫老舊市政供暖管網(wǎng)束縛，但傳統(tǒng)深埋式集中地埋管需要大范圍開挖小區(qū)地面，在老舊小區(qū)難以落地。同時大型集中式熱泵機組放置在樓棟地面，運行振動與風機噪聲會嚴重影響低層住戶日常生活，降噪問題是老舊小區(qū)熱泵改造必須解決的民生問題。當前老舊小區(qū)熱泵改造缺少輕量化、低擾民、漸進式施工的成套方案，本文針對空間受限、降噪嚴苛兩大痛點開展改造設計研究。

1 老舊小區(qū)基礎現(xiàn)狀與改造約束條件

改造小區(qū)建成于2001年，共有8棟6層磚混居民樓，原有市政采暖管網(wǎng)銹蝕嚴重，管網(wǎng)熱損耗超過45%；外墻無保溫層，老式鋁合金門窗密封性差，散熱快；小區(qū)內部道路、地下管線排布密集，主干道不允許大面積開挖；小區(qū)空地僅有樓棟之間窄幅綠化帶，可利用空間狹小；低層住戶對設備噪聲敏感，白天夜間噪聲都有嚴格要求。

綜合改造約束：不能開挖主干道、只能利用綠化帶淺層空間布設管路、熱泵設備必須做深度降噪處理、可以分樓棟分批改造降低施工對居民的干擾。

2 輕量化地源熱泵改造+降噪成套方案

2.1 淺埋分散式地埋管輕量化布設

摒棄傳統(tǒng)深埋集中式地埋管，利用樓棟周邊綠化帶布設3~5m淺層水平地埋管，每棟樓配備獨立小型戶式風冷地源熱泵機組，實現(xiàn)單棟樓獨立冷暖供應。淺層埋管僅開挖綠化帶表層土體，不會破壞地下原有水電管線，施工完畢回填綠化，對小區(qū)整體環(huán)境破壞極小，可分樓棟漸進式施工，降低一次性施工擾民程度。

2.2 多級機組降噪減振系統(tǒng)設計

機組放置于樓棟北側閑置角落，設置三重降噪結構：機組底部加裝高強度橡膠減震基座，阻斷振動向建筑墻體傳導；機組外殼加裝吸音棉降噪外殼，降低風機空氣噪聲；熱泵進出水管路采用柔性波紋管連接，管路外壁包裹隔音保溫棉，消除管路流體振動噪聲；機組運行設置夜間低噪模式，夜間降低風機轉速，進一步減小噪聲值。

2.3 建筑圍護結構簡易保溫配套改造

同步對樓棟外墻噴涂薄層保溫涂料，更換樓棟公共區(qū)域老舊密封門窗，住戶室內門窗加裝密封條，以較低成本降低建筑熱量散失，提升熱泵系統(tǒng)整體換熱效率，減少機組長時間高負荷運轉帶來的能耗與噪聲。

3 改造后多指標監(jiān)測結果

選取其中一棟樓棟完成試點改造，連續(xù)一個采暖季開展監(jiān)測：采暖季室內溫度穩(wěn)定在19~23℃，冷熱均勻，解決了原有管網(wǎng)遠端樓棟采暖不達標問題；建筑整體采暖能耗相比老舊市政管網(wǎng)采暖下降33%；對機組周邊住戶開展24小時噪聲監(jiān)測，白天噪聲≤50dB，夜間噪聲≤40dB，符合《聲環(huán)境質量標準》居民區(qū)噪聲限值，無住戶投訴噪聲擾民問題；淺埋管方案施工周期短，分樓棟施工不會造成整個小區(qū)全面斷暖，居民接受度高。

4 結論與改造推廣策略

老舊小區(qū)地源熱泵改造不能照搬新建小區(qū)集中深埋式地埋管方案，淺埋水平地埋管+樓棟分散式小型熱泵是適配老舊小區(qū)空間約束的輕量化方案，搭配多級減振降噪結構能夠解決設備擾民的民生痛點，輔以簡易建筑保溫改造可以進一步提升系統(tǒng)節(jié)能效果，分樓棟漸進式施工能夠極大降低施工帶來的居民干擾。

在大范圍老舊小區(qū)改造落地時，可以結合老舊小區(qū)改造專項資金、清潔能源補貼降低改造費用；優(yōu)先改造管網(wǎng)老化最嚴重、采暖效果最差的樓棟，以試點樓棟的良好采暖、降噪效果打消其他樓棟居民的顧慮；施工前期做好管線探測工作，規(guī)避地下原有管線，保障施工安全。該輕量化改造模式為我國海量老舊小區(qū)實現(xiàn)清潔冷暖一體化改造開辟了一條低成本、低干擾、高適配的可行路徑。

參考文獻

[1] GB3096-2008，聲環(huán)境質量標準[S].

[2] 住建部.城鎮(zhèn)老舊小區(qū)改造技術導則[S].2021.

[3] 陳明.淺層水平埋管式地源熱泵應用特性研究[J].建筑節(jié)能,2022,50(09):76-81.

地源熱泵、淺層地源熱泵監(jiān)測系統(tǒng)全分類關鍵詞

一、基礎研究對象（地源熱泵體系）

熱泵系統(tǒng)類型

土壤源地埋管地源熱泵、閉式地埋管熱泵、地下水式水源熱泵、水平埋管換熱系統(tǒng)、豎直埋管換熱系統(tǒng)、冷暖聯(lián)供一體化熱泵、商用綜合體熱泵系統(tǒng)、住宅小區(qū)淺層地熱項目、超低能耗/零碳建筑配套熱泵、存量老舊地源熱泵改造項目、多能耦合復合熱泵（光伏+地源/空氣源+地源）

地層與熱源核心概念

淺層地層（0~200m）、變溫帶（0~24m）、深部恒溫增溫層（＞24m）、巖土熱物性、土壤導熱系數(shù)、地下含水層滲流、黏土隔水夾層、黃土裂隙地層、上海軟土富水地層、華北平原粉質黏土、土壤原始基準地溫場、土壤冷熱堆積、熱失衡、冷堆積、熱短路、地層溫度單向偏移、巖土熱承載力、年均地層溫升/溫降、地下水礦化度、地熱循環(huán)介質

系統(tǒng)老化失效誘因

土壤熱失衡誘發(fā)機組衰減、熱泵壓縮機老化磨損、板式換熱器結垢堵塞、循環(huán)水泵揚程衰減、管路鈣鎂硅垢淤堵、PE埋管滲漏、管路氣堵、砂堵、微生物結晶垢堵、冷熱負荷差值超標、無常態(tài)化地溫監(jiān)測、全年連續(xù)滿負荷運行、取灌水量失衡、回灌通道淤堵、地層沉降道路開裂

二、京/滬/津/陜四省市淺層地熱監(jiān)測地方標準關鍵詞

標準編號全稱

DB11/T 1956-2022《地熱動態(tài)監(jiān)測規(guī)范》、DB11/T2412《地埋管地源熱泵監(jiān)測系統(tǒng)建設技術規(guī)范》、DG/TJ08-2324上?！稖\層地熱能開發(fā)利用監(jiān)測技術標準》、DB12/T 608-2015天津《淺層地熱能地質環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)程》、DB61/T 1193-2018陜西《淺層地熱能開發(fā)利用地質環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》、NB/T10278-2019國家淺層地熱監(jiān)測規(guī)范

四大標準統(tǒng)一強制共性條款

三類監(jiān)測孔標準化布設（換熱監(jiān)測孔、換熱影響監(jiān)測孔、常溫背景監(jiān)測孔）、厚度＞6m土層單獨分層布設測點、測溫傳感器精度±0.2℃、監(jiān)測孔回填介質與換熱孔一致、井口配套檢修井室、24小時不間斷自動采集、本地+云端雙備份存儲、監(jiān)測影像/時序數(shù)據(jù)作為竣工驗收法定檔案、Modbus-RTU標準通訊協(xié)議、年度地熱監(jiān)測報告強制歸檔、監(jiān)測孔距換熱區(qū)邊緣≥10m

各地差異化標準專屬關鍵詞

北京地標：變溫帶2m加密測點、深部地層10m等間距布設、冷熱平衡量化計算、地層溫度時序曲線、數(shù)據(jù)直連市級地熱監(jiān)管平臺、大面積埋管群全域熱擾動評估、北方供暖季地層降溫動態(tài)預警、管道插入式流量/水溫雙監(jiān)測

上海地標：24m梯度分層測點（＜24m≤2m、＞24m≤10m）、四代測溫元件迭代劃分、可插拔模塊化多點測溫探頭、±0.1℃高精度數(shù)字傳感強制要求、多層軟土滲流耦合監(jiān)測、市級統(tǒng)一地熱大數(shù)據(jù)平臺聯(lián)網(wǎng)、渾濁地下水定向補光測溫設備、信用懲戒數(shù)字化監(jiān)管

天津地標：冷暖建筑面積分級配置監(jiān)測孔（3000㎡/10000㎡面積閾值）、DN40 PE/鍍鋅測溫保護管標準化、管內注水導熱工藝、中小型商用熱泵簡化監(jiān)測配置、野外分體式便攜絞車、施工管材標準化圖集

陜西地標：黃土裂隙地層防滲封堵工藝、高低溫地層分層保護、淺層/中深層地熱聯(lián)合監(jiān)測、黃土高原地層溫升長期觀測、監(jiān)測孔多層防滲密封結構、區(qū)域采灌均衡管控、黃土塌陷隱患地層溫度預警、地質環(huán)境年度核查配套監(jiān)測資料

上海地標四代測溫元件迭代劃分

第一代熱電偶（單點模擬、精度±0.5℃、易信號干擾）、第二代PT1000單點模擬探頭、第三代數(shù)字多點分布式測溫、第四代可插拔模塊化多點測溫元件（大型示范項目標配）

三、淺層地源熱泵監(jiān)測系統(tǒng)整機（北京鴻鷗成運HO系列）

成套監(jiān)測主機系統(tǒng)

淺層地溫遠程監(jiān)測系統(tǒng)、地源熱泵一體化監(jiān)測控制柜、多參數(shù)綜合采集平臺、野外低功耗NB-IoT無線RTU終端、屏幕式工業(yè)觸控采集主機、淺層地熱標準化監(jiān)測成套設備、分布式光纖DTS測溫系統(tǒng)

細分硬件配件

PT1000高精度溫度傳感器、±0.1℃/±0.2℃分層測溫探頭、可插拔模塊化多點測溫元件、φ42細徑測溫探頭、316L/鈦合金防腐測溫保護管、DN40鍍鋅/PE監(jiān)測測井管、防腐耐磨鎧裝測井線纜、±1cm高精度深度編碼器、自動排線電動排線絞車、井下耐磨扶正器、野外太陽能光伏供電套件、大容量鋰電池低功耗模塊、管道插入式流量計、內嵌式超聲水表（水資源稅計量）、分層多點測溫電纜、孔口密封保護組件、自動除霧加熱鏡頭模塊

配套專用分析軟件

HO系列淺層地熱監(jiān)測分析軟件、地層溫度時序存儲系統(tǒng)、360°地層剖面自動生成工具、土壤熱平衡自動測算模塊、AI冷熱失衡智能預警系統(tǒng)、多期地層溫度疊加對比工具、標準化工程驗收報告導出工具、多參數(shù)聯(lián)動分析平臺、支持二次開發(fā)對接地方地熱監(jiān)管大數(shù)據(jù)、離線單機數(shù)據(jù)分析軟件

四、監(jiān)測系統(tǒng)全流程應用功能關鍵詞

地層溫度常態(tài)化監(jiān)測

分層地層溫度連續(xù)采集、變溫帶溫度波動長期跟蹤、深部恒溫地層基準測溫、原始背景地層溫度對比、冷熱堆積厚度量化測算、年均地層溫升/溫降統(tǒng)計、巖土熱承載力評估、土壤熱平衡分級判定（輕度/中度/重度失衡）

土壤熱失衡智能預警調控

冷熱負荷差值量化分析、地層單向溫度偏移閾值自動報警、熱短路空洞識別、提前預判機組能效衰減、輔助間歇輪換運行調控、多能源耦合補熱/散熱方案數(shù)據(jù)支撐、年度地層溫度演化趨勢建檔

工程施工與竣工驗收配套

監(jiān)測孔成井施工質量核驗、分層測溫點位深度校準、監(jiān)測孔回填工藝核驗、新建地源熱泵竣工資料編制、存量老舊熱泵改造復測、節(jié)能建筑/超低能耗建筑評審、地熱取水許可年度核查、水資源稅計量數(shù)據(jù)歸檔

多參數(shù)耦合聯(lián)動監(jiān)測

分層地溫采集、循環(huán)管路流量監(jiān)測、熱泵機組用電能耗同步采集、埋管進出水溫一體化采集、地下水水位動態(tài)監(jiān)測、取灌水量同步計量、回灌失衡滲漏通道輔助勘察、光伏-地源熱泵多能耦合全域監(jiān)測、水質pH/電導率在線監(jiān)測

環(huán)保、自然資源合規(guī)長效歸檔

淺層地熱資源年度普查、礦山地質環(huán)境年度核查、CCER碳減排自動核算、地下水污染風險管控、不可篡改時序數(shù)據(jù)長期存儲、政府地熱監(jiān)管平臺實時聯(lián)網(wǎng)、閉坑/復墾地質環(huán)境評估資料、淺層地熱開發(fā)全生命周期數(shù)字檔案

五、監(jiān)測系統(tǒng)技術性能參數(shù)關鍵詞

分層測點布設間距2m/10m、測溫精度±0.1℃/±0.2℃、IP68全密封防水、鈦合金耐酸堿高溫防腐結構、500~3000米長線纜數(shù)字無損傳輸、無畫面/數(shù)據(jù)衰減、360°云臺同步定向補光、5級亮度可調光源、0.05mm級細微裂隙清晰識別、分體式輕量化便攜、市電/鋰電/太陽能三供電模式、全天候自動定時采集、NB-IoT低功耗無線傳輸、深度定位精度±1cm、本地SD卡循環(huán)存儲、斷網(wǎng)數(shù)據(jù)緩存、單口1000m監(jiān)測孔30分鐘完成全段掃描、Modbus-RTU標準化通訊協(xié)議、數(shù)據(jù)采集間隔10min/30min/24h分級設置

六、熱平衡修復、老舊熱泵提質改造配套關鍵詞

間歇輪換運行調控、分區(qū)分時換熱管控、錯峰負荷調節(jié)、太陽能輔助補熱/散熱、空氣源輔助散熱、跨季節(jié)巖土儲熱BTES、管路物理清洗（高壓脈沖/機械刮管/氣舉反循環(huán)）、化學酸洗緩蝕除垢、新增換熱鉆孔擴容、地層水力壓裂改造、循環(huán)水泵變頻節(jié)能改造、老舊壓縮機更換、防凍液整體更換、管路內襯防腐修復、存量熱泵加裝監(jiān)測系統(tǒng)、PLC自控系統(tǒng)智能化升級、淺層地熱一體化監(jiān)測改造

七、工程落地使用單位、行業(yè)價值關鍵詞

地熱開發(fā)運維企業(yè)、熱力公司、地質勘察設計院、自然資源局地熱監(jiān)管科室、第三方環(huán)境檢測機構、高校巖土實驗室、零碳園區(qū)建設單位、鄉(xiāng)村供暖改造項目、淺層地熱資源普查單位

可視化定量監(jiān)測、摒棄人工間斷測井、削減勘察鉆探工期成本、提前規(guī)避地下熱失衡地質隱患、延長地源熱泵穩(wěn)定運行壽命、降低建筑冷暖能耗、國產化設備替代進口、同等性能采購成本降低40%、24小時全國駐場應急售后、年度免費傳感器校準防腐維護、成套一體化多參數(shù)監(jiān)測解決方案、智慧地熱數(shù)字化管控、雙碳目標能耗量化支撐、符合京滬津陜地方地熱監(jiān)測規(guī)范、滿足自然資源廳年度評審歸檔要求