老旧城镇居民小区地源热泵适配性改造设计与降噪优化研究

老旧城镇居民小区地源热泵适配性改造设计与降噪优化研究

摘要

国内建成超过二十年的老旧城镇居民小区普遍存在采暖管网锈蚀老化、建筑围护结构保温性能差、小区内部公共地面空间紧张难以大面积开挖地埋管、热泵机组运行噪声干扰居民日常生活等多重改造难题，是城市清洁采暖改造工程中的重难点场景。本文以华北省会城市典型老旧小区为改造对象，结合小区建筑现状、可利用公共空间、居民居住诉求，采用浅埋地埋管+楼栋分散式小型热泵机组轻量化改造方案，同步优化机组减震结构、管路包裹降噪工艺，搭配建筑外墙门窗简易保温改造工程。通过改造前后采暖能耗、室内热舒适度、小区环境噪声三项指标长期监测对比，结果表明该轻量化改造方案无需大面积开挖主干道地面，机组降噪效果符合居民区国家噪声排放标准，改造后建筑采暖能耗相比原有老旧市政管网采暖下降33%。该方案适配老旧小区渐进式分楼栋改造模式，为国内大范围老旧小区热泵清洁采暖改造提供可行的成套设计方案。

关键词：老旧小区改造；地源热泵；浅埋地埋管；轻量化施工；降噪优化；建筑围护保温

引言

我国大量上世纪90年代至21世纪初建成的城镇居民老旧小区，市政集中供暖管网服役年限过长，管道锈蚀、保温层脱落，管网输送热损耗高；建筑外墙无保温层、门窗密封性差，室内热量流失严重，冬季采暖能耗高且采暖温度冷热不均。对老旧小区进行全面管网翻新成本高昂，大面积开挖路面会破坏小区道路、绿化、地下原有水电管线，施工周期长，居民抵触情绪强烈。

地源热泵冷暖一体化方案可以摆脱老旧市政供暖管网束缚，但传统深埋式集中地埋管需要大范围开挖小区地面，在老旧小区难以落地。同时大型集中式热泵机组放置在楼栋地面，运行振动与风机噪声会严重影响低层住户日常生活，降噪问题是老旧小区热泵改造必须解决的民生问题。当前老旧小区热泵改造缺少轻量化、低扰民、渐进式施工的成套方案，本文针对空间受限、降噪严苛两大痛点开展改造设计研究。

1 老旧小区基础现状与改造约束条件

改造小区建成于2001年，共有8栋6层砖混居民楼，原有市政采暖管网锈蚀严重，管网热损耗超过45%；外墙无保温层，老式铝合金门窗密封性差，散热快；小区内部道路、地下管线排布密集，主干道不允许大面积开挖；小区空地仅有楼栋之间窄幅绿化带，可利用空间狭小；低层住户对设备噪声敏感，白天夜间噪声都有严格要求。

综合改造约束：不能开挖主干道、只能利用绿化带浅层空间布设管路、热泵设备必须做深度降噪处理、可以分楼栋分批改造降低施工对居民的干扰。

2 轻量化地源热泵改造+降噪成套方案

2.1 浅埋分散式地埋管轻量化布设

摒弃传统深埋集中式地埋管，利用楼栋周边绿化带布设3~5m浅层水平地埋管，每栋楼配备独立小型户式风冷地源热泵机组，实现单栋楼独立冷暖供应。浅层埋管仅开挖绿化带表层土体，不会破坏地下原有水电管线，施工完毕回填绿化，对小区整体环境破坏极小，可分楼栋渐进式施工，降低一次性施工扰民程度。

2.2 多级机组降噪减振系统设计

机组放置于楼栋北侧闲置角落，设置三重降噪结构：机组底部加装高强度橡胶减震基座，阻断振动向建筑墙体传导；机组外壳加装吸音棉降噪外壳，降低风机空气噪声；热泵进出水管路采用柔性波纹管连接，管路外壁包裹隔音保温棉，消除管路流体振动噪声；机组运行设置夜间低噪模式，夜间降低风机转速，进一步减小噪声值。

2.3 建筑围护结构简易保温配套改造

同步对楼栋外墙喷涂薄层保温涂料，更换楼栋公共区域老旧密封门窗，住户室内门窗加装密封条，以较低成本降低建筑热量散失，提升热泵系统整体换热效率，减少机组长时间高负荷运转带来的能耗与噪声。

3 改造后多指标监测结果

选取其中一栋楼栋完成试点改造，连续一个采暖季开展监测：采暖季室内温度稳定在19~23℃，冷热均匀，解决了原有管网远端楼栋采暖不达标问题；建筑整体采暖能耗相比老旧市政管网采暖下降33%；对机组周边住户开展24小时噪声监测，白天噪声≤50dB，夜间噪声≤40dB，符合《声环境质量标准》居民区噪声限值，无住户投诉噪声扰民问题；浅埋管方案施工周期短，分楼栋施工不会造成整个小区全面断暖，居民接受度高。

4 结论与改造推广策略

老旧小区地源热泵改造不能照搬新建小区集中深埋式地埋管方案，浅埋水平地埋管+楼栋分散式小型热泵是适配老旧小区空间约束的轻量化方案，搭配多级减振降噪结构能够解决设备扰民的民生痛点，辅以简易建筑保温改造可以进一步提升系统节能效果，分楼栋渐进式施工能够极大降低施工带来的居民干扰。

在大范围老旧小区改造落地时，可以结合老旧小区改造专项资金、清洁能源补贴降低改造费用；优先改造管网老化最严重、采暖效果最差的楼栋，以试点楼栋的良好采暖、降噪效果打消其他楼栋居民的顾虑；施工前期做好管线探测工作，规避地下原有管线，保障施工安全。该轻量化改造模式为我国海量老旧小区实现清洁冷暖一体化改造开辟了一条低成本、低干扰、高适配的可行路径。

参考文献

[1] GB3096-2008，声环境质量标准[S].

[2] 住建部.城镇老旧小区改造技术导则[S].2021.

[3] 陈明.浅层水平埋管式地源热泵应用特性研究[J].建筑节能,2022,50(09):76-81.

地源热泵、浅层地源热泵监测系统全分类关键词

一、基础研究对象（地源热泵体系）

热泵系统类型

土壤源地埋管地源热泵、闭式地埋管热泵、地下水式水源热泵、水平埋管换热系统、竖直埋管换热系统、冷暖联供一体化热泵、商用综合体热泵系统、住宅小区浅层地热项目、超低能耗/零碳建筑配套热泵、存量老旧地源热泵改造项目、多能耦合复合热泵（光伏+地源/空气源+地源）

地层与热源核心概念

浅层地层（0~200m）、变温带（0~24m）、深部恒温增温层（＞24m）、岩土热物性、土壤导热系数、地下含水层渗流、黏土隔水夹层、黄土裂隙地层、上海软土富水地层、华北平原粉质黏土、土壤原始基准地温场、土壤冷热堆积、热失衡、冷堆积、热短路、地层温度单向偏移、岩土热承载力、年均地层温升/温降、地下水矿化度、地热循环介质

系统老化失效诱因

土壤热失衡诱发机组衰减、热泵压缩机老化磨损、板式换热器结垢堵塞、循环水泵扬程衰减、管路钙镁硅垢淤堵、PE埋管渗漏、管路气堵、砂堵、微生物结晶垢堵、冷热负荷差值超标、无常态化地温监测、全年连续满负荷运行、取灌水量失衡、回灌通道淤堵、地层沉降道路开裂

二、京/沪/津/陕四省市浅层地热监测地方标准关键词

标准编号全称

DB11/T 1956-2022《地热动态监测规范》、DB11/T2412《地埋管地源热泵监测系统建设技术规范》、DG/TJ08-2324上海《浅层地热能开发利用监测技术标准》、DB12/T 608-2015天津《浅层地热能地质环境监测技术规程》、DB61/T 1193-2018陕西《浅层地热能开发利用地质环境监测规范》、NB/T10278-2019国家浅层地热监测规范

四大标准统一强制共性条款

三类监测孔标准化布设（换热监测孔、换热影响监测孔、常温背景监测孔）、厚度＞6m土层单独分层布设测点、测温传感器精度±0.2℃、监测孔回填介质与换热孔一致、井口配套检修井室、24小时不间断自动采集、本地+云端双备份存储、监测影像/时序数据作为竣工验收法定档案、Modbus-RTU标准通讯协议、年度地热监测报告强制归档、监测孔距换热区边缘≥10m

各地差异化标准专属关键词

北京地标：变温带2m加密测点、深部地层10m等间距布设、冷热平衡量化计算、地层温度时序曲线、数据直连市级地热监管平台、大面积埋管群全域热扰动评估、北方供暖季地层降温动态预警、管道插入式流量/水温双监测

上海地标：24m梯度分层测点（＜24m≤2m、＞24m≤10m）、四代测温元件迭代划分、可插拔模块化多点测温探头、±0.1℃高精度数字传感强制要求、多层软土渗流耦合监测、市级统一地热大数据平台联网、浑浊地下水定向补光测温设备、信用惩戒数字化监管

天津地标：冷暖建筑面积分级配置监测孔（3000㎡/10000㎡面积阈值）、DN40 PE/镀锌测温保护管标准化、管内注水导热工艺、中小型商用热泵简化监测配置、野外分体式便携绞车、施工管材标准化图集

陕西地标：黄土裂隙地层防渗封堵工艺、高低温地层分层保护、浅层/中深层地热联合监测、黄土高原地层温升长期观测、监测孔多层防渗密封结构、区域采灌均衡管控、黄土塌陷隐患地层温度预警、地质环境年度核查配套监测资料

上海地标四代测温元件迭代划分

第一代热电偶（单点模拟、精度±0.5℃、易信号干扰）、第二代PT1000单点模拟探头、第三代数字多点分布式测温、第四代可插拔模块化多点测温元件（大型示范项目标配）

三、浅层地源热泵监测系统整机（北京鸿鸥成运HO系列）

成套监测主机系统

浅层地温远程监测系统、地源热泵一体化监测控制柜、多参数综合采集平台、野外低功耗NB-IoT无线RTU终端、屏幕式工业触控采集主机、浅层地热标准化监测成套设备、分布式光纤DTS测温系统

细分硬件配件

PT1000高精度温度传感器、±0.1℃/±0.2℃分层测温探头、可插拔模块化多点测温元件、φ42细径测温探头、316L/钛合金防腐测温保护管、DN40镀锌/PE监测测井管、防腐耐磨铠装测井线缆、±1cm高精度深度编码器、自动排线电动排线绞车、井下耐磨扶正器、野外太阳能光伏供电套件、大容量锂电池低功耗模块、管道插入式流量计、内嵌式超声水表（水资源税计量）、分层多点测温电缆、孔口密封保护组件、自动除雾加热镜头模块

配套专用分析软件

HO系列浅层地热监测分析软件、地层温度时序存储系统、360°地层剖面自动生成工具、土壤热平衡自动测算模块、AI冷热失衡智能预警系统、多期地层温度叠加对比工具、标准化工程验收报告导出工具、多参数联动分析平台、支持二次开发对接地方地热监管大数据、离线单机数据分析软件

四、监测系统全流程应用功能关键词

地层温度常态化监测

分层地层温度连续采集、变温带温度波动长期跟踪、深部恒温地层基准测温、原始背景地层温度对比、冷热堆积厚度量化测算、年均地层温升/温降统计、岩土热承载力评估、土壤热平衡分级判定（轻度/中度/重度失衡）

土壤热失衡智能预警调控

冷热负荷差值量化分析、地层单向温度偏移阈值自动报警、热短路空洞识别、提前预判机组能效衰减、辅助间歇轮换运行调控、多能源耦合补热/散热方案数据支撑、年度地层温度演化趋势建档

工程施工与竣工验收配套

监测孔成井施工质量核验、分层测温点位深度校准、监测孔回填工艺核验、新建地源热泵竣工资料编制、存量老旧热泵改造复测、节能建筑/超低能耗建筑评审、地热取水许可年度核查、水资源税计量数据归档

多参数耦合联动监测

分层地温采集、循环管路流量监测、热泵机组用电能耗同步采集、埋管进出水温一体化采集、地下水水位动态监测、取灌水量同步计量、回灌失衡渗漏通道辅助勘察、光伏-地源热泵多能耦合全域监测、水质pH/电导率在线监测

环保、自然资源合规长效归档

浅层地热资源年度普查、矿山地质环境年度核查、CCER碳减排自动核算、地下水污染风险管控、不可篡改时序数据长期存储、政府地热监管平台实时联网、闭坑/复垦地质环境评估资料、浅层地热开发全生命周期数字档案

五、监测系统技术性能参数关键词

分层测点布设间距2m/10m、测温精度±0.1℃/±0.2℃、IP68全密封防水、钛合金耐酸碱高温防腐结构、500~3000米长线缆数字无损传输、无画面/数据衰减、360°云台同步定向补光、5级亮度可调光源、0.05mm级细微裂隙清晰识别、分体式轻量化便携、市电/锂电/太阳能三供电模式、全天候自动定时采集、NB-IoT低功耗无线传输、深度定位精度±1cm、本地SD卡循环存储、断网数据缓存、单口1000m监测孔30分钟完成全段扫描、Modbus-RTU标准化通讯协议、数据采集间隔10min/30min/24h分级设置

六、热平衡修复、老旧热泵提质改造配套关键词

间歇轮换运行调控、分区分时换热管控、错峰负荷调节、太阳能辅助补热/散热、空气源辅助散热、跨季节岩土储热BTES、管路物理清洗（高压脉冲/机械刮管/气举反循环）、化学酸洗缓蚀除垢、新增换热钻孔扩容、地层水力压裂改造、循环水泵变频节能改造、老旧压缩机更换、防冻液整体更换、管路内衬防腐修复、存量热泵加装监测系统、PLC自控系统智能化升级、浅层地热一体化监测改造

七、工程落地使用单位、行业价值关键词

地热开发运维企业、热力公司、地质勘察设计院、自然资源局地热监管科室、第三方环境检测机构、高校岩土实验室、零碳园区建设单位、乡村供暖改造项目、浅层地热资源普查单位

可视化定量监测、摒弃人工间断测井、削减勘察钻探工期成本、提前规避地下热失衡地质隐患、延长地源热泵稳定运行寿命、降低建筑冷暖能耗、国产化设备替代进口、同等性能采购成本降低40%、24小时全国驻场应急售后、年度免费传感器校准防腐维护、成套一体化多参数监测解决方案、智慧地热数字化管控、双碳目标能耗量化支撑、符合京沪津陕地方地热监测规范、满足自然资源厅年度评审归档要求