關(guān)于地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)地埋管施工技術(shù)的探討

杜先和

一、地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)概述

1、地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的概念。資源與環(huán)境是人類(lèi)賴(lài)以生存與發(fā)展的基礎(chǔ)，也是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)化、健康化發(fā)展的重要保障。近年來(lái)，就如何更好的開(kāi)發(fā)淺層地?zé)崮苜Y源，推廣地源熱泵技術(shù)，以利用可再生能源來(lái)解決供熱與制冷問(wèn)題，已引起了國(guó)家的高度重視。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是一種有效利用淺層地?zé)崮苜Y源（土壤、地下水、地表水），以此實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。當(dāng)熱泵在制熱模式時(shí)，能從淺層地能資源中吸收熱能；當(dāng)熱泵在制冷模式時(shí)，還能將多余熱量排放到土壤、地下水或地表水中，因此具有節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)各地工程建設(shè)中得到了廣泛的普及與應(yīng)用。

2、地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)。根據(jù)所利用淺層地?zé)崮苜Y源的不同，地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)又可細(xì)分為土壤源（地埋管）熱泵空調(diào)系統(tǒng)、地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)和地表水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)這三類(lèi)。本文所特指的是土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，它是利用傳熱介質(zhì)（主要是水）通過(guò)豎直埋管或水平埋管，與土壤進(jìn)行熱交換的系統(tǒng)形式，其主要應(yīng)用特點(diǎn)為：采用土壤源作為熱泵機(jī)組的低位熱源，機(jī)組系統(tǒng)不需要風(fēng)機(jī)，其振動(dòng)和噪音都較小，對(duì)周?chē)h(huán)境影響小；運(yùn)行中不需要除霜，節(jié)省了維護(hù)檢修費(fèi)用，提高了熱泵空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；與地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)、地表水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)相比，其適用范圍更廣，且不用受到地下水或地表水資源條件的限制。

二、地埋管施工前的技術(shù)準(zhǔn)備工作

1、工程勘測(cè)、平整場(chǎng)地。在進(jìn)行地下埋管施工之前，應(yīng)首先做好工程勘測(cè)工作，需要詳細(xì)了解和掌握工程勘測(cè)資料、設(shè)計(jì)圖樣，以及埋管場(chǎng)地內(nèi)已有地下管線、其它地下構(gòu)筑物的功能及其準(zhǔn)確位置等等，并以此為基礎(chǔ)制定系統(tǒng)、完善的施工組織設(shè)計(jì)或施工方案。在方案設(shè)計(jì)中，應(yīng)重點(diǎn)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況，選擇合適的鉆孔設(shè)備。另外，在地下埋管施工之前，還應(yīng)做好對(duì)鉆孔處的施工現(xiàn)場(chǎng)的地面清理、雜物清除和平整場(chǎng)地，從而為PE管的連接、設(shè)備與材料的堆放，以及施工人員的操作提供充足的場(chǎng)地空間。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)對(duì)場(chǎng)地中的地下管線、市政設(shè)施等作出明確的標(biāo)記。

2、管道布置方式的選擇。根據(jù)管道布置方式的不同，地埋管主要可分為水平式地埋管和垂直式地埋管兩類(lèi)（見(jiàn)下圖1所示）。其中，水平式地埋管的特點(diǎn)是施工費(fèi)用少，施工難度較小，但是單位管換熱量偏低，且占地面積大；而垂直式地埋管的特點(diǎn)是占地面積少，單位管換熱量相對(duì)較高，但是施工難度和施工費(fèi)用都較高。

在管道布置方式的具體選擇時(shí)，應(yīng)綜合考慮到可利用土地面積、場(chǎng)地土壤類(lèi)型以及挖掘費(fèi)用等多種因素而決定。如果存在大量土地面積使用，且場(chǎng)地內(nèi)沒(méi)有堅(jiān)硬巖石時(shí)，可考慮選擇較為經(jīng)濟(jì)的水平式地埋管；而如果土地面積不足，或者場(chǎng)地內(nèi)垂直鉆孔較為容易且費(fèi)用較低時(shí)，則適宜選擇垂直式地埋管。近年來(lái)，隨著城市建筑面積的日益緊缺，垂直式地埋管逐漸成為了管道布置的主要方式。在本文中，也主要分析的是垂直式地埋管的施工技術(shù)要點(diǎn)。

3、管道的驗(yàn)收及保護(hù)。當(dāng)?shù)芈窆芩韫懿倪\(yùn)送到施工場(chǎng)地后，應(yīng)當(dāng)采用試壓裝置進(jìn)行檢漏試驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后方能用于施工建設(shè)。在管道的存放時(shí)，不宜長(zhǎng)時(shí)間直接暴露在陽(yáng)光下，而應(yīng)用彩條帶覆蓋，以防止管道老化；在管道的搬運(yùn)時(shí)，應(yīng)做到輕拿輕放，可采用柔韌性較好的吊繩、吊帶進(jìn)行裝卸和運(yùn)輸，嚴(yán)禁直接拋摔或沿地拖曳。

三、地埋管施工技術(shù)要點(diǎn)分析

地埋管的主要施工工藝流程為：鉆孔施工→U型管組裝→U型管下管安裝→灌漿回填→水平干管與垂直管連接安裝→系統(tǒng)調(diào)試與檢驗(yàn)。

1、鉆孔施工。在施工現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求逐一鉆孔施工，其孔徑一般為130～150mm，要求孔徑的大小以方便插入U(xiǎn)形管為宜，鉆孔點(diǎn)的誤差不得超過(guò)5cm。為保證U型管能順利、安全的插入孔底，必要時(shí)還應(yīng)當(dāng)對(duì)孔壁進(jìn)行固化處理。在鉆孔施工中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)場(chǎng)地地質(zhì)情況、地下管線敷設(shè)情況的了解與掌握，通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整鉆孔的深度、數(shù)量及位置，以滿足設(shè)計(jì)要求，以盡量減少對(duì)原地下工程和管線的影響。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)孔鉆完成以后，還應(yīng)當(dāng)做好對(duì)鉆孔周邊土層熱物性的測(cè)定，以此作為設(shè)計(jì)方案適當(dāng)調(diào)整的技術(shù)依據(jù)。

2、U型管現(xiàn)場(chǎng)組裝、下管安裝。U型管是指由需要下井安裝的PE管、連接件（U型彎）所制作成的U型管道。它通常是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝與切割，以滿足可能出現(xiàn)的設(shè)計(jì)變更或者鉆孔深度調(diào)整的需要。在U型管下管安裝之前，還應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行第一次水壓試驗(yàn)，要求在15min的穩(wěn)壓試驗(yàn)下，管道的壓力降不得超過(guò)3%，且管道無(wú)泄漏現(xiàn)象，然后再將管道的兩個(gè)端口進(jìn)行密封處理，以防止雜物的進(jìn)入。U型管的下管安裝通常采用的是人工下管的方式，應(yīng)在鉆孔施工后立即進(jìn)行，以避免因孔洞擱置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而出現(xiàn)局部堵塞的問(wèn)題，導(dǎo)致下管安裝的困難。在U型管的端部應(yīng)設(shè)置套管防護(hù)，以避免在下管過(guò)程中U型管受到損傷。如孔洞內(nèi)存在大量積水情況時(shí)，為了避免水的浮力影響，在U型管內(nèi)也應(yīng)當(dāng)充滿水以增加管道的自重。在下管過(guò)程中，還可在管道上每隔2～4m設(shè)置一個(gè)固定支卡，通過(guò)這種方式使U型管兩個(gè)支管得以分開(kāi)，以提高單位管道的換熱效果。當(dāng)U型管下管安裝完成后，應(yīng)進(jìn)行第二次水壓試驗(yàn)，要求在在30min的穩(wěn)壓試驗(yàn)下，管道的壓力降不得超過(guò)3%，且管道無(wú)泄漏現(xiàn)象。確認(rèn)管道無(wú)滲漏問(wèn)題以后，方能回填施工。

3、灌漿回填。在管道下管安裝結(jié)束，并完成水壓試驗(yàn)以后，應(yīng)立即采用灌漿材料進(jìn)行孔洞的封堵回填，灌漿材料多采用由膨脹土和細(xì)砂所組成的混合漿料。灌漿的目的，一方面是強(qiáng)化埋地管與孔壁之間的傳熱性，以滿足熱泵機(jī)組對(duì)地源傳熱的要求；另一方面還能起到對(duì)環(huán)境保護(hù)的作用，不僅能防止地表污染物滲漏到鉆孔中，而且還能有效避免不同含水層水質(zhì)的混合、串通，起到隔離含水層的作用。

4、水平干管與垂直管連接安裝。水平干管與垂直管安裝過(guò)程中，首先在場(chǎng)地地面連接成若干數(shù)量的管段，然后再放置到已挖好的溝槽中與U型管進(jìn)行連接，從而形成一個(gè)完整的閉式環(huán)路。為避免分集水器受到外界因素影響，要求溝槽的挖設(shè)深度應(yīng)盡量加大，適宜控制在1.5m左右，對(duì)已挖好的溝槽的底部應(yīng)當(dāng)嚴(yán)密夯實(shí)，并鋪設(shè)一層細(xì)砂，溝槽的坡度宜控制在3‰～5‰左右。垂直管與環(huán)路水平干管連接完成后，應(yīng)進(jìn)行第三次水壓試驗(yàn)，要求在在2h的穩(wěn)壓試驗(yàn)下，管道的壓力降不得超過(guò)3%，且管道無(wú)泄漏現(xiàn)象。

總結(jié)

本文從地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)出發(fā)，并著重就其地埋管的施工技術(shù)準(zhǔn)備及施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析與探討。地埋管作為地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)中的關(guān)鍵裝置，其施工質(zhì)量將直接關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行的安全、可靠。為此，我們應(yīng)通過(guò)合理制定施工方案，做好施工技術(shù)準(zhǔn)備，并加強(qiáng)對(duì)相關(guān)施工技術(shù)要點(diǎn)的掌握，從而有效保證地埋管的施工質(zhì)量，以確保熱泵空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與持續(xù)性。

（作者單位：浙江地源能源環(huán)境有限公司）