地源熱泵施工工藝

□文 /王樹偉

在夏季空調(diào)、冬季采暖與供熱所消耗的能量占建筑物總能耗比例很高。特別是冬季采暖用的燃煤鍋爐、燃油鍋爐的大量使用，給大氣環(huán)境造成了極大的污染。因此，建筑物污染控制和節(jié)能已是國民經(jīng)濟發(fā)展的一個重大問題。傳統(tǒng)的采暖空調(diào)模式因其產(chǎn)生的環(huán)境污染的正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[1]。地源熱泵是利用自然環(huán)境地表層下貯存的能量，通過吸取、傳送、制冷劑循環(huán)等系統(tǒng)提高或降低室內(nèi)溫度，提供一個舒適的室內(nèi)環(huán)境。

1 工程概況

天津陳塘科技商務(wù)區(qū)1-2號地項目分為辦公樓和酒店2棟建筑，總建筑面積為103 200 m2，地源熱泵系統(tǒng)主要用于辦公樓，空調(diào)形式為風(fēng)機盤管。供熱時采用地源熱泵冷熱水機組供熱，在能量無法滿足時采用2臺燃?xì)庹婵諢崴畽C組作為輔助熱源，供冷時采用地源熱泵冷熱水機組供冷，水池單獨供冷，地源熱泵冷熱水機組和水池聯(lián)合供冷，地源熱泵冷熱水機組蓄冷四種模式。

2 施工工藝

2.1 鉆孔成井

鉆孔施工前應(yīng)對埋管現(xiàn)場的地質(zhì)情況進行了解，對現(xiàn)場進行勘察，特別要注意是否有地下管線及其準(zhǔn)確位置。對地面進行清理，平整場地，確定鉆孔具體位置。

2.1.1 測量定位

由專門的測量人員，利用全站儀或經(jīng)緯儀定出井位控制網(wǎng)，依據(jù)控制網(wǎng)逐一定出井位，井位誤差≯10 cm并用木樁標(biāo)示出井口。

2.1.2 引孔

引孔采用XY-100型或XY-150型鉆機引孔。鉆機就位前，先核對孔位，就位后調(diào)平鉆機，挖孔泥漿池。

1）泥漿池。每4個井位設(shè)置泥漿池1個，尺寸1 m×1 m×1 m，各鉆孔口應(yīng)挖明溝與泥漿池形成循環(huán)回路，嚴(yán)禁泥漿在地面散流。泥漿池裝滿泥漿后，應(yīng)及時運到指定地點排放，4個鉆孔完成后，應(yīng)及時回填泥漿池[2]。

2）鉆進。用直徑150 mm三葉鉆頭或巖芯管鉆進，采用泥漿護壁，鉆至基巖30 cm后即可終孔。

3）下套管。成孔后，檢查是否有垮孔情況，確認(rèn)無垮孔后，拆除鉆桿，用鉆機下放φ146 mm套管，至基巖面。

2.1.3 潛孔錘鉆機施工

引孔完成后，潛孔錘鉆機就位，采用DML-80型潛孔錘鉆機施工。

1）首先用潛孔錘鉆機下壓套管，檢查套管是否下到基巖面。

2）做好防塵準(zhǔn)備。在鉆機開鉆前，用木樁或防塵布在孔周圍形成圍欄，防止飛漿或飛塵。

3）開啟空壓機。采用用1臺"阿特拉斯"中高風(fēng)壓空壓機。

4）利用110沖擊器鉆進，直至達到設(shè)計要求。鉆進過程中，如果有較大灰塵溢出，則在鉆桿中加入適量清水，保證鉆進過程中沒有巖塵飛溢[3]。

2.2 預(yù)制PE管

PE管的預(yù)制是將需要下井的PE管、連接件（U型彎等）制作成型，U型彎采用兩個90°角彎熱熔承插連接，U型管下部端頭應(yīng)設(shè)保護裝置。

豎直地埋管換熱器的U型彎管接頭，選用定型的U型彎頭成品件，不宜采用直管道人工彎制。

豎直地埋管換熱器U型管的組對長度應(yīng)能滿足插入鉆孔后與環(huán)路集管連接的要求（原則上管道中間不應(yīng)許有接口），預(yù)制好的PE管進行壓力試驗，試壓合格后，管道內(nèi)維持0.6 MPa的壓力，為監(jiān)控方便，壓力表不必拆卸，組對好的U型管的兩開口端部，應(yīng)及時密封。U型管制作試驗合格，宜成卷打捆堆放，表面用彩條布覆蓋避免在陽光下直接照射，以防發(fā)生熱變形。

2.3 PE管的下管

豎直地埋管換熱器U型管安裝應(yīng)在鉆孔鉆好且孔壁固化后立即進行。當(dāng)鉆孔孔壁不牢固或者存在孔洞、洞穴等導(dǎo)致成孔困難時，應(yīng)設(shè)護壁套管。鉆孔完畢后孔洞內(nèi)有大量積水，由于水的浮力影響，將對放管造成一定的困難；而且由于水中含有大量的泥砂，泥砂沉積會減少孔洞的有效深度。因此下管過程中，U型管內(nèi)宜充滿水。下管前應(yīng)將U型換熱管與灌漿管捆綁在一起并采取防止U形管上浮的措施。在孔口處放置麻袋之類的襯墊物品,以防止下管過程中換熱管磨損而導(dǎo)致其耐壓等性能下降。

埋管深度及孔內(nèi)地下水（或泥漿）水位較淺時，宜采用人工下管。當(dāng)下管較困難時，可采用機械下管。U形管底部用軟質(zhì)塑料帶等進行綁扎，使下井的機械叉不直接與U型PE管接觸，防止碰壞U形管，機械下管時順著井口緩慢下井，PE管操作手注意下管時的機械重量，要求以機械鉆桿自重下管，不需外力，當(dāng)垂直下到井底，操作手查看壓力表的壓力，當(dāng)原有壓力無下降時，即下管成功。

下管完畢后，留在井口處多出的PE管應(yīng)卷成圓狀，用彩條布等物加以保護并設(shè)置禁示牌。

2.4 灌漿和回填

U型管安裝完畢后，應(yīng)立即用灌漿材料回填封孔，隔離含水層。

回填漿料中不得有大粒徑的顆粒，灌漿回填料一般為膨潤土和細(xì)砂（或水泥）的混合漿或其他專用灌漿材料。膨潤土的比例宜占4%～6%。鉆孔時取出的泥砂漿凝固后如收縮很小時，也可用作灌漿材料。如果地埋管換熱器設(shè)在非常密實或堅硬的巖土體或巖石情況下，宜采用水泥基料灌漿，以防止孔隙水因凍結(jié)膨脹損壞膨潤土灌漿材料而導(dǎo)致管道被擠壓節(jié)流。

地埋管換熱系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)特征確定回填料配方，回填料的導(dǎo)熱系數(shù)不應(yīng)低于鉆孔外或溝槽外巖土體的導(dǎo)熱系數(shù)[4]。

當(dāng)埋管深度超過40 m時，宜采用機械方式進行灌漿回填，使用泥漿泵通過灌漿管將混合漿灌入孔中的過程。泥漿泵的泵壓足以使孔底的泥漿上返至地表，當(dāng)上返泥漿密度與灌注材料的密度相等時，認(rèn)為灌漿過程結(jié)束。灌漿時，應(yīng)保證灌漿的連續(xù)性，應(yīng)根據(jù)機械灌漿的速度將灌漿管逐漸抽出，使灌漿液自下而上灌注封孔，確保鉆孔灌漿密實，無空腔，否則會降低傳熱效果，影響工程質(zhì)量。灌漿完畢鉆機可移位，12 h后進行檢查，如未滿進行一次人工補漿。

2.5 水平管溝開挖

下井完畢根據(jù)施工圖尺寸、位置在施工現(xiàn)場畫出管溝開挖位置線。采用小型挖掘機或人工進行開挖至施工圖規(guī)定深度并用人工進行平整。

按照施工圖要求進行墊層找平進行找平并留有一定坡度，方便水平匯總管有一定坡度方便排氣。

回填料應(yīng)采用網(wǎng)孔≮15 mm×15 mm的篩進行過篩，保證回填料不含有尖利的巖石塊和其他碎石。為保證回填均勻且回填料與管道緊密接觸，回填應(yīng)在管道兩側(cè)同步進行，同一溝槽中有雙排或多排管道時，管道之間的回填壓實應(yīng)與管道和槽壁之間的回填壓實對稱進行。各壓實面的高差不宜超過30 cm。管腋部采用人工回填，確保塞嚴(yán)、搗實。分層管道回填時，應(yīng)重點做好每一管道層上方15 cm范圍內(nèi)的回填。管道兩側(cè)和管頂以上50 cm范圍內(nèi)，應(yīng)采用輕夯實，嚴(yán)禁壓實機具直接作用在管道上，使管道受損。

2.6 水平管連接

將單口能源井管道單獨匯總至檢查井集分水器，如條件允許可采用同程敷設(shè)。其優(yōu)點是檢修方便，在單個能源井出現(xiàn)泄漏的情況下，關(guān)閉該回路即可，不影響其他回路正常使用。

水源熱交換器一般宜設(shè)置成多個系統(tǒng)接至熱泵機房，方便系統(tǒng)檢修和調(diào)節(jié)。

水管坡度應(yīng)坡向土壤換熱器集分水器，嚴(yán)禁倒坡。

在場地限制的情況下，為防止熱短路，水平管道供回水管宜分層鋪設(shè)，但上下兩層PE管之間必須有100～200 mm的黃砂回填層。

水管在鋪設(shè)時嚴(yán)禁管道上下蜿蜒，造成管道積氣。

水管應(yīng)在水平方向蜿蜒鋪設(shè)，留有一定膨脹、收縮空間，避免管道應(yīng)熱脹冷縮影響管道使用壽命。

2.7 水平管溝保護回填

在水平溝上方鋪一層黃砂保護管道，管道連接并試壓驗收合格再進行回填黃砂，如果在建筑物底埋管或者有其他要求時候，黃砂上面再搗一層素混凝土。

3 結(jié)語

地源熱泵系統(tǒng)在技術(shù)上已經(jīng)成熟，通過現(xiàn)場的實際施工可以充分驗證這一點。地源熱泵系統(tǒng)在制冷時配合蓄冷水池能更好的節(jié)約能源；地源熱泵系統(tǒng)存在地域性，在北方冬天運行時需考慮吸熱時是否會導(dǎo)致地下熱量不平衡；地源熱泵系統(tǒng)的壽命基本可以和建筑壽命相當(dāng)。