地埋管地源熱泵技術(shù)項(xiàng)目應(yīng)用及施工監(jiān)理控制要點(diǎn)分析

摘 要：地源熱泵技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始廣泛用于空調(diào)系統(tǒng)和制備生活熱水，現(xiàn)對(duì)地源熱泵技術(shù)的發(fā)展及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行介紹，在此基礎(chǔ)上，分析了地源熱泵相關(guān)施工技術(shù)和監(jiān)理控制要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：地源熱泵;施工監(jiān)理;施工技術(shù);控制要點(diǎn)

1? ? 地源熱泵技術(shù)的發(fā)展和優(yōu)勢(shì)

地埋管地源熱泵技術(shù)在北歐國(guó)家起步早，應(yīng)用比較廣泛，經(jīng)驗(yàn)成熟。由于地區(qū)差異，國(guó)內(nèi)采用該項(xiàng)技術(shù)受到條件的限制，實(shí)施較晚，設(shè)備技術(shù)上依賴國(guó)外，一次性投資較高。而開(kāi)拓綠色資源，推廣應(yīng)用節(jié)能環(huán)保項(xiàng)目符合國(guó)家的基本國(guó)策，因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，采用該項(xiàng)技術(shù)具有明顯的環(huán)保特性，國(guó)家也給予了政策支持。

在建筑領(lǐng)域，地源熱泵技術(shù)廣泛用于空調(diào)系統(tǒng)和制備生活熱水，基于土壤源開(kāi)發(fā)所需冷熱源，綠色、節(jié)能、環(huán)保。隨著空調(diào)使用面積的增大，地源熱泵機(jī)組功率也相應(yīng)提高。為了充分利用建筑面積，地埋管換熱器施工布置由建筑周?chē)鸩睫D(zhuǎn)移到建筑基礎(chǔ)底下，將換熱器單U形改為雙U形，打井深度相應(yīng)增加，加大了換熱面積，以滿足滿液式地源熱泵機(jī)組負(fù)荷需求。

2? ? 工程概況

白鹿溪岸老年公寓一期工程位于西安市藍(lán)田縣城西南方，建筑面積62 847.08 m2，地下一層，地上最低12層，最高18層，設(shè)老年公寓房292套，內(nèi)部配套設(shè)施齊全，集休閑、娛樂(lè)功能于一體。

地下室一層設(shè)中央空調(diào)機(jī)房，內(nèi)設(shè)3臺(tái)制冷量1 031 kW、制熱量1 025 kW的滿液式埋管式地源熱泵機(jī)組，夏季向室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤(pán)管提供7/12 ℃空調(diào)冷水，冬季提供55/45 ℃低溫?zé)崴?/p>

3? ? 地埋管換熱器施工工藝流程

地埋管井開(kāi)鉆→垂直雙U形管水壓試驗(yàn)并封堵管口→垂直雙U形管插入井內(nèi)→細(xì)砂回填→水平地埋管安裝→水平地埋管水壓試驗(yàn)→水平、垂直地埋管熱熔連接→地埋管換熱器與環(huán)路管裝配→地埋管換熱器與環(huán)路管水壓試驗(yàn)→環(huán)路管與分集水器熱熔連接并進(jìn)行水壓試驗(yàn)→地埋管換熱系統(tǒng)全部安裝完畢，沖洗、水壓試驗(yàn)。

4? ? 施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

4.1? ? 鉆井

施工現(xiàn)場(chǎng)地處輞河西岸河灘地，地表為鵝卵石層，1～4 m深，較疏松，140～150 m有卵石。前期鉆井施工中，曾發(fā)生當(dāng)鉆井深度已達(dá)到150 m，拔鉆桿時(shí)，由于鉆頭晃動(dòng)將卵石掉到已成形的井內(nèi)卡死（發(fā)生此類生產(chǎn)事故4次），以致該井報(bào)廢，被迫移位重新開(kāi)鉆的情況，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，延誤工期。鉆頭不怕石頭硬，就怕碰到同井孔相同的卵石，當(dāng)鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)卵石隨著鉆頭轉(zhuǎn)，因此，防止卵石掉進(jìn)已成形的井內(nèi)已成為當(dāng)前亟需解決的主要問(wèn)題。經(jīng)原因分析，制訂了兩步走方案，主要解決卵石層護(hù)壁套管問(wèn)題。首先開(kāi)鉆卵石層，當(dāng)井打到土層，采用DN150鋼管制作井壁護(hù)套，護(hù)壁套管安裝完畢后再開(kāi)鉆土層。由于采取了有效措施，鉆井工效得到提高，工程質(zhì)量得到保障，杜絕了該類生產(chǎn)事故的再次發(fā)生。

在140～150 m范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)礫石，鉆頭確實(shí)再鉆不下去，可以停止鉆井工作。雖然鉆井深度達(dá)不到150 m，也判定為合格。目前，在約7 000 m2范圍內(nèi)有已成形鉆井378眼，鉆井深度達(dá)到150 m的占98%。

4.2? ? 豎直換熱管

單U形管插入100 m深井內(nèi)靠人工可以完成，而對(duì)于雙U形管插入150 m深井內(nèi)人工是無(wú)法操作的。影響豎直換熱管安裝的主要原因是井孔豎直高度偏大，大于5‰，下豎直換熱管是靠人工配合機(jī)械方式進(jìn)行的，采用專用？準(zhǔn)32圓鋼壓桿（絲扣連接），依靠鉆機(jī)自身重量，通過(guò)壓桿作用在雙U形頭的頂面，不斷增加連接壓桿，直至將豎直管下插入井底。壓桿圓鋼直徑使4根雙U形頭保持垂直狀態(tài)，相互之間距離相等，可不用每隔2～4 m設(shè)一彈簧卡（或固定支卡）的方式將U形管兩支管分開(kāi)，以提高換熱效果。施工過(guò)程中，偶爾發(fā)現(xiàn)下管阻力較大，施工人員違章操作，將鉆機(jī)頭快速提升、快速落下，靠沖擊力使垂直管下插，如此操作容易損壞雙U形頭，嚴(yán)重情況下會(huì)造成U形頭泄漏，以致整套150 m豎直管更換。發(fā)生此類情況，要及時(shí)通知施工人員調(diào)整鉆機(jī)，確保井孔垂直度滿足規(guī)范要求，保證鉆井工程質(zhì)量。由于采用插管新技術(shù)，邊施工邊糾偏，378套豎直換熱管經(jīng)水壓試驗(yàn)合格，并順利進(jìn)入下一道工序。

4.3? ? 熱熔連接

地埋管換熱器HDPE管熱熔連接方法采用承插連接。熱熔對(duì)接易在熱熔口產(chǎn)生硬棱，產(chǎn)生縮徑現(xiàn)象，增大流動(dòng)阻力，影響對(duì)流換熱，一般用于直徑較大的主干管。雙U形頭同管子連接在生產(chǎn)廠家進(jìn)行，各種管件要求同材質(zhì)。管道熱熔連接由專業(yè)人員操作，由于HDPE管在運(yùn)輸或工地受到不同程度的污染，因此，為保證熱熔質(zhì)量，在熱熔前必須將熱熔面清理干凈，同時(shí)，要控制好熱熔時(shí)間和溫度。

4.4? ? 細(xì)砂回灌

細(xì)砂回灌質(zhì)量直接關(guān)系到豎直地埋管換熱效果，應(yīng)嚴(yán)格控制施工各個(gè)環(huán)節(jié)。原漿回灌施工前正處在西安市政府“鐵腕治霾”及文明工地大檢查活動(dòng)中，要求開(kāi)挖基礎(chǔ)沙土全覆蓋，文明生產(chǎn)要求加圍擋等，在施工現(xiàn)場(chǎng)直接挖泥漿坑受到限制。為此，為滿足原漿回灌工藝要求，特制6臺(tái)泥漿鋼箱6.5 m3，箱內(nèi)設(shè)攪拌功能，整個(gè)原漿回灌過(guò)程形成循環(huán)系統(tǒng)，多余泥漿用罐車(chē)運(yùn)出工地。豎直地埋管換熱器下管完成，回填方式采用原漿反填的方法灌回填材料（回填材料為細(xì)砂，直徑約5 mm）。

4.5? ? 水平換熱管

建筑地下室有分集水器13套，分集水器分別兩端布置，中間由地埋水平管有序排列連接豎直換熱器和分集水器。設(shè)計(jì)水平換熱器在溝槽內(nèi)，距地面700～800 mm，實(shí)際基坑內(nèi)作業(yè)面施工水平管溝槽填砂后達(dá)不到700 mm。當(dāng)時(shí)，地埋換熱器和土建基礎(chǔ)施工為交叉作業(yè)，難免有重型機(jī)械設(shè)備碾壓，為驗(yàn)證是否對(duì)已隱蔽的水平地埋管造成損傷，研究出一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)方法：在同等土質(zhì)情況下，挖溝槽400 mm深，將水平管埋入溝槽內(nèi)，選用22 t壓力機(jī)帶震動(dòng)反復(fù)碾壓兩遍，挖出管子檢查，同埋入前基本沒(méi)有變化。事實(shí)證明，HDPE管材可靠、耐用，滿足設(shè)計(jì)要求。

5? ? 監(jiān)理控制要點(diǎn)

5.1? ? 管材的質(zhì)量控制

（1）管材、管件應(yīng)相匹配，材質(zhì)相同，檢查合格證，檢驗(yàn)上報(bào)相關(guān)資料;

（2）管內(nèi)、外壁應(yīng)光滑，無(wú)刮痕、壓痕等外傷性缺陷，外觀質(zhì)量合格;

（3）管材的直徑、壁厚及承壓等級(jí)符合檢驗(yàn)報(bào)告測(cè)試項(xiàng)目及偏差符合要求;

（4）管材在搬運(yùn)和運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)輕拿輕放，裝卸采用柔韌性好的皮帶作吊帶或吊繩，嚴(yán)禁拋摔和沿地拖拽;

（5）妥善存放，避免在陽(yáng)光下暴曬，現(xiàn)場(chǎng)管材要覆蓋，以防老化和變形;

（6）進(jìn)場(chǎng)管材應(yīng)用空氣試壓進(jìn)行檢漏試驗(yàn)。

5.2? ? 鉆井施工

（1）下套管鉆進(jìn)。首先用？準(zhǔn)150 mm的齒輪鉆頭跟進(jìn)，鉆深為1 200～1 500 mm，將直徑為146 mm、長(zhǎng)度為1 500 mm的鐵套管下至管道上口與地平面相平。為避免上部井口出現(xiàn)坍塌情況，所以必須下管護(hù)井壁。

（2）開(kāi)鉆前需再次確認(rèn)轉(zhuǎn)向無(wú)誤，并重新校核塔架底盤(pán)，鉆桿的垂直度不應(yīng)大于5‰，并用水平卡尺保證塔架底盤(pán)的水平度。

（3）根據(jù)該工程所在位置地質(zhì)現(xiàn)狀：上面卵石層部位在施工過(guò)程中應(yīng)按3 m/h進(jìn)度跟進(jìn)，地下砂礫層部位在施工過(guò)程中應(yīng)按7 m/h進(jìn)度跟進(jìn)，具體情況根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)現(xiàn)狀可做適當(dāng)調(diào)整。

（4）當(dāng)鉆孔到要求深度后，應(yīng)對(duì)孔內(nèi)反復(fù)進(jìn)行通孔，為下?lián)Q熱管創(chuàng)造有利條件，在抽拔鉆桿時(shí)要注意避免與孔壁嚴(yán)重碰撞，發(fā)生孔壁坍塌情況。

5.3? ? 地埋管換熱器

（1）雙U形頭豎管整套換熱器應(yīng)由制造廠商加工，熱熔質(zhì)量和強(qiáng)度均由廠方負(fù)責(zé)，并標(biāo)印管子長(zhǎng)度（0～151 m），成卷包裝運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。

（2）豎直地埋管換熱器雙U形管的組對(duì)長(zhǎng)度應(yīng)滿足插入鉆孔后與環(huán)路集管連接的要求。組對(duì)好的雙U形管的四開(kāi)口端部應(yīng)及時(shí)密封。

（3）豎直地埋管換熱器雙U形管安裝應(yīng)在鉆孔鉆好且孔壁固化后立即進(jìn)行。當(dāng)孔壁不牢靠或存在孔洞、洞穴等導(dǎo)致成孔困難時(shí)，應(yīng)設(shè)護(hù)壁套管。下管過(guò)程中，雙U形管內(nèi)宜充滿水承壓下管（壓力為0.6 MPa），并采取措施使雙U形管四支管處于分開(kāi)狀態(tài)。

（4）豎直地埋管換熱器下管完成，回填方式采用原漿反填的方法灌回填材料（回填材料為細(xì)砂，直徑約5 mm）。

在下入換熱管后，換熱管與鉆孔之間進(jìn)行回填，為了提高填料的密實(shí)程度，一方面要嚴(yán)格控制填料的回填速度，沿井口均勻慢速回填，減少因回填過(guò)快而造成填料在孔內(nèi)搭橋的機(jī)會(huì);另一方面，在填料過(guò)程中，沿井管向孔內(nèi)注入少量原漿，使填料均勻下沉，確保填料密實(shí)。

（5）水平地埋管換熱器鋪設(shè)前，機(jī)械開(kāi)挖水平管溝，溝深一般在300 mm左右，溝底寬度不小于1 500 mm，與溝面坡度成120°以上，該成坡工作由人工完成。溝槽底部應(yīng)先鋪設(shè)相當(dāng)直徑厚度的細(xì)砂。管道不得有折斷、扭結(jié)等問(wèn)題，轉(zhuǎn)彎處光滑，且應(yīng)采取固定措施。

（6）水平環(huán)路集管坡度宜為2‰，供回水環(huán)路管上下鋪設(shè)的間距不應(yīng)小于0.6 m，水平平鋪的管路供回間距不應(yīng)小于0.5 m。

（7）水平地埋管換熱器回填料應(yīng)細(xì)小、松散、均勻，與管道接觸緊密，且不得損傷管道，距地面不宜小于0.8 m。

（8）地埋管換熱器安裝前后均應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行沖洗。

（9）水平地埋管穿出墊層、筏板需外加套管和防水處理。？準(zhǔn)40的PE地埋管外部和筏板接觸部位全部用DN65的鋼性套管。換熱管和鋼性套管之間填充防水涂料，以防此部位滲漏。

5.4? ? HDPE管熱熔連接

（1）熱熔連接前后，清潔焊接表面和加熱工具。焊接表面污染物應(yīng)用潔凈棉布擦凈，殘留在加熱工具上的聚乙烯采用專用刮刀切除，熔接連接管道與管件的結(jié)合面應(yīng)密實(shí)，不得出現(xiàn)過(guò)熱縮徑及結(jié)合面不緊密的現(xiàn)象。監(jiān)理人員應(yīng)隨時(shí)檢查熱熔質(zhì)量。

（2）熱熔連接時(shí)，必須采用220 V/50 Hz的交流電，電壓變化在10%以內(nèi)。

（3）熱熔連接加熱時(shí)間和溫度應(yīng)按熱熔連接工具生產(chǎn)和管材、管件生產(chǎn)廠家說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作，熱熔溫度通常在200～235 ℃，施工由專職人員操作。

（4）HDPE管插入深度應(yīng)符合表1要求。

（5）管道熱熔連接應(yīng)準(zhǔn)確掌握加熱時(shí)間。加熱時(shí)間過(guò)短，易造成熱熔面連接不牢靠;加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)造成管材變形，出現(xiàn)縮徑、過(guò)多膠狀物質(zhì)流失的情況。最佳加熱時(shí)間選擇可參考表2。

（6）熱熔連接時(shí)，不得施加外力，冷卻過(guò)程才能恢復(fù)強(qiáng)度。只有冷卻時(shí)間達(dá)到一定程度時(shí)，方可實(shí)施其他作業(yè)。最佳冷卻時(shí)間選擇參照表3。

5.5? ? 水壓試驗(yàn)

（1）地埋管換熱器施工過(guò)程水壓試驗(yàn)，屬?gòu)?qiáng)制性條文，應(yīng)根據(jù)施工進(jìn)度編制旁站計(jì)劃，并做好記錄。

（2）水壓試驗(yàn)宜采用手動(dòng)泵緩慢升壓，升壓過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)觀察與檢查，不得有滲漏，不得以氣壓試驗(yàn)代替水壓試驗(yàn)。

（3）水壓試驗(yàn)步驟：

1）豎直地埋管換熱器插入鉆孔前，應(yīng)做第一次水壓試驗(yàn)。在試驗(yàn)壓力下穩(wěn)壓至少15 min，穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%，且無(wú)泄漏現(xiàn)象，將其密封后，在有壓力狀態(tài)下插入鉆孔，完成灌漿之后保持1 h，工作壓力為0.4 MPa，試驗(yàn)壓力為0.6 MPa。

2）豎直或水平地埋管換熱器與環(huán)路集管裝配完成后，回填前應(yīng)進(jìn)行第二次水壓試驗(yàn)。在試驗(yàn)壓力下，穩(wěn)壓至少30 min，穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%，且無(wú)泄漏現(xiàn)象。

3）環(huán)路集管與機(jī)房分集水器連接完成后，回填前應(yīng)進(jìn)行第三次水壓試驗(yàn)，在試驗(yàn)壓力下穩(wěn)壓至少2 h，且無(wú)泄漏現(xiàn)象。

4）地埋管換熱系統(tǒng)全部安裝完畢，且沖洗、排氣及回填完成后，應(yīng)進(jìn)行第四次水壓試驗(yàn)，在試驗(yàn)壓力下，穩(wěn)壓至少12 h，穩(wěn)壓后壓力降不應(yīng)大于3%。

6? ? 結(jié)語(yǔ)

白鹿溪岸項(xiàng)目老年公寓一期地埋管換熱器施工由陜西中煤新能源有限公司承擔(dān)。該公司依據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化，將地埋管換熱器井避開(kāi)主樓基礎(chǔ)，集中布置在地下車(chē)庫(kù)基礎(chǔ)底下，有效利用了占地面積，降低了投資成本。經(jīng)相關(guān)專家現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，結(jié)合西安日照指數(shù)及建筑外墻保溫效果，確定現(xiàn)已完成的378個(gè)換熱孔能滿足本工程空調(diào)使用面積負(fù)荷要求。

[參考文獻(xiàn)]

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[3] 地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范：GB 50366—2005[S].

收稿日期：2021-03-03

作者簡(jiǎn)介：房永權(quán)（1988—），男，陜西西安人，工程師，研究方向：機(jī)電工程（暖通）。