施工技术论文发表地源热泵高位埋管浅析

　　1.工程概况：

　　图1 地源热泵原理图

　　无锡正方园科技大厦项目位于无锡太湖科技中心高浪路与华清大道交叉口的东南侧，地上十九层，地下二层，总建筑面积44224m2，框架剪力墙结构。本工程中央空调是采用地源热泵系统，地埋管换热系统采用双U型埋管，埋管延长米数为15400m。埋管分布在地下室底板下(标高为-11.15m),垂直埋管直径ф135mm，钻井深度100m，总钻井数为154口。(如图1)。

　　2.方案选择：

　　本工程地下二层，基坑开挖深度11m,地下微承压水头平均标高为-3.43m，基底土层为4-1粉土层。地源热泵可采用两种方案进行施工，第一种低位埋管即基坑开挖至-10.5m处再钻井下管，第二种高位埋管即土方开挖至-4.0m，在高于水平埋管7.0m处钻井下管，与基坑支护及工程桩同步施工。

　　根据施工技术对这两种施工方案进行比选，经过优选，本工程采用高位埋管施工方案，并在施工过程中加强成品保护措施。

　　3.组织施工

　　3.1垂直埋管工艺流程

　　施工准备→场地开挖、场地平整→管孔定位及编号→机械钻孔，垂直管连接→垂直埋管的一次试压→下管→垂直埋管的二次试压→垂直埋管灌浆回填→垂直埋管的三次试压→垂直埋管成品保护

　　3.2埋管施工

　　3.2.1施工准备

　　(1)地埋管及管件材质除应符合设计要求外，且管材、管件还应具有质量检验部门的产品质量检验报告和生产商的产品合格证。

　　(2)管材运抵工地后，入库前应进行试压和检漏试验。

　　3.2.2场地平整

　　土方开挖后进行场区平整至设计标高。

　　3.2.3管孔定位及编号

　　清理地面后即可对钻井孔位进行放线，事先将地埋管系统在设计图上对钻孔的纵横向逐一进行排列序号。

　　3.2.4机械钻孔，垂直管连接

　　(1)钻孔过程中安排专业质量检查员随时检查钻孔位置，确保管孔位置的正确性和钻孔的铅垂度，避免返工并作好检查记录工作。如发现偏差超过标准要求应及时纠正重新进行定位或调整钻机垂直偏差。

　　(2)钻孔完毕后，应尽快将地埋管放入管孔内，水压试验合格后将垂直埋管低于地面500mm将管口封死并做标记，避免地埋管堵塞。

　　(3)垂直HDPE管D25热熔连接时在-10.3m处焊接2只自行研制开发的地源热泵高位埋管专用接头(如下图所示)，专用接头一方面能防止石块等较大硬质物堵塞竖直换热器，另一方面能保证管道有效试压。

　　3.2.5垂直埋管的试压

　　(1)垂直地埋管换热器插入钻孔前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压至少15min，稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象;将其密封后，在有压状态下插入钻孔，完成灌浆之后保压1h。水平地埋管换热器放入沟槽前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压至少15min，稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象。

　　(2)垂直下管后，回填前应进行第二次水压试验。在试验压力下，稳压至少30min，稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象。

　　(3)垂直地埋管回填完成后，应进行第三次水压试验。在试验压力下，稳压至少12h，稳压后压力降不应大于3%。

　　(4)水压试验宜采用手动泵缓慢升压，升压过程中应随时观察与检查，不得有渗漏;不得以气压试验代替水压试验。

　　3.2.6下管

　　(1)当一个孔钻好且孔壁固化后，应立即下管。

　　(2)为了使PE管顺利插入井底并定位，采用特制PE管双U接头，并用钻杆顶住接头，使PE管换热器顺利送入钻井底部。U型管每隔3.0m设置专用的梅花型定位卡，把U型管的四个支管撑开，以减小支管间的热量回流，同时下管完毕后要保证U型管露出地面，以便于后续施工。PE管专用双U接头及梅花型定位卡实物照片如下。

　　(3)下管速度要均匀，防止下管过程中损坏PE管，如果遇有障碍和不顺畅现象，暂停止下管，应及时查明原因，待查明原因并做好处理后才能继续下管。

　　(4)垂直U形管下到位后，应提起下管钻杆。提杆过程中应防止U形管上浮，如发现上浮立即采取措施使其固定，确保下管到位。

　　(5)垂直U形管安装完毕后，及时对管道安装的压力表校验，合格后灌浆回填封孔。

　　3.2.7垂直埋管灌浆回填

　　(1)垂直竖井回填前必须对垂直PE管进行水压试验，试验合格后才能进行灌浆回填。在灌浆回填过程中垂直PE管须进行保压，一旦发现压力出现异常，立即停止，查明原因并及时进行处理后方可继续回填。

　　(2)管孔中的垂直PE管埋完后应等待3～4h，待井中泥浆沉淀后用中粗砂回填，必须将管和管孔之间空隙填实，确保换热效果，第一次填完后应多次检查。

　　(3)回填完后将留在地面的管道管口进行封堵保护，防止后续施工造成损坏。

　　3.2.8垂直埋管成品保护

　　(1)制定成品保护专项措施。土方二次开挖过程中，将管井做好明显标记，并与土建施工人员交底，要求配合进行成品保护。

　　挖土过程全程专人监控

　　管井做好明显标记

　　(2)土方二次开挖过程中实行24小时监护。

　　4、结语：

　　本工程通过采用专用接头技术、严格的过程控制，地源热泵高位埋管合格率得到了显著的提高，2011年12月23日地源热泵高位埋管竖直换热器施工全部结束。对管道进行多次冲洗，未发现3mm直径以上颗粒掉入PE管内(见右图)。整理施工过程数据得出结论，共统计155个点，不合格井6个点，不合格率为3.87%，合格率达到了96.13%，超出了预期的施工效果。

　　参考文献：

　　[1]GB 50366-2005.地源热泵系统工程技术规范.

　　[2]刁乃仁,方肇洪.地源热泵--建筑节能新技术.建筑热能通风空调,2004,23(3):18-23

　　[3]刁乃仁,方肇洪.地埋管地源热泵技术.北京:高等教育出版社,2006

　　[4]吕悦,杨立平,周沫.国内地源热泵应用情况调查报告.工程建设与设计,2005(6):5-10

　　[5]吴永华,刘宪英.地源热泵的特点及发展前景.全国暖通空调制冷2006学术年会资料集,2006