施工技術論文發表地源熱泵高位埋管淺析

　　1.工程概況：

　　圖1 地源熱泵原理圖

　　無錫正方園科技大廈項目位于無錫太湖科技中心高浪路與華清大道交叉口的東南側，地上十九層，地下二層，總建筑面積44224m2，框架剪力墻結構。本工程中央空調是采用地源熱泵系統，地埋管換熱系統采用雙U型埋管，埋管延長米數為15400m。埋管分布在地下室底板下(標高為-11.15m),垂直埋管直徑ф135mm，鉆井深度100m，總鉆井數為154口。(如圖1)。

　　2.方案選擇：

　　本工程地下二層，基坑開挖深度11m,地下微承壓水頭平均標高為-3.43m，基底土層為4-1粉土層。地源熱泵可采用兩種方案進行施工，第一種低位埋管即基坑開挖至-10.5m處再鉆井下管，第二種高位埋管即土方開挖至-4.0m，在高于水平埋管7.0m處鉆井下管，與基坑支護及工程樁同步施工。

　　根據施工技術對這兩種施工方案進行比選，經過優選，本工程采用高位埋管施工方案，并在施工過程中加強成品保護措施。

　　3.組織施工

　　3.1垂直埋管工藝流程

　　施工準備→場地開挖、場地平整→管孔定位及編號→機械鉆孔，垂直管連接→垂直埋管的一次試壓→下管→垂直埋管的二次試壓→垂直埋管灌漿回填→垂直埋管的三次試壓→垂直埋管成品保護

　　3.2埋管施工

　　3.2.1施工準備

　　(1)地埋管及管件材質除應符合設計要求外，且管材、管件還應具有質量檢驗部門的產品質量檢驗報告和生產商的產品合格證。

　　(2)管材運抵工地后，入庫前應進行試壓和檢漏試驗。

　　3.2.2場地平整

　　土方開挖后進行場區平整至設計標高。

　　3.2.3管孔定位及編號

　　清理地面后即可對鉆井孔位進行放線，事先將地埋管系統在設計圖上對鉆孔的縱橫向逐一進行排列序號。

　　3.2.4機械鉆孔，垂直管連接

　　(1)鉆孔過程中安排專業質量檢查員隨時檢查鉆孔位置，確保管孔位置的正確性和鉆孔的鉛垂度，避免返工并作好檢查記錄工作。如發現偏差超過標準要求應及時糾正重新進行定位或調整鉆機垂直偏差。

　　(2)鉆孔完畢后，應盡快將地埋管放入管孔內，水壓試驗合格后將垂直埋管低于地面500mm將管口封死并做標記，避免地埋管堵塞。

　　(3)垂直HDPE管D25熱熔連接時在-10.3m處焊接2只自行研制開發的地源熱泵高位埋管專用接頭(如下圖所示)，專用接頭一方面能防止石塊等較大硬質物堵塞豎直換熱器，另一方面能保證管道有效試壓。

　　3.2.5垂直埋管的試壓

　　(1)垂直地埋管換熱器插入鉆孔前，應做第一次水壓試驗。在試驗壓力下，穩壓至少15min，穩壓后壓力降不應大于3%，且無泄漏現象;將其密封后，在有壓狀態下插入鉆孔，完成灌漿之后保壓1h。水平地埋管換熱器放入溝槽前，應做第一次水壓試驗。在試驗壓力下，穩壓至少15min，穩壓后壓力降不應大于3%，且無泄漏現象。

　　(2)垂直下管后，回填前應進行第二次水壓試驗。在試驗壓力下，穩壓至少30min，穩壓后壓力降不應大于3%，且無泄漏現象。

　　(3)垂直地埋管回填完成后，應進行第三次水壓試驗。在試驗壓力下，穩壓至少12h，穩壓后壓力降不應大于3%。

　　(4)水壓試驗宜采用手動泵緩慢升壓，升壓過程中應隨時觀察與檢查，不得有滲漏;不得以氣壓試驗代替水壓試驗。

　　3.2.6下管

　　(1)當一個孔鉆好且孔壁固化后，應立即下管。

　　(2)為了使PE管順利插入井底并定位，采用特制PE管雙U接頭，并用鉆桿頂住接頭，使PE管換熱器順利送入鉆井底部。U型管每隔3.0m設置專用的梅花型定位卡，把U型管的四個支管撐開，以減小支管間的熱量回流，同時下管完畢后要保證U型管露出地面，以便于后續施工。PE管專用雙U接頭及梅花型定位卡實物照片如下。

　　(3)下管速度要均勻，防止下管過程中損壞PE管，如果遇有障礙和不順暢現象，暫停止下管，應及時查明原因，待查明原因并做好處理后才能繼續下管。

　　(4)垂直U形管下到位后，應提起下管鉆桿。提桿過程中應防止U形管上浮，如發現上浮立即采取措施使其固定，確保下管到位。

　　(5)垂直U形管安裝完畢后，及時對管道安裝的壓力表校驗，合格后灌漿回填封孔。

　　3.2.7垂直埋管灌漿回填

　　(1)垂直豎井回填前必須對垂直PE管進行水壓試驗，試驗合格后才能進行灌漿回填。在灌漿回填過程中垂直PE管須進行保壓，一旦發現壓力出現異常，立即停止，查明原因并及時進行處理后方可繼續回填。

　　(2)管孔中的垂直PE管埋完后應等待3～4h，待井中泥漿沉淀后用中粗砂回填，必須將管和管孔之間空隙填實，確保換熱效果，第一次填完后應多次檢查。

　　(3)回填完后將留在地面的管道管口進行封堵保護，防止后續施工造成損壞。

　　3.2.8垂直埋管成品保護

　　(1)制定成品保護專項措施。土方二次開挖過程中，將管井做好明顯標記，并與土建施工人員交底，要求配合進行成品保護。

　　挖土過程全程專人監控

　　管井做好明顯標記

　　(2)土方二次開挖過程中實行24小時監護。

　　4、結語：

　　本工程通過采用專用接頭技術、嚴格的過程控制，地源熱泵高位埋管合格率得到了顯著的提高，2011年12月23日地源熱泵高位埋管豎直換熱器施工全部結束。對管道進行多次沖洗，未發現3mm直徑以上顆粒掉入PE管內(見右圖)。整理施工過程數據得出結論，共統計155個點，不合格井6個點，不合格率為3.87%，合格率達到了96.13%，超出了預期的施工效果。

　　參考文獻：

　　[1]GB 50366-2005.地源熱泵系統工程技術規范.

　　[2]刁乃仁,方肇洪.地源熱泵--建筑節能新技術.建筑熱能通風空調,2004,23(3):18-23

　　[3]刁乃仁,方肇洪.地埋管地源熱泵技術.北京:高等教育出版社,2006

　　[4]呂悅,楊立平,周沫.國內地源熱泵應用情況調查報告.工程建設與設計,2005(6):5-10

　　[5]吳永華,劉憲英.地源熱泵的特點及發展前景.全國暖通空調制冷2006學術年會資料集,2006