地源熱泵地下?lián)Q熱器施工工藝

贠曉明 陳小松 王 勇

地源熱泵空調(diào)換熱是一種利用含有大量能源的土壤(地下熱)作為吸熱或排熱的熱交換器,實現(xiàn)空氣調(diào)節(jié)的系統(tǒng),本工藝適用于地源熱泵換熱器系統(tǒng)節(jié)能工程施工。

1 工藝原理

地源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源(如電能),實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調(diào)的冷源,即在冬季,把地能中的熱量“取”出來,提高溫度后,供給室內(nèi)采暖;夏季,把室內(nèi)的熱量取出來,釋放到地能中去。熱泵機組的能量流動是利用其所消耗的能量(如電能)將吸取的全部熱能(即電能+吸收的熱能)一起排輸至高溫?zé)嵩础６渌哪芰康淖饔檬鞘怪评鋭嚎s至高溫高壓狀態(tài),從而達(dá)到吸收低溫?zé)嵩粗袩崮艿淖饔谩?/p>

2 施工工藝

2.1 施工工藝流程

地源熱泵地下?lián)Q熱器施工工藝流程見圖1。

2.2 操作方法

1)鉆孔。鉆孔是豎埋管換熱器施工中最重要的工序。為保證鉆孔施工完成后于孔壁保持完整,如果施工區(qū)地層土質(zhì)比較好,可以采用裸孔鉆進;如果是砂層,孔壁容易坍塌,則必須下套管。

2)下管。下管必須保證下管的深度。下管采用人工下管或機械下管,下管前應(yīng)將U形管與灌漿管捆綁在一起,在鉆孔完畢后,立即進行下管施工。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L洞的有效深度。每鉆完一孔,應(yīng)及時把U形管放入,并采取防止上浮的固定措施。在安裝過程中,應(yīng)注意保持套管的內(nèi)外管同軸度和U形管進出水管的距離。對于U形管換熱器,可采用專用的彈簧把U形管的兩個支管撐開,以減小兩支管間的熱量回流。下管完畢后要保證U形管露出地面。

3)灌漿封井。灌漿封井即回填工序。在回填之前應(yīng)對埋管進行試壓,確認(rèn)無泄漏現(xiàn)象后方可進行回填。回填物中不得有大粒徑的顆粒,回填時必須根據(jù)灌漿速度的快慢將灌漿管逐步抽出,使混合漿自下而上回灌封井,確保回灌密實,無空腔,減少傳熱熱阻。當(dāng)上返泥漿密度與灌注材料的密度相等時,回填過程結(jié)束。

4)換熱器安裝及管道連接。對于高密度聚乙烯(PE)管段和管件之間的連接都采用專用設(shè)備進行熱熔焊接。對于埋深不大或場地允許時,應(yīng)在地面把套管連接好,然后利用鉆塔進行放管。對于承插式連接,一定注意在活性膠干了之后才能使用。

2.3 操作要點和難點

2.3.1 施工難點

1)聯(lián)絡(luò)管防水處理。換熱孔管道經(jīng)水平聯(lián)絡(luò)管匯集,穿結(jié)構(gòu)底板進入檢查井內(nèi)的分集水器,各個分集水器通過管道匯集,最終進入到機房內(nèi)與熱泵機組相連。2)施工中對基底的擾動問題。由于地埋管位于底板下,鉆孔施工中的泥漿坑開挖、設(shè)備碾壓、聯(lián)絡(luò)管管溝開挖等等均會破壞原狀土,從而對基底產(chǎn)生擾動,見表1。

表1 擾動分類及采取措施

2.3.2 施工要點

1)一般規(guī)定。a.地埋管換熱系統(tǒng)施工前應(yīng)具備埋管區(qū)域的工程勘察資料、設(shè)計文件和施工圖紙,并完成施工組織設(shè)計。b.地埋管換熱系統(tǒng)施工前應(yīng)了解埋管場地內(nèi)已有地下管線、其他地下構(gòu)筑物的功能及其準(zhǔn)確位置,并應(yīng)進行地面清理,鏟除地面雜草、雜物和浮土,平整地面。2)施工工序。a.按照圖紙要求開鉆豎井。b.U形管換熱器的制作。c.U形管換熱器的第一次試驗打壓。d.下管。e.U形管換熱器的第二次試驗打壓。f.回填。3)鉆鑿豎井施工工藝。a.在泥漿旋轉(zhuǎn)鉆孔方式中,應(yīng)沿鉆管內(nèi)部送入高壓水或泥漿,并沿著鉆桿的外側(cè)將鉆屑送回地面。鉆孔過程中產(chǎn)生的泥漿水從鉆孔位置冒出地面,在施工前應(yīng)制訂好排水措施,可順地勢挖出排水溝,并在溝的末端挖一個泥漿池,鉆孔過程中產(chǎn)生的泥漿在泥漿池中沉淀,作為回填物使用。b.安裝豎直埋管土壤熱交換器需要豎直鉆孔機械。根據(jù)地質(zhì)條件可選用泥漿旋轉(zhuǎn)鉆孔機械。c.在保證設(shè)計埋管總長度的前提下,根據(jù)現(xiàn)場施工出現(xiàn)的特殊情況,如遇到堅硬的巖石層或泥砂層,可適當(dāng)調(diào)整鉆孔的位置、深度與數(shù)量。d.如出現(xiàn)土壤極不牢固的情況,宜采用空心桿螺旋鉆機鉆孔。鉆孔時,空心螺旋鉆桿可充當(dāng)鉆孔的保護套管。鉆孔完成后,將鉆桿底部的鉆尖擊落,從鉆桿內(nèi)部插入埋管,然后將鉆桿拉出或旋出。e.當(dāng)鉆孔深度的增加對鉆孔速度的降低和費用的增加影響不大時,鉆孔深度宜增大。4)U形管換熱器的制作。a.首先按照設(shè)計圖紙的要求,使用專業(yè)的管剪截取相應(yīng)的管道長度(U形管的單管長度應(yīng)能滿足插入鉆孔后與環(huán)路集管連接的長度要求)。b.U形埋管換熱器的U形彎管接頭,宜選用定型的U形彎頭成品管件熱熔或電熔連接。也可以采用兩個90°的彎頭加短管對接的方式構(gòu)成U形彎管接頭,但應(yīng)保證管件、管材接點符合設(shè)計、使用要求。c.連接完成的U形換熱器管的兩開口端部,在完成打壓后,應(yīng)及時密封。5)U形管道換熱器的安裝。a.等豎井孔壁固化后,應(yīng)立即將焊接完畢、打壓合格并注滿清水的U形換熱管道垂直的放入開鉆完成的豎井內(nèi),下管時應(yīng)注意保持管道與豎井的同心度,減少管材、管件與豎井管道的摩擦,U形管下部端頭應(yīng)設(shè)保護裝置。b.下管結(jié)束后,應(yīng)立即進行管道打壓,確認(rèn)無泄漏方可進行回填。c.打壓合格后要對U形管兩端口采取有效的臨時封堵措施。6)回填工藝及下管工藝。a.鉆孔深度及孔內(nèi)地下水水位較淺時,宜采用人工下管。當(dāng)下管較困難時,可采用機械下管。b.垂直土壤熱交換器下管完成后應(yīng)在12 h內(nèi)用灌漿材料回灌封孔。灌漿應(yīng)密實,無空腔。

3 結(jié)語

隨著空調(diào)工業(yè)的發(fā)展,先進的中央空調(diào)系統(tǒng)不斷的出現(xiàn),空調(diào)在現(xiàn)代建筑中扮演著越來越重要的角色。人們對空調(diào)的要求也不斷提高,節(jié)能、環(huán)保、靈活成為今后共同追求的目標(biāo)。近年來,隨著國際經(jīng)濟技術(shù)合作的不斷深入,地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)進入了我國,并通過在工程中的成功運用得到了空調(diào)界人士的認(rèn)可和推崇,成為了我國中央空調(diào)發(fā)展的趨勢,體現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保、靈活、舒適的新概念。

[1] GB 50189-2005,公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] GB/T 13663-2000,給水用聚乙烯(PE)管材[S].

[3] GB 50242-2002,建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[4] SL 291-2003,水利水電工程鉆探規(guī)程[S].

[5] JGJ 87-92,建筑工程地質(zhì)鉆探技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6] JGJ 79-2002,建筑地基處理規(guī)程[S].