地源熱泵施工工藝

□文 /王樹偉

在夏季空調、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，給大氣環境造成了極大的污染。因此，建筑物污染控制和節能已是國民經濟發展的一個重大問題。傳統的采暖空調模式因其產生的環境污染的正面臨著嚴峻的挑戰[1]。地源熱泵是利用自然環境地表層下貯存的能量，通過吸取、傳送、制冷劑循環等系統提高或降低室內溫度，提供一個舒適的室內環境。

1 工程概況

天津陳塘科技商務區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，地源熱泵系統主要用于辦公樓，空調形式為風機盤管。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臺燃氣真空熱水機組作為輔助熱源，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

鉆孔施工前應對埋管現場的地質情況進行了解，對現場進行勘察，特別要注意是否有地下管線及其準確位置。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，利用全站儀或經緯儀定出井位控制網，依據控制網逐一定出井位，井位誤差≯10 cm并用木樁標示出井口。

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，就位后調平鉆機，挖孔泥漿池。

1）泥漿池。每4個井位設置泥漿池1個，尺寸1 m×1 m×1 m，各鉆孔口應挖明溝與泥漿池形成循環回路，嚴禁泥漿在地面散流。泥漿池裝滿泥漿后，應及時運到指定地點排放，4個鉆孔完成后，應及時回填泥漿池[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"中高風壓空壓機。

4）利用110沖擊器鉆進，直至達到設計要求。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 預制PE管

PE管的預制是將需要下井的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型管下部端頭應設保護裝置。

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型管的組對長度應能滿足插入鉆孔后與環路集管連接的要求（原則上管道中間不應許有接口），預制好的PE管進行壓力試驗，試壓合格后，管道內維持0.6 MPa的壓力，為監控方便，壓力表不必拆卸，組對好的U型管的兩開口端部，應及時密封。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型管安裝應在鉆孔鉆好且孔壁固化后立即進行。當鉆孔孔壁不牢固或者存在孔洞、洞穴等導致成孔困難時，應設護壁套管。鉆孔完畢后孔洞內有大量積水，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型管內宜充滿水。下管前應將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致其耐壓等性能下降。

埋管深度及孔內地下水（或泥漿）水位較淺時，宜采用人工下管。當下管較困難時，可采用機械下管。U形管底部用軟質塑料帶等進行綁扎，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，當垂直下到井底，操作手查看壓力表的壓力，當原有壓力無下降時，即下管成功。

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

2.4 灌漿和回填

U型管安裝完畢后，應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膨脹損壞膨潤土灌漿材料而導致管道被擠壓節流。

地埋管換熱系統應根據地質特征確定回填料配方，回填料的導熱系數不應低于鉆孔外或溝槽外巖土體的導熱系數[4]。

當埋管深度超過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，當上返泥漿密度與灌注材料的密度相等時，認為灌漿過程結束。灌漿時，應保證灌漿的連續性，應根據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

下井完畢根據施工圖尺寸、位置在施工現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。

回填料應采用網孔≮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，回填應在管道兩側同步進行，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、搗實。分層管道回填時，應重點做好每一管道層上方15 cm范圍內的回填。管道兩側和管頂以上50 cm范圍內，應采用輕夯實，嚴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。其優點是檢修方便，在單個能源井出現泄漏的情況下，關閉該回路即可，不影響其他回路正常使用。

水源熱交換器一般宜設置成多個系統接至熱泵機房，方便系統檢修和調節。

水管坡度應坡向土壤換熱器集分水器，嚴禁倒坡。

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，但上下兩層PE管之間必須有100～200 mm的黃砂回填層。

水管在鋪設時嚴禁管道上下蜿蜒，造成管道積氣。

水管應在水平方向蜿蜒鋪設，留有一定膨脹、收縮空間，避免管道應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 結語

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