地源熱泵地埋管換熱系統施工技術探究

(陜西建工第三建設集團有限公司，陜西 西安 710054)

1 工程概況

孫思邈紀念館工程冷熱源為地源熱泵，地源熱泵室外換熱井群位于主樓東側及南側，地源熱泵機組采用一臺螺桿式地源熱泵機組。

根據本工程設計要求，地源井采用豎直埋管形式，共需鉆設地源井193口。鉆井口徑大于110mm，有效深度100m，井內安裝雙U型管，鉆井平均間距位置4m。地耦管材料采用高密度聚乙烯管道，地耦管集分水器采用鍍鋅鋼管制作，填料采用專用回填料。

2 地埋管換熱系統的“四試壓”

在地埋管換熱系統的施工中，最為關鍵的技術難點莫過于水壓試驗。地埋管采用高密度聚乙烯(HDPE)管，其試驗壓力遵循非金屬管道水壓試驗原則，當工作壓力小于等于1.0MPa時，為工作壓力的1.5倍，且不應小于0.6MPa；工作壓力大于1.0MPa時，為工作壓力加0.5MPa。

地源熱泵地埋管施工過程中，由于施工的階段性以及系統復雜性，并且地源井鉆設與地源管道施工是同步進行，因此，會導致管道試壓工作繁雜凌亂。為方便施工及試壓，我們將各個節點的試壓工作總結為地埋管換熱系統的“四試壓”。

垂直地埋管下管前，進行“一試壓”。在試驗壓力下，穩壓15min，穩壓后壓降不大于3%， 且無滲漏現象。持壓下管完成回填后保壓1h。垂直地埋管與水平地埋管連接裝配成環路后，回填前應進行“二試壓”。在試驗壓力下，穩壓30min，穩壓后壓降不大于3%，且無滲漏現象。

3 地埋管保壓穩壓“四措施”

地源熱泵垂直地埋管施工是整個地埋管換熱系統施工的關鍵環節，由于地埋管地底埋深深達接近百米，管道施工過程無可見性，無法對施工完成的管道進行外觀檢查。垂直地埋管雖然采用持壓下管，但在下管過程中會采用機械頂桿下管，極有可能會使地埋管焊口脫裂甚至機械損傷。因此，垂直地埋管在施工過程中的穩壓保壓措施對施工質量起到決定性作用。在孫思邈紀念館地埋管施工過程中，經過反復研究論證，我們采用“四措施”來保障管道壓力不掉壓。

措施一：采用電熔焊接雙U型接頭 。U型接頭熔接時，操作壓力和溫度需十分強調，用力過大或溫度偏高會導致管材、管件熔融過多，管內壁易產生不均勻焊瘤，錯縫，甚至熔口碳化造成縮徑，流量通徑變小。用力過小或溫度偏低會導致管材熔接虛焊，未焊透甚至夾雜氣泡，影響管道接口強度。如垂直地埋管雙U型接頭采用電熔焊接，與傳統手工承插熱熔連接相比。電熔焊接采用微電腦電熔焊機焊接，焊接溫度可恒定調節且易調控，熔接承口較長，可大幅度避免管道熱熔接口質量問題出現，從而保證焊接接口強度。采用電熔焊接雙U型接頭，可極大避免地埋垂直管機械下管過程焊口脫裂情況發生。

措施二：垂直地埋管加長定尺加工。孫思邈紀念館垂直地埋管在設計中明確規定地底埋設深度為90m。我們在施工過程中直接采用加長定尺加工，加工長度為93m。在地源熱泵地埋管施工過程中，一般都是先施工地埋垂直管段，后施工地埋水平管道。待地埋垂直管段施工完成后再用管道將兩者連接起來。我們在施工時采用加長定尺加工，將連接地埋垂直管道及水平管道的管段加長定尺加工到垂直地埋管的長度里。這樣可減少垂直地埋管道上的接頭數量，減少“漏點”產生。

措施三：調整泥漿配比。垂直地埋管在下管過程中容易出現管孔局部堵塞的現象，井孔底部泥漿發生沉淀導致下管困難。下管困難甚至無法下管時就必須抽出管道清孔重新下管。在抽出管道的過程中管道極易與井壁或者頂桿產生摩擦碰撞，不可避免造成管道損傷。因此減少管孔堵塞塌陷以及泥漿沉淀，對地埋垂直管施工尤為重要。由于鉆井施工采用泥漿護壁，調整泥漿配比可極大減少塌孔及沉陷問題的出現。我們在施工過程中，在調制護壁泥漿時增添了膨潤土等添加物質調制成混合泥漿。這種混合泥漿粘性及可塑性較強，其作為護壁泥漿，井壁成型快，不易塌陷，不產生多余流漿，可極大避免管孔堵塞塌陷以及泥漿沉淀問題的產生。膨潤土是以蒙脫石為主的含水鋁硅酸鹽礦物質，其具有強大吸濕性，吸水體積膨脹可達30倍。其膠體懸浮液具有一定的粘滯性、觸變性及潤滑性，其具有較強陽離子交換能力，對液體及有機物質有一定吸附作用。

措施四：增設頂桿支架。垂直地埋管一般采用人工和機械頂桿下管相配合的方法。采用機械下管過程中，機械頂桿的著力點一般位于U型接頭上。在下管過程中由于機械設備和人員操作的失誤，難免會機械頂桿用力過度。如出現這種情況，就可能造成U型接頭與管道開裂等損傷。為避免這種狀況發生，我們在U型接頭前端增設了一個頂桿支架來作為機械頂桿的著力點。采用可調節地源熱泵專用五孔卡，在其上采用不銹鋼圓頭螺絲釘固定，內襯防滑膠墊制作頂桿支架。采用這種專用頂桿支架可極大避免機械頂桿對管道造成的損傷，從而來保障管道嚴密性。