1、地埋管地源熱泵系統(tǒng)的應用（一） 工程概況xx學院工程位于北京市xx區(qū)，是一座現(xiàn)代化的綜合建筑，設計功能齊全、要求舒適程度高。 本工程地處市效，沒有市政供熱管網(wǎng)，沒有鍋爐熱源等。由于節(jié)能環(huán)保需要工程采用地源熱泵空調系統(tǒng)，夏季制冷，冬季供暖，四季提供生活熱水，室外換熱系統(tǒng)采用四管制(雙U)垂直式換熱系統(tǒng)，室外共鉆孔448個，孔深120米(室外地面0.0)，孔徑150mm，孔間距4米。地源熱泵系統(tǒng)的核心設備為地源熱泵機組，設置在D區(qū)地下一層冷(熱)源機房內(nèi)，機組在冬季從土壤中吸熱，夏季向土壤中排熱，通過八個閥組完成冬、夏季切換，作為空調冷熱源，并提供全年生活熱水負荷。B1層冷熱源機房設四臺地源熱泵機

2、組，其中空調用機組三臺，制冷工況下，單臺制冷量為830KW，制冷工況COP4.8，冷凍水進出口溫度為12/7，水源側溫度為30/35；制熱工況下，單臺制熱量為690KW，熱水溫度45/40熱水，水源側溫度為8/4，此兩臺機組負擔空調冷熱源；另設二臺常年使用的地源熱泵機組，與太陽能系統(tǒng)共同負擔全年生活熱水負荷，且保證在太陽能系統(tǒng)未能正常工作時保證生活熱水供應，機組額定熱負荷465KW，冷凝器側熱水溫度55/50熱水，其中夏季空調供冷時蒸發(fā)器側接至空調冷凍水系統(tǒng)，非空調供冷其他季節(jié)接至地源側管路。（二） 基本原理地源熱泵是一種利用淺層地熱資源既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調設備。地源熱泵通過輸入少量

3、的高品位能源（如電能），實現(xiàn)由低溫位熱能向高溫位熱能轉移。地能分別在冬季作為熱泵供熱的熱源和夏季制冷的冷源，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。地源熱泵系統(tǒng)具有環(huán)境及經(jīng)濟效益顯著，一機多用，應用廣泛，自動運行，無環(huán)境污染，維護費用低，使用壽命長，節(jié)省空間等特點。地源熱泵供暖空調系統(tǒng)主要分三部分：室外地能換熱系統(tǒng)、地源熱泵機組和室內(nèi)采暖空調末端系統(tǒng)（生活熱水系統(tǒng)）。三個系統(tǒng)之間靠水或空氣換熱介質進行熱量的傳遞，熱泵機組與地能之間換熱介質為水，與建筑物采暖空調末端換熱介質也為水。地源熱泵系統(tǒng)基本原理如圖1所示。圖1 地源熱泵系統(tǒng)原理圖

4、（三）主要施工方法1地源熱泵地埋管施工工藝流程，詳見圖22垂直孔施工方法2.1 U型換熱管安裝及壓力試驗首先按照設計圖紙的要求，使用專業(yè)的管剪截取相應的管道長度，連接完成的U型換熱管，進行水壓試驗，等待下管。2.2 下管施工2.2.1 把立埋管路在充水狀態(tài)下插入到井中，因為水增加了管子的重量，下管時增加下墜力，以抵消一部分浮力，還可以防止管道變形，因為鉆孔內(nèi)一般情況下充滿了泥漿。2.2.2 鉆孔完成后應立即下管，若成孔擱置時間過長，有可能出現(xiàn)鉆孔局部塌陷或堵塞，導致下管困難。將U型管捆綁在鉆頭上，然后利用鉆孔機的鉆桿，將U型管送入鉆孔深處。U型管的長度應比孔深略長，使得其能夠露出地面。下管過程

5、中受阻禁止采用機械下壓的方法，應重新清孔下管；分區(qū)管溝回填系統(tǒng)整體連接系統(tǒng)整體水壓試驗施工準備測量放線鉆井施工井管制作水壓試驗（第一次）下管施工灌漿回填分區(qū)水平管連接分區(qū)水壓試驗圖2 地埋管系統(tǒng)工藝流程圖2.3 泥漿溝、排水系統(tǒng)施工根據(jù)現(xiàn)場的情況確定泥漿溝的位置，泥漿溝要足夠大，以儲存足夠的泥漿，泥漿溝的末端設置一個泥漿池，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。鉆井過程中所溢流出來的泥漿所含水分極大，考慮本工程施工區(qū)域內(nèi)地下水比較豐富，所以排水系統(tǒng)設置完備。2.4 鉆井2.4.1根據(jù)本工程地質條件，采用泥漿正旋轉鉆孔方式，沿鉆管內(nèi)部送入高壓泥漿，并沿著鉆桿的外側將鉆屑送出地面。2

6、.4.2在保證設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沙層，可適當調整鉆孔的位置、深度與數(shù)量。2.4.3 當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。反之，鉆孔深度宜減少。2.4.4 帶壓下管、穩(wěn)壓觀察、泄壓等豎井孔壁固化后，應立即將連接完畢、打壓合格并且?guī)в?.4Mpa壓力的雙U型垂直換熱管道在專業(yè)下管器的協(xié)助下，垂直放入開鉆完成的豎井內(nèi)，下管時應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。2.5 垂直孔回填2.5.1 本工程回填工藝采用原漿無壓自流回填工藝，此種方法綠色環(huán)保，可確保密實穩(wěn)態(tài)回填，在下管結束后立即進

7、行，利用泥漿池及泥漿循環(huán)泵重復循環(huán)回填，確保換熱效果。為確保每個換熱孔均能做到原漿密實回填，安排專業(yè)檢測人員，對每個井孔的回填情況時時檢測，發(fā)現(xiàn)問題立刻處理，確保回填質量。2.5.2 回填材料選擇原漿回填，原因是本工程鉆孔取出的泥漿含砂量豐富，凝固后孔內(nèi)填充物收縮性很小，有利換熱，且不會對原地質有任何污染。垂直孔回填后效果見下圖。圖3 地埋管安裝后回填現(xiàn)場3 水平管網(wǎng)施工水平埋管地溝結構應綜合考慮地上和地下障礙物、地表坡度、溝轉向半徑限制、回填和復原要求等因素的影響。3.1 施工工序3.1.1 首先確認水平管溝開挖區(qū)域地下管線及構筑物位置，確保安全施工；3.1.2 按照圖紙要求進行水平橫溝機械

8、開挖，按照圖紙確定開挖深度，水平儀監(jiān)測；3.1.3 機械開挖完成后，人工清理溝底10公分，找平；3.1.4 垂直換熱管道二次復壓，試驗壓力0.4Mpa，穩(wěn)壓30分鐘；3.1.5 按照圖紙要求進行水平集管及主供回水管道的連接、安裝；3.1.6 水平集管，主供回水管道分組進行水壓試驗，試驗壓力0.4Mpa，穩(wěn)壓3小時；3.1.7 水平管溝回填；3.1.8 室外檢查井砌筑；3.1.9 水平集管及主供回水管道連接至檢查井內(nèi)集分水器；3.1.10 集分水器、水平集管、主供回水管道整體進行進行水壓試驗，試驗壓力0.4Mpa，穩(wěn)壓3小時；3.1.11 檢查井周邊管溝回填；3.2 水平管溝開挖根據(jù)設計圖紙的要

9、求，在確保合理施工的前提下，盡量減少土方開挖量。水平管溝開挖的寬度應保證管道熱熔焊接具有足夠的操作空間及管道安裝空間，人工清理溝底10公分，找平，挖掘過程中應注意成品保護。3.3 垂直換熱管道在水平管道連接前進行二次復壓，緩慢升壓，水壓試驗壓力0.4Mpa，穩(wěn)壓時間30分鐘。3.4 水平集管，主供回水管道的連接、安裝3.4.1 嚴格按照設計圖紙的要求將打壓合格的U型換熱管與水平集管可靠連接，并打壓合格，待安裝管道不應有切斷、扭結等問題。3.4.2 安裝前應將溝中的石塊清理干凈，溝底找平。3.4.3 確保所有接頭強度能夠承受循環(huán)水溫變化時熱脹冷縮所引起的應力。3.4.4 檢查溝中無石塊且溝底平整

10、后，再將管道放入溝中，下管過程中，嚴禁將管子從上往下自由滾放，并應防止塊石等重物撞擊管身。3.4.5 管道的安裝位置應與設計相符，且應采取固定措施。3.4.6 所有暗埋管道均采用熱熔的方法連接。管徑小于等于De75的管道，采用熱熔承插連接；大于De75的管道，宜采用熱熔對接連接。不同種類的管材或級別不同的管材不應熔接。3.4.7 水平集管及主供回水管道應分組進行水壓試驗，應緩慢升壓，試驗壓力0.4Mpa，穩(wěn)壓時間3個小時。3.5 水平管溝回填3.5.1 回填材料首層回填土顆粒要細小均勻，且不含石塊及土塊，回填土的含水量宜按土類和采用的壓實工具控制在最佳含水量附近。槽底至管頂以上50cm范圍內(nèi)，

11、不得含有機物、凍土以及大于50mm的磚、石等硬塊。3.5.2 回填工藝（1）回填壓實應逐層進行，且不得損傷管道。水平管溝回填，管道必須帶壓，壓力為0.4Mpa，時刻監(jiān)測管道壓力變化，待管溝回填完畢后，觀察管道壓力30分鐘，壓力無下降方可泄壓。管道兩側和管頂以上50cm范圍內(nèi)，應采用人工輕壓，嚴禁壓實機具直接作用在最底層管道上。（2）回填應在管道兩側同步進行，嚴禁單側回填；管道兩側壓實面的高差不應超過30cm。管腋部應使用人工回填，填土必須塞嚴、搗實，保持與管道緊密接觸。同一溝槽中有雙排或多排管道的基礎底面位于同一高程時，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。（3）回填材料壓實

12、后應與井壁緊貼。分層管道回填時，應重點做好每一管道層上方50cm范圍內(nèi)的回填，回填土應用素土，其間不得有尖利的巖石塊和其它碎石。3.6 室外檢查井采用磚混結構，外部尺寸420024001600，水泥底板厚度20公分，四壁37磚墻砌筑，兩面水泥砂漿找平，穿墻套管采用防水套管，頂板配筋現(xiàn)場混凝土澆筑，厚度20公分，配重型鑄鐵井蓋，設通行人梯。3.6.1 檢查井管道連接水平集管及主供、回水管道與檢查井內(nèi)集分水器連接，集分水器采用PE100 SDR17 De250 管材及管件現(xiàn)場制作，每個集分水器均設置全銅自動排氣閥，溫度計及壓力表，水平集管供回均設置De63注塑閥門。4 地源熱泵機房換熱系統(tǒng)施工方法

13、4.1 設備的的吊裝本工程熱泵機組體積大，重量大，運輸較為困難，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，機組只能吊放在通向地下車庫的車道上，再用手拉葫蘆或卷揚機慢慢地拉到地下室機房。 由于機組重量在4噸左右，進入機房吊裝時，應選用10噸手拉葫蘆2-4個進行基礎面吊裝。4.2 設備搬運基本要求4.2.1 認真仔細勘察施工現(xiàn)場，做好準備工作。4.2.2 選擇合適安全的起重機械（吊車、電動卷揚機等）以及附屬機具。4.2.3 組織好參加調運施工人員：指揮、司機、安裝、測量以及必要的輔助工種。4.2.4 確定起重作業(yè)順序：綁扎吊件、提升（下放）、就位（水平移動）核正、固定。4.2.5 找好吊裝用的固定點和設備許可的吊裝點。

14、4.2.6 嚴格按照起重設備安裝工程施工及驗收規(guī)范GB50278-98、安裝工人技術等級標準JGJ43-88進行操作。4.2.7 嚴格執(zhí)行機械設備吊裝規(guī)程有關規(guī)定。4.2.8 實行一人指揮，多人協(xié)作操作，確保安全吊裝。4.3 設備搬運方案在地下機房吊裝孔口旁邊，搭設12#槽鋼制作的吊裝架，下鋪89鋼管作為滾杠，用吊車將熱泵機組由吊運口直接吊裝至槽鋼吊架上，將吊裝孔下方至熱泵機組基礎之間的地面鋪平，用相應噸位的吊車將熱泵機組水平拖至基礎上，熱泵機組全部運輸?shù)轿缓笤俨捎们Ы镯斶M行精就位，并按設備技術文件要求加設減震裝置。水泵、軟化水裝置等設備重量小于熱泵機組重量，按以上方案按由里到外的順序依據(jù)上述

15、步驟吊運。4.4 設備安裝4.4.1工藝流程設備基礎驗收設備開箱檢查現(xiàn)場運輸設備安裝就位找平找正質量檢驗。4.4.2 熱泵機組的安裝（1）設備進行開箱檢查，核對設備名稱、規(guī)格、型號是否與設計相符以及備品備件是否齊全，檢查設備外觀是否有損壞和銹蝕等情況，技術文件是否齊全等；（2）檢查設備基礎，基礎要平整；（3）機組安裝時，首先接好地線，再進行其它電源線及各控制線的聯(lián)接；（4）與設備連接的水管使用橡膠軟接頭進行減振,防止震動沿管道進行傳播。（5）按照設計圖紙尺寸放出縱向和橫向安裝基準線；由基礎的幾何尺寸定出基礎中心線；比較安裝基準線與基礎中心線的偏差，確定最后的安裝基準線。若安裝基準線與基礎中心線

16、的偏差很少，則按基礎中心線作安裝基準線安裝；若偏差較大，則修改設備基礎以達到安裝基準線要求。安裝基準線確定后，對設備底座位置定位，定出地腳螺栓（或底座 墊板）的位置。地腳螺栓（或底座墊板）處打麻面，要求盡可能平整。用水準儀測出地腳螺栓位（或底座墊板位）的標高，確定安裝的標高基準。（6）底板位用水平儀最高點調水平，要求縱橫方向誤差11000；用液壓千斤頂將設備頂至一定的高度；配備減震裝置。將設備放下，置于減震裝置上；精調設備安裝水平度和垂直度，檢查設備連軸器的同心度和水平度，用加減薄鋼片的方法進行調整，薄鋼片每組不超過3 塊，設備調平后用點焊固定。 4.5 管道安裝4.5.1管道材質及規(guī)格機房內(nèi)

17、管道當管徑DN50時采用鍍鋅鋼管，當管徑DN50時，采用無縫鋼管，管道材質、規(guī)格及連接方式嚴格按照施工圖、技術要求進行施工。各種管材及管道的附件，包括彎管、三通、管箍、變徑管、閥門、儀表等符合制冷及采暖工程的雙重要求，并且有合格證明及材質證明。4.5.2 管道安裝施工要點：（1）管道支吊架 冷（熱）源機房內(nèi)管道由于管徑較大，管路中部件較多，所以為保證管道安裝的可靠性，冷熱站內(nèi)管道支架采用柔性吊架，嚴格按照施工圖紙要求進行施工。（2）管道布置1) 冷（熱）源機房內(nèi)管道的布置直接影響系統(tǒng)的工作效果及觀感質量，空調機房內(nèi)管線的布置主要考慮以下幾個原則：2) 管道的布置首先保證系統(tǒng)的功能，根據(jù)小管避讓

18、大管、有壓管避讓無壓管的原則合理布置管路走向；3) 管路布置時充分考慮水流開關、電磁流量計及壓力表、溫度計等儀表的安裝位置，保證儀表的使用功能，確保獲得準確的參數(shù)讀數(shù)；4) 設備及閥門等部件必須預留充分的操作及檢修空間，保證維護管理的方便；機房內(nèi)留充分的空間，以利于檢修設備、材料等的運輸；5)管道安裝整體注意平直美觀，增強機房觀感；6)自控系統(tǒng)配合進行電磁閥、流量計等自控元氣件的安裝。7)管道穿越墻壁和樓板設置鋼制套管，安裝在樓板內(nèi)的套管，其頂部高出地面20mm，底部與樓板平行；安裝在墻壁內(nèi)的套管，其兩端與飾面相平，套管與管道之間用非燃性保溫材料填實。（3）管道連接1)焊接連接管道焊接采用專用

19、坡口設備進行坡口，并符合現(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范中的相關規(guī)定。管道支架附近200mm處無焊口，焊口接近于兩支架間距的1/5位置處。焊條采用結構鋼J422焊條，焊條存放時注意防潮，不使用有藥皮脫落和顯著裂紋的焊條。管道上儀表接點的開孔和焊接要在管道安裝前進行。焊接前先將兩管段按要求對正后，對端部點焊牢。管徑小于100mm點焊三個點，管徑大于100mm，點焊四個點，復核無誤后，方清理施焊。2)絲接連接絲扣連接工藝如下：斷管：根據(jù)現(xiàn)場測量實際管段長度，在管材上劃線，按線截斷管子。一般采用砂輪切割機進行截斷，根據(jù)用量及場合不同還可采用手持鋼鋸及切管套絲機斷管。但要注意斷管后應使端口平直

20、、光滑，勿留毛刺、熔渣、鐵屑，勿使端口縮口。套絲：斷好的管材分次套制絲扣，一般套兩次。如需煨彎的管子套絲，要在煨制之前進行，并在煨制過程中對絲扣加以保護。套絲主要以切管套絲機為主，適當?shù)妮o以管子鉸板人工套絲。配裝管件：根據(jù)現(xiàn)場測繪草圖，將已套好絲扣的管材配裝管件。配裝管件要充分考慮將來的維修，不允許影響維修時的拆裝。管段調直：根據(jù)場地條件及管子重量，將管子連接成方便搬運及安裝的管段，安裝前，用滾動方法檢測管段是否平直，并予以調整，直至符合規(guī)范及圖紙要求。（4）閥門等配件安裝有方向性要求的閥門（例如止回閥、截止閥、蝶閥等），按照水流方向進行安裝，要注意不能將閥門裝反，造成閥門失靈。（5）管道沖洗

21、試壓管道沖洗、試壓是隱蔽前的最后兩道工序，也是極其重要的一個環(huán)節(jié)。清洗前檢查管路上是否有預留孔（如壓力表接孔等）未采取必要的封堵措施，防止沖洗水流出污染其它專業(yè)的成品、半成品及原材料。閥門的啟閉必須滿足沖洗的要求，避免使沖洗水流入末端設備。清洗時排掉的水要接至就近的排水井或排水溝，以保證排泄和安全。排水管從管道末端接出，排水管截面積不小于被沖洗管道截面積的60%。沖洗以系統(tǒng)內(nèi)可能達到的最大壓力和流量進行，直到出口處的水色和透明度與入口處目測一致為合格。試壓保溫完畢后，在系統(tǒng)聯(lián)動試車前，對全系統(tǒng)進行系統(tǒng)沖洗，保證系統(tǒng)內(nèi)的清潔暢通。管道沖洗完畢，整個管路分系統(tǒng)進行壓力試驗，以檢查管路的強度及嚴密性

22、。本工程采用清潔水進行試壓，試驗壓力以施工圖說明中所規(guī)定的壓力為準。壓力試驗時所用的壓力表必須使合格產(chǎn)品，并且壓力試驗管路要對該表進行必要的保護。關斷閥門要嚴密。向管路內(nèi)充灌水時，打開管路各處的排氣閥。水灌滿后，關閉排氣閥和進水閥，用手搖試壓泵或電動試壓泵加壓，壓力要逐漸升高，加壓至試驗壓力的一半時，停下來對管路進行檢查，無問題時再繼續(xù)加壓。到達試驗壓力以后，再重點檢查焊縫、法蘭、管件連接處，以確保工程質量。（四）質量控制措施 1、U型地埋管的質量控制（1）下管前，U型管需在地面上進行強度嚴密性實驗，地面上試驗壓力為1.6Mpa，穩(wěn)壓30分鐘，壓力試驗合格后，降壓至0.4Mpa，（2）下管完畢后做好管頭封堵，防止進入雜物，堵塞管道，并做好警示標識，防止破壞。 （3）井管開口用專用熔接管端封堵，以保護管路系統(tǒng)，避免泥漿石塊和其它異物進入系統(tǒng)，造成系統(tǒng)堵塞影響水流量。（4）下管過程中及結束后，應時刻觀察U型管道壓力表讀數(shù)，壓力保持0.4Mpa（如超出應重新降壓至0.