浅谈地源热泵埋管技术

【摘 要】 南京市江心洲展示综合体、科技产业园采用地源热泵来代替先阶段市场热度最高的中央空调。地源热泵在南京市建设中比较少见。但是地源热泵环保、节能、维护费用低，综合性能有明显优势。而地埋管作为地源热泵的基础部分尤为重要，垂直管施工和水平管施工的控制决定着地源热泵的质量。此文以江心洲2011G68一期工程展示综合体为例，介绍垂直管施工和水平管施工技术。

【关键词】 绿色环保；地埋管；节能

【中图分类号】 TU721.5 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123（2013）04-024-02

1 工程概况

2011G68一、二、三期工程总用地约为13.38万平方米，总建筑面积约为27.27万平方，其中地上14.87万平方米，地下12.4万平方米，包括展示综合体（A）、科技产业园（B、C）、居住园区（D）、江岛商业（E、F）四个功能区。

A区使用地源热泵工程。根据占地具体现状，本工程设计埋管位于地下车库的底板下，共布置431口井。每口井有效深度为100米，钻孔孔径φ130，每口井为双∪并联布置。整个地下室将地埋管孔井分为八个区域，分别设计对应的窗井分集水器间，每组分集水器连接若干个由6～10口井组成的同程式水环路，使每个水环路的水量保持相对的平衡，各组分集水器的总管汇至相应地源热泵主机房内。每口井的双∪管道采用Φ25HDPE塑料管，水平管为HDPE塑料管，连接至分集水器后的管道均为镀锌无缝钢管，沟槽卡箍连接，所有管道的承压能力均为1.6MPa。

2 地源热泵的特点

与其他的空调工程相比，地源热泵工程有其自身的特点：

2.1 高效节能，稳定可靠。地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，土壤与空气温差一般为17度，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%～60%，因此要节能和节省运行费用40%～50%左右。通常地源热泵消耗1KW的能量，用户可以得到5KW以上的热量或4KW以上冷量，所以我们将其称为节能型空调系统。

2.2 无环境污染。地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，真正的实现了节能减排。

2.3 一机多用。地源热泵系统可供暖、制冷，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。

2.4 维护费用低。地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。

2.5 使用寿命长。地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达50年，要比普通空调高35年使用寿命。

2.6 节省空间。没有冷却塔、锅炉房和其它设备，省去了锅炉房，冷却塔占用的宝贵面积，产生附加经济效益，并改善了环境外部形象。

3 地源热泵地埋管的控制要点

3.1 垂直管施工控制。

3.1.1 放线。应参照现场工程定位轴线进行放线，按照施工图纸标定换热孔的位置，确保位置准确。

3.1.2 竖立钻机。①应以钻孔点定位塔架底盘，采用水平尺对底盘横向、纵向进行找平，水平度≤0.5mm/m；②底盘定位后安装塔架竖杆，应利用铅锤和直尺测量塔架的垂直度，保证塔架竖杆垂直；③安装钻机头、钻机提升装置和钻头充水（泥浆）等附属装置；④应对钻机及附属装置接电、接水管，对每台设备进行点试，确定转向。

3.1.3 钻孔。①开钻前须确定转向无误，并重新在校核塔架底盘，竖杆的水平和垂直度；②密切注意钻机及附属设备的运行情况，发现异常应及时处理，防止拉断钻杆和接头丝扣、跌落钻头等现象发生，并时刻注意地层地质变化，做好记录；③施钻过程中钻机长和操作手应定时对钻机及附属设备进行巡回检查，及时做好维护和保养工作，提高工作效率；④当孔钻到要求深度后，应对孔反复进行通孔，为下换热管创造顺利条件；⑤钻孔间距应满足换热需要，间距宜3～6米。

3.1.4 试压。竖直地埋管换热器插入钻孔之前应按设计要求进行水压试验。试验压力为1.5MPa，稳压至少15min，稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象；将其密封后，在有压状态下，插入钻孔，完成灌浆之后稳压1h。

3.1.5 下换热管。①为保证换热效果，防止支管间发生热回流现象，两根换热支管之间应保持距离，下管前应采用分离定位管卡将两根换热管进行分离定位，分离定位管卡的间距为3米；②根据井的实际情况，下管应采用下管机下管，下管速度要均匀，防止下管过程中损坏管道，如果遇有障碍和不顺畅现象，应及时查明原因，待做好处理后才能继续下管；③下管机下管时应将HDPE管头与下管器连接固定，在将塑料绳捆绑在管头上；④应将下管器连同HDPE管插入井孔，一旁用人工将HDPE管抬起，进行下管；⑤应从管头没入钻孔时根据钻杆测量，至有效深度后停止下管，并用尼龙绳牵引防止下沉。⑥如果采用下管机下管，换热管道到位后，应提起下管钻杆，提杆过程中为防止换热器上浮，在提杆前应少许灌浆或灌入少量黄沙。

3.1.6 回填。①回填方式：采用人工回填的方法灌回填料。采用10%膨润土和90%细沙的混合物，由上向下进行人工多次回填，回填过程需缓慢进行，确保回灌密实，无空腔，减少传热热阻。逐步排除空气，确保无回填空隙，保证了传热效果；②回填料：本工程设计已明确规定使用10%膨润土和90%细沙的混合物为回填料；③满孔回填，回填至作业面标高。完成后应用彩旗或其他标识物标记。

3.2 水平管施工控制。

3.2.1 材料检验和储存。管件和管材的内外壁应平整、光滑，无气泡、裂口、裂纹、脱皮和明显痕纹、凹陷；管件和管材颜色应一致，无色泽不均匀。

3.2.2 装卸运输。搬运时应小心轻放，不能受到剧烈碰撞和尖锐物体冲击，不能抛、摔、滚、拖，避免接触油污，在储存和施工过程中要严防泥土和杂物进入管内，存放处避免阳光直射。

3.2.3 连接方式。根据设计要求，所有的聚乙烯管材都要采用对接热熔连接。管道热熔连接时必须按照厂家施工技术规范标准进行。

3.2.4 本工程地埋管换热器管道大部分敷设在建筑物楼板之下，为了确保地埋管换热器管道不因受压而出现问题，采取以下两个应对措施：①首先要保证地埋管换热器管道材质的承压能力为1.5MPa，采用材质为HDPE100管并承压1.6MPa的管材，保证其环刚度符合外部承压要求；②水平管的敷设及回填必须严格按照以下施工方案进行：在地埋管换热器水平管下部需要预先铺设一层150mm的细砂，在水平管连接完毕并试压合格后，在其上部铺设一层250mm的细砂。

根据以往同类工程的施工经验，采取以上措施进行施工后的地埋管换热器管道能够承受外部压力。

3.2.5 根据土方施工提供的进度计划，分片区进行水平管施工，当开挖未完成一个回路或一个系统，无法进行闭合时，对预留的管头进行热熔封堵，待其余井孔或回路开挖完成以后再将其连接、闭合，接至集分水器位置。

3.2.6 穿底板HDPE管施工。首先，防水套管部件预制。①按防水套管设计图纸将防水套管焊接完成，并将套管内PE管安装；②在套管上部预留孔。待HDPE管安装完毕，将套管下部橡胶圈及短管安装拧紧，再从预留小孔中灌入树脂胶泥；③套管与HDPE管内树脂胶泥灌满以后，用管堵将预留小孔封堵，再将上部橡胶圈和短管安装完毕；④安装时，底部法兰及在地板混凝土下部分短管防腐处理，刷沥青漆两道；其次，防水套管部件安装。①按图纸要求将各分区内的U形管连接成系统，并分别引至穿大底板坐标位置.准确定位集分水器位置，将预制完成的防水套管部件与水平管管头相连接；②待HDPE管全部连接完毕后，再次对安装完毕的防水套管进行校准；③待土建进行地下室底板施工完毕，再与室内集分水器连接。

3.2.7 试压。①竖直地埋管换热器与集管装配完成后，回填前应进行第二次水压试验。试验压力为1.5MPa，稳压至少30min，稳压后压力降不应大于3%，且无泄露现象。试压合格后继续将系统密封、保压；②总管的连接及试压：各分区管道连接并试压完毕后，将各分区分集水器连接到总分集水器，进行第三次水压试压，试验压力为1.5MPa，在试验压力下，稳压至少2小时，且无泄漏现象。

3.2.8 地下换热器系统冲洗、试压及其他。①管道冲洗、试压是隐蔽前的最后两道工序，也是极其重要的一个环节。清洗前要检查管路上是否有预留孔（如压力表接孔等）未采取必要的封堵措施，以免冲洗水流出污染其它专业的成品、半成品及原材料。阀门的启闭要满足冲洗的要求，避免使冲洗水流入末端设备；②所有管道系统连接安装完毕后，进行系统注水冲洗、排气，清洗时要注意排掉的水要接至就近的排水井或排水沟，以保证排泄和安全。排水管从管道末端接出，排水管截面积不能小于被冲洗管道截面积的60%。冲洗要以系统内可能达到的最大压力和流量进行，直到出口处的水色和透明度与入口处目测一致为合格；③系统管道全部安装完毕，且冲洗、排气及回填完成后，进行第四次水压试验，试压压力为1.5MPa，稳压12小时，稳压后压力降不应大于3%。

3.2.9 在管道系统最高点处加自动放气阀，最低点处加手动排水阀。

3.2.10 回填。试压合格以后，首先调整水平管的间距、平整度，再通知土方施工单位进行回填作业。施工时水平管下垫相当于管径厚度的砂层，连接完毕后管上回填200mm厚沙层。然后可以进行下步砼垫层及承重层的施工。

3.2.11 HDPE管连接。热熔连接。热熔承插连接：是将管材外表面和管件内表面同时无旋转地插入熔接器的模头中加热数秒，然后迅速撤去熔接器，把已加热的管子快速地垂直插入管件，保压、冷却的连接过程。

连接流程如下：检查切管清理接头部位及划线加热撤熔接器找正管件套入管子并校正保压、冷却。①检查、切管、清理接头部位及划线的要求和操作方法与UPVC管粘接类似，但要求管子外经大于管件内径，以保证熔接后形成合适的凸缘；②加热：将管材外表面和管件内表面同时无旋转地插入熔接器的模头中（已预热到设定温度）加热数秒，加热温度为260℃，加热时间以技术说明书为准；③注意：当操作环境温度低于0℃时，加热时间应延长二分之一；④插接：管材管件加热到规定的时间后，迅速从熔接器的模头中拔出并撤去熔接器，快速找正方向，将管件套入管端至划线位置，套入过程中若发现歪斜应及时校正。找正和校正可利用管材上所印的线条和管件两端面上成十字形的四条刻线作为参考；⑤保压、冷却：冷却过程中，不得移动管材或管件，完全冷却后才可进行下一个接头的连接操作。

3 结束语

目前，南京市地源热泵并不多。但是地源热泵高效节能、无环境污染、使用寿命长等特点，对于走绿色环保路线的南京来说是非常有需要的。相信以后会对于南京的建设中会得到更加广泛的运用