探讨地源热泵系统安装工艺

摘要：地源热泵技术运行费用低，高效、节能，可充分利用地热能源，达到最佳节能效果，综合运行费节省40%以上，具有广泛的推广应用价值。本文主要探讨了地源热泵系统安装施工准备及施工工艺。

关键词：地源热泵系统；安装；施工准备；施工工艺

中图分类号：S776文献标识码： A

地源热泵是一种以土壤、地下水作为低温热源的热泵空调技术。其原理是依靠消耗少量的电力驱动压缩机完成制冷循环，利用土壤温度相对稳定(不受外界气候变化的影响)的特点，通过深埋土壤的环闭管线系统进行热交换，夏天向地下释放热量，冬天向地下吸收热量，从而实现制冷或供暖的要求。

地源热泵技术是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，通过消耗电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。地源热泵不需要人工的冷热源，可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热，向建筑物供暖;夏季它向土壤、地下水或者地表水放热，达到给建筑物降温的目的。同时，它还可供应生活用水，可谓一举三得，是一种有效利用能源的方式。

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地能，包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。通常地源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。与锅炉(电、燃料)供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70%~90%的燃料内能为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省2/3以上的电能，比燃料锅炉节省1/2以上的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10~25℃，其制冷、制热系数可达3.5~4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50%~60%。

1施工准备

1.1技术准备

1.1.1编制施工方案并送相关部门审定。

1.1.2施工图纸和设计文件齐全，并向施工人员进行设计交底、施工技术交底。

1.1.3施工人员应熟悉施工图纸及有关技术资料，包括工程特点、施工方案、工艺要求、施工质量标准及验收标准。

1.2材料、机具准备与检查

1.2.1管材选择

高密度聚乙烯塑料管（简称PE管）有着耐老化，使用寿命长，耐磨性好，搬运方便，连接可靠，可挠性好，抗震动冲击，输水过程不产生有害物质、材料环保可回收等优点。

1.2.1.1管材型号选取及相关指标

根据设计图纸要求的管径，选择合适的管材。在安装施工前应对管材和管件的外观进行检查，管材和管件的内外壁应光滑无损伤，

1.2.1.2管材运输及存储

1）PE管运至工地采用彩条布覆盖，严禁长时间太阳下爆晒，防止管道老化变形。

2）PE管的临时堆放应远离钻井区域，防止泥浆污染。

3）如果现场有场地搭建临时仓库，最好将PE管堆放在仓库中，以便保护PE管不被损坏。

4）PE管堆放时应平整，不宜堆太高，不允许在PE管上堆放其它过重物件或者硬物。

5）PE管堆放场地应放置灭火器，严禁在堆放场地生火。

1.2.2施工机具选择及使用

1.2.2.1机具的种类：多功能水井钻机、“切管器”(机)、PE管热熔对接焊机、便携式熔接焊机。

1.2.2.2必备机具说明：

1）多功能水井钻机：用于314mm以下的井孔施工，最深深度200米。具有移动灵活，钻井速度快等优点。

2）“切管器”(机)：小口径管材使用“切管器”，轻便灵活；而大口径采用的是热熔对接焊机，对热熔接焊机具备切管、断面平整度、垂直度调整功能。

3）便携式熔接焊机：便携式熔接工具适用于dn≤63mm 管道及系统最后连接。

4）PE管热熔对接焊机：台式熔接机具适用于dn≥63mm 管道连接。

2施工工艺

2.1工艺流程

2.1.1埋地HDPE管工艺流程

2.1.1.1竖向井管工艺流程

2.1.1.2水平管工艺流程

2.1.2机房内主机安装工艺流程

2.2施工工艺

2.2.1测量、放线及钻机就位

2.2.1.1打孔前根据施工图轴线在现场进行测量、放线，确定打孔位置，确保打孔点误差小于10mm，在每个孔中心做好醒目标记，以保证打孔位置准确。

2.2.1.2钻机就位：钻机就位时要保证钻杆垂直度，防止垂直偏差发生而将已埋管道损坏。

2.2.1.3钻井定位时要保证钻机水平度偏差≤1%。

2.2.2打井钻孔

2.2.2.1钻孔时要随时检查井孔斜率，每钻5米检查一次，当斜率超出允许值时，要采取纠偏措施。即在孔内回填土到偏差部位上面0.5米处，重新钻井。钻井遇到塌孔时，停止作业，回填黏土，待井孔壁的状态稳定后再继续钻井。

2.2.2.2通过测量下井钻杆长度检查井深，实际深度应不小于设计井深。

2.2.2.3钻井深度及埋管长度必须符合设计要求，井深误差不超过1米，保证埋管长度。

2.2.2.4在钻孔过程中为避免钻孔塌方和防止孔壁内对经过的含水层污染，应采用泥浆或化学浆进行护壁，防止塌方和防止污染地下水。

2.2.2.5打孔完成后，检查打井深度和打井的质量并做好隐蔽工程记录报监理验收。

2.2.2.6孔径的大小以能够较容易的插入所设计的双U型管，并且能尽量提升换热能力。

2.2.2.7打井过程中产生的土方和挖出的土方应集中堆放，在每口井成井后及时将土方运走。

2.2.3预制U型管

2.2.3.1在钻井工作的同时，可以在场地上预制“并联双U管”，管道要比井深长800mm（原则上管道中间不允许有接口），以便在埋入井后，地面上能有足够的预留长度，用于寻找或起到不被损坏的作用，也便于以后与环路集管连接。

2.2.3.2下管前应对“U型管”进行一次试压、冲洗。试压合格后，管道内维持0.8Mpa的压力，为了监控方便，压力表装卸处设球阀，组对好的“U型管”的两开口端部，应及时密封，以防杂物进入，并且可以带压下管。

2.2.3.3“U型管”制作与试验合格后，宜成卷打捆堆放，表面用彩条布覆盖避免在阳光下直接照射，以防发生热变形。

2.2.4下管与二次试压

2.2.4.1钻孔完毕及“U型管”制作与试验合格后，应尽快将“U型管”（即地下换热器）放入井孔内，试验合格后将高出地基800mm的管道用管头封死。以免地下换热器堵塞。

2.2.4.2采用机械下管的方法。下管时压力表不拆除，“U型管”的叉头部设帆布、在下管井口设麻袋等材料做垫层，防止在下管过程中对PE管的损伤；U型管内充满水，增加自重，减少下管过程中的浮力。下井用的“机械叉”不直接与U型PE管接触，防止碰坏U型管，机械下管时顺着井口缓慢下井，PE管操作手应注意下管时的机械重量，要求以机械钻杆自重下管，不需外力，当垂直下到井底，操作手查看压力表的压力，当原有压力无下降时，即下管成功。

2.2.4.3竖直U形管安装（即地下换热器） 应在钻孔完成且孔壁固化后立即进行。当井孔壁的状态不牢固或者存在孔洞、洞穴等导致孔壁形成困难时，应设护壁套管。下管过程中，U形管内宜灌满水，并采取措施使U形管两支管处于分开状态。

2.2.4.4下管完成后，做第二次水压实验。确认“U型管”无渗漏后，拆除压力表，用专用PE管帽封堵。此时需对供回水管标记，避免日后垂直埋管接驳水平总管时接反。最为简单有效的方法是将供水管（或回水管）截短，使之在长度上明显区别于回水管（供水管）

2.2.4.5如试压过程中发现不能稳压，应及时将管道拉出，重新埋入试压合格的管道，并分析原因。提出整改办法。

2.2.5注浆回填

2.2.5.1标记完成后进行机械注浆回填。注浆回填时注浆的管道至少应插入井深的一半以上，开启注浆泵，边注浆边缓慢提升注浆管，将井内泥浆压出地面，直至井内压出的泥浆与泥浆池中的泥浆浊度相近，方可视为第一次注浆回填完成。

2.2.5.2第一次注浆回填后，回填料经过一定时间的自然沉降后需进行多次人工补填，直至回填不再下降为止，方可视为回填结束。此时将进口多出的PE管用彩条布绑扎牢靠。

2.2.6水平管沟开挖和水平管敷设

2.2.6.1井内下管（即立埋管）施工完成后，根据设计施工图进行水平管（即横埋管）沟槽的放样，画出管沟开挖位置线。

2.2.6.2采用小型挖掘机配合人工进行开挖，沟槽与立埋管交叉处应特别注意立埋管的保护，使其不受破坏。开挖深度按施工图规定执行，并用人工进行平整。

2.2.6.3按照设计施工图要求进行垫层施工和找平，并留有一定坡度，方便水平汇总管安装有一定坡度，以利于排气。垫层上铺设至少为200mm厚度的细黄沙，且确保周围200mm范围内无石头及金属硬物。

2.2.6.4与土建单位协调配合，遵守有关堆土场地规定和堆土施工顺序，及时将多余的土方移出工地。

2.2.6.5横埋管安装与连接前应确保管道内壁及接口清洁。

2.2.6.6管道安装的坡度应坡向地下换热器集分水器，严禁倒坡。管道在铺设时严禁上下蜿蜒，造成管道积气。管道应在水平方向蜿蜒铺设，留有一定膨胀与收缩空间，避免管道应热胀冷缩影响管道使用寿命。

2.2.6.7待所有接口都熔接好后，整个地下换热器系统要充水试压检漏，试验压力与立埋管试验压力一致。稳压至少2小时，应无明显压力变化，且无泄漏。

2.2.6.8系统检漏合格后，进行系统排气、注水。注水时，从回路的一端注水，另一端排气。切忌两端同时注水。

2.2.6.9横埋管出地面的管道应保温，且做防水保护外壳。穿墙应按规范设置穿墙套管。

2.2.6.10地下换热器换热系统安装完毕后，且冲洗、排气及回填完成后，应再进行水压试验，试验压力与上述一致。

2.2.7冷水机组安装

2.2.7.1机组运输就位：根据吊装口的位置和设备的平面布置确定设备吊装的方案，确定设备运输路线和就位顺序。

2.2.7.2机组调整：机组找平可根据设备的具体外型选定测量基准面，用水平仪测量，拧住地板上的螺栓进行调整，机组纵向、横向的水平偏差均不大于1/1000。特别注意保证机组的纵向（轴向）水平度。

2.2.7.3设备接管：管道应单独设支、吊架进行支撑，机组设备不得承受管道、管件以及阀门的重量。

2.2.7.4安装校验：管道安装完成后，应再次校验机组的水平度，水平度无变化说明管道受力未影响到机组。将最靠近机组的每根管道接头打开，拆去法兰螺栓检查管道对中情况。如有任何螺栓被卡在螺栓孔内或接头偏移，说明管道不对中，应采取适当措施进行调整。

2.2.8水泵安装

2.2.8.1水泵安装前应对水泵基础进行复核验收，基础尺寸、标高、地脚螺栓孔的纵横向偏差应符合标准规范要求。

2.2.8.2水泵开箱检查：按设备的技术文件的规定清点水泵的零部件，并做好记录，对缺损件应与供应商联系妥善解决；管口的保护盖应完善。核对水泵的主要安装尺寸与设计是否相符。

2.2.8.3水泵就位后应根据标准要求找平与找正，其横向水平度不应超过0.1mm/m，水平联轴器轴向倾斜控制在0.8mm/m，径向位移不超过0.1mm。

2.2.8.4找平找正后，进行管道附件安装，安装无推力式不锈钢波纹管软接头时，应保证在自由状态下连接，不得强力连接。在阀门附近要设固定支架。

2.2.8.5水泵的调试：水泵调试前应检查电动机的转向是否与水泵的转向一致、各固定连接部位有无松动、各指示仪表、安全保护装置及电控装置是否灵敏、准确可靠。泵在运转时，转子及各运动部件运转应正常，无异常声响和摩擦现象。附属系统运转正常；管道连接牢固无渗漏，运转过程中还应测试轴承的温升，其温升应符合规范要求。水泵试运转结束后，应将水泵出入口的阀门和附属管路系统的阀门关闭，将泵内的积水排干净，防止锈蚀。

3结语

地源热泵是典型的可再生能源利用技术与常规的冷水机组加锅炉供冷供暖方式相比，可减少向大气的排热量，减缓城市“热岛”效应；除使用少量电能以外，不使用一次化石能源，可减少污染物的排放和一次能源的运输成本。不同地区地下水源、岩土蓄热体的温度一年四季相对稳定，丰富的自然资源为采用地源热泵系统奠定了基础。本文结合作者所参与地源热泵系统安装施工的工作经验，主要探讨了地源热泵系统安装施工准备及施工工艺，做以经验交流，以备业内人员参考。

参考文献

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