地源热泵地埋管U型管施工质量控制要点.doc

地源热泵地埋管U型管施工质量控制要点摘要：U型地埋管换热器是地源热泵空调系统的核心部分，其施工质量的好坏直接决定最终的空调效果。本文对U型管制作、地埋管系统施工以及需要重点关注的几个问题进行了总结，以便类似工程参考。 关键词：地源热泵；U型管制作；地埋管施工；质量控制 中图分类号：TU833+.3，TK523文献标识码：B文章编号：1006-8449（2009）06-0062-03 0 引言 在国家积极倡导节能环保、开发新能源的政策推动下，建筑工程中积极引进、应用了一些新能源技术。笔者最近参与了某一地源热泵系统的施工管理工作，下面将通过本文对地源热泵地埋管系统的核心部分U型管的施工质量控制要点予以总结。 1 工程概况 本工程建筑面积2.8万m2，空调面积1.74万m2，采用垂直双U并联型埋管地源热泵空调系统，地源井孔径150mm，钻孔100m深，有效深度90m，水平管采用HDPE100d252.3，垂直管采用HDPE32d323.0，夏季总冷负荷1955kW，冬季总热负荷1200kW。本工程U型管的施工流程如图1所示。 2 施工流程基本要求 （1）成井过程应由水文地质专业人员进行监督管理； （2）选用2个现场的永久目标进行定位放线，为满足换热需要，钻孔间距宜为36m； （3）施工前应熟悉掌握埋管区域的工程勘察资料、设计文件和施工图纸，并完成施工组织设计，同时应充分了解埋管场地内已有地下管线； （4）场地应满足“三通一平”要求，以方便钻孔施工； （5）场地内应设有完善的排浆设施。 3 材料选择与制作过程的质量控制 3.1原材料的选择 地埋管的质量对地埋管换热系统至关重要。地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小的塑料管材及管件，宜采用聚乙烯管，不宜采用聚氯乙烯（PVC）管，管件与管材应为同厂出的相同材料1。进场时，地埋管应具有质量检验报告和生产厂的合格证，管材的公称压力及使用温度应满足设计要求。进入现场的材料应逐件检查，不得采用出厂已久的管材，管子进场时要轻拿轻放，严禁遇明火并防止利器损坏管子。竖直地埋管的U形弯管接头，宜选用定型的U形弯头成品件，不宜采用直管道煨制弯头。 3.2 U型管制作过程控制 （1）PE管的预制是将需要下井的PE管、连接件制作成型，其形状呈U型，因此简称为U型管换热器，为防止其受损，下部端头应设保护装置； （2）所有暗埋管道应采用热熔或电熔的方法连接，管道连接必须以管道制造商和热熔焊机的技术要求为基础，操作工人要经考试和技术评定合格后方可上岗操作；地埋管应采用切割器垂直切割，去除表面氧化层的长度应适宜，管材插入加热套时要用手握紧，不要太快移动、不要旋转，加热、冷却时间应符合要求，焊接完成后应检查焊瘤形状是否均匀、有无污染； （3）U型管的组对长度应能满足与环路接管连接的要求，PE管应进行压力试验并保压，制作完成后及时密封开口端部，表面用彩条布覆盖，避免阳光直射发生热变形。 3.3地埋管系统施工过程控制 3.3.1钻孔施工 钻孔主要分为引孔及钻岩两部分，引孔主要有真空泵、偏心钻及引孔钻三种工艺，岩石部分主要采用履带式潜孔钻机施工。钻孔前应精确定位，允许偏差为10cm，施工过程中应随时检查钻进垂直度以确保地源孔垂直度，避免深度交叉损坏已完成的地源管，另外可通过控制钻杆长度以确保钻孔深度符合设计要求。 3.3.2下管过程 U形管安装应在成孔且孔壁固化后立即进行。当钻孔孔壁不牢固或者存在孔洞、洞穴等导致成孔困难时，应设护壁套管。由于钻孔完毕后孔内通常存有大量积水，将对下管造成一定的困难，水中的沉积物也会影响孔洞的有效深度，因此U型管应设置配重防止上浮，同时孔口应设置衬垫物以防止U型管下管过程中受损。下管水位较浅时可采用人工下管，否则应采取机械下管，U型管底部应设置防护措施以确保底部不受损。下管过程中，U形管内宜充满水，并宜采取措施使U形管两支管处于分开状态以保证换热效果。下管完毕后应对多出的余管采取保护措施。 需要注意的是，当室外环境温度低于0时，不宜进行U型管施工。 3.3.3回灌过程控制 U形管安装完毕后，应立即灌浆回填封孔以强化换热效果，同时满足环保要求，防止地表污染物渗入孔内、不同含水层水质混合串通以及地下水向上泄漏。回填时应根据地质特征确定回填料配方，回填料的导热系数不应低于钻孔外或沟槽外岩土体的导热系数。灌浆回填料宜采用膨润土和细砂（或水泥）的混合浆或专用灌浆材料。当地埋管换热器设在密实或坚硬的岩土体中时，宜采用水泥基料灌浆回填。当采用机械进行灌浆回填时，采用的泥浆泵应能够使孔底的泥浆返至地表，当上返泥浆密度与灌注材料密度相等时方可终止灌浆。灌浆时应尽量保证连续进行并根据灌浆进度逐渐将灌浆管抽出，从而实现自下而上封孔确保密实、无空腔。灌浆12h后进行复查，如未灌满应采取人工补浆。 3.3.4水平管施工 水平管施工前应安排人工开槽找平并留有一定的坡度，以方便水平汇总管向集水器方向保持一定坡度以利排气，严禁U型管倒坡、上下蜿蜒造成管道积气，同时水平管应留有一定的膨胀收缩空间以应对热胀冷缩，沟槽底部应先铺设相当于管径厚度的细砂。施工过程中应防止石块等重物撞击管身，同时管道不应有折断、扭结等问题，转弯处应光滑，且应采取固定措施。水平地埋管安装完毕后的填料应均匀，且不应含石块及土块，回填料应与管道接触紧密，但不得损伤管道，在顶端应上行一段以保证底板顺利施工，同时应对每根管进行打压试验，并在垫层实施过程中进行保压以保证水平管施工质量。 3.4管道试压 当工作压力小于等于1.0MPa时，试验压力应为工作压力的1.5倍，且不应小于0.6MPa；当工作压力大于1.0MPa时，应为工作压力加0.5MPa1，水压试验宜采用手动泵缓慢升压，升压过程中应随时观察与检查，不得有渗漏，且不得以气压试验代替水压试验。其实，U型管施工期间压力测试应分4次进行： （1）U型管制作完成、下管前应做第1次水压试验，保压至少15min后压降不应大于3%，且无泄漏现象； （2）密封后在有压状态下下到孔底设计标高，完成灌浆之后保压lh，检查压力是否正常； （3）开挖见底找出所有地源管后应进行试压，保压lh，检查压力是否正常； （4）水平管完成后应逐一进行水压试验，稳压至少15min，压力降不应大于3%，且无泄漏现象。 3.5后续工作施工验收 地源热泵系统的后续集分水器连接、设备运输和吊装、设备基础施工、热泵机组安装、水系统管道安装、阀门安装、管道保温施工、整体运转和调试等工作应符合相关专业规范要求。在验收时：1）管材、管件等材料应符合国家现行标准的规定，质保资料齐全；2）钻孔、水平埋管的位置和深度，地埋管的直径、壁厚及长度均应符合设计要求；3）回填料及其配比应符合设计要求；4）水压试验应全部合格。 4 管理中应加以预控的主要问题 在工程实践中，U型管施工常常存在以下问题需要特别注意，管理方应采取相应措施加以预控以确保U型管施工质量。 4.1场地要求 钻孔过程中将会产生大量的泥浆，如果场地强度、平整度达不到要求且没有可靠的泥浆收集、排放设施，将造成场地内覆盖泥浆层，这将会造成移机困难，钻机垂直度不易控制以及地源井定位困难等一系列问题。因此钻孔前的场地要求为标高应低于场地内道路50cm，且有可靠的泥浆收集、排放系统并保证足够的平整度、强度以保证钻孔工作顺利进行。 4.2钻孔 钻孔最大的难度是穿越卵石层，卵石层的粒径及厚度将决定钻孔、成孔的进度和质量，目前常采用的方法是采用真空泵或偏心钻穿越加厚的卵石层。因此钻孔前应充分了解地质情况，做好应对困难的准备。 4.3 U型管制作 U型管制作的主要问题包括U型管底部保护措施不到位、U型管两支管无可靠措施分开、下管下不到位等、热熔接头外观质量不佳等问题，这需要管理方提前确定验收标准，严格控制制作质量。 4.4回灌 虽然回灌工作对整个地埋管系统的最终效果影响非常大，但从实践操作看，此项工作实施很不规范。施工方常常不按要求制配回填料，且没有采用机械灌浆以保证灌浆密实，常常采用原浆回填，也使得回灌工作形同虚设，回灌效果差，遇到地下水丰富的地层将给底板施工带来极大的困难，底板防水层也几乎无法施工从而影响到结构工程质量及进度，因此管理方要督促施工方严格按方案要求实施回灌工作。 4.5水平管埋设 由于水平管上不宜留设接头，因此水平管施工将给土建垫层施工进度带来重大影响，因此在安排土建施工时应充分考虑水平管施工的影响。水平管管槽施工时通常也不规范，主要表现在开槽深度、坡度不能满足要求以致影响垫层厚度，同时铺底料、覆盖层常常也不能满足规范要求从而影响了水平管的保护治理，因此管理方应加强垫层施工前的隐蔽验收。 4.6成品保护 由于土方开挖时挖土机械可能扯拉到U型管而造成U型管损坏，地下室垫层施工、保温板施工、砼支撑破除、地下室外侧回填等都可能对U型管造成损坏，因此施工过程中应制定可靠的保护措施以保证U型管的成品保护。而且直埋的室外管线也应严格做好防腐、保温等专项保护工作，以确保U型管成品质量。 5 结语 本文主要对地源热泵地埋管系统中U型管及水平管敷设工作的质量控制要点及易出现的问题进行了简要总结。由于项目存在特征差异，因此不能一概而论，但地源热泵作为一个新技术，管理方应结合工程实际，并按照规范设置质量控制点，以保证最终使用效果最大化。地源热泵的特点及施工难点 一、地源热泵的特点1.地源热泵空调技术属经济、高效、可再生的能源利用技术；2.地源热泵基本为零排放；3.地源热泵效率高；4.地源热泵空调一机多用，应用范围广；5.地源热泵空调系统维护、运行费用低；6.地源热泵空调系统全年温度波动小，适合极冷和极热地区。二、地源热泵的应用条件1.地源热泵系统最适用采暖/制冷比较均衡的地区；2.建筑物周围有可供埋管的较大面积的空地；3.建筑物周围有可供利用的河流或湖水(水源热泵)。三、地源热泵推广中存在的问题1.设计难度大设计前需要关注的问题多：地埋管换热器的全软件计算全年进、出口温度；土壤温度的全年变化；地质勘察资料(岩土层的结构、热物性及温度、地下水位、径流方向、水温及流速、冻土层厚度等)。设计需计算的内容复杂：传热介质与U型管内壁的对流换热热阻计算、U型管的管壁热阻计算；钻孔回填材料的热阻计算及地层热阻、从孔壁到无穷远处的热阻计算；短期脉冲负荷引起的附加热阻计算、垂直地埋管换热器钻孔的长度计算。影响地埋管设计的因素多：埋管区域岩土体的初始温度、岩土体的导热系统；回填料的导热系统、地源热泵系统的负荷；传热介质与U型管内壁的对流换热系统、土层深度，可埋管面积等。2.施工工艺特殊的问题目前，地源热泵的主机多为进口机组，而各种管件、集分水器多为国产产品，造成材料和设备的设计、制作规范不一致，给施工和使用带来困难。在设计、材料、设备、规范等方面有配合问题，使得地源热的施工相对复杂。3.相关验收规范、配套政策滞后的问题缺乏完善的产品制造标准和应用技术规范；技术标准来自欧美，与中国还有适应和配合问题；多头管理：归口部门不清晰，推广管理部门多种多样；中央政府部门缺乏明确的鼓励政策及配套措施。4.系统衰减快，修复困难的问题地源热泵技术本身没有问题，但由于存在地区不同，制冷/采暖的负荷不同，造成土壤的热不平衡问题。另外，由于地源热泵系统有大量的埋地管与土壤进行热交换，使用一段时间后始终存在埋地管堵塞、损坏等影响换热，造成系统功率衰减的问题，这些给推广地源热泵带来了障碍。四、地源热泵的施工难点1.施工准备阶段进场的材料与设计文件及施工图纸所要求的(管径、壁厚、承压能力、材质等)不一致；进场后发现场地条件不具备施工(杂草丛生、杂物众多、场地不平整、没有临时水电等)；材料进场后不进库、随意乱放、露天下曝晒；管材划伤、摔伤严重等；使用破损、不合格产品、制造时间超时的管材、管件。2.钻孔阶段钻孔的深度不够、孔径塌方严重、孔倾斜严重、孔径偏小等；孔下方有异物(如大型石块等)、杂质(如有大量垃圾等)、异常情况(如暗浜等)不利于下管和换热；竖井成孔顺序不合理，相互影响。3.保压下管阶段成孔后长时间不下管、不保压下管、下管深度不够；由于上海地区地下水位都比较高，成孔后有大量积水，而且由于水中含有大量的泥沙，如果成孔后长时间不下管，泥沙沉积会减少孔洞(井)的有效深度，降低U型管的换热量；下管后，U型管等变形严重。在下管过程中，应注意保持套管的内外管同轴度和U型管进出水管的距离。对于U型管换热器，可采用专用的弹簧把U型管的两个支管撑开，以减小两支管间的热量回流。4.集、分水器安装阶段集、分水器四周所砌的井太小，不便于操作和维修；所砌集、分水器井的基础没有留足沉降的缝隙，造成由于沉降过大对埋地管的破坏；集、分水器井排水不畅通，致使长期盛水。5.回填封井阶段U型管保压不合格就匆忙封井；回填物不符合要求；回填时灌浆管抽出太快。五、地源热泵施工管理建议1.建立好材料仓库，严把材料质量关一定要按照设计(合同)中明确的型号、规格、材质等要求采购材料，现场重点对管材、管件、阀门等进行检查；材料进场、验收合格后，一定要入库管理，不允许露天堆放材料；对管材连接，一定要先做样品，通过检测、验收后才开始施工。地源热泵进场施工的时间、顺序，如果安排不合理，不仅会造成工种之间相互破坏，不利于成品保护，增加成本，还由于反复维修而造成时间及工期浪费。具备施工的条件：主体施工结束，脚手架已拆除，有综合管线图，室外总体开始施工。竖井钻孔时间：室外总体施工前或者与其交叉进行。水平管施工：室外总体施工