地源热泵系统地埋管施工工法

1、地埋管地源热泵系统的应用（一） 工程概况xx学院工程位于北京市xx区，是一座现代化的综合建筑，设计功能齐全、要求舒适程度高。 本工程地处市效，没有市政供热管网，没有锅炉热源等。由于节能环保需要工程采用地源热泵空调系统，夏季制冷，冬季供暖，四季提供生活热水，室外换热系统采用四管制(双U)垂直式换热系统，室外共钻孔448个，孔深120米(室外地面0.0)，孔径150mm，孔间距4米。地源热泵系统的核心设备为地源热泵机组，设置在D区地下一层冷(热)源机房内，机组在冬季从土壤中吸热，夏季向土壤中排热，通过八个阀组完成冬、夏季切换，作为空调冷热源，并提供全年生活热水负荷。B1层冷热源机房设四台地源热泵机

2、组，其中空调用机组三台，制冷工况下，单台制冷量为830KW，制冷工况COP4.8，冷冻水进出口温度为12/7，水源侧温度为30/35；制热工况下，单台制热量为690KW，热水温度45/40热水，水源侧温度为8/4，此两台机组负担空调冷热源；另设二台常年使用的地源热泵机组，与太阳能系统共同负担全年生活热水负荷，且保证在太阳能系统未能正常工作时保证生活热水供应，机组额定热负荷465KW，冷凝器侧热水温度55/50热水，其中夏季空调供冷时蒸发器侧接至空调冷冻水系统，非空调供冷其他季节接至地源侧管路。（二） 基本原理地源热泵是一种利用浅层地热资源既可供热又可制冷的高效节能空调设备。地源热泵通过输入少量

3、的高品位能源（如电能），实现由低温位热能向高温位热能转移。地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源，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。地源热泵系统具有环境及经济效益显著，一机多用，应用广泛，自动运行，无环境污染，维护费用低，使用寿命长，节省空间等特点。地源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、地源热泵机组和室内采暖空调末端系统（生活热水系统）。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，热泵机组与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质也为水。地源热泵系统基本原理如图1所示。图1 地源热泵系统原理图

4、（三）主要施工方法1地源热泵地埋管施工工艺流程，详见图22垂直孔施工方法2.1 U型换热管安装及压力试验首先按照设计图纸的要求，使用专业的管剪截取相应的管道长度，连接完成的U型换热管，进行水压试验，等待下管。2.2 下管施工2.2.1 把立埋管路在充水状态下插入到井中，因为水增加了管子的重量，下管时增加下坠力，以抵消一部分浮力，还可以防止管道变形，因为钻孔内一般情况下充满了泥浆。2.2.2 钻孔完成后应立即下管，若成孔搁置时间过长，有可能出现钻孔局部塌陷或堵塞，导致下管困难。将U型管捆绑在钻头上，然后利用钻孔机的钻杆，将U型管送入钻孔深处。U型管的长度应比孔深略长，使得其能够露出地面。下管过程

5、中受阻禁止采用机械下压的方法，应重新清孔下管；分区管沟回填系统整体连接系统整体水压试验施工准备测量放线钻井施工井管制作水压试验（第一次）下管施工灌浆回填分区水平管连接分区水压试验图2 地埋管系统工艺流程图2.3 泥浆沟、排水系统施工根据现场的情况确定泥浆沟的位置，泥浆沟要足够大，以储存足够的泥浆，泥浆沟的末端设置一个泥浆池，钻孔过程中产生的泥浆在泥浆池中沉淀，作为回填物使用。钻井过程中所溢流出来的泥浆所含水分极大，考虑本工程施工区域内地下水比较丰富，所以排水系统设置完备。2.4 钻井2.4.1根据本工程地质条件，采用泥浆正旋转钻孔方式，沿钻管内部送入高压泥浆，并沿着钻杆的外侧将钻屑送出地面。2

6、.4.2在保证设计埋管总长度的前提下，根据现场施工出现的特殊情况，如遇到坚硬的岩石层或泥沙层，可适当调整钻孔的位置、深度与数量。2.4.3 当钻孔深度的增加对钻孔速度的降低和费用的增加影响不大时，钻孔深度宜增大。反之，钻孔深度宜减少。2.4.4 带压下管、稳压观察、泄压等竖井孔壁固化后，应立即将连接完毕、打压合格并且带有0.4Mpa压力的双U型垂直换热管道在专业下管器的协助下，垂直放入开钻完成的竖井内，下管时应注意保持管道与竖井的同心度，减少管材、管件与竖井管道的摩擦。2.5 垂直孔回填2.5.1 本工程回填工艺采用原浆无压自流回填工艺，此种方法绿色环保，可确保密实稳态回填，在下管结束后立即进

7、行，利用泥浆池及泥浆循环泵重复循环回填，确保换热效果。为确保每个换热孔均能做到原浆密实回填，安排专业检测人员，对每个井孔的回填情况时时检测，发现问题立刻处理，确保回填质量。2.5.2 回填材料选择原浆回填，原因是本工程钻孔取出的泥浆含砂量丰富，凝固后孔内填充物收缩性很小，有利换热，且不会对原地质有任何污染。垂直孔回填后效果见下图。图3 地埋管安装后回填现场3 水平管网施工水平埋管地沟结构应综合考虑地上和地下障碍物、地表坡度、沟转向半径限制、回填和复原要求等因素的影响。3.1 施工工序3.1.1 首先确认水平管沟开挖区域地下管线及构筑物位置，确保安全施工；3.1.2 按照图纸要求进行水平横沟机械

8、开挖，按照图纸确定开挖深度，水平仪监测；3.1.3 机械开挖完成后，人工清理沟底10公分，找平；3.1.4 垂直换热管道二次复压，试验压力0.4Mpa，稳压30分钟；3.1.5 按照图纸要求进行水平集管及主供回水管道的连接、安装；3.1.6 水平集管，主供回水管道分组进行水压试验，试验压力0.4Mpa，稳压3小时；3.1.7 水平管沟回填；3.1.8 室外检查井砌筑；3.1.9 水平集管及主供回水管道连接至检查井内集分水器；3.1.10 集分水器、水平集管、主供回水管道整体进行进行水压试验，试验压力0.4Mpa，稳压3小时；3.1.11 检查井周边管沟回填；3.2 水平管沟开挖根据设计图纸的要

9、求，在确保合理施工的前提下，尽量减少土方开挖量。水平管沟开挖的宽度应保证管道热熔焊接具有足够的操作空间及管道安装空间，人工清理沟底10公分，找平，挖掘过程中应注意成品保护。3.3 垂直换热管道在水平管道连接前进行二次复压，缓慢升压，水压试验压力0.4Mpa，稳压时间30分钟。3.4 水平集管，主供回水管道的连接、安装3.4.1 严格按照设计图纸的要求将打压合格的U型换热管与水平集管可靠连接，并打压合格，待安装管道不应有切断、扭结等问题。3.4.2 安装前应将沟中的石块清理干净，沟底找平。3.4.3 确保所有接头强度能够承受循环水温变化时热胀冷缩所引起的应力。3.4.4 检查沟中无石块且沟底平整

10、后，再将管道放入沟中，下管过程中，严禁将管子从上往下自由滚放，并应防止块石等重物撞击管身。3.4.5 管道的安装位置应与设计相符，且应采取固定措施。3.4.6 所有暗埋管道均采用热熔的方法连接。管径小于等于De75的管道，采用热熔承插连接；大于De75的管道，宜采用热熔对接连接。不同种类的管材或级别不同的管材不应熔接。3.4.7 水平集管及主供回水管道应分组进行水压试验，应缓慢升压，试验压力0.4Mpa，稳压时间3个小时。3.5 水平管沟回填3.5.1 回填材料首层回填土颗粒要细小均匀，且不含石块及土块，回填土的含水量宜按土类和采用的压实工具控制在最佳含水量附近。槽底至管顶以上50cm范围内，

11、不得含有机物、冻土以及大于50mm的砖、石等硬块。3.5.2 回填工艺（1）回填压实应逐层进行，且不得损伤管道。水平管沟回填，管道必须带压，压力为0.4Mpa，时刻监测管道压力变化，待管沟回填完毕后，观察管道压力30分钟，压力无下降方可泄压。管道两侧和管顶以上50cm范围内，应采用人工轻压，严禁压实机具直接作用在最底层管道上。（2）回填应在管道两侧同步进行，严禁单侧回填；管道两侧压实面的高差不应超过30cm。管腋部应使用人工回填，填土必须塞严、捣实，保持与管道紧密接触。同一沟槽中有双排或多排管道的基础底面位于同一高程时，管道之间的回填压实应与管道和槽壁之间的回填压实对称进行。（3）回填材料压实

12、后应与井壁紧贴。分层管道回填时，应重点做好每一管道层上方50cm范围内的回填，回填土应用素土，其间不得有尖利的岩石块和其它碎石。3.6 室外检查井采用砖混结构，外部尺寸420024001600，水泥底板厚度20公分，四壁37砖墙砌筑，两面水泥砂浆找平，穿墙套管采用防水套管，顶板配筋现场混凝土浇筑，厚度20公分，配重型铸铁井盖，设通行人梯。3.6.1 检查井管道连接水平集管及主供、回水管道与检查井内集分水器连接，集分水器采用PE100 SDR17 De250 管材及管件现场制作，每个集分水器均设置全铜自动排气阀，温度计及压力表，水平集管供回均设置De63注塑阀门。4 地源热泵机房换热系统施工方法

13、4.1 设备的的吊装本工程热泵机组体积大，重量大，运输较为困难，根据现场的实际情况，机组只能吊放在通向地下车库的车道上，再用手拉葫芦或卷扬机慢慢地拉到地下室机房。 由于机组重量在4吨左右，进入机房吊装时，应选用10吨手拉葫芦2-4个进行基础面吊装。4.2 设备搬运基本要求4.2.1 认真仔细勘察施工现场，做好准备工作。4.2.2 选择合适安全的起重机械（吊车、电动卷扬机等）以及附属机具。4.2.3 组织好参加调运施工人员：指挥、司机、安装、测量以及必要的辅助工种。4.2.4 确定起重作业顺序：绑扎吊件、提升（下放）、就位（水平移动）核正、固定。4.2.5 找好吊装用的固定点和设备许可的吊装点。

14、4.2.6 严格按照起重设备安装工程施工及验收规范GB50278-98、安装工人技术等级标准JGJ43-88进行操作。4.2.7 严格执行机械设备吊装规程有关规定。4.2.8 实行一人指挥，多人协作操作，确保安全吊装。4.3 设备搬运方案在地下机房吊装孔口旁边，搭设12#槽钢制作的吊装架，下铺89钢管作为滚杠，用吊车将热泵机组由吊运口直接吊装至槽钢吊架上，将吊装孔下方至热泵机组基础之间的地面铺平，用相应吨位的吊车将热泵机组水平拖至基础上，热泵机组全部运输到位后再采用千斤顶进行精就位，并按设备技术文件要求加设减震装置。水泵、软化水装置等设备重量小于热泵机组重量，按以上方案按由里到外的顺序依据上述

15、步骤吊运。4.4 设备安装4.4.1工艺流程设备基础验收设备开箱检查现场运输设备安装就位找平找正质量检验。4.4.2 热泵机组的安装（1）设备进行开箱检查，核对设备名称、规格、型号是否与设计相符以及备品备件是否齐全，检查设备外观是否有损坏和锈蚀等情况，技术文件是否齐全等；（2）检查设备基础，基础要平整；（3）机组安装时，首先接好地线，再进行其它电源线及各控制线的联接；（4）与设备连接的水管使用橡胶软接头进行减振,防止震动沿管道进行传播。（5）按照设计图纸尺寸放出纵向和横向安装基准线；由基础的几何尺寸定出基础中心线；比较安装基准线与基础中心线的偏差，确定最后的安装基准线。若安装基准线与基础中心线

16、的偏差很少，则按基础中心线作安装基准线安装；若偏差较大，则修改设备基础以达到安装基准线要求。安装基准线确定后，对设备底座位置定位，定出地脚螺栓（或底座 垫板）的位置。地脚螺栓（或底座垫板）处打麻面，要求尽可能平整。用水准仪测出地脚螺栓位（或底座垫板位）的标高，确定安装的标高基准。（6）底板位用水平仪最高点调水平，要求纵横方向误差11000；用液压千斤顶将设备顶至一定的高度；配备减震装置。将设备放下，置于减震装置上；精调设备安装水平度和垂直度，检查设备连轴器的同心度和水平度，用加减薄钢片的方法进行调整，薄钢片每组不超过3 块，设备调平后用点焊固定。 4.5 管道安装4.5.1管道材质及规格机房内

17、管道当管径DN50时采用镀锌钢管，当管径DN50时，采用无缝钢管，管道材质、规格及连接方式严格按照施工图、技术要求进行施工。各种管材及管道的附件，包括弯管、三通、管箍、变径管、阀门、仪表等符合制冷及采暖工程的双重要求，并且有合格证明及材质证明。4.5.2 管道安装施工要点：（1）管道支吊架 冷（热）源机房内管道由于管径较大，管路中部件较多，所以为保证管道安装的可靠性，冷热站内管道支架采用柔性吊架，严格按照施工图纸要求进行施工。（2）管道布置1) 冷（热）源机房内管道的布置直接影响系统的工作效果及观感质量，空调机房内管线的布置主要考虑以下几个原则：2) 管道的布置首先保证系统的功能，根据小管避让

18、大管、有压管避让无压管的原则合理布置管路走向；3) 管路布置时充分考虑水流开关、电磁流量计及压力表、温度计等仪表的安装位置，保证仪表的使用功能，确保获得准确的参数读数；4) 设备及阀门等部件必须预留充分的操作及检修空间，保证维护管理的方便；机房内留充分的空间，以利于检修设备、材料等的运输；5)管道安装整体注意平直美观，增强机房观感；6)自控系统配合进行电磁阀、流量计等自控元气件的安装。7)管道穿越墙壁和楼板设置钢制套管，安装在楼板内的套管，其顶部高出地面20mm，底部与楼板平行；安装在墙壁内的套管，其两端与饰面相平，套管与管道之间用非燃性保温材料填实。（3）管道连接1)焊接连接管道焊接采用专用

19、坡口设备进行坡口，并符合现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范中的相关规定。管道支架附近200mm处无焊口，焊口接近于两支架间距的1/5位置处。焊条采用结构钢J422焊条，焊条存放时注意防潮，不使用有药皮脱落和显著裂纹的焊条。管道上仪表接点的开孔和焊接要在管道安装前进行。焊接前先将两管段按要求对正后，对端部点焊牢。管径小于100mm点焊三个点，管径大于100mm，点焊四个点，复核无误后，方清理施焊。2)丝接连接丝扣连接工艺如下：断管：根据现场测量实际管段长度，在管材上划线，按线截断管子。一般采用砂轮切割机进行截断，根据用量及场合不同还可采用手持钢锯及切管套丝机断管。但要注意断管后应使端口平直

20、、光滑，勿留毛刺、熔渣、铁屑，勿使端口缩口。套丝：断好的管材分次套制丝扣，一般套两次。如需煨弯的管子套丝，要在煨制之前进行，并在煨制过程中对丝扣加以保护。套丝主要以切管套丝机为主，适当的辅以管子铰板人工套丝。配装管件：根据现场测绘草图，将已套好丝扣的管材配装管件。配装管件要充分考虑将来的维修，不允许影响维修时的拆装。管段调直：根据场地条件及管子重量，将管子连接成方便搬运及安装的管段，安装前，用滚动方法检测管段是否平直，并予以调整，直至符合规范及图纸要求。（4）阀门等配件安装有方向性要求的阀门（例如止回阀、截止阀、蝶阀等），按照水流方向进行安装，要注意不能将阀门装反，造成阀门失灵。（5）管道冲洗

21、试压管道冲洗、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，防止冲洗水流出污染其它专业的成品、半成品及原材料。阀门的启闭必须满足冲洗的要求，避免使冲洗水流入末端设备。清洗时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，排水管截面积不小于被冲洗管道截面积的60%。冲洗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。试压保温完毕后，在系统联动试车前，对全系统进行系统冲洗，保证系统内的清洁畅通。管道冲洗完毕，整个管路分系统进行压力试验，以检查管路的强度及严密性

22、。本工程采用清洁水进行试压，试验压力以施工图说明中所规定的压力为准。压力试验时所用的压力表必须使合格产品，并且压力试验管路要对该表进行必要的保护。关断阀门要严密。向管路内充灌水时，打开管路各处的排气阀。水灌满后，关闭排气阀和进水阀，用手摇试压泵或电动试压泵加压，压力要逐渐升高，加压至试验压力的一半时，停下来对管路进行检查，无问题时再继续加压。到达试验压力以后，再重点检查焊缝、法兰、管件连接处，以确保工程质量。（四）质量控制措施 1、U型地埋管的质量控制（1）下管前，U型管需在地面上进行强度严密性实验，地面上试验压力为1.6Mpa，稳压30分钟，压力试验合格后，降压至0.4Mpa，（2）下管完毕后做好管头封堵，防止进入杂物，堵塞管道，并做好警示标识，防止破坏。 （3）井管开口用专用熔接管端封堵，以保护管路系统，避免泥浆石块和其它异物进入系统，造成系统堵塞影响水流量。（4）下管过程中及结束后，应时刻观察U型管道压力表读数，压力保持0.4Mpa（如超出应重新降压至0.