1、文登市民文化中心及博展會議中心地源熱泵空調施工技術 劉海生 朱于金 （威海建設集團股份有限公司 264205）【摘要】簡單介紹了地源熱泵工作原理、詳細介紹了地源熱泵地源側地埋管技術在工程中的實際應用情況 【關鍵詞】地源熱泵 室外埋管 節能 綠色環保概 述目前，在我國地源熱泵已得到了政府的大力推廣： 2006年1月1日正式實施可再生能源法和地源熱泵系統工程技術規范，是國家進一步推廣地源熱泵技術的良好體現。同年，國家財政部和建設部聯合發布文件，調查統計全國各地建筑節能項目，大力鼓勵在建筑領域使用地下水、巖石土壤等天然能源的地源熱泵等空調項目，并給予大量的資金支持。近幾年，地源熱泵是國家大力推廣的重

2、大節能減排的技術措施之一。本工程為文登市民文化中心及博展會議中心，建筑面積為60000平方米，基于當前國家能源短缺現狀，結合當地水文地質情況，在前期積極建議建設單位采用環保、節能、綠色地源熱泵中央空調系統。本工程地源熱泵系統地源側采用室外埋管形式。1.地源熱泵原理地源熱泵技術是可再生能源的開發和利用技術，是從地下水、河水、湖水、土壤等低品位熱源中提取熱量，轉換成高品位清潔能源，向外提供供暖熱源或空調冷源的地源熱泵系統。熱泵系統通常能效比可達1：3.51：4.5，即輸入1kWh的電能，可輸出34kWh的熱能，其中另外3kWh的熱量來自免費的天然能源，效率遠遠高于其它形式的供熱方式。1.1地源熱泵

3、制冷原理在制冷狀態下，地源熱泵機組內的壓縮機對冷媒做功，使其進行汽-液轉化的循環。通過冷媒/空氣熱交換器內冷媒的蒸發將室內空氣循環所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環的同時再通過冷媒/水熱交換器內冷媒的冷凝，由水路循環將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終由水路循環轉移至地下水或土壤里。地源熱泵將室內熱量不斷轉移至地下的過程中，通過冷媒-空氣熱交換器，以13以下的冷風的形式為房供冷。1.2地源熱泵制熱原理在制熱狀態下，地源熱泵機組內的壓縮機對冷媒做功，并通過四通閥將冷媒流動方向換向。由地下的水路循環吸收地下水或土壤里的熱量，通過冷媒/水熱交換器內冷媒的蒸發，將水路循環中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環的同

4、時再通過冷媒/空氣熱交換器內冷媒的冷凝，由空氣循環將冷媒所攜帶的熱量吸收。 地源熱泵將地下的熱量不斷轉移至室內的過程中，以35以上熱風的形式向室內供暖。2.室外埋管施工工藝3.1施工條件及準備3.1.1現場無障礙物、鉆井位置均已放線、水電均接到現場使用點，有合理的排水措施。3.1.2 鉆井機、回填泵、換熱管專用焊機等設備均已到場。(1)鉆井機：空壓機采用英格蘭索SSRM200-250KW螺桿式機組，潛孔錘采用韓國生產的QC-400設備。鉆孔直徑50200mm，最大鉆孔深度170m，具有防塌方技術、井下配管專用裝置等多項專利技術，保證打井及配管質量及效率。該鉆機為專業土壤熱泵系統用潛孔錘鉆機，可

5、在打孔后直接將預制好的雙U型管道下到孔內，施工速度快，質量好，設備使用簡便，在地熱系統打孔埋管領域該設備在世界享有盛譽。（見圖1） (2)專用回填泵：專為地源熱泵井下換熱器設計，適用于各類流質回填材料，科學的泵入壓力及流速，使回填的材料密實無空隙，保證井下換熱器換熱效率。（見圖2）(3)井下換熱管專用焊機：保證井下及埋地水平管焊縫嚴密性，提高系統可靠性。圖 1 鉆井機 圖 2 回填泵3.1.3熟悉現場及施工圖紙，包括人員、機具及現場臨設，對施工人員進行有針對性地交底。3.1.4 PE管材及雙U頭等產品已進場. （見圖3）(1)PE管材及雙U頭等產品有產品合格證；(2)PE管材及雙U頭進貨后，現

6、場分批取樣送檢，并現場對長度、壁厚、外徑等進行檢驗；(3)合格的PE管，進行現場管底連接，然后進行地面打壓試驗，試驗壓力為：當工作壓力1.0MPa時，應為工作壓力的1.5倍，且不小于0.6MPa；當工作壓力1.0MPa時，應為工作壓力加0.5MPa。（見規范地源熱泵系統工程技術規范（GB50366-2005）4.5.2條）。(4)打壓合格的PE管，方可下入鉆好的換熱孔； 圖 3 PE管及雙U頭 3.2工藝流程施鉆換熱管連接管道試壓施工準備放線豎立鉆機接水、電通孔下換熱管試壓回填3.2.1施工準備熟悉現場及施工圖紙，進行施工準備，包括人員、機具及現場臨設，對施工人員進行有針對性地交底。3.2.2

7、放線參照現場建筑基準點和已有建筑物進行放線，按照施工圖紙標定換熱孔的位置，在每口井位置釘40*40mm木樁，以保證打孔位置準確；3.2.3豎立鉆機(1)以鉆孔點定位塔架底盤，采用水平尺對底盤橫向、縱向進行找平，水平度0.5mm/m；(2)底盤定位后，安裝塔架豎桿，利用鉛錘和直尺測量塔架的垂直度，保證塔架豎桿垂直；(3)安裝鉆機頭、鉆機提升裝置和鉆頭充水（泥漿）等附屬裝置；(4)按要求挖好泥水池及泥水溝，并使其暢通。(5)對鉆機及附屬裝置接電、接水管，對每臺設備進行點試，確定轉向。3.2.4鉆孔(1)開鉆前須確定轉向無誤，并重新校核塔架底盤，豎桿的水平和垂直度；(2)施鉆過程中應按5米/小時的速

8、度為宜，密切注意鉆機及附屬設備的運行情況，發現異常應及時處理，防止拉斷鉆桿和接頭絲扣、跌落鉆頭等現象發生，并時刻注意地層地質變化，做好記錄；(3)施鉆過程中鉆機長和操作手應定時對鉆機及附屬設備進行巡回檢查，及時做好維護和保養工作，提高工作效率；(4)當孔鉆到要求深度后，應對孔反復進行通孔，為下換熱管創造順利條件。3.2.5井下換熱管（1）地下換熱器采用高密度PE管，采用井下換熱管（PE管）專用電熔焊機，電熔連接，保證地下及埋地水平管焊縫嚴密性，提高系統可靠性。（2）雙U型埋管技術對于提高單孔換熱能力，有效減少打孔直徑至關重要。 （3）施工前準備U型管專用接管管件，與垂直管道電熔連接，接口強度甚

9、至大于管材本身的強度，確保地下埋管為一個整體，不存在機械連接存在的漏水隱患和采用金屬管件存在腐蝕而影響使用壽命的問題。同時在保證U型彎強度的前提下將管線阻力降至最低。而且可有效容納系統的沉積物,保證使用效果。（4）將換熱管與接頭進行熔焊，按設計要求在地面進行壓力試驗；（5）下管采用下管機下管，速度要均勻，防止下管過程中損壞塑料管，如果遇有障礙和不順暢現象，應及時查明原因，待做好處理后才能繼續下管；（6）為保證換熱效果，四根換熱支管之間需保持距離，下管時采用定位卡子進行定位，垂直間距為3米；3.3回填3.3.1專用回填料：回填材料的導熱能力對地下管路的換熱能力有著重要的影響，回填料在施工完成后與

10、地下換熱器接觸最緊密， 回填料的配比與選擇，決定了其傳熱性能，傳熱特性直接影響換熱效果。除考慮傳熱外，還要考慮其凝固強度等級，因地質結構不同、膨脹能力不同，產生的擠壓力也差別很大。選擇合適的回填料還可以防止擠壓破壞地下換熱管。因此，依據地質報告，配比選擇回填料，也是保證土壤熱泵成功應用的重要一環。 3.3.2回填前須對換熱管進行第二次試壓，要求同第一次；3.3.3試壓合格后進行回填，在回填過程中管道須進行保壓，一旦發現壓力出現異常，立即停止，查明原因并進行處理后方可繼續回填。3.3.4采用專用回填設備：回填料灌料時，要求高壓回填。若人工回填，壓力不夠空隙較多，嚴重影響傳熱效果，無法達到設計參數

11、，系統供冷、供熱均無法實現。使用的回填設備，具有很大的回填壓力，而且采用由孔底部位注入填料向上反填方式，確保無回填空隙，回填料凝固后有良好的導熱能力。3.3.5回填完后將留在地面的管道管口進行封堵保護，防止后續施工造成損壞。3.4水平支管干管施工3.4.1 管件和管材的內外壁應平整、光滑，無氣泡、裂口、裂紋、脫皮和明顯痕紋、凹陷；管件和管材顏色應一致，無色澤不均勻；3.4.2裝卸運輸和搬運時應小心輕放，不能受到劇烈碰撞和尖銳物體沖擊，不能拋、摔、滾、拖，避免接觸油污，在儲存和施工過程中要嚴防泥土和雜物進入管內，存放處避免陽光直射。3.4.3圖紙要求將各管樁內的U形管連接成一個或幾個系統，并分別

12、引至機房主機安裝位置；3.4.4注水沖洗、排氣，系統沖洗約30分鐘，直至出入水口的流量、清澈度都基本一致，并不再有氣泡產生，必要時可用水泵進行沖洗、排氣；3.4.5按要求試壓，試壓合格后繼續將系統密封、保壓；3.4.6回填：首先調整水平管的間距、平整度達到設計要求，然后進行下步砼墊層及承重層的施工。3.5.7水平管道施工時溝槽底要平整夯實，溝槽底部應加設砂墊層，水平地埋管換熱器回填土應細小、松散、均勻且不含石塊及土塊。回填壓實過程應均勻，回填土應與管道接觸緊密，且不得損傷管道。4.質量保證措施4.1鉆井試鉆，確定鉆機、鉆頭和鉆井方案，護壁方案。4.2 U型埋管技術：U型埋管技術是提高單孔換熱能

13、力的有效技術，與垂直管道電熔連接，接口強度甚至大于管材本身的強度，確保地下埋管為一個整體，不存在機械連接存在的漏水隱患和采用金屬管件存在腐蝕而影響使用壽命的問題。4.3按照地源熱泵系統工程技術規范施工工藝規程實施，確保施工質量，對不可檢修的地下換熱器采用電熔連接接口，地下埋管上也不會出現金屬管件和管材。下管時管內必須充水帶壓。井口用軟料保護，防止管壁在下管時刮傷。4.4回填技術：回填材料的導熱能力對地下管路的換熱能力有著重要的影響，用專用回填泵從孔的底部回填，確保回填后無空氣間隙，回填料凝固后有良好的導熱能力；4.5灌漿回填用合適的回填材料，如膨潤土等。確保回填密實。4.6水平管敷設嚴禁上下蛇

14、行，造成管道積氣。4.7進出建筑物的地方要考慮建筑物沉降對管道的影響。5.結束語地埋管系統是整個地源熱泵系統的核心和關鍵，其質量的好壞直接關系到整個系統的運行安全。工程施工過程中嚴格按照操作工藝進行施工，為空調工程順利投入施工打下良好基礎。采用地源熱泵技術，不燃燒任何燃料，是一種極為清潔的能量轉換方式，真正做到了零污染、零排放，大幅度降低用戶的能源使用費用。同時也大量取代燃煤鍋爐，解決環保的壓力，符合建設節約型社會的國家政策。在資源越來越匱乏的今天，作為人類利用低溫熱能的最先進方式，地源熱泵技術已經在全世界范圍內受到廣泛關注和重視。據美國環保署EPA估計，設計安裝良好的地源熱泵，平均來說可以節約用戶3040的供熱制冷空調的運行費用。地源熱泵中央空調系統達到了綠色、環保、節能、生態的標準，采用地源熱泵技術是貫徹節能減排政策的具體體現，將成為節能減排的新亮點工程。參考文獻1 國家標準：地源熱泵系統工程技術規范（GB5