试论与桩基结合的地源热泵地埋管施工技术的应用

吴建华 何 丁

（1.山东方亚地源热泵空调技术有限公司，山东 济南 250014；2.山东大卫国际建筑设计有限公司，山东 济南 250014）

节能和环保问题一直是社会关注的焦点，寻找节能环保的新能源是社会亟需解决的问题。地源热泵既是一种基于太阳能进行能量转换的供暖制冷系统，又是一种可再生的节能环保技术。与桩基结合形成的桩基地埋管地源热泵系统是一种新型的地源热泵系统，有明显的优点，探讨与桩基结合的地源热泵地埋管施工技术的实际应用，是本文研究的重点。

1 桩基地埋管型地源热泵系统的基本理论

桩基地埋管是地源热泵系统中垂直地埋管形式的一种，又称为能量桩基，其施工工艺是将嵌套地下换热器和建筑物桩基，并在空心预制管桩或钻孔灌注桩内铺设换热器，以为热泵机组提供冷热源的工艺。Nagelebau公司于1980年在澳大利亚首次使用桩基地埋管地源热泵系统，系统构成有垫层内水平集管、桩基内垂直换热器、集分水器。在地下换热器安装中， 将其与建筑桩基嵌套，即在地下连续墙、混凝土灌注桩、预制管桩内铺设螺旋型换热管， U型换热管能节能钻孔这道工序，大大节省了施工费用，以充分利用建筑物底板下的面积。桩基地埋管型地源热泵系统的形式按铺设形状分为U型、螺旋型，按桩基的制作形式可以分为混凝土灌注桩和预制管桩。

图1 桩基地埋管的连接方式

桩基地埋管地型地源热泵系统具有以下特点：

①不占建筑物以外的土地面积，节约地下空间。

②节省了埋管和钻孔的额外成本，有利于工程施工进度的加快。

③桩与地埋管、桩与土地的紧密接触，能有效减少接触热阻，提高了土地土壤与循环工质的传热性能。

④地下换热器的施工情况更为稳定，主要因桩基的间距大，使得U型换热管的相互热影响趋近零。

⑤该类型地源热泵系统的回填材料一般是水泥，具有较强的导热性能，使得其换热效果更优。此外，桩基埋管型地源热泵系统的连接方式如图1所示。

2 桩基地埋管技术在地源热泵施工中的应用

地埋管施工是地源热泵施工工程的重要组成部分，其施工技术和工艺的优劣直接关系着地源热泵工程施工质量的高低，影响了地源热泵系统的正常运行。与桩基结合的地源热泵地埋管施工技术是当前较为科学的施工技术，强化其在地源热泵工程施工中的科学应用是势在必行的。本文以具体的工程案例为切入点，探讨了桩基地埋管技术在地源热泵施工中的应用。

2.1 工程的基本概况

该工程的建筑面积为3224m2，高度为18m，共6层，其夏季空调总冷负荷为72253W，冬季空调总热负荷为42345W。基于节能环保的理念，工程选用的热泵机组是由1台42kW制热量、32kW制冷量的带有两个不同温度循环环路组成，换热形式为能量桩基。该机组能在夏季提供18℃-21℃的冷冻水，在冬季提供30℃-35℃的取暖水。该工程的土质蓄热和传热性能较好，土壤的湿度较大，地下水位较高。

2.2 施工准备

埋管形式选择垂直埋管，因该形式的换热性能好、用地面积小，将嵌套垂直埋管和建筑物桩基。整个地埋管系统由43根能量桩基组成，每根桩基是3U型垂直管，其深度为30m，用水平横管来连接垂直管，然后将垂直管安装在灌注桩内。整个施工准备阶段都要与土建单位密切联系，以确保安装准确。同时，在灌注桩内要安装垂直部分的PE管，安装的成功率和精准率都要做到完美，加强施工中的管道保护。在工期较紧的情况下，安装和土建单位需要提高施工质量，严格抓好材料供应等施工准备工作，利用专业化施工及现场预制等手段保证工程的各个环节都能按时按质的完成。

2.3 施工实践

桩基地埋管的地源热泵工程施工对地埋管的施工技术、施工工序、质量检测等方面的要求都较高，难度也大。在该工程桩基直径为600mm情况下，且在施工中可能出现配合失误等影响施工质量和安全的因素，如电焊时损伤PE管、导浆管上下抽动等，本次施工的最终防范为利用PE管随钢筋笼绑扎下井，施工的具体实践如下。

（1）绑扎PE管

施工人员对PE管的第一次试压时的压力控制在1.2MPa，绑扎的合格条件是持续稳定试压15分钟后，压浆≤3%，且未出现泄漏现象。确定合格后将PE管切成10m一段的规格，并绑扎在8M长的钢筋笼内，中间钢筋笼的两端和第一截钢筋笼的上部都要预留1m长度以备后续熔接。绑扎的材料选用长尼龙扎带（25m），每次绑扎之间的距离最好控制在50cm。

（2）熔接PE管

施工人员先将绑扎好的第一截PE管进行熔接，制成U型管，然后开始第二次试压，试压的压力控制在1.2MPa，熔接的合格条件是持续稳定试压15分钟后，压浆≤3%，且未出现泄漏现象。确保熔接合格后放下第一截钢筋笼，为了防止在第二截钢筋笼焊接前可能因电焊稳定过高或有火花飞溅损伤PE管，施工人员要事先对橡塑保温套管套住PE管，起到保护作用。之后，开始熔接钢筋笼下井PE管，焊接两截钢筋笼后，将PE管上的橡塑保温套去除，进行焊接，按序放下几截钢筋笼重复上述施工步骤进行熔接。

（3）混凝土灌注

将所有钢筋笼下井后，施工人员要谨慎放入混凝土导浆管，并灌入混凝土。结束灌注后，进行第三次试压，试压的压力控制在0.6MPa，灌注合格的条件为持续稳定试压半小时后，压浆≤3%。确认合格后，如果无压降且PE管完好无损情况下可溶解管帽密封，并绑扎以备后用。

（4）混凝土截桩

截桩的首要条件是灌注桩的强度符合要求，施工人员在截桩时要小心谨慎截断PE管，切忌过度拉扯。开挖土方时要先告知机械施工人员要注意地下的地热管，防止损伤地热管。截桩结束后，进行第四次试压，试压的控制要控制在0.6MPa，合格条件为持续稳定试压1h后，压浆≤3%。

（5）横埋连接PE管和测试系统强度

施工人员要在大底板一下开始挖掘横埋沟，并在其底部铺设黄沙，黄沙铺设完成后，置入横埋管，并将横埋管与桩基内的PE管连接。连接完成后进行第五次试压，试压的压力控制在0.6MPa，连接的合格条件为持续稳定试压半小时后，压浆≤3%。确认合格后进行保压，并浇筑混凝土承台。施工人员应该采用钢管来保护PE管弯头和熔接处，以免因承台过大而压坏PE管的熔接处。

2.4 施工注意要点

桩基地埋管地源热泵施工的要点体现在现场检验和水压试验两方面。现场检验方面，要确保使用的管件、管材等施工材料符合国家现行标准规定；水平埋管、钻孔的深入和位置，地埋管的壁厚、直径、长度，回填料及配比要符合设计标准；防腐剂和防冻剂的含量和特性要符合设计要求；各环路流量要平衡、试压实验要合格，且两项标准和符合设计要求；净水温差和出水未查、循环水流量要符合设计标准。水压试验方面，水压的控制与工作压力相关，当工作压力≤10MPa时，水压要＜0.6MPa，且为工作压力的1.5倍；当工作压力＞1.0MPa时，水压要在工作压力的基础上加0.5MPa。

结语

总之，随着地下水热泵工程技术的不断规范和发展，对节能环保型的地埋管技术需求越来越大。桩基地埋管地源热泵系统与其他地源热泵系统相比，具有投资成本低、地面面积使用少、施工进度快等特点，地下换热器的工况也较为稳定。利用该技术进行施工，施工人员和安装人员要加强交流和沟通，提高双方配合度，避免因交叉施工造成的不必要损失。因此，将桩基地埋管技术应用到地源热泵系统的施工中，有良好的社会效益和经济效益。

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