关于地源热泵中央空调系统地埋管施工技术的探讨

杜先和

一、地源热泵中央空调系统概述

1、地源热泵中央空调系统的概念。资源与环境是人类赖以生存与发展的基础，也是我国社会经济可持续化、健康化发展的重要保障。近年来，就如何更好的开发浅层地热能资源，推广地源热泵技术，以利用可再生能源来解决供热与制冷问题，已引起了国家的高度重视。地源热泵中央空调系统是一种有效利用浅层地热能资源（土壤、地下水、地表水），以此实现室内空气调节的系统。当热泵在制热模式时，能从浅层地能资源中吸收热能；当热泵在制冷模式时，还能将多余热量排放到土壤、地下水或地表水中，因此具有节能、环保、经济等多项优势，在我国各地工程建设中得到了广泛的普及与应用。

2、地源热泵中央空调系统的特点。根据所利用浅层地热能资源的不同，地源热泵中央空调系统又可细分为土壤源（地埋管）热泵空调系统、地下水源热泵空调系统和地表水源热泵空调系统这三类。本文所特指的是土壤源热泵空调系统，它是利用传热介质（主要是水）通过竖直埋管或水平埋管，与土壤进行热交换的系统形式，其主要应用特点为：采用土壤源作为热泵机组的低位热源，机组系统不需要风机，其振动和噪音都较小，对周围环境影响小；运行中不需要除霜，节省了维护检修费用，提高了热泵空调系统运行的可靠性；与地下水源热泵空调系统、地表水源热泵空调系统相比，其适用范围更广，且不用受到地下水或地表水资源条件的限制。

二、地埋管施工前的技术准备工作

1、工程勘测、平整场地。在进行地下埋管施工之前，应首先做好工程勘測工作，需要详细了解和掌握工程勘测资料、设计图样，以及埋管场地内已有地下管线、其它地下构筑物的功能及其准确位置等等，并以此为基础制定系统、完善的施工组织设计或施工方案。在方案设计中，应重点根据现场的地质情况，选择合适的钻孔设备。另外，在地下埋管施工之前，还应做好对钻孔处的施工现场的地面清理、杂物清除和平整场地，从而为PE管的连接、设备与材料的堆放，以及施工人员的操作提供充足的场地空间。同时，还应当对场地中的地下管线、市政设施等作出明确的标记。

2、管道布置方式的选择。根据管道布置方式的不同，地埋管主要可分为水平式地埋管和垂直式地埋管两类（见下图1所示）。其中，水平式地埋管的特点是施工费用少，施工难度较小，但是单位管换热量偏低，且占地面积大；而垂直式地埋管的特点是占地面积少，单位管换热量相对较高，但是施工难度和施工费用都较高。

在管道布置方式的具体选择时，应综合考虑到可利用土地面积、场地土壤类型以及挖掘费用等多种因素而决定。如果存在大量土地面积使用，且场地内没有坚硬岩石时，可考虑选择较为经济的水平式地埋管；而如果土地面积不足，或者场地内垂直钻孔较为容易且费用较低时，则适宜选择垂直式地埋管。近年来，随着城市建筑面积的日益紧缺，垂直式地埋管逐渐成为了管道布置的主要方式。在本文中，也主要分析的是垂直式地埋管的施工技术要点。

3、管道的验收及保护。当地埋管所需管材运送到施工场地后，应当采用试压装置进行检漏试验，检验合格后方能用于施工建设。在管道的存放时，不宜长时间直接暴露在阳光下，而应用彩条带覆盖，以防止管道老化；在管道的搬运时，应做到轻拿轻放，可采用柔韧性较好的吊绳、吊带进行装卸和运输，严禁直接抛摔或沿地拖曳。

三、地埋管施工技术要点分析

地埋管的主要施工工艺流程为：钻孔施工→U型管组装→U型管下管安装→灌浆回填→水平干管与垂直管连接安装→系统调试与检验。

1、钻孔施工。在施工现场根据设计图纸要求逐一钻孔施工，其孔径一般为130～150mm，要求孔径的大小以方便插入U形管为宜，钻孔点的误差不得超过5cm。为保证U型管能顺利、安全的插入孔底，必要时还应当对孔壁进行固化处理。在钻孔施工中，应加强对场地地质情况、地下管线敷设情况的了解与掌握，通过适当的调整钻孔的深度、数量及位置，以满足设计要求，以尽量减少对原地下工程和管线的影响。当第一个孔钻完成以后，还应当做好对钻孔周边土层热物性的测定，以此作为设计方案适当调整的技术依据。

2、U型管现场组装、下管安装。U型管是指由需要下井安装的PE管、连接件（U型弯）所制作成的U型管道。它通常是在现场进行组装与切割，以满足可能出现的设计变更或者钻孔深度调整的需要。在U型管下管安装之前，还应当对其进行第一次水压试验，要求在15min的稳压试验下，管道的压力降不得超过3%，且管道无泄漏现象，然后再将管道的两个端口进行密封处理，以防止杂物的进入。U型管的下管安装通常采用的是人工下管的方式，应在钻孔施工后立即进行，以避免因孔洞搁置时间过长而出现局部堵塞的问题，导致下管安装的困难。在U型管的端部应设置套管防护，以避免在下管过程中U型管受到损伤。如孔洞内存在大量积水情况时，为了避免水的浮力影响，在U型管内也应当充满水以增加管道的自重。在下管过程中，还可在管道上每隔2～4m设置一个固定支卡，通过这种方式使U型管两个支管得以分开，以提高单位管道的换热效果。当U型管下管安装完成后，应进行第二次水压试验，要求在在30min的稳压试验下，管道的压力降不得超过3%，且管道无泄漏现象。确认管道无渗漏问题以后，方能回填施工。

3、灌浆回填。在管道下管安装结束，并完成水压试验以后，应立即采用灌浆材料进行孔洞的封堵回填，灌浆材料多采用由膨胀土和细砂所组成的混合浆料。灌浆的目的，一方面是强化埋地管与孔壁之间的传热性，以满足热泵机组对地源传热的要求；另一方面还能起到对环境保护的作用，不仅能防止地表污染物渗漏到钻孔中，而且还能有效避免不同含水层水质的混合、串通，起到隔离含水层的作用。

4、水平干管与垂直管连接安装。水平干管与垂直管安装过程中，首先在场地地面连接成若干数量的管段，然后再放置到已挖好的沟槽中与U型管进行连接，从而形成一个完整的闭式环路。为避免分集水器受到外界因素影响，要求沟槽的挖设深度应尽量加大，适宜控制在1.5m左右，对已挖好的沟槽的底部应当严密夯实，并铺设一层细砂，沟槽的坡度宜控制在3‰～5‰左右。垂直管与环路水平干管连接完成后，应进行第三次水压试验，要求在在2h的稳压试验下，管道的压力降不得超过3%，且管道无泄漏现象。

总结

本文从地源热泵中央空调系统的工作原理及特点出发，并着重就其地埋管的施工技术准备及施工技术要点进行了分析与探讨。地埋管作为地源热泵中央空调系统中的关键装置，其施工质量将直接关系到系统运行的安全、可靠。为此，我们应通过合理制定施工方案，做好施工技术准备，并加强对相关施工技术要点的掌握，从而有效保证地埋管的施工质量，以确保热泵空调系统运行的安全性与持续性。

（作者单位：浙江地源能源环境有限公司）