六安市图书档案馆地源热泵空调地埋管系统施工实践

2019-10-12李顺刚汤同芳

安徽建筑 2019年9期

李顺刚，汤同芳

（1.六安市重点工程建设管理处，安徽六安 237100；2.六安职业技术学院城市建设学院，安徽六安 237158）

1 引言

地源热泵技术作为一种新型能源技术，既经济又环保，但是要使得地源热泵技术在工程中成功应用，达到预期效果，除了前期的地质勘探，正确确定岩土的地热参数，岩体的热平衡和埋地管换热器的设计外，埋地管道系统的施工是确保地源热泵系统有效运行的具体实施过程，下面将以具体的工程案例论述地源热泵空调地埋管系统施工方案。

2 工程概况

本工程位于六安市行政中心南面，工程地上五层，建筑面积是31797.92㎡，地下一层建筑面积是8206.90㎡，建筑高度为23.1m，工程总建筑面积近40004㎡。场地基岩由1层混合填料，2层粉质粘土，3层粘土，4层强风化砂岩和5层中度风化砂岩组成。现场地下水埋藏类型可分为两类，一类是上层积水，分布在第一层混合填料中，水量与大气降水密切相关，季节变化范围为2.0m。另一种是承压水，分布在4层强风化砂岩和5层中等风化砂岩中，承受弱压力。

依据地质情况、地下水位情况、建筑物全面动态负荷、岩土体温度变化等情况综合考虑，本工程地埋管换热器是U型管管径为De25×2.3mm双管，管道材料以及管道连接件选用高密度聚乙烯PE管（SD11PE100-1.6MPa），埋地方式是垂直钻孔埋管，形成150mm的地埋换热器垂直孔，如图1所示。位于室外绿化地均匀布置垂直群井，回填材料根据土层不同利用原土、砂子、水泥混合成一定比例回填，对于粘土层可采用10%膨润土与含有Si0290%的砂混合物回填。

本工程总钻井数量320口，井深为100m。图书档案馆地块总共分为4个区（A区80口、B区80口、C区80、D区80口），局部如图2所示。井与井相距4.5m×4.5m。

图1 钻孔埋管大样图

图2 A区地埋管钻井定位施工图局部

3 地埋管及管井施工准备

审查核对相关设计资料，图纸，明白设计意图，将图纸中的错误，存在的不明白问题加以解决，保证开工之后能够正确无误的掌握施工工艺、施工要求，正确领会设计思想。在工程开工前夕必须保证工程原料、机械设备、施工机械、施工机具、产品构配件等按照计划需要量备足，以便连续施工。

4 地埋管系统施工方案

分析地质数据以确定设计和施工方案。地埋管换热器管井的钻制，水压试验、下换热管、回填管井等步骤是主要施工环节，其流程如图3所示。

图3 施工工艺流程

4.1 专用设备材料进场

采用可以在制孔后将双u型换热管迅速下到孔内的YGL-C150x型钻机，它是一种地源热泵系统专业钻机，其钻孔深度可达150m，成孔质量较好且设备使用简单。

孔内换热管（PE管），由厂家定尺生产，成品交货到现场。对于水平管道中的接头，可以使用特殊焊接机进行焊接，以确保水平管道焊接的紧密性。为了使得回填层与土壤层的传热系数相近，达到环保要求且不影响地下换热器换热效率，按照地质特征将黄砂与原泥浆配比作为回填材料。

4.2 定位、放线

依据施工图纸中换热管孔位置，同时可以对照既有建筑物、现场基础桩位置对换热管孔位置适度调整，使用钢筋和白灰堆在孔的位置标记200×12mm的范围作为打孔标记，以确保孔的位置准确。

4.3 竖立钻机

依据钻孔点的位置确定钻机塔架位置，运用水平尺找平钻机塔架底盘纵横向，水平度不大于0.5mm/m，在定位底盘之后执行塔的垂直杆的安装，为了确保塔架竖杆的垂直度，可以使用直尺和铅锤测量；最后，安装诸如钻机头，钻头水（泥），钻机提升装置等附件等。竖立好钻机之后确定每台钻机转向。利用现场挖好的沉定池、泥水沟，将钻机、附属装置接水管，接通电源，进行点试。

4.4 钻井

钻井之前再一次核查竖杆的水平度、垂直度，校对塔架底盘位置，确保转向正确。钻孔速度要适宜，防止钻杆拉断、接头丝扣断裂，钻头跌落，施钻时关注钻机和附属设备运行情况并做好记录，对钻机和附属设备做好保养、维护工作；钻孔过程中要反复通孔，尤其是达到一定要求深度之后，以使后面的下管工序没有阻碍。为了保证钻孔安全，对于地下水位以下的砂层、软粘性土层、粉土层可以采用泥浆护壁，对于破碎岩层可以利用优质泥浆、水泥浆、化学浆液护壁，对于浅部填土、其他松散土可以使用套筒护壁。当进行钻孔时，防止孔的底部岩层负压和管道干扰损坏。

4.5 下换热管

当管孔钻好，孔壁也已经稳定硬化之后，此时就可以安装双U型弯管竖直地埋管，在安装过程中双U型管内应充满水，使两支管处于分开状态。地埋管的连接方式采用热熔连接，其材料、温度和施工工艺要符合国家现行标准的CJJ101规定，在选择时，应注意的是，U形管组的长度可以确保与孔中的环形头完全连接，并且完成的双U形管的开口端是采用热熔密封的，采用地热弹簧控制管井中PE管的间距。把竖直地埋管用直径50mm的钻具送入100m深度。使用下管专用机械进行下管，下管过程中要保持均匀的速度，不可以蛮力下管，在下管过程中下管不顺、有障碍，暂停下管等查明原因，解决障碍方可继续下管，地面上要预留2m左右的管与水平地埋管连接，在下管过程中特别是下管后期要注意预留，预留后要及时固定和密封换热管，以免换热管下滑至管内或者被异物堵塞。

4.6 回填

地埋管的换热能力受回填材料导热能力影响较大，选择什么样的回填料决定了其传热效果，另外因地质构造、扩张能力不同对回填料产生的作用也有差别，要将回填料的凝固强度考虑上。运用设备与人工相配合反浆回填的方式回填。灌浆管抽出的速度依据浆液泵的速度，保证钻孔灌浆没有空腔，灌浆液时从地下反浆封孔的，回填结束后把地面上的管道口做好封堵保护，做好标记工作，以避免今后施工遭到损毁。

4.7 水压试验

地下埋管道系统在施工阶段应进行4次水压试验，一定是水压试压不能用气压试验替代。在增压过程中，使用手动泵缓慢增压，随时观察和记录，并且看起来没有泄漏。第一次水压试验要在管孔钻成之后，准备放置竖直地埋管换热器前进行；竖直或水平地埋管换热器与环路集管装配完成后，回填前应进行第二次压力试验；在完成机房分集水器与环路集管连接之后执行第三试验；地埋管系统安装结束之后，管道疏通，排气，清洗，包括回填已经完成后进行最后一次水压试验。第一次、第二次试压时要保证在试压压力下，稳压时间不小于15min，稳压后的压力降低应小于3%，并且没有泄漏；第三次试压保证稳压时间不少于2h，且不出现泄漏；第四次水压试压，在规定水压条件下稳压时间大于等于12h，压力降小于等于3%。