就某工程在地埋管施工中的应用分析

就某工程在地埋管施工中的应用分析
以某工程为例，本文笔者结合工作经验对该工程在地埋管换热系统施工中的全过程进行分析。

标签地源热泵空调；地埋管技术；调试；节能
由于地源热泵空调系统利用浅层地热能资源进行供热与空调，具有良好的节能、环保、美观、不消耗矿物质的固有特性，近年来在国内得到日益广泛的支持和推广应用。

现结合工程案例进行分析。

1 工况
某工程建筑面积73000m2，高度75m。

采用地埋管换热系统，选用地源热泵机组，利用交换液与土壤热交换，实现了热泵机夏季冷冻水供回水温度为7/12℃；冬季提供空调水供回水温度50/45℃。

夏季地源出水温度为25～30℃，最高不超过35℃；冬季出水温度10～15℃，最低不低于7.5℃。

设计生活热水，生活热水机组出水温度为50℃。

2 施工部署
在地埋管地热泵系统方案设计前，通过对岩土层的结构岩土体热物性、岩土体温度、地下水静水位、水温、水质及分布、地下水径流方向、速度、冻土层厚度等主要技术指标进行分析和地埋管换热系统的安全复核模拟，确定出本工程地源系统夏季的最高出水温度为35℃和冬季最低出水温度为7.5℃。

根据工程勘察结果，评估地埋管热系统实施的可行性及经济性，确定方案为：
采用室外地源换热器共为900孔，设置15个分区，每个分区负责60个地源孔；每个孔井深90m，井位呈矩形排列，相邻两井间距4m，总钻井深度约为81000m；水平PE管长度约20000m，埋地深度2m。

每个分区设置分、集水器，地源孔与分区分、集水器采用PE阀门连接。

整个地源系统埋地部分没有任何金属构、配件。

根据施工进度要求，本工程室外地埋管施工与地上室内主机系统、空调末端系统施工同时进行。

整个系统设计为分区同程系统，全部采用热融连接。

3 地埋管施工
3.1 物资准备
a根据施工预算、施工方案和施工进度计划，合理编制材料、机具进场及使用计划，以免现场材料、机具堆放过多；
b搭设临时材料堆放、存储仓库，搭设管道预制加工棚；
c采用专业供货厂商提供的热熔连接工具、机具、严格按使用说明书操作；
d地藕系统采用的高密度聚乙烯HDPE3408管材，该产品压力等级为1.2MPa，热导率为0.46～0.57W/(m?K)。

e主要岩土层为中密粉砂层，其热导率为2.1～2.3W/(m?K)。

为保证回填的密实、低温不龟裂以及回填材料的热导率须大于土壤岩层的热导率，故回填料选用5%的膨润土加95%的细砂混凝土混凝土混合料，其热导率为 2.4～2.8W/(m?K)；
f传热介质采用自来水，满足传热介质的必须的安全性、传热性、较低的摩擦阻力且经济适用的技术要求。

3.2 材料檢验及存储
地埋管应采用化学性能稳定性好、耐腐蚀、热导率大、流动阻力小的塑料管
材及管件，宜采用聚乙烯管(PE)或聚丁烯(PB)，不宜采用聚氯乙烯(PVC)管。

管材、管件及附件应为相同材质。

地埋管质量应符合国家现行标准中的各项规定。

管材应标明规格、商标或生产厂名、公称压力以及生产日期，包装应符合要求、还应标明长度。

管材的公称压力及使用温度应满足设计要求，且管材的公称压力不应＜1.0MPa，地埋管外径及壁厚可按《给水用聚乙烯(PE)管材》GB/T13663及《冷热水用聚丁烯(PB)管道系统》GB/T19473.2之规定选用。

管材和管件的外观质量符合下列要求：管件应完整，无缺陷、无变形，合模缝交口应平整，无开裂。

管材、管件运输储存应符合以下规定：
管材、管件运输、储存不应损坏外包装，不得暴晒、淋雨；材在运输时应避免尖硬物件划伤刻痕，沾染污物，管材不得用钢丝绳成捆吊装及重压；管道在运输储存过程中不得剧烈撞击、滚、拖、抛、摔。

3.3 现场预组装施工技术
①地埋U型管宜在现场预组装，管材预组装前应水平堆放在平整的地面上，不应局部受压使管材变形，堆放高度不宜超过2m；管件贮存应成箱存放在货架上或码堆在平整平面上，地面上码堆高度不宜超过2m。

HDPE管运至工地采用彩条布覆盖，严禁长时间太阳下暴晒；②HDPE管连接时应注意热熔管头清洁，管材切割时当管径≤de50时，采用旋转切刀；当管径＞de50时，采用手工木工锯；
③HDPE管在地面连接完成，试压、合格后方可埋管；井回填后再次试压、合格后方可连接水平干管；水平总管连接完试压、合格后方可回填土。

总管连接完后进行系统试压；④HDPE管道的连接可采用热熔连接(热熔承插连接、热熔对焊连接)，与金属管道连接应采用法兰连接；⑤热熔承插连接：热熔承插连接应采用质量可靠的热熔机具，便携式熔接工具适用于Φ≤63mm管道及系统最后连接，台式熔接机具适用于Φ≥63mm管道预装备连接。

将加热工具加热到熔接温度260±10℃，插口管末端应切割平整，与轴线垂直。

用笔在承口上做适当的标记，以利于连接定位。

用加热工具的凹模熔化插口管端的外表面，凸模熔化承口的内表面。

加热完毕后，迅速移走加热模具，将插口端平直插入承口端，达到连接强度后固定接头，自然冷却至环境温度；⑥热熔对接：管材外径Φ≥63mm的HDPE 管均可采用热熔对接方式连接，该方法经济可靠，其接头在承拉和承压时都比管材本身具有更高强度。

3.4 下管施工技术
钻孔完成后应立即下管，下管前应对U型管进行试压、冲洗。

停留时间越长，孔内的积压现象越严重，管子也就越难放。

在施工中，我们采用预制砼导头下井施工法。

预制导头直径略小于钻孔直径，大于4根HDPE循环管所占位置的直径(预制导头制作后应进行试压试验)。

依靠导头的重量和HDPE管内水的重量下井，这样既保证下管的速度又可保证HDPE 管能有效地到达地源井底，同时，还能保护HDPE管材在下井过程中免受井壁尖石的刮伤、损坏。

一般采用人工下管，下管时必须多人合作，提起管子时不得在地上拖拉，不应形成不自然的弯曲，更不允许产生角度。

为避免热桥损失，U 型管管间距应严格按设计要求，下管时尽量保持同心度并且管与管不要接触太紧，施工时每隔2～4m设置固定支卡将U型管分开，以确保垂直地源换热管的相对位置不变，垂直换热管不会贴在一起。

HDPE管下井完成后，须将U型管两个端口密封。

每区下管全部完成后连接到集、分水器，先人工沟槽开挖，将分、集水器置于检查井并与U型管连接，构成完整的闭式环路。

分、集水器设置排
气和排污装置。

埋管区整体回填时，应分层用木夯夯实。

整体回填时应将混在其中的尖利石块、混凝土碎块拣出。

4 试压
试验压力：当工作压力≤1.0MPa时，应为工作压力的1.5倍，且不应＜0.6MPa；当工作压力＞1.0MPa时，应为工作压力加0.5MPa。

水压试验步骤：
①竖直地埋管换热器插入钻孔前，应做第一次水压试验。

在试验压力下，稳压后至少15min，稳压后压力不应＞3%，且无泄露现象；将其密封后，在有压状態下插入钻孔，完成灌浆之后保压1h。

②水平地埋管换热器放入沟槽前，应做第一次水压试验。

在试验压力下，稳压后至少15min，稳压后压力降不应＞3%，且无泄露现象。

③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水压试验。

在试验压力下，稳压至少30min，稳压后压力降不应＞3%，且无泄露现象；
④环路集管与机房分集水器连接完成后，回填前应进行第三次水压试验。

在试验压力下，稳压至少2h，且无泄露现象；
⑤地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗、排气、回填完成后，应进行第四次水压试验。

在试验压力下，稳压至少12h，稳压后压力降不应＞3%。

系统试压不得以气压代替水压试验；水压试验时应采用手动泵缓慢加压，加压过程中应安排专人随时观察与检查线路，不得有渗漏现象。

5 试验和鉴定
自觉主动接受业主、监理单位来工地现场监督试验，并按如下内容提出报告：
①全部竖井的位置和深度以及热交换器的长度是否符合设计要求；
②回填过程的检验与安装土壤热交换器同步进行；
③监督循环管路、循环集管和管线的试压是否按上述要求进行，以保证没有泄漏。

隐蔽工程记录交业主、监理验收，合格后才能进行下一道工序的工作。

按上面的试验和鉴定结果提交报告给业主，并保证将实际竣工情况记录在设计平面图上。

6 地源热泵机组安装
本工程地源热泵机组主机采用集中式，整个工程的冷冻水由机房统一协调输出，主机大小搭配，保证了在各种情况下的最佳配比，也保证了不同负荷下运行不同的机组和水泵，使机组始终保持在满负荷运行状况，处于最佳工况，使COP 值始终维持在最佳值，达到长期运行的最佳节能效果。

7 结语
和传统的空调系统一样，在系统设计时，必须考虑末端、主机、水泵的部分荷载时的最大运行节能，本项目设计多机头主机，大、小搭配，末端采用电动二通阀控制，水泵配置一套变频泵，整个系统采用台数和变频来满足运行过程中的负荷变化，从而确保系统节能的最大化。