地源热泵在苏州火车站的应用

地源热泵在苏州火车站的应用
【摘要】目前，建筑的制冷、采暖和卫生热水供应，多数采用的是传统的分体空调、冷水机组+锅炉、直燃式溴化锂等方式。

这些方式消耗大量一次能源，运行费用高，并排放大量有害气体，污染环境，因此在新建建筑中推广利用热泵技术，并对既有建筑空调系统进行节能改造势在必行。

苏州火车改造工程就采用了在国内较新的一种能源利用形式——地源热泵系统。

【关键词】地源热泵;结构板下埋管;钻孔;灌浆;打压试验
0.前言
国内，地源热泵算是比较新的一种能源利用形式，所谓热泵，其实来源于水泵的概念，水泵是把水从低处（不利点）提升到高处（使用点），而热泵则取了“泵”的概念，是把“热”从“低”处通过泵的作用提升到”高”处。

热泵就是，通过外界的某些力量把低品位的热量转化为高品位的热量，以供人们使用。

地源热泵是一种中央空调工艺方式，在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。

地源热泵中的土壤源热泵形式，非常适合苏州站使用。

一是埋管不占用陆上空间，二，没有锅炉，无污染。

三，即可制冷又可制热，运行费用低。

四、苏州地质条件好，打孔埋管施工顺利。

苏州火车站改造工程中央空调系统采用的就是地埋管地源热泵系统。

1.地埋管施工
苏州站北站房地源热泵系统室外埋管施工已经完成，北站房地埋管系统总设计钻孔440个，钻孔深度103m，换热器管材采用dn25的聚乙烯管材HDPE （SDR11），埋地形式为双U型，孔距为3-6m。

1.1地埋管施工工艺流程
测量定位--＞钻孔--＞地埋管预制及打压--＞放管--＞灌浆回填--＞安装水平环路集管--＞环路集管试压--＞机房集分水器与环路集管连接--＞冲洗、排气--＞系统试压--＞＞回填隐蔽
1.2换热孔及垂直埋管主要施工方法
1.2.1测量定位
根据施工图纸，对换热孔位置采用全战仪进行放线定位，每个孔位采用白灰进行标识，保证避开承台。

1.2.2挖泥浆池
按照泥浆池就近满足周边钻机使用的原则组织泥浆坑。

在横埋管沟位置采用人工开挖，深度为800mm，长度、宽度均为1m的小泥浆池几个，挖好泥浆池后，现场调制泥浆。

然后在无结构承载的部位开挖深度为2m，长度、宽度均为4m 的大泥浆池两个，收集多余的泥浆，以备运走。

由于本工程泥浆池底位于基础垫层之下，为防止泥浆池渗水，破坏天然地基，影响天然地基的承载力，故在泥浆池内设两层塑料薄膜和一层彩条布，防止泥浆渗漏。

施工完成后，泥浆池采用石灰土回填，机械压实，以满足地基承载力要求。

1.2.3钻孔
(1)钻孔机械落位时，将钻头与孔位对中，误差不得大于10mm。

(2)钻孔机械初步落位后，进行钻头垂直度调整。

在钻机本体纵横两个方向上选择两个固定平面，用水平尺和塞尺进行调整钻机水平，保证钻头垂直地面。

钻机水平误差不大于5‰。

(3)施工过程中，记录起、停钻时间及过程情况，杆每下进10m后须进行钻机本体水平度复核。

当误差大于5‰时，必须进行调整。

(4)以钻杆的实际长度控制孔深，孔深必须达到设计深度。

在下管程序没有准备好以前不能过早提起钻具，并且保证泥浆循环。

(5)由于在钻孔深度范围内的地层多为软土及砂，采用螺纹钻（麻花钻）进行施工作业，以天然泥浆加陶土做为冲洗液，保证孔内水压大于孔外水压、起到泥浆良好的护壁效果，避免引起塌孔或缩孔。

钻孔孔径110mm，回次进尺以3m 为宜。

1.2.4垂直段放管
(1)竖埋管连接，将进场检验合格的PE管，派专人进行热熔接管，清洗和打压试验，试验值为1.2MPa，带压观测15min以上，不渗不漏无破裂，压力下降不超过0．03MPa为合格。

试压完毕，每组双U型换热管头必须立即密封。

为保证换热管能尽可能贴近孔壁，避免换热管之间的短路传热，3m间隔安装管卡，安装一定要牢固。

(2)管孔达到设计深度后，立即组织放管。

放管前，在洞顶安装一段护壁套管，套管口打磨光滑，不得有毛刺或锐尖。

(3)利用钻杆将预制好的垂直U形管徐徐下放，若遇受阻时不可强行用力下顶，待查明原因并处理后再操作。

1.2.5灌浆
(1)灌浆料严格按照设计要求调配。

采用含有20%的膨润土、10%的水泥浆和70%SiO2砂子的混合物。

(2)严格控制灌浆量，保持一定的盈余量，保证回填密实、饱满。

(3)控制灌浆管提升速度，以管口始终浸没在浆料面以下为准。

(4)灌浆结束后，管井口上口20cm采用水泥砂浆进行封堵。

1.2.6水平沟开挖、回填及水平管连接
(1)水平沟开挖在基坑底部进行，沟宽1.2m、高1.8m。

根据现场地质条件，开挖部位主要为软土和粉砂层，其自稳能力差，按1:0.75坡率进行开挖。

(2)由于施工期处于雨季，水平沟开挖后立即组织水平管安装，及时回填。

(3)水平埋地管敷设前，先对竖埋管进行打压试验，打压成功方可接管，若失败，则废弃该孔，最后再统一补孔。

沟槽底部先铺设一层厚度为300mm的细砂，以保护管道不受损伤。

(4)管道铺设要做到横平纵直；管道有2‰～5‰的坡度，坡向与水流方向相同；成排管道在同一平面上的间距相同，误差不大于3mm。

(5)主管道连接采用厂家提供的热熔机，根据不同的管径及壁厚，选择与之相适应的热熔器。

熔接前，必须彻底清理管道里面，保证管道内无杂物。

(6)下道工序开始前，及时对管口采取可靠、牢固的方式密封。

(7)水平管路连接完毕，进行水压试验。

系统管道连接完毕后，对管路进行冲洗，合格后进行系统试压。

(8)回填时，回填料细小、松散、均匀，不含石块及土块。

回填料经均匀压实，与管壁接触紧密。

黄沙层铺垫完后以上部分打素混凝土，以满足地基承载力的要求。

1.2.7水压试验
当工作压力≦1.0Mpa时，试验压力为工作压力的1.5倍，且不小于0.6Mpa；当工作压力﹥1.0Mpa时，试验压力为工作压力加0.5Mpa。

水压试验步骤：
(1)预制好的垂直U形管插入埋孔前必须进行预加压试验。

在试验压力下，
稳压不少于15分钟，压力降不应大于3％，且无渗漏现象。

合格后，将垂直U 形管密封，保持其内压在试验压力情况下进行放管操作并完成灌浆。

完成灌浆之后稳压1小时。

(2)埋地垂直U形管与环路集管（水平干管）连接完成后进行第二次水压试验，试验合格才能回填隐蔽。

在试验压力下，稳压不少于30分钟，压力降不应大于3％，且无渗漏现象为合格。

(3)环路集管（水平干管）与机房分集水器连接完成后进行第三次水压试验，试验合格才能回填隐蔽。

在试验压力下，稳压不少于2小时，无渗漏现象为合格。

(4)地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗、排气及回填隐蔽结束后，进行系统试压。

在试验压力下，稳压不少于12小时，压力降不应大于3％。

2.施工中的关键点控制
地源热泵系统中地埋管是整个系统的核心和关键，其质量的好坏直接关系到整个系统能否安全可靠的运行，尤其是苏州站这样地埋管设置在建筑底板以下，施工中困难重重，工程一旦完成，其将不可修复。

因此，必须从以下几个方面进行严格控制。

2.1进场材料质量控制
对每批进场的材料进行严格的检验。

业主、监理，施工单位共同对进场材料（主要是PE管及管件）进行检验，检查材料检验报告，查看管道上张贴的合格证，对进场材料进行网上查询，确保进场材料质量合格。

2.2施工中关键工序严格把关
打压时派专人配合监理对每跟打压的管道进行检查记录，确保管道连接牢固，试压成功；下管前检查管卡安装情况，管头是否封死；打孔完毕立即组织下管，防止缩孔，下管时，工人要配合将各根管处于分开状态，下管过程严格监督，确保下管深度达到设计要求；主管道连接采用厂家提供的专用热熔机，操作热熔机一定要规范，严格按照操作程序进行，保证热熔压力和时间，最后统一打压试验，确保热熔接口牢固。

2.3施工完成后做好成品保护
每一道工序施工完成后将各个管口密封，防止杂物进入；对容易损坏的部位进行明显标识，防止被破坏。

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【参考文献】
［１］赵荣义.空气调节［M］.北京:中国建筑工业出版社.1994.
［２］赵荣义.供热工程（第三版）.中国建筑工业出版社.1994.
［３］陆耀庆.供暖通风设计手册［M］.北京:中国建筑工业出版社.1987.
［４］刘金言.给排水、暖通、空调百问.北京:中国建筑工业出版社.2001.
［５］地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2005）.中国建筑工业出版社.2006.。