地埋管换热系统施工技术

地埋管换热系统施

工技术

地埋管换热系统施工技术

（一）、换热器埋管技术

闭式地源热泵系统将换热器管埋于地下，埋管形式有水平埋

管和竖直埋管两种。

水平埋管一般浅层埋设，开挖技术要求不高，初投资低于竖

直埋管，但其占地面积大，开挖工程量大。这种形式在地源热泵

技术的早期应用中较多，现国外工程己很少采用。

竖直埋管地源热泵系统占地面积小，受外界的影响极小，恒

温效果好；施工完毕后，需要的维护费用极少，用电量也低，运

行成本得到了大幅度降低。它比较适合中国这样人多地少的国家

建造，同时，它也是国际地热组织(1GS卿A)的推荐形式。当前国外应用较多，发展也较快。如何提高钻孔效率，降低初投资中的

钻孔费用是当前该领域研究的重点。

1．竖直埋管换热器形式

竖直埋管换热器根据埋设的方式不同大致可分为U型管形式，套管形式，单管形式。

当前，以U型管的形式运用较多，U型管管径一般在50mm 以下，流量不宜太大。U型管换热器的埋深取决于可提供的场地

面积以及施工技术，一般在60m—100m。当前国外最深的U型管埋深己超过180m。

套管式换热器外管的直径可达200mm，由于增大了换热面

积，可减少钻孔数和埋深。但内管与外腔中的液体发生热交换会

带来热损失，而且下管的难度和施工费用也增加。

单管型埋设方式能够降低安装费和运行费。在地下水位以上

用钢管作为护套，直径和孔径一致，典型的孔径为150Dxn，地下水位以下为自然孔洞，不加任何设施。这种方式受水文地质条件

限制，使用有限。

2．换热器的回路形式及其优缺点

换热器的回路有串联和并联布置两种形式。两种形式各有优

缺点：

(1)串联系统。

优点是：①单一的流程和管径；②管道的线性长度有较高的

换热性能；②系统的空气和废渣易排除。

缺点表现在：①需要较大的流体体积和较多的抗冻剂；②管

道费用和安装费用较高；②单位长度压力降特性限制系统能力。

(2)并联系统。

优点是：①管径较小，管道费用较低；②抗冻剂用量较少；

②安装费用较低。

缺点表现在：①一定要保证系统空气和废渣的排除：②在保

证等长度环路下，每个并联路线之间流量要保持平衡。

3．换热器管路间距

U型或套管式换热器的进出水管之间存在热交换的短路现

象，一般可经过增大套管换热器的内管壁的热阻以及U型管两支

管之间的距离来减少热短路。为了尽量减小钻孔与钻孔之间的热

影响，应根据可利用土地面积及换热器效能确定两组埋管的间

距。U型竖埋管钻孔的水平间距一般为4m～6m，对于具体工程

能够经过计算进行方案比较来确定合适由于换热器管需要长期埋

于地下工作，因此首先必须是使用寿命长、耐腐蚀的材料；其次

要求其热交换效率要高；最后选择易加工、造价低的材料。综合

以上因素，当前国内外应用较多的是高密度聚乙烯管(PE)和聚丁烯管。管道直径应以流体压降和传热性能相协调为原则，管壁厚度

选择要综合考虑地源热泵系统换热要求、换热管数量、埋深与地

质条件等因素而确定。

（二）、地下埋管换热器施工方法

地下埋管换热器施工前应对埋管场地的工程地质状况和地质

剖面图进行研究，特别应注意是否有地下管线，以确定钻机型式

和调整埋管布局，根据管道平面布置图确定钻孔的具体位置和系

统各管道的标高。在主管沟末端要挖一个泥浆池，钻于L过程中产生的泥浆可顺管沟流入泥浆池中沉积，可收集作为回填物之

用。

1．钻孔

钻孔是竖埋管换热器施工中最重要的工序。为保证钻孔施工

完成后于孔壁保持完整，如果施工区地层土质比较好，能够采用

裸孔钻进；如果是砂层，孔壁容易坍塌，则必须下套管。

孔径的大小略大于U型管与灌浆管组件的尺寸为宜，一般要求钻

机的钻头的直径根据需要在100mm—150mm之间，钻进深度可达到150m—200m，钻孔总长度由建筑的供热面积大小、负荷的

性质以及地层及回填材料的导热性能决定，对于大中型的工程应

经过仔细的设计计算确定，地层的导热性能最好经过当地的实测

得到。由于钻孔深度较浅，一般采用常规的正循环钻进方法。在

中国，能够选用普通的工程勘察钻机、岩心钻机施工。

2．下管

下管是工程的关键之一，因为下管的深度决定采取热量总量

的多少，因此必须保证下管的深度。下管方法有人工下管和机械

下管两种，下管前应将U型管与灌浆管捆绑在一起，在钻孔完毕后，立即进行下管施工。

钻孔完毕后孔洞内有大量积水，由于水的浮力影响，将对放

管造成一定的困难；而且由于水中含有大量的泥沙，泥沙沉积会

减少于L洞的有效深度。为此，每钻完一孔，应及时把U型管放入，并采取防止上浮的固定措施。在安装过程中，应注意保持套

管的内外管同轴度和U型管进出水管的距离。对于U型管换热器，可采用专用的弹簧把U型管的两个支管撑开，以减小两支管

间的热量回流。

下管完毕后要保证U型管露出地面，以便于后续施工。

3．灌浆封井

灌浆封井也称为回填工序。在回填之前应对埋管进行试压，

确认无泄漏现象后方可进行回填。正确的回填要达到两个目的：