地源热泵工法演示教学.docx
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地源热泵工法演示教学
地源热泵工法
附件一：
省级工法申报材料
地源热泵地埋管工程施工工法
（中交一航局第二工程有限公司）
一、前言
随着社会的日益发展与进步，人类对生活的品质与追求也逐步上升，随之而来的与生活息息相关的低碳、节能、环保要求也逐步在人类心中生根发芽，人们逐渐希望能用最节约的方式获得最大的能量资源，而地源热泵就是在科技发展的今天逐步浮现出来的一种与人类生活密不可分的高效节能环保的空调系统。
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。
地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位与向高温位的相互转移。
地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，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，释放到地下去，且能常年保证地下温度的均衡。
地源热泵空调地埋管系统施工技术环保、简单、高效且适用范围较为广泛，而由我公司承建的冠捷（青岛）工厂新建工程就采用了此工法，故将这一施工工艺整理成工法,以供今后同类工程借鉴使用。
二、工法特点及原理
1、工法特点
1.1地源热泵系统能充分利用蕴藏于土壤的巨大能量，循环再生，实现对建筑物的供暖和制冷。
因而运行费用较低。
1.2地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。
1.3地源热泵的管材采用PE管材，连接技术成熟，简单高效；
1.4设计简单灵活，安装快速。
1.5通过地热能提供24小时生活热水。
1.6地埋管系统成孔过程中，需要人力物力较少，快速高效。
1.7施工噪声较小，运行节能环保，能满足城市施工的高环保要求。
2、工法原理
2.1系统组成
地源热泵系统是由下列部分所组成：
模块式地源热泵机组、循环水泵、水管环路、水系统控制箱和室内温控器等。
地源热泵机组采用标准构件,需要时各部件的修配和更换很方便。
因为设计简单，并不需要高技术的操作工程人员的服务。
唯一需要经常保养的是空气过滤网和凝结水盘的清洁。
系统设计简单，灵活、安装快速。
机组己在工厂组装好并自带温度控制装置，现场工作只是少量低压风管、电气连接装置和不需要保温的水管的连接。
管道可采用钢管、铜管或塑料管。
维修方便快捷，机组结构坚固，寿命长久。
热泵机组的功率系数（COP）可达到5.0以上，即1千瓦电输入，有5千瓦多冷量输出的高效率。
2.2系统原理
地源热泵系统是一种由双管路水系统连接起建筑物中的所有地源热泵机组而构成的封闭环路的中央空调系统。
在冬季，地源热泵系统通过埋在地下的封闭管道（称为环路）从大地收集自然界的热量，而后由环路中的循环水把热量带到室内。
再由装在室内的地源热泵系统驱动的压缩机和热交换器把大地的能量集中，并以较高的温度释放到室内。
在夏季，此运行程序则相反，地源热泵系统将从室内抽出的多余热量排入环路而为大地所吸收，使房屋得到供冷。
尤如电冰箱那样，从冰箱内部抽出热量并将它排出箱外使箱内保持低温。
三、适用范围
地源热泵地埋管工程施工工法可广泛适用于工业与民用建筑，如新建厂房、办公楼、宾馆、医院、饭店、商店、超市、学校、别墅、民用住宅、会所等。
四、施工流程及操作要点
1、施工流程
地埋管换热器安装主要包括钻孔、试压、下管、回填等工序，主要施工工艺流程如下：
施工准备
放线
竖立钻机
接水、电
施钻
通孔
换热管试压
保压下换热管
回填
2、操作要点
2.1放线：
参照现场建筑基准点和已有建筑物进行放线，按照施工图纸标定换热孔的位置，并根据现场基础桩基位置对钻孔进行适当调整，在每口井位置钉40*40mm木桩，以保证打孔位置准确。
2.2竖立钻机
2.2.1以钻孔点定位塔架底盘，采用水平尺对底盘横向、纵向进行找平，水平度≤0.5mm/m；
2.2.2底盘定位后，安装塔架竖杆，利用铅锤和直尺测量塔架的垂直度，保证塔架竖杆垂直；
2.2.3安装钻机头、钻机提升装置和钻头充水（泥浆）等附属装置；
2.2.4按要求挖好沉淀池及泥水沟，并使其畅通。
2.2.5对钻机及附属装置接电、接水管，对每台设备进行点试，确定转向。
2.3钻孔
2.3.1开钻前须确定转向无误，并重新校核塔架底盘，竖杆的水平和垂直度；
2.3.2施钻过程中应按5米/小时的速度为宜，密切注意钻机及附属设备的运行情况，发现异常应及时处理，防止拉断钻杆和接头丝扣、跌落钻头等现象发生，并时刻注意地层地质变化，做好记录；
2.3.3施钻过程中钻机长和操作手应定时对钻机及附属设备进行巡回检查，及时做好维护和保养工作，提高工作效率；
2.3.4当孔钻到要求深度后，应对孔反复进行通孔，为下换热管创造顺利条件。
2.4下换热管
2.4.1试压：
下换热管之前按设计要求进行水压试验。
在试验压力下，稳压至少15min，稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象。
将其密封保持有压状态，准备下管。
2.4.2下管
（1）为保证换热效果，防止支管间发生热回流现象，四根换热支管之间需保持距离，下管前采用分离定位管卡将四根换热管进行分离定位，分离定位管卡的间距为3米（如图所示）；
（2）下管采用下管机下管，速度要均匀，防止下管过程中损坏管道，如果遇有障碍和不顺畅现象，应及时查明原因，待做好处理后才能继续下管，最后地面上要保留2m左右的换热管，将换热管进行固定，防止下滑到井内，造成管道无法使用，甚至废井；4.2.3换热管道到位后，提起下管钻杆，提杆过程中应防止换热器上浮，如发现上浮立即采取措施，确保管下到位。
2.5回填
2.5.1回填方式：
采用从地下反浆回填的方法灌回填料。
回填泵采用高压力的柱活塞泵，由孔底部位注入填料向上反填，逐步排除空气，确保无回填空隙，保证了传热效果。
（下图为反浆回填示意图）
2.5.2专用回填料：
回填材料的导热能力对地下管路的换热能力有着重要的影响，回填料在施工完成后与地下换热器接触最紧密，回填料的配比与选择，决定了其传热性能，传热特性直接影响换热效果。
除考虑传热外，还要考虑其凝固强度等级，因地质结构不同、膨胀能力不同，产生的挤压力也差别很大。
选择合适的回填料还可以防止挤压
破坏地下换热管。
因此，依据地质报告，配比选择回填料，也是保证土壤热泵成功应用的重要一环。
2.5.3采用进口专用回填设备：
回填料灌料时，要求高压回填。
若人工回填，压力不够空隙较多，严重影响传热效果，无法达到设计参数，系统供冷、供热均无法实现。
2.5.4回填完后将留在地面的管道管口进行封堵保护并进行标记，防止后续施工造成损坏。
2.6水平环路集管施工
2.6.1材料检验和储存：
管件和管材的内外壁应平整、光滑，无气泡、裂口、裂纹、脱皮和明显痕纹、凹陷；管件和管材颜色应一致，无色泽不均匀；装卸运输和搬运时应小心轻放，不能受到剧烈碰撞和尖锐物体冲击，不能抛、摔、滚、拖，避免接触油污，在储存和施工过程中要严防泥土和杂物进入管内，存放处避免阳光直射。
2.6.2连接方式：
管径D63以下（不含D63）的管材采用电熔连接，管径D63（含D63）以上的管材采用热熔连接。
2.6.3当室外换热器分区施工开始后，将各分区的汇总管道的位置及走向标示出来，对管道走向进行放线后进行管沟开挖，水平管沟开挖深度2.00m，水平管中心相对室外标高-1.80m。
在含水地层或软土、不稳定地层内开槽时，要进行施工排水、设置沟槽支撑或采取地基处理等措施。
开挖沟槽时要严格控制槽底标高和防止扰动槽底原状土，槽底超挖部分要用细沙回填密实。
槽底有弧石等坚硬物体时，要在清除后用细沙回填进行处理；
2.6.4按图纸要求将各分区内的U形管连接成系统，并分别引至机房主机安装位置。
施工时水平管下垫沙层150mm，管道热熔或电熔连接时必须按照厂家施工技术规范标准进行；
2.6.5竖直地埋管换热器与集管装配完成后，回填前应进行第二次水压试
验。
在实验压力下，稳压至少30min，稳压后压力降不应大于3%，且无泄露现象。
试压合格后继续将系统密封、保压；
2.6.6水平管道回填：
首先调整水平管的间距、平整度。
施工时水平管下垫沙层150mm，连接完毕后管上回填250mm厚沙层，淋湿夯实，再上部用原土回填并进行夯实。
2.6.7总管的连接及试压：
各分区管道连接并试压完毕后，将各分区分集水器连接到总分集水器。
水平管沟回填前，进行的三次水压试压，试验压力
0.8MPa，在试验压力下，稳压至少2小时，且无泄漏现象。
然后进行回填，回填方式同各分区水平管道。
2.6.8地下换热器系统冲洗、试压及其他
（1）总分集水器管道连接到热泵机房，所有管道系统连接安装完毕后，进行系统注水冲洗、排气，系统冲洗约30分钟，直至出入水口的流量、清澈度都基本一致，并不再有气泡产生，必要时可用水泵进行冲洗、排气。
（2）系统管道全部安装完毕，且冲洗、排气及回填完成后，进行第四次水压试验，试压压力0.1MPa，在试验压力下稳压12小时，稳压后压力降不应小于3％。
（3）在管道系统最高点处加自动放气阀，最低点处加手动排水阀。
五、施工机械
现代化空调安装中，从制作、安装到调试已基本采用机械化生产，根据工程需要配备足够的施工机械、工具、测量器具和通讯工具是提高施工效率，确保工程质量和安全生产的重要保证。
主要施工机械设备表
序号
机械或设备名称
型号规格
数量
主要目的、用途
1
钻井机
TSPJ100
18
地下换热器钻孔
2
电焊机
BX3-400-1
3
管道焊接
3
电焊机
BX3-300-1
3
管道焊接
4
手提式电焊机
BX2-100
1
管道焊接
5
热熔焊机
RJQ-110
3
管道热熔连接
6
电熔焊机
BX1-100
3
PE管焊接
7
电动套丝机
Z1T-N100
2
镀锌钢管套丝
8
电动试压泵
4D-SY200/3
2
系统试压
9
砂轮切割机
J3G400A-3
2
型材切割
10
台式钻床
ST-16E
2
钻孔
11
自动坡口加工机
CGD325A
2
管道坡口
12
挖掘机
PC220
2
水平敷设开挖
六、劳动力组织
1钻井机操作人员72人。
2电焊工13人。
3机械操作工14人。
4挖掘机司机2人。
5普工15人。
6维修工2人。
7安全员1人。
七、质量控制
1、管材、管件应符合国家现行标准的规定。
2、埋地管道应采用热熔或电熔连接。
埋地聚乙烯管道连接应符合国家现行标准《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》的有关规定。
钻孔、水平埋管的位置和深度、地埋管的直径、璧厚及长度均应符合设计要求。
3、回填料及其配比应符合设计要求。
4、水压试验应合格。
4.1水压试验应符合下列规定：
试验压力：
当工作压力小于或等于1.0MPa时，应为工作压力的1.5倍，且不应小于0.6MPa，当工作压力大于1.0MPa时，应为工作压力加0.5MPa。
4.2水压试验步骤
4.2.1竖直地埋管换热器插入钻孔前应作第一次水压试验，在试验压力下，稳压至少15min，稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象；将其密封后，在有压状态下插入钻孔，完成灌浆后保压1h。
水平地埋管换热器放入沟槽前应作第一次水压试验，在试验压力下，稳压至少30min，稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象。
4.2.2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,稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象。
4.2.3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，且无泄漏现象。
4.2.4地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗、排气及回填完成后进行第四次水压试验。
在试验压力下，稳压至少12h，稳压后压降不应大于3%。
4.3水压试验宜采用手动泵缓慢升压，升压过程应随时观察与检查，不得有渗漏，不得以气压试验代替水压试验。
（1）各环路流量应平衡，且满足设计要求
（2）防冻剂及防腐剂的特性及浓度应符合设计要求。
（3）循环水流量及进出水温差应符合设计要求。
（4）回填过程的检验应与安装地埋管散热器同步进行。
八、安全环保措施
1、认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。
2、施工现场按符合防火、防风、防雷、防洪、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善布置各种安全标识。
3、各类住房、库房等的消防安全距离做到符合公安部门的规定，室内不堆放易燃品；严格做到易燃处吸烟；随时清除现场的易燃杂物；不在有火种的场所或其近旁堆放生产物资。
4、氧气瓶与乙炔瓶隔离存放，严格保证氧气瓶不沾染油脂、乙炔发生器有防止回火的安全装置。
5、施工现场的临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》的有关规范规定执行。
6、电缆线路应采用“三相五线”接线方式，电气设备和电气线路必须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度和线间距除按安全规定要求进行外，将其布置在专用电杆上。
7、施工现场使用的手持照明灯使用36V的安全电压。
8、室内配电柜、配电箱前要有绝缘垫，并安装漏电保护装置。
9、泥浆池四周要进行维护，并悬挂安全警示牌，夜间挂红色警示灯。
10、建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。
11成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。
12、将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。
13、设立专用排浆沟、集浆坑，对废浆、污水进行集中，认真做好无害化处理，从根本上防止施工废浆乱流。
14、定期清运沉淀泥砂，做好泥砂、弃渣及其它工程材料运输过程中的防散落与沿途污染措施，废水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按当地环保要求的指定地点排放。
弃渣及其它工程废弃物按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处治。
15、优先选用先进的环保机械。
采取设立隔音墙、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允许值以下，同时尽可能避免夜间施工。
九、经济效益分析
1、采用地源热泵空调系统，具有明显的经济效益和环境效益。
地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。
另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。
据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。
2、本技术与其他空调系统相比：
地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。
虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。
该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量，
十、工程实例
1、工程概况
冠捷（青岛）工厂新建工程位于青岛市高新区火炬路北，和融路西，分为WH车间、TV车间、动力站、变电站、资源再生间、叉车维护间、宿舍楼、综合楼、门卫共13个单体，总建筑面积89383.98m2，厂区内所有单体的采暖及制冷系统均采用地源热泵地埋管空调系统。
根据本工程特点，采用竖直埋管形式，打井口径150mm，有效深度110m，井的数量857口，井内安装双U管，钻孔平均间距5m。
根据做热响应实验显示的地质条件，本工程地下基本都是粘土，由此，我公司采用II型回填料，该种回填料由膨润土、沙、水泥按特定的比例（德国配方）混合而成，另外添加一定比例的高导热系数填料石英砂。
本工程地下换热器主要布置于本厂区南马路及动力机房北面绿化带，共设13个分区，每个分区支管连接的地下换热器同程连接。
2、施工情况
确定井位、装机完毕后开钻，本工程采用自然造浆，泥浆通过泥浆溜槽进入泥浆池，再通过泥浆泵从空心钻杆上端进入井孔，形成泥浆循环系统，成孔后要及时下管回填，避免井孔坍塌。
U型管安装完成后立即回填封井，回填要密实，施工中个工序都要严格严格执行《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005。
地源热泵地埋管系统施工中，U型管的安装、井孔回填及水平管道的连接是影响整个空调系统使用效果的关键部位。
U型管的U型接头连接质量要好，在下管过程中确保不损坏管道；井孔回填要及时密实无空腔，应保证灌浆的连续性，否则会降低传热效果，影响工程质量；由于系统全部在地下，所以管道连接质量非常重要，一但管道连接质量出现问题，那将严重影响系统的换热效果。
施工过程中没发生安全质量事故，工程进展顺利。
该工程于2011年10月20日开工，2012年5月20日完工，工程用时214天。
3、工程监测
采用地源热泵地埋管系统后，为保证施工过程的安全稳定及使用后的效果，及时监测各主要工序施工阶段动态数值，施工单位监测组对系统施工进行了全过程监控量测。
井孔监测结果显示，井孔直径符合设计要求，井孔深度符合设计要求偏差小于5cm。
井孔垂直度偏差在允许范围之内，U型管安装符合设计要求。
系统使用后结果显示，地源热泵地埋管系统换热效果较好，节能环保，使用效果大于预想效果。
4、总结
本工程地源热泵地埋管施工全过程处于安全、稳定、快速、优质的可控状态，地源热泵地埋管系统各项指标都符合规范标准及设计要求，无安全生产事故发生。
采用此工艺不仅节能、环保、高效而且节约了人力和机械设备，保证了工程质量，减小了对环境的影响，受到到了各方的好评，取得了良好的经济和社会效益。
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