地源熱泵工法

1、附件一：省級工法申報材料地源熱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 隨著社會的日益發(fā)展與進步，人類對生活的品質與追求也逐步上升，隨之而來的與生活息息相關的低碳、節(jié)能、環(huán)保要求也逐步在人類心中生根發(fā)芽，人們逐漸希望能用最節(jié)約的方式獲得最大的能量資源，而地源熱泵就是在科技發(fā)展的今天逐步浮現(xiàn)出來的一種與人類生活密不可分的高效節(jié)能環(huán)保的空調系統(tǒng)。地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現(xiàn)低溫位與向高溫位的相互轉移。地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源

2、，即在冬季，把地能中的熱量“取”出來，提高溫度后，供給室內采暖；夏季，把室內的熱量取出來，釋放到地下去，且能常年保證地下溫度的均衡。地源熱泵空調地埋管系統(tǒng)施工技術環(huán)保、簡單、高效且適用范圍較為廣泛，而由我公司承建的冠捷（青島）工廠新建工程就采用了此工法，故將這一施工工藝整理成工法,以供今后同類工程借鑒使用。二 、工法特點及原理1、工法特點1.1地源熱泵系統(tǒng)能充分利用蘊藏于土壤的巨大能量，循環(huán)再生，實現(xiàn)對建筑物的供暖和制冷。因而運行費用較低。 1.2地源熱泵系統(tǒng)運動部件要比常規(guī)系統(tǒng)少，因而減少維護，系統(tǒng)安裝在室內，不暴露在風雨中，也可免遭損壞，更加可靠，延長壽命。 1.3地源熱泵的管材采用PE管

3、材，連接技術成熟，簡單高效；1.4設計簡單靈活，安裝快速。 1.5通過地熱能提供24小時生活熱水。1.6地埋管系統(tǒng)成孔過程中，需要人力物力較少，快速高效。1.7施工噪聲較小，運行節(jié)能環(huán)保，能滿足城市施工的高環(huán)保要求。2、工法原理2.1系統(tǒng)組成地源熱泵系統(tǒng)是由下列部分所組成：模塊式地源熱泵機組、循環(huán)水泵、水管環(huán)路、水系統(tǒng)控制箱和室內溫控器等。地源熱泵機組采用標準構件,需要時各部件的修配和更換很方便。因為設計簡單，并不需要高技術的操作工程人員的服務。唯一需要經常保養(yǎng)的是空氣過濾網和凝結水盤的清潔。系統(tǒng)設計簡單，靈活、安裝快速。機組己在工廠組裝好并自帶溫度控制裝置，現(xiàn)場工作只是少量低壓風管、電氣連接

4、裝置和不需要保溫的水管的連接。管道可采用鋼管、銅管或塑料管。維修方便快捷，機組結構堅固，壽命長久。熱泵機組的功率系數(COP)可達到5.0以上，即1千瓦電輸入，有5千瓦多冷量輸出的高效率。2.2系統(tǒng)原理地源熱泵系統(tǒng)是一種由雙管路水系統(tǒng)連接起建筑物中的所有地源熱泵機組而構成的封閉環(huán)路的中央空調系統(tǒng)。在冬季，地源熱泵系統(tǒng)通過埋在地下的封閉管道（稱為環(huán)路）從大地收集自然界的熱量，而后由環(huán)路中的循環(huán)水把熱量帶到室內。再由裝在室內的地源熱泵系統(tǒng)驅動的壓縮機和熱交換器把大地的能量集中，并以較高的溫度釋放到室內。在夏季，此運行程序則相反，地源熱泵系統(tǒng)將從室內抽出的多余熱量排入環(huán)路而為大地所吸收，使房屋得到供

5、冷。尤如電冰箱那樣，從冰箱內部抽出熱量并將它排出箱外使箱內保持低溫。 三 、適用范圍 地源熱泵地埋管工程施工工法可廣泛適用于工業(yè)與民用建筑，如新建廠房、辦公樓、賓館、醫(yī)院、飯店、商店、超市、學校、別墅、民用住宅、會所等。四 、施工流程及操作要點1、施工流程地埋管換熱器安裝主要包括鉆孔、試壓、下管、回填等工序，主要施工工藝流程如下：施工準備放線豎立鉆機接水、電施鉆通孔換熱管試壓保壓下?lián)Q熱管回填2、操作要點2.1放線：參照現(xiàn)場建筑基準點和已有建筑物進行放線，按照施工圖紙標定換熱孔的位置，并根據現(xiàn)場基礎樁基位置對鉆孔進行適當調整，在每口井位置釘40*40mm木樁，以保證打孔位置準確。2.2豎立鉆機2

6、.2.1以鉆孔點定位塔架底盤，采用水平尺對底盤橫向、縱向進行找平，水平度0.5mm/m；2.2.2底盤定位后，安裝塔架豎桿，利用鉛錘和直尺測量塔架的垂直度，保證塔架豎桿垂直；2.2.3安裝鉆機頭、鉆機提升裝置和鉆頭充水（泥漿）等附屬裝置；2.2.4按要求挖好沉淀池及泥水溝，并使其暢通。2.2.5對鉆機及附屬裝置接電、接水管，對每臺設備進行點試，確定轉向。2.3鉆孔2.3.1開鉆前須確定轉向無誤，并重新校核塔架底盤，豎桿的水平和垂直度；2.3.2施鉆過程中應按5米/小時的速度為宜，密切注意鉆機及附屬設備的運行情況，發(fā)現(xiàn)異常應及時處理，防止拉斷鉆桿和接頭絲扣、跌落鉆頭等現(xiàn)象發(fā)生，并時刻注意地層地質

7、變化，做好記錄；2.3.3施鉆過程中鉆機長和操作手應定時對鉆機及附屬設備進行巡回檢查，及時做好維護和保養(yǎng)工作，提高工作效率；2.3.4當孔鉆到要求深度后，應對孔反復進行通孔，為下?lián)Q熱管創(chuàng)造順利條件。2.4下?lián)Q熱管2.4.1試壓：下?lián)Q熱管之前按設計要求進行水壓試驗。在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少15min，穩(wěn)壓后壓力降不應大于3%，且無泄漏現(xiàn)象。將其密封保持有壓狀態(tài)，準備下管。2.4.2下管（1）為保證換熱效果，防止支管間發(fā)生熱回流現(xiàn)象，四根換熱支管之間需保持距離，下管前采用分離定位管卡將四根換熱管進行分離定位，分離定位管卡的間距為3米（如圖所示）；（2）下管采用下管機下管，速度要均勻，防止下管過程中損

8、壞管道，如果遇有障礙和不順暢現(xiàn)象，應及時查明原因，待做好處理后才能繼續(xù)下管，最后地面上要保留2m左右的換熱管，將換熱管進行固定，防止下滑到井內，造成管道無法使用，甚至廢井；4.2.3換熱管道到位后，提起下管鉆桿，提桿過程中應防止換熱器上浮，如發(fā)現(xiàn)上浮立即采取措施，確保管下到位。2.5回填2.5.1回填方式：采用從地下反漿回填的方法灌回填料?；靥畋貌捎酶邏毫Φ闹钊?，由孔底部位注入填料向上反填，逐步排除空氣，確保無回填空隙，保證了傳熱效果。（下圖為反漿回填示意圖）2.5.2專用回填料：回填材料的導熱能力對地下管路的換熱能力有著重要的影響，回填料在施工完成后與地下?lián)Q熱器接觸最緊密，回填料的配比與

9、選擇，決定了其傳熱性能，傳熱特性直接影響換熱效果。除考慮傳熱外，還要考慮其凝固強度等級，因地質結構不同、膨脹能力不同，產生的擠壓力也差別很大。選擇合適的回填料還可以防止擠壓破壞地下?lián)Q熱管。因此，依據地質報告，配比選擇回填料，也是保證土壤熱泵成功應用的重要一環(huán)。2.5.3采用進口專用回填設備：回填料灌料時，要求高壓回填。若人工回填，壓力不夠空隙較多，嚴重影響傳熱效果，無法達到設計參數，系統(tǒng)供冷、供熱均無法實現(xiàn)。2.5.4回填完后將留在地面的管道管口進行封堵保護并進行標記，防止后續(xù)施工造成損壞。2.6水平環(huán)路集管施工2.6.1 材料檢驗和儲存：管件和管材的內外壁應平整、光滑，無氣泡、裂口、裂紋、脫

10、皮和明顯痕紋、凹陷；管件和管材顏色應一致，無色澤不均勻；裝卸運輸和搬運時應小心輕放，不能受到劇烈碰撞和尖銳物體沖擊，不能拋、摔、滾、拖，避免接觸油污，在儲存和施工過程中要嚴防泥土和雜物進入管內，存放處避免陽光直射。2.6.2 連接方式：管徑D63以下（不含D63）的管材采用電熔連接，管徑D63（含D63）以上的管材采用熱熔連接。2.6.3 當室外換熱器分區(qū)施工開始后，將各分區(qū)的匯總管道的位置及走向標示出來，對管道走向進行放線后進行管溝開挖，水平管溝開挖深度2.00m，水平管中心相對室外標高-1.80m。在含水地層或軟土、不穩(wěn)定地層內開槽時，要進行施工排水、設置溝槽支撐或采取地基處理等措施。開挖

11、溝槽時要嚴格控制槽底標高和防止擾動槽底原狀土，槽底超挖部分要用細沙回填密實。槽底有弧石等堅硬物體時，要在清除后用細沙回填進行處理；2.6.4 按圖紙要求將各分區(qū)內的U形管連接成系統(tǒng)，并分別引至機房主機安裝位置。施工時水平管下墊沙層150mm，管道熱熔或電熔連接時必須按照廠家施工技術規(guī)范標準進行；2.6.5 豎直地埋管換熱器與集管裝配完成后，回填前應進行第二次水壓試驗。在實驗壓力下，穩(wěn)壓至少30min，穩(wěn)壓后壓力降不應大于3%，且無泄露現(xiàn)象。試壓合格后繼續(xù)將系統(tǒng)密封、保壓；2.6.6 水平管道回填：首先調整水平管的間距、平整度。施工時水平管下墊沙層150mm，連接完畢后管上回填250mm厚沙層，

12、淋濕夯實，再上部用原土回填并進行夯實。2.6.7 總管的連接及試壓：各分區(qū)管道連接并試壓完畢后，將各分區(qū)分集水器連接到總分集水器。水平管溝回填前，進行的三次水壓試壓，試驗壓力0.8MPa，在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少2小時，且無泄漏現(xiàn)象。然后進行回填，回填方式同各分區(qū)水平管道。2.6.8 地下?lián)Q熱器系統(tǒng)沖洗、試壓及其他（1）總分集水器管道連接到熱泵機房，所有管道系統(tǒng)連接安裝完畢后，進行系統(tǒng)注水沖洗、排氣，系統(tǒng)沖洗約30分鐘，直至出入水口的流量、清澈度都基本一致，并不再有氣泡產生，必要時可用水泵進行沖洗、排氣。（2）系統(tǒng)管道全部安裝完畢，且沖洗、排氣及回填完成后，進行第四次水壓試驗，試壓壓力0.1MP

13、a，在試驗壓力下穩(wěn)壓12小時，穩(wěn)壓后壓力降不應小于3。（3）在管道系統(tǒng)最高點處加自動放氣閥，最低點處加手動排水閥。五、施工機械現(xiàn)代化空調安裝中，從制作、安裝到調試已基本采用機械化生產，根據工程需要配備足夠的施工機械、工具、測量器具和通訊工具是提高施工效率，確保工程質量和安全生產的重要保證。主要施工機械設備表序號機械或設備名稱型號規(guī)格數量主要目的、用途1鉆井機TSPJ10018地下?lián)Q熱器鉆孔2電焊機BX3-400-13管道焊接3電焊機BX3-300-13管道焊接4手提式電焊機BX2-1001管道焊接5熱熔焊機RJQ-1103管道熱熔連接6電熔焊機BX1-1003PE管焊接7電動套絲機Z1T-N1

14、002鍍鋅鋼管套絲8電動試壓泵4D-SY200/32系統(tǒng)試壓9砂輪切割機J3G400A-32型材切割10臺式鉆床ST-16E2鉆 孔11自動坡口加工機CGD325A2管道坡口12挖掘機PC2202水平敷設開挖六、勞動力組織1 鉆井機操作人員72人。2 電焊工13人。3 機械操作工14人。4 挖掘機司機2人。5 普工15人。6 維修工2人。7 安全員1人。七、質量控制1、管材、管件應符合國家現(xiàn)行標準的規(guī)定。2、埋地管道應采用熱熔或電熔連接。埋地聚乙烯管道連接應符合國家現(xiàn)行標準埋地聚乙烯給水管道工程技術規(guī)程的有關規(guī)定。鉆孔、水平埋管的位置和深度、地埋管的直徑、璧厚及長度均應符合設計要求。3、回填料

15、及其配比 應符合設計要求。4、水壓試驗應合格。4.1水壓試驗應符合下列規(guī)定： 試驗壓力：當工作壓力小于或等于1.0MPa時，應為工作壓力的1.5倍，且不應小于0.6MPa，當工作壓力大于1.0MPa時，應為工作壓力加0.5 MPa。4.2水壓試驗步驟4.2.1豎直地埋管換熱器插入鉆孔前應作第一次水壓試驗，在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少15min，穩(wěn)壓后壓力降不應大于3%，且無泄漏現(xiàn)象；將其密封后，在有壓狀態(tài)下插入鉆孔，完成灌漿后保壓1h。水平地埋管換熱器放入溝槽前應作第一次水壓試驗，在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少30min，穩(wěn)壓后壓力降不應大于3%，且無泄漏現(xiàn)象。4.2.2豎直或水平地埋管換熱器與環(huán)路集管裝配

16、完成后，回填前應進行第二次水壓試驗。在試驗壓力下穩(wěn)壓至少30min,穩(wěn)壓后壓力降不應大于3%，且無泄漏現(xiàn)象。4.2.3環(huán)路集管與機房分集水器連接完成后，回填前應進行第三次水壓試驗。在試驗壓力下穩(wěn)壓至少2h，且無泄漏現(xiàn)象。4.2.4地埋管換熱系統(tǒng)全部安裝完畢，且沖洗、排氣及回填完成后進行第四次水壓試驗。在試驗壓力下，穩(wěn)壓至少12h，穩(wěn)壓后壓降不應大于3%。4.3水壓試驗宜采用手動泵緩慢升壓，升壓過程應隨時觀察與檢查，不得有滲漏，不得以氣壓試驗代替水壓試驗。（1）各環(huán)路流量應平衡，且滿足設計要求（2）防凍劑及防腐劑的特性及濃度應符合設計要求。（3）循環(huán)水流量及進出水溫差應符合設計要求。（4）回填過

17、程的檢驗應與安裝地埋管散熱器同步進行。八、安全環(huán)保措施1、認真貫徹“安全第一，預防為主”的方針，根據國家有關規(guī)定、條例，結合施工單位實際情況和工程的具體特點，組成專職安全員和班組兼職安全員以及工地安全用電負責人參加的安全生產管理網絡，執(zhí)行安全生產責任制，明確各級人員的職責，抓好工程的安全生產。2、施工現(xiàn)場按符合防火、防風、防雷、防洪、防觸電等安全規(guī)定及安全施工要求進行布置，并完善布置各種安全標識。3、各類住房、庫房等的消防安全距離做到符合公安部門的規(guī)定，室內不堆放易燃品；嚴格做到易燃處吸煙；隨時清除現(xiàn)場的易燃雜物；不在有火種的場所或其近旁堆放生產物資。4、氧氣瓶與乙炔瓶隔離存放，嚴格保證氧氣瓶

18、不沾染油脂、乙炔發(fā)生器有防止回火的安全裝置。5、施工現(xiàn)場的臨時用電嚴格按照施工現(xiàn)場臨時用電安全技術規(guī)范的有關規(guī)范規(guī)定執(zhí)行。6、電纜線路應采用“三相五線”接線方式，電氣設備和電氣線路必須絕緣良好，場內架設的電力線路其懸掛高度和線間距除按安全規(guī)定要求進行外，將其布置在專用電桿上。7、施工現(xiàn)場使用的手持照明燈使用36V的安全電壓。8、室內配電柜、配電箱前要有絕緣墊，并安裝漏電保護裝置。9、泥漿池四周要進行維護，并懸掛安全警示牌，夜間掛紅色警示燈。10、建立完善的施工安全保證體系，加強施工作業(yè)中的安全檢查，確保作業(yè)標準化、規(guī)范化。11成立對應的施工環(huán)境衛(wèi)生管理機構，在工程施工過程中嚴格遵守國家和地方政

19、府下發(fā)的有關環(huán)境保護的法律、法規(guī)和規(guī)章，加強對施工燃油、工程材料、設備、廢水、生產生活垃圾、棄渣的控制和治理，遵守有防火及廢棄物處理的規(guī)章制度，做好交通環(huán)境疏導，充分滿足便民要求，認真接受城市交通管理，隨時接受相關單位的監(jiān)督檢查。12、將施工場地和作業(yè)限制在工程建設允許的范圍內，合理布置、規(guī)范圍擋，做到標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工場地整潔文明。13、設立專用排漿溝、集漿坑，對廢漿、污水進行集中，認真做好無害化處理，從根本上防止施工廢漿亂流。14、定期清運沉淀泥砂，做好泥砂、棄渣及其它工程材料運輸過程中的防散落與沿途污染措施，廢水除按環(huán)境衛(wèi)生指標進行處理達標外，并按當地環(huán)保要求的指定地點排

20、放。棄渣及其它工程廢棄物按工程建設指定的地點和方案進行合理堆放和處治。15、優(yōu)先選用先進的環(huán)保機械。采取設立隔音墻、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允許值以下，同時盡可能避免夜間施工。九、經濟效益分析1、采用地源熱泵空調系統(tǒng)，具有明顯的經濟效益和環(huán)境效益。地能或地表淺層地熱資源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調系統(tǒng)運行效率要高40%，因此要節(jié)能和節(jié)省運行費用40%左右。另外，地能溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經濟性。據美國環(huán)保署EPA估計，設計安裝良好的地源熱泵

21、，平均來說可以節(jié)約用戶3040的供熱制冷空調的運行費用。2、本技術與其他空調系統(tǒng)相比：地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當于減少40以上，與電供暖相比，相當于減少70以上，如果結合其它節(jié)能措施節(jié)能減排會更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調裝置減少25的充灌量；屬自含式系統(tǒng)，即該裝置能在工廠車間內事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏機率大為減少。該裝置的運行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量，十、工程實例1、工程概況冠捷（青島）工廠新建工程位于青島市高新區(qū)火炬路北，和融路西，分為WH車間、TV車間、動力站、變電站、資源再生間、叉車維護間、宿舍樓、綜合樓、門衛(wèi)共13個單體，總建筑面積89383.98m2，廠區(qū)內所有單體的采暖及制冷系統(tǒng)均采用地源熱泵地埋管空調系統(tǒng)。根據本工程特點，采用豎直埋管形式，打井口徑150mm，有效深度110m，井的數量857口，井內安裝雙U管，鉆孔平均間距5m。根據做熱響應實驗顯示的地質條件，本工程地下基本都是粘土，由此，我公司采用II型回填料，該種回填料由膨潤土、沙、水泥按特定的比例（德國配方）混合而成，另外添加一定比例的高導熱系數填料石英砂。本工程地下?lián)Q熱器主要布置于本廠區(qū)南馬路及動力機房北面綠化帶，共設13個分區(qū)，每