地埋管技術手冊

1、土壤源熱泵埋管系統技術手冊一、土壤源熱泵系統設計的主要步驟(1)建筑物冷熱負荷及冬夏季地下換熱量計算建筑物冷熱負荷計算與常規(guī)空調系統冷熱負荷計算方法相同，可參考有關空調系統設計手冊。冬夏季地下換熱量分別是指夏季向土壤排放的熱量和冬季從土壤吸收的熱量?？梢杂上率龉接嬎悖合募局评涔r：最大釋熱量=E空調分區(qū)冷負荷x(1+1/EEB+匯輸送過程得熱量+匯水泵釋熱量冬季制熱工況：最大吸熱量=匯空調分區(qū)熱負荷x(1-1/COP)+匯輸送過程失熱量-匯水泵釋熱量水源熱泵機組的產品樣本中都給出不同進出水溫度下的制冷量、制熱量以及制冷系數、供熱系數，計算時應從樣本中選用設計工況下的COP1COP2o若樣本中

2、無所需的實際設計工況，可以采用插值法計算。最大吸熱量和最大釋熱量相差不大的工程，應分別計算供熱與供冷工況下地埋管換熱器的長度，取其大者，確定地埋管換熱器；當兩者相差較大時，宜通過技術經濟比較，采用輔助散熱(增加冷卻塔)或者輔助供熱(鍋爐、城市供暖)的方式來解決，一方面經濟性比較好，另外也可避免因吸熱和釋熱不平衡引起巖土的溫度的升高或降低，導致整個換熱系統逐漸失效、不能正常繼續(xù)使用。(2)地下熱交換器設計這部分是土壤源熱泵系統設計的核心內容，主要包括地下熱交換器形式及管材選擇，管徑、管長及豎井數目、間距確定，管道阻力計算及水泵選型等。（在下文將具體敘述）二、地下熱交換器設計2.1 選擇熱交換器形

3、式2.1.1 水平（臥式）或垂直（立式）在現場勘測結果的基礎上，考慮現場可用地表面積、當地土壤類型以及鉆孔費用，確定熱交換器采用垂直豎井布置或水平布置方式。盡管水平布置通常是淺層埋管，可采用人工挖掘，初投資一般會便宜些，但它的換熱性能比豎埋管小很多，并且往往受可利用土地面積的限制，所以在實際工程中，一般采用垂直埋管布置方式。水平埋管時根據一條溝中的埋管的多少和方式分為單管、雙管、多管和螺旋管等多種形式。根據埋管方式不同，垂直埋管大致有3種形式：（1）U型管（2）套管型（3）單管型。套管型的內、外管中流體熱交換時存在熱損失。單管型的使用范圍受水文地質條件的限制。U型管應用最多，管徑一般在50mm

4、z下，埋管越深，換熱性能越好，鉆孔的深度一般為60-100m,最深的U型管埋深已達180m鉆孔之間的配置應考慮可利用的土地面積，兩個鉆孔之間的距離可在4-6m。U型管的典型環(huán)路有單U形管、雙U形管和小直徑螺旋管，其中使用最普遍的是每個豎井中布置單U型管。2.1.2 串聯或并聯地下熱交換器中流體流動的回路形式有串聯和并聯兩種，用聯系統管徑較大，管道費用較高，并且長度壓降特性限制了系統能力。并聯系統管徑較小，管道費用較低，且常常布置成同程式，當每個并聯環(huán)路之間流量平衡時，具換熱量相同，其壓降特性有利于提高系統能力。因此，實際工程一般都采用并聯同程式。結合上文，即常采用單U型管并聯同程的熱交換器形式

5、2.2 選擇管材一般來講，一旦將換熱器埋入地下后，基本不可能進行維修或更換，這就要求保證埋入地下管材的化學性質穩(wěn)定并且耐腐蝕。常規(guī)空調系統中使用的金屬管材在這方面存在嚴重不足。地埋管應采用化學穩(wěn)定性好、耐腐蝕、熱導率大、流動阻力小的塑料管材及管件，宜采用聚乙烯（PE80或PE10O或聚丁烯（PB）,它們可以彎曲或熱熔形成更牢固的形狀，可以保證使用50年以上；不宜使用聚氯乙烯（PVC管，不易彎曲，接頭處耐壓能力差，容易導致泄漏，因此，不推薦用于地下埋管系統。2.3 確定管徑在實際工程中確定管徑必須滿足兩個要求：（1）管道要大到足夠保持最小輸送功率；（2）管道要小到足夠使管道內保持紊流以保證流體與

6、管道內壁之間的傳熱。顯然，上述兩個要求相互矛盾，需要綜合考慮。一般并聯環(huán)路用小管徑，集管用大管徑，地下熱交換器埋管常用管徑有20mm25mm32mm40mm管內流速控制在06-1m/s,對更大管徑的管道，管內流速控制在1.5-2.0m/s以下或一般把各管段壓力損失控制在4mHO/100m當量長度以下。2.4 確定豎井埋管管長地下熱交換器長度的確定除了已確定的系統布置和管材外，還需要有當地的土壤技術資料，如地下溫度、傳熱系數等。美國和歐洲提出了多種不同的設計計算方法，但是迄今為止還沒有統一的規(guī)范，地埋管換熱器設計計算應根據現實實測巖土及回填料的熱物理性，通過專用設計軟件進行計算，但是這計算軟件很

7、麻煩、繁瑣，并且部分數據不易獲得。在實際工程中，往往根據行業(yè)的設計經驗和相關資料，可以利用管材“換熱能力”來計算管長。換熱能力即單位垂直埋管深度或單位管長的換熱量，一般垂直埋管為4060W/m件深）水平埋管為2040W/m（管長）左右。設計時可取換熱能力的下限值，即AW/m（井深），具體計算公式如下：L=Q/x1000/A(3)其中L豎井埋管總深度，mQ1，夏季向土壤排放的熱量，kW分母“A”是夏季每m井深散熱量，W/m2.5 確定豎井數目及間距豎井深度多數采用60100m最深可達到180m設計者可以在此范圍內選擇一個豎井深度H,代入下式計算豎井數目:N=L/H其中N豎井總數，個L豎井埋管總長

8、，mH豎井深度，m然后對計算結果進行圓整，若計算結果偏大，可以增加豎井深度，但不能太深，否則鉆孔和安裝成本大大增加。管徑偏大的豎直埋管間距也應相應取大值。2.6 計算管道壓力損失在同程系統中，選擇壓力損失最大的熱泵機組所在環(huán)路作為最不利環(huán)路進行阻力計算?？刹捎卯斄块L度法，將局部阻力件轉換成當量長度，和管道實際長度相加得到各不同管徑管段的總當量長度，再乘以不同流量、不同管徑管段管道的壓降，將所有管段壓降相加，得出總阻力。2.7 水泵選型根據上述計算最不利環(huán)路所得的管道壓力損失，再加上熱泵機組、平衡閥和其他設備元件的壓力損失，確定水泵的揚程，需考慮一定的安全裕量。根據系統總流量和水泵揚程，選擇滿足

9、要求的水泵型號及臺數。2.8 校核管材承壓能力管路最大壓力應小于管材的承壓能力。若不計豎井灌漿引起的靜壓抵消，管路所需承受的最大壓力等于大氣壓力、重力作用靜壓和水泵揚程一半的總和1,即：P=P+pgh+0.5Pk其中：P管路最大壓力，Papo建筑物所在白當地大氣壓，PaP地下埋管中流體密度，kg/m3g當地重力加速度，m/s2h地下埋管最低點與閉式循環(huán)系統最高點的高度差，mPk水泵揚程，Pa三、傳熱介質傳熱介質應以水為首選，在傳熱介質（水）有可能凍結的場合，傳熱介質應添加防凍液，添加防凍液后的介質的冰點宜比設計最低運行溫度低3-5C.常用的防凍液有：氯化鈣、乙醇、乙烯基乙二醇、甲醇、醋酸鉀等。

10、四、安裝方法地埋管管道的連接地埋管通常采用的是聚乙烯（PE80或PE10?；蚓鄱∠≒B）,連接一般分為兩種熱熔連接和電熔連接。焊接的通用原理是聚乙烯一般在190-240C之間的范圍被溶化，然后相互對接融合，經冷卻固定而連接在一起。與之相對應的設備熱熔焊機和電熔焊機。1、熱熔連接熱熔連接首先把管道修剪、清洗整潔、對齊、然后加熱到其熔點并連接在一起，在后冷卻形成一體，熱熔技術有熱熔對接和承插連接兩種。1.1 熱熔對接熱熔對接是將待接聚乙烯管段界面，利用加熱板加熱融合相互對接融合，經冷卻固定而連接在一起的方法。采用熱熔對焊機來加熱管端，使其溶化，迅速將其貼合，保持有一定的壓力，經冷卻達到熔接的目的

11、。各尺寸的聚乙烯管均可采取熱熔對接方式連接。但是公稱直徑小于63mm勺管材推薦采用電熔連接。該方法經濟可靠，其接口在承拉和承壓時都比管徑本身具有更高的強度。(1)準備工作。對接管段均應材質一致，應盡量采用同一廠配套材料；對接管段外徑、壁厚應一致；待焊接管材和管件的內外表面，尤其是端口附近應光滑平整，無異狀；管材的尺寸偏差應滿足要求；對接管段均應具有與焊機匹配的良好的加工與焊接性能；檢查焊接系統及電源匹配情況，清理加熱板，將焊機各部件的電源接通，并應有接地保護；按焊機給出的焊接工藝參數設置加熱板溫度之焊接溫度；若是自動焊機，還應設置吸熱時間與冷卻時間等參數。(2)熱熔對接的操作要點。使用該方法時

12、，設備僅需熱熔對接焊機，操作要點如下：將待連接管材置于焊機夾上并夾緊，接著清潔管材待連接管端，并銃削連接面，校直兩對接件，使其錯位量不大于壁厚的10%然后放入加熱板加熱。加熱完畢后，取出加熱板。最后迅速接合兩加熱面，升壓至熔接壓力并保壓冷卻。1.2 熱熔承插連接在熱熔承插連接中，兩個需要連接管道端部分別與一個較粗的承接管段兩端部加熱熔接，這樣，每個接口需要兩次熱熔連接過程。熱熔承插連接時，管道端口應倒角，擦凈連接面。在插口端畫標線，用加熱工具同時對管材、管件的連接面加熱。當DN63mmf,采用機械裝置的加熱工具，否則為手動加熱工具。加熱完畢后，立即退出加熱工具，用均勻外力將插口伸入承口達標線的

13、深度，在承口端部形成均勻凸緣。2電熔連接就是將電熔管件套在管材、管件上，預埋在電熔管件內表面的電阻絲通電發(fā)熱，產生的熱能加熱、熔化電熔管件的內表面和與之承插的管材外表面，使之融為一體。2.1 準備工作及注意事項。對接管段均應材質一致，同時應盡量采用同一廠配套材料；對接管段外徑、壁厚應一致，誤差在許可范圍；待焊管材和管件的內外表面應光滑平整，無異狀；對接管段均應具有與焊機匹配的良好的加工與焊接性能。2.2 電熔連接的操作要點。清潔管材連接面上的污物，標出插入深度，刮除其表皮；管材固定在機架上，將電熔管件套在棺材上；校直待連接件，保證同一軸線上，通電，熔接，冷卻。3鋼塑管道的轉換連接聚乙烯管道在和

14、鋼管及閥門連接時采用鋼塑過度接頭連接和鋼塑法蘭連接。對于口徑的聚乙烯管(DN63mm一般采用鋼塑法蘭連接。1、鋼塑過度連接鋼塑過渡接頭的聚乙烯管端與聚乙烯管道連接熱熔和電熔連接方法處理。2、鋼塑法蘭連接聚乙烯管端與相應的塑料法蘭連接，按熱熔和電熔連接方法處理。鋼管端與金屬法蘭連接，應符合相應的鋼管連接、法蘭連接以及機械連接的規(guī)定。4鉆孔與挖掘4.1 水平式地埋管換熱器安裝要點(1)按平面圖開挖地溝；(2)按所提供的熱交換器配置在地溝中安裝塑料管道；(3)應按工業(yè)標準和實際情況完成全部連接縫的熔焊；(4)循環(huán)管道和循環(huán)集水管的試壓應在回填之前執(zhí)行；(5)應將熔接的供回水管線連接到循環(huán)集管上，并一

15、起安裝在機房內；(6)在回填之前進行管線的試壓；(7)在所有埋管地點上方進行標志，表明管線的位置。4.2 管道安裝步驟管道安裝伴隨著挖溝同步進行，挖溝可使用挖掘機或人工挖溝。如采用全面敷設水平埋管方式設置換熱器，也可使用推土機等施工施工機械，挖掘埋管場地。管道安裝主要步驟：首先清理干凈溝中的石塊，然后溝底鋪設100-150mnff的細土或砂子，用一支撐和覆蓋保護管道。檢查溝邊的管道是否有切斷、扭結等外傷；管道連接施壓后，再小心地放入溝內。回填料采用網孔不大于15mme15mmi勺篩進行過篩，保證回填料不含有尖利的巖石塊和其他碎石。為保證回填料與管道緊密接觸，回填應在管道兩側同步進行，同一溝槽中

16、有雙排或多排管道時，管道之間的回填壓實應與管道和槽壁之間的回填壓實對稱進行。各壓實面的高差不宜超過30cni管腋部采用人工回填，確保塞嚴、搗實。分層管道回填時，應重點做好每一管道層上方15cm范圍內的回填。管道兩側和管頂以上50cm范圍內，應采用輕夯實，嚴禁壓實機具直接作用在管道上，使管道受損。若是土壤粘土且氣候非常干燥時，宜在管道周圍填充細砂，以便管道與細砂的緊密接觸?；蛘咴诠艿郎戏铰裨O地下滴水管，以確保管道與周圍土層的良好換熱條件。4.3 豎直式U形埋管換熱器(1)放線、鉆孔根據地下換熱器設計圖紙上的鉆孔排列、位置逐一落實到施工現場，單U形埋管鉆孔孔徑約110-130mm雙U形埋管管徑約為

17、130-150mm孔徑的大小以能夠較容易的插入所設計的U形管及灌漿為準。U形埋管外徑為25-40mm鉆孔中常用的兩種技術：泥漿或空氣旋轉鉆孔和標準螺旋鉆或空心桿螺旋鉆鉆孔。在泥漿或空氣旋轉鉆孔方式中，鉆機旋轉鉆管并沿鉆管內部送入高壓空氣、水和泥漿以潤滑和冷卻鉆頭，并沿著鉆桿的外側將鉆屑送回地表。在旋轉泥漿鉆孔方式中，如果需要的話，將取出的泥漿放入泥漿池中以便再回填封孔，或者將其遠離作業(yè)現場。空心桿螺旋鉆機鉆孔時，鉆機驅動帶有切削齒的鉆尖旋轉，鉆孔作業(yè)完全是干式的，因此施工現場較為干凈。大部分巖土屑被帶到地面，但仍有一部分被就地擠壓進鉆孔壁畫，鉆孔時，空心螺旋鉆桿充當了鉆孔的保護套管。鉆孔完成之

18、后，鉆桿底部的鉆尖被擊落，插入埋管，然后將鉆桿拉出或旋出。(2)U形管現場組裝、試壓與清洗隨著地埋管地源熱泵空調系統的產業(yè)化，U形埋管的組裝已逐步在塑料管生產廠內完成，即成形的U形管。但實際鉆孔深度與設計深度或多或少有些差別，因此U形管在現場組裝、切割為宜，以滿足實際需要，豎直地埋管的U形彎管接頭，直選用定型的U形彎頭成品件。下管前，應將U形管的兩個支管周定分開，以免下管后兩個支管貼靠在一起，導致熱量回流，采取措施：一、利用專用的地熱彈簧將兩管分開，同時使其與灌漿管牽連在一起，當灌漿管自下而上抽出時，地熱彈簧將兩個支管彈離分開。另一種就是用塑料管卡或塑料短管等支撐物將兩支管撐開，后將支撐物綁縛

19、在支管上。兩支撐管間距在2-4m左右，U行管端部應設防護裝置，以防止在下管過程中的損傷；U形管中充滿水，增加自重，抵消一部分下管過程中的浮力。鉆孔完成之后，應立即下管。當鉆孔較淺或泥漿密度較小時，宜采用人工下管，反之采用機械下管，常用的機械下管方法是將U形管捆綁在鉆頭上，然后利用鉆孔機的鉆桿，將U形管送入鉆孔深處。U形管的長度應比孔深略長些，以使其能夠露出地面。下管完成后，做第二次水壓實驗。確認U形管無滲漏后，方可封井。(3)回填封孔主要方法：利用泥漿泵通過灌漿管將回填材料灌如孔中，回灌時，根據灌漿的快慢將灌漿管逐漸抽出，使回填材料自下而上注入封孔中，確保鉆孔回灌密實，無空腔。對回填材料的選擇

20、取決于地埋管現場的地質條件，回填材料的熱導率應不小于埋管處的巖土層熱導率。一般選用膨潤土、細砂、水泥的混合漿，熱導率在1.4w/(m.k)左右，如果在熱導率大的巖石層中，必須選用專用的熱導率大的回填材料。否則，回填材料有可能變成U形埋管的保溫隔熱層。(4)環(huán)路集管連接地下U形埋管與水平管的連接稱為環(huán)路集管連接。水平埋管深度一般控制在1.5-2m之間，管道溝挖好后，溝底夯實，填一層細砂或者細土，并留有0.003-0.005的坡度，在管道彎頭附近要人工回填以避免管道出現波浪彎，集管連接管在地上連接層若干個管段，再置于地溝與U形管連接，構成完整的閉式環(huán)路，在分、集水器的最高端或最低端設置排氣裝置和除污排水裝置，并設置檢查井，管溝回填時，應分層用木夯夯實。水平集管連接方式主要有兩種。一種是沿鉆孔的一側或兩排鉆孔的中間鋪設供水和回水集管；另一種是將供水和回水集管引至地下U形管區(qū)域的中央位置。地埋管換熱系統的檢驗與水壓實驗五地埋管水壓試驗1、水壓試驗特點和壓力值(1)水壓實驗特點。聚乙烯管道的水