地源热泵空调地埋管系统施工工法

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),实现低温位热能向高温位转移。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。地源热泵空调地埋管系统施工技术环保、简单、高效。地埋管系统适用范围较为广泛,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。

2.技术特点

2.1 地埋管系统成孔过程中,需要人力物力较少,快速高效。

2.2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。

2.3成空中泥浆作用:浮悬钻渣,并护壁。其优点是钻进与排渣同时连续进行,成孔速度较快。经过沉淀池净化,再循环使用。

2.4 垂直管下管过程简单快捷。

2.5管材一般采用PE管材,连接技术成熟,简单高效。

3.关键技术

垂直埋管下管时,必须保证施工质量,确认井孔内无较大硬质颗粒物,U型接头要做好防护措施。灌浆应自上而下,泥浆的浮力足以将碎岩石浮起,井孔回填要密实,待出浆浓度与灌浆一致时灌浆完成。

4.适用范围

基本适用于所有地质,无特殊技术要求的均可应用。

5.工艺原理

首先根据图纸确定井位,安装钻机后用泥浆以高压通过钻机钻孔,泥浆上升溢出流到井外的泥浆溜槽,经过沉淀池净化,泥浆再循环使用,井孔壁靠泥浆保护。在成孔后及时进行下管作业,回填要用图纸要求的回填料进行,连接水平埋管及压力试验,待管道冲洗完成后地埋管系统完成。

6.施工工艺流程及操作要点

6.1施工工艺流程

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6.2操作要点

6.2.1 安装钻机

1)确定井位。根据设计图纸,测量放线,确定井位。

2) 钻机安装施工应符合以下具体几点:

①钻塔的底脚基础要夯实铺平,铺设铁板或方木支垫结实。

③钻机设备安装要平稳、牢固并有安装安全防护设备。

④泥浆泵安装要平稳、管路连接要牢固、畅通。

6.2.2 钻进成孔

根据现场的地层情况,选择钻头,造浆方式等。成井施工的具体要求

①下钻前应认真检查钻具,如发现脱焊、伤痕、严重磨损、弯曲情况,应及时修复或更换。

②开钻前,应将钻具提离孔底,开动泥浆泵待冲洗液循环畅通后,再慢速转到孔底,然后开始正常钻进。

③钻进中如发现钻具回转阻力增大,负荷增大,泥浆泵压力不足等异常现象时,应立即停止钻进,检查原因及时处理。

④上部松散地层应采用松压慢速,大泵量稠泥浆钻进。

6.2.3 下管

管材采用PE管,管材进场后,应严格检查管材及管件质量。下管要谨慎,遇到硬质物不可强行下管,以免破坏U型管,确保工程质量。

6.2.4 管井回填

U型管安装完毕后,立即灌浆回填封孔,隔离含水层。灌浆即使用泥浆泵通过灌浆管将混合浆灌入钻孔中的过程。泥浆泵的泵压足以使孔底的泥浆上返至地表,当上返泥浆密度与灌注材料的密度相等时认为灌浆过程结束。灌浆时应保证灌浆的连续性,应根据机械灌浆的速度将灌浆管逐渐抽出,使灌浆液自下而上灌注封孔,确保钻孔灌浆密实、无空腔、否则会降低传热效果,影响工程质量。

6.2.5 水平管连接及回填

井孔回填密实后,进行水平管的连接。施工过程中要保证每个管道接口的连接质量,系统连接完成后做压力试验,压力试验合格后开始回填管道。回填时保证回填均匀且回填料与管道紧密接触回填应在管道两侧同步进行,同一沟槽中有双排或多排管道时,管道之间的回填压实应与管道和槽壁之间的对称进行。各压实面的高差不宜超过30cm。管腋间用人工回填,确保塞严捣实。分层管道回填时应重点做好每一管道层上方15cm范围内的回填。管道两侧和管顶以上50cm范围内应采用轻夯实,严禁压实机具直接作用在管道上,使管道受损影响工程质量。

6.2.6 系统冲洗

在地埋管换热器安装前应对地埋管系统进行冲洗,以保证地埋管环热系统可靠正常运行。

7.质量控制

7.1 工程质量控制标准

工程施工质量执行《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005。特殊环境施工的还必须符合相应施工标准、规范。

7.2 质量保证措施

7.2.1地埋管管材及连接质量要严格执行规范标准。

7.2.2井孔质量严格执行设计标准及规范要求。

7.2.3回填料及回填质量要符合设计要求,严格控制施工质量。

7.2.4系统压力试验及冲洗标准要符合设计要求。

7.2.5工程结束后根据验收标准做好自检自查工作及资料整理,确保工程质量。

8.安全措施

8.1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。

8.2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。

8.3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。

8.4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。

8.5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。

8.6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。

8.7施工现场使用的手持照明灯使用36V的安全电压。

8.8室内配电柜、配电箱前要有绝缘垫,并安装漏电保护装置。

8.9 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。

8.10 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。

9.环保措施

9.1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。

9.2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。

9.3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。

9.4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。

9.5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。

10.效益分析

10.1本技术施工产生的振动、噪音等公害较小。工程建设时,周围的居民及企事业单位能正常生活及工作。

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。

10.2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,

能较好地利用可再生资源。

11.应用实例

11.1工程概况

该地源热泵空调地埋管系统用于山东省青州市火车站,井孔深80m,井孔数144个,井孔直径13mm,井间距4.5m×4.5m,井均匀布置于站房西侧广场下。埋管采用垂直钻孔埋管方式,垂直埋管为单U型管。回填料采用5%膨润土、5%黄沙和90%的原浆。水平干、支管采用直埋附设,共设6条水平沟槽,其埋深在室外地面下1.8m。地埋管共设24个环路,每个环路由六个管井组成。

11.2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2009年4月16日开工,2009年5月26日完工,工程用时40天。

11.3工程监测与结果评介

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。

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。