土壤源热泵系统地埋管施工过程研究

1、土壤源热泵系统地埋管施工过程研究徐亚昆1,李纲2,陶红安3,江维1(1.武汉理工大学土木工程与建筑学院,武汉430070;2.武汉钢铁股份运输部水电段,武汉430081;3.武汉建安集团,武汉430200摘要:对垂直埋管地源热泵系统在铁道部武汉北编组站调度综合楼中的设计和施工进行了跟踪研究,总结介绍了地源热泵系统地埋管换热系统的设计施工方案和注意事项。关键词:地源热泵;竖埋管施工;灌浆回填R esearch on the Construction Process of G round Source H eat Pump SystemX U Y a2kun1,L I Gang2,TA O Hon

2、g2an3,J IA N G Wei1(1.School of Civil Engineering and Architecture,Wuhan University of Technology,Wuhan430070,China;2.Wuhan Iron and Steel Stock Department of Transportation Water and Electricity Section,Wuhan4300813,China;3.Wuhan Jian2an Group,Wuhan430200,ChinaAbstract:This paper researched the des

3、ign and construction of the vertical pipe ground2source heat pump system in Wuhan,the North Marshalling Station Scheduling Complex Building of the Ministry of Railways,and summarized construc2 tion programs and attention to matters of the pipe heat exchange system.K ey w ords:ground2source heat pump

4、;vertical pipe construction;grout backfill地源热泵系统(ground-source heat pump sys2 tem是利用地下浅层的地品位能源(包括蕴藏在土壤、岩土、地下水或地表水中的能量,通过输入少量高品位能源,对建筑物进行空调、供暖和热水供应的综合技术1,2。地埋管换热系统(ground heat ex2 change system是指传热介质通过垂直或水平地埋管换热器与岩土体进行热交换的地热能交换系统。该文主要介绍对土壤源热泵效率影响最大的地埋管系统的施工要点。1工程概况武汉北编组站位于武汉市东北郊黄陂区的横店镇与滠口镇之间,京广铁路、沪汉蓉

5、铁路的交会处,主要担当京广线、合武线及麻武线车流和汉丹、武九线至江北地区车流的解编任务。武汉北编组站调度综合楼为3层办公楼,其总建筑面积3230m2,总空调面积2920m2。夏季空调房间室内计算温度为26,冬季空调房间室内计算温度15。经计算得夏季设计冷负荷为288.16kW,冬季设计热负荷为240.33kW(不含新风。本工程所采用地埋管换热系统实现了热泵机组夏季冷冻水供回水温度各为7/12,冬季提供空调水供回水温度各为45/50。垂直埋管出水温度夏季为2530;冬季为1015,设计生活热水出水温度为50。根据工程勘察结果,权衡地埋管热系统实施的可行性和经济性,确定施工方案如下:采用室外地源换

6、热器共为114孔;每个孔井深80m,井位呈矩形排列,总钻井深度约为114孔×80m/孔=9120 m3。9212地埋管施工2.1施工流程施工流程见图1。 图1施工流程图2.2钻孔施工技术1钻孔前应勘测现场,做好和其他专业如土建(给排水、消防、电缆等的交叉与衔接、根据施工钻孔平面图的孔数、行距和面积,进一步核实现场的施工面积以满足打孔要求。2核实无误后,按施工平面图检查定位放线,排水、泥浆倒运工序,合理安排土方、泥浆池、安全通道及堆土场的位置,保持通道畅通无阻。3钻孔就位,要保证钻机钻杆垂直度,防止垂直偏差将已埋管道损坏。钻井机械定位保证水平度偏差<1%;保证垂直偏差<0.

7、5%。4在钻孔的两孔之间挖1500mm ×800mm ×500mm 泥浆池,位置在地埋管挖沟方向两孔之间,用作钻井机在施工中水循环载体,贮存回填泥浆使之不至于流到其他地方,保证施工现场的整洁。5根据在其他工程的施工经验,本工程采用正循环回转钻井;正循环回转钻井的优点:(1在地层漏失或对漏失处理无效之后,正循环冲洗液充满钻杆与孔壁之间的外环状空间,液柱本身重量对孔壁产生较高的侧压力,在液柱与地层之间的压力差作用下,泥浆向地层渗透,其黏土颗粒将在孔壁形成一层泥皮,液柱侧压力和泥皮都能有效地加固孔壁,防止孔壁坍塌。(2冲洗液在较高压力作用下,以较高的速度从钻头中呈射流状态喷射孔底

8、,能有效地冲起孔底岩屑。(3依靠排水压力,通过管线向孔洞输送冲洗液,管线及其接头部位即使有少量泄漏(这在实际工作难以完全避免,也不会导致冲洗液循环和钻井过程中断。在地层漏失情况下,冲洗液连续补给,仍可继续钻井。6钻孔过程中安排质量检查员随时检查钻孔的位置,确保钻孔位置的正确性,并做好检查记录工作,如发现偏差超过标准要求,应及时纠正重新进行定位。7钻孔过程中产生的土方和土方开挖的土壤应集中堆放,并用彩条布覆盖。8在钻孔过程中为避免钻孔塌方,在钻孔过程中灌入泥浆对钻孔的井壁进行泥浆凝固护壁,防止塌孔。2.3下管施工技术钻孔完成后应立即下管,下管前应对U 型管进行试压、冲洗。停留时间越长,孔内的积压

9、现象越严重,管子也就越难放。在本工程施工中,我们采用预制砼导头下井施工法。预制导头直径略小于钻孔直径,大于4根HDPE 循环管所占位置的直径(预制导头制作后应进行试压试验。依靠导头的重量和HDPE 管内水的重量下井,这样既保证下管的速度又可保证HDPE 管能有效地到达地源井底,同时,还能保护HDPE 管材在下井过程中免受井壁尖石的刮伤、损坏。一般采用人工下管,下管时必须多人合作,提起管子时不得在地上拖拉,不应形成不自然的弯曲,更不允许产生角度。回填材料应采用网孔不大于15mm ×15mm 的筛进行过筛,保证回填料不含有尖利的岩石块和其他碎石。为保证回填均匀且回填料与管道紧密接触,回填

10、应在管道两侧同步进行。U 形管安装完毕后,应立即灌浆回填封孔,隔离含水层。灌浆即是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返至地表,当上返泥浆密度与灌注材料的密度31相等时,认为灌浆结束。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,影响施工质量。回填过程应严格保证回填质量,为确保回填密实应杜绝采用人工手动回填的方式,而应采用泥浆泵机械回填。为确保灌浆回填的质量,本工程在预制混凝土导头下井的同时,灌浆管同时随导头下井,如图2所示。 图2回填施工结构图在下井工程中,必须有

11、专人分别拉住灌浆管和2根HDPE 管,当PE 管下到井底时,将灌浆管松开,并人为地将灌浆管往下捅,让连接分管的托盘与导头上的拉钩脱离开来,然后应立即采用灌浆管将混合浆灌入钻孔内进行回填封孔,隔离含水层。灌注施工中应保证灌浆的连续性,根据机械灌浆的速度确定灌浆管的提升速度,确保浆体由底部涌上而充满腔内。当上返泥浆与灌注材料的密度相等时表明灌浆工作已经完成。3结语地埋管换热系统最关键的是换热效率,效率又受多种因素的影响,涉及到的主要因素有:地质结构、土壤成分、地区(地域自然环境、管材的选用,施工场地等4。地耦系统的换热效率直接影响热泵的工况,而热泵的效率直接影响运行成本,当然也直接影响初投资,因此相当重要。结合实际工程,本文重点总结了地埋管施工中几个可能影响系统工作效率的关键工序,对地埋管在钻井、下管、回填、试压等工序施工提出了一定的要求。参考文献1高祖锟.用于供暖的土壤2水热泵系统J .暖通空调,1995(4:9212.2李元旦,张旭.土壤源热泵的国内外