土壤源热泵施工工法

'土壤源热泵施工工法一、前言地源热泵系统是随着全球性的能源危机和环境问题的出现而逐渐兴起的一门热泵技术。它是一种通过输入少量的高位能(如电)，实现从浅层地能(土壤热能、地下水中的低位热能或地表水中的低位热能)向高位热能转移的热泵空调系统，被称为是21世纪的一项以节能和环保为特征的最具有发展前途的空调技术。目前随着铁路建设水平的提高，越来越多的大型旅客站房采用大跨度网架屋面及玻璃幕墙结构，这种结构散热面大，对空调系统要求高。采用传统分体式空调系统及集中中央空调系统虽然初期投资少，但运营成本高，综合考虑全生命周期成本，地源地泵空调系统具有更大的优势。有研究数据表明，地源热泵系统相对家用分体空调器所增加的投资，在运营中用节约的电费偿还，偿还期只需4～5年。铁路大型旅客站房采用地源热泵空调系统具有一定的技术经济合理性。二、地源热泵系统特点1.资源可以再生利用。2.运行费用低。3.机房占地面积小，并可设在地下，节省建筑空间。4.绿色环保，系统利用地球表面的浅层地热资源，没有燃烧，没有排烟及废弃物，清洁环保无任何污染。5.自动化程度高。6.一机多用，既可供暖，又可制冷，最大限度的利用了能源。三、适用范围可用于工厂、车站、商场、宾馆、酒店、商务办公、娱乐场所、住宅小区、别墅、蔬菜养花大棚等各类建筑。小到一、二百平米大到几十万平米，从单供暖、冷暖双供到冷暖及生活热水三供，都可以完美运行。四、工艺原理土壤源热泵是利用地下土壤、地下水温度相对稳定的特性,冬季通过消耗少量的高位能量(电能)把土壤储存的低品位热能转移到需要供暖的室内;夏季却将室内的热量转移释放到土壤中,从而达到冬季供暖、夏季制冷的目的。地源热泵的工作原理参见图。 五、施工工艺（一）工艺流程1.竖直管施工工艺：孔位放样PE管试压回填下管清孔就位成井2.水平管施工工艺：沟槽放样PE管制作焊接PE管试压回填开挖（二）施工方法1、测量、放线及钻机就位钻孔测量定位，采用索佳SET210K全站仪进行测量定位及孔口标高，并用木桩做好醒目标示，孔间距5.4m×4.5m。潜孔钻机就位后，钻杆中心必须与孔位在一条垂线上，钻机找平后四腿支稳，确保钻机水平。启动空压机，待机上仪表处于正常工况后方可拧动开关送气，管路连接处不 得有漏气现象。2、开孔本工程施工场地内上部覆盖层较厚杂填土，采用Ф180冲击钻头开孔至基岩，下Ф168套管，换用Ф140潜孔冲击器钻进。钻孔直径为140mm，钻孔深度82m。3、成孔工艺采用液压潜孔锤钻机，高压空气作为钻进动力和排渣手段。钻进参数：空气压力13-16MPa；钻机转速75-100rpm；风量15m3/mm；钻头压力15.6KN，压力过大易造成孔斜，导致安装竖直地埋管困难。增加钻杆前，应在压缩空气关闭后提升动力头至顶端，让其自由落下并且无阻碍，这时方可卸开钻杆丝扣。钻进中发生不返气现象且空气压力增高时应提钻检查。孔口粉尘变多时及时增加水泵注水量，尽可能使返出孔口的岩屑为片状或粒状。当粉尘较大，采用除尘系统进行收集，减少对周围环境的影响。4、竖直管试压及安装：a.竖直地埋管换热器插入钻孔前，做第一次水压试验。在试验压力下，稳压至少15min,稳压后压力降不应大于3%，且无泄露现象；将其密封后，在有压状态下插入钻孔，完成灌浆后保压1小时。b.潜孔钻机收塔离开孔口。将经过试压检验合格的地埋管放在孔口，若孔内无水，可直接将地埋管在保压状态下插入钻孔；若孔内有水，根据相应的水位在U型管下部配上相应的重物，再将地埋管在保压状态下插入孔内。下管时采用2～4米设置一个弹簧卡的方式使U型管两分支管处于分开状态。5、回填：井内回填材料应不低于钻孔内岩土体导热系数。孔洞上面6米应用细沙回填，6米以下的应用原浆回填。原浆为红砂岩遇水而成，不易下沉，为保证回填密实，回填过程中采用细沙加水沉降。6、保护管路：当每一个井打好一组管路放入井中之后，剪去多余的一部分，地面（或横沟底面）留下五十公分左右用胶带裹好，要注意保护管路系统，避免泥浆石块和其它异物进入系统，造成系统堵塞影响水流量。对成孔进行编号,并设置成孔保护标示牌。7、水平横沟的开挖： 由于工程量过大，计划用挖掘机来操作，用挖掘机主要怕工作时挖伤挖断地下立管，造成意外的不良后果，所以说工作时一定要注意，避免挖机碰到管路。横沟的开挖深度满足设计要求。8、水平管连接在竖直地埋管完成后，进行水平管连接，采用塑料管热熔器通过管件将各个竖直地埋管连接起来形成供回水环路。具体热熔连接步骤如下：1.热熔器接通电源，将热熔温度调节至300度；2.将管材及对应管件清洗擦干；3.待温度升至300度，同时将管件和管材与热熔模具紧密接触，加热完毕将管材管件承插连接即可。a.水平集水管和分水管分别进行安装，两管之间平行距离不小于0.6m。埋管沟深满足设计要求，将沟中清理干净，并在水平地埋管敷设前，沟槽底应先敷设相当于管径厚度的细砂。水平干管（集合管）采用直埋敷设，其埋深在室外地面2.0m以下，避开其他管线，干管坡度不小于0.002。b.检查沟中无石块且细沙土平整后，再将水压试验已合格的管道放入沟槽中。采取固定措施避免重物撞击或碾压管身。c.集、分水管路连接时，外露部分要采取保温和固定等安全措施，尽量避免后续其他施工过程可能对集、分水管造成的破坏。9、系统水压力试验a.水平地埋管换热器放入沟槽前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压至少15min,稳压后压力降不应大于3%，且无泄露现象；b.竖直或水平地埋管换热器与环路集管装配后，回填前已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%，且无泄露现象；c.环路集管与机房集分水器连接完成后，回填前应进行第三次水压试验。在试验压力下，稳压至少2h,稳压后压力降不应大于3%，且无泄露现象；d.地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗、排气及回填完成后，应进行第四次水压试验。在试验压力下，稳压至少12h,稳压后压力降不应大于3%。10、铺填细沙：铺填细沙是为了固定水平埋管，细沙便于填补管路之间的空隙，避免留有空隙对最后回填土方以后，土层沉降不一致，而造成拉伤，压弯管路。所以铺填细沙也是一个很重要的一个环节，水平管铺设之前，沟槽底应先敷设相当于管径厚度的细砂，摆放好地埋管之后要在管路上面15cm左右确保水平管周围细砂密实。对水平地埋管管路进行保护和固定。 回填料应细小、松散、均匀且不应含石块及土块，采用网孔不大于15mm×15mm的筛进行过筛。回填压实应逐层进行，且不得损伤管道。回填压实过程均匀，回填土应与管道接触紧密。做好每层管道上方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。11、土方回填：当确定水平地埋管四周细沙已密实，然后回填素土。当素土回填一定厚度后，才可进行其他回填。12、地埋管管材的检验与验收：a.管材、管件必须有产品质量合格证；系统所选用的管材、管件上应标明规格、公称压力和生产厂名或商标，包装上应标有批号、数量、生产日期和检验代号。b.管材、管件的内外壁应光滑平整，无气泡、裂口、裂纹、脱皮和明显的痕纹、凹陷，且色泽基本一致，冷水管、热水管必须有醒目的标志。c.管材的端面应垂直于管的轴线。d.管件应完整、无缺损、无变形、合模缝浇口应平整、无开裂。e.管道连接使用热熔工具时，应遵守电器工具安全操作规程，注意防潮和脏物污染。f.操作现场不得有明火，严禁对管材进行明火烘弯。g.管道不得作为拉攀、吊架使用。h.直埋暗管隐蔽后，应在墙面或地面标明暗管的位置和走向，严禁在管上冲击或钉金属钉等尖锐物体。i.热熔连接管道，水压试验时间应24小时后进行。水压试验前，管道应固定。13、地埋管换热系统的检验与验收：地埋管换热系统安装过程中，应进行现场检验，并应提供检验报告。检验内容应符合下列规定：a.管材、管件等材料应符合国家现行标准的规定；b.钻孔、水平埋管的位置和深度、地埋管的直径、壁厚及长度均应符合设计要求；c.回填料及其配比应符合设计要求；d.水压试验应合格； e.各环路流量应平衡，且应满足设计要求；f.循环水流量及进出水温差均应符合设计要求。（三）施工要点和注意事项根据本项目地质勘察报告及热物性测试报告的描述，在对钻孔施工过程可能会遇见的问题做出如下分析及处理方法：1、杂填土层：该层深度约在1.80米至1.9米左右，该层为人工新近回填而成，且松散、含砂岩碎块和红砖等建筑垃圾。所以该层密实性非常差，不容易成孔。在用潜孔锤钻孔时会出现漏气情况，所以在该层施工时，应用高压气流强行吹气成孔，并同时下护壁套管。保证该层的顺利成孔，并在整个孔施工过程中不出现漏气现象；2、粉质粘土层和卵石层：该两层的总厚度约在5.3米左右，该层都含有卵石，特别是卵石层含量达到50－60％，非常不稳定，难成孔，容易塌孔。所以该层也连同杂填土层一起下护壁套管。根据测试孔的数据显示应做7—8米深的护壁套管，以保证钻孔的顺利进行。3、强风化层、中风化层、微风化层俱为粉质砂岩，可塑性高，岩体较为完整，在施工过程中会比较顺利。4、钻孔要求及注意事项a.施工过程中，钻杆每下进10m后须进行钻机本体水平度复核。当误差大于5‰时，必须进行调整。b.钻孔过程中为避免钻孔塌方，在打井过程中灌入泥浆对打井井壁泥浆凝固护壁防止塌方。边钻进边注入泥浆护壁。开孔前先轻压慢钻，钻进到2~3m后逐渐加大转速和钻压进入正常钻压和钻速。c.在成孔施工中还应根据不同的地层适时调整运行参数。在地层变化时，应减小钻压及转速，防止地质情况不均而产生钻孔倾斜。d.钻进中加接钻杆时，应先停止钻进，将钻头提高孔底200mm，维持泥浆循环1~3min，以清洗孔底和护壁.装杆时应拧紧上牢，防止工具及钻具掉入孔内。e.施钻过程中密切注意钻机及附属设备的运行情况，发现异常及时处理，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；f.施钻过程中钻机长和操作手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； g.通过钻机平台标高和钻杆的长度，判断钻孔深度。孔深必须达到设计深度，当钻孔达到设计要求的深度，停止钻进，将钻头提高孔底100~300mm，维持泥浆正常循环吸除孔底沉渣。起钻时应小心操作，防止钻头拖到孔壁，h.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。i.垂直钻孔的不垂直度小于1%。j.打孔过程中产生的土方和挖出的土壤、岩石应该集中堆放。对钻井产生的泥浆，做好排放工作。在钻孔附近设置泥浆沉淀池，将钻孔过程中产生的泥浆排至沉淀池。经沉淀后，将清水通过排水沟排走。一部分泥浆可以作为回填物料的组成部分，回灌至井内。多余的泥浆可外运或作为绿化地带的填土。k.施工员对每个垂直孔从开钻到结束均作相应的记录，包括成孔时间、地质情况、突发事件等。六、劳动组织（见下表）序号工作项目人数备注1测量、放线12打孔53试压14回填35成品保护26电工17专业技术人员28工班长29指挥1七、机具设备（见下表） 序号名称型号数量生产能力1履带钻机YGL-1001良好2多功能水井钻机SZ-2001良好3空压机XHP900WCAT1良好4储气罐HR615-11良好5手提式电动加压泵YL-39/2.5MPa1良好6手提式电动加压泵YL-39/3.0MPa1良好7管道熔接器BZH-3157良好8交流电焊机BX-1502良好9切割机JG-SH01-3551良好10试压水泵YX01-P型1良好11挖掘机70C1良好12挖掘机90C1良好13工程自卸车12T2良好八、质量控制1、各类隐蔽工程必须及时通报有关单位验收，及时做好隐蔽工程的签字工作。2、各班组做好自检互检工作，项目部质检员会同施工员及时检查工程质量，发现问题及时整改好。3、项目部 安质部组织技术、质检、施工人员参加工程质量检查，对检查中发现的问题，及时开出工程质量整改单，由项目部定人，定时，定措施落实整改，整改后安质部再次组织检查直至合格。4、单位工程的质量验收评定，在项目经理部自检互检的基础上经相关部门进行复验复评。5、单位工程的质量验收评定，由安质部和有关人员共同进行验收评定。6、单位工程验收评定工作，应查看所有分项技术资料及见证资料，并对实际工程质量情况进行现场目测，然后按检验评定标准进行质量等级评定。九、安全与环境保护措施1、进入施工现场的所有人员均须戴安全帽，佩戴上岗证，避免人身伤亡的事故发生。2、施工人员进入施工现场前做好安全生产教育。3、所有电动工具必须事先检查是否安全可靠。4、机械设备（如水泵、电焊机等）移位、电器检修时必须断电操作，严禁带电操作，移位时，须有专人指挥、照看电线，防止电缆压坏损伤。5、坚持执行岗前教育制度、定期开展安全活动，认真执行安全规程和操作要求，严禁违章作业，杜绝各类事故发生。6、保持施工现场整洁、三通一平、无积水、无长流水。7、施工现场不准乱堆垃圾及余物，应在适当地点设置临时堆放点，并定期外运至规定处。清运渣土垃圾及流体物品，要采取遮盖防汛措施，运送过程中不得遗撒。十、技术经济分析1、该工法工艺简单，施工简便、可靠，保证了质量和工期，适用范围广。2、施工准备工作简单，工程进度快，施工费用低。3、采用液压潜孔锤钻机明显的缩短了工期，比传统的勘察钻机施工缩短50%以上工期，按每口井节省2000元计算，本项目共288个孔能节约成本50多万元。十一、工程实例该项目位于北京市海淀区，为四层综合楼，总建筑面积为2070.8㎡。空调使用面积约为1600㎡。按甲方要求安装中心空调系统，即夏天制冷，冬天供热。 由于该项目的功用为学校及教职员工办公室等，且建筑四周拥有大块平地，在环绕式建筑中心有一花园可以作为埋设地耦管的理想场所，经过以上多方面的对比综合分析，该工程确定使用土壤源热泵系统。1、使用效果噪音水平：对机组进行了隔音降噪处理；机组送、回风管均设有消声静压箱，同时采用消声管道，使房间内噪声≤40dB；制冷效果：室外38℃有太阳照射时，室内25℃以下；供暖效果：室外-15℃夜间时，室内20℃以上；舒适性：送风均匀，室内最大温差±1℃，气流速度小于0.3米/秒，无吹风感。空气品值大大优于风机盘管系统。2、投资及经济性对比分析整个系统经过一年的运行，运转正常、稳定、无故障。夏季室内温度均保持在25℃以下，冬季保持在20℃以上，超过国家规定的夏季27℃以下，冬季17℃以上的标准。不但空气质量清新、舒适，而且控制设备简单。最值得一提的是初投资大体与传统中央空调加锅炉系统的投资相同，但运行费用比传统中心空调加锅炉系统低40-60%，即使用土壤源热泵系统供暖后，其运行费用可比传统中央空调系统降低30%-70%；用土壤源热泵系统制冷后，其运行费用可比传统中央空调系统降低40%-50%，实现了真正意义上的节能，环保，舒适。'