土壤源熱泵系統(tǒng)地埋管施工過(guò)程研究

1、土壤源熱泵系統(tǒng)地埋管施工過(guò)程研究徐亞昆1,李綱2,陶紅安3,江維1(1.武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院,武漢430070;2.武漢鋼鐵股份運(yùn)輸部水電段,武漢430081;3.武漢建安集團(tuán),武漢430200摘要:對(duì)垂直埋管地源熱泵系統(tǒng)在鐵道部武漢北編組站調(diào)度綜合樓中的設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行了跟蹤研究,總結(jié)介紹了地源熱泵系統(tǒng)地埋管換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工方案和注意事項(xiàng)。關(guān)鍵詞:地源熱泵;豎埋管施工;灌漿回填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地源熱泵系統(tǒng)(ground-source heat pump sys2 tem是利用地下淺層的地品位能源(包括蘊(yùn)藏在土壤、巖土、地下水或地表水中的能量,通過(guò)輸入少量高品位能源,對(duì)建筑物進(jìn)行空調(diào)、供暖和熱水供應(yīng)的綜合技術(shù)1,2。地埋管換熱系統(tǒng)(ground heat ex2 change system是指?jìng)鳠峤橘|(zhì)通過(guò)垂直或水平地埋管換熱器與巖土體進(jìn)行熱交換的地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)。該文主要介紹對(duì)土壤源熱泵效率影響最大的地埋管系統(tǒng)的施工要點(diǎn)。1工程概況武漢北編組站位于武漢市東北郊黃陂區(qū)的橫店鎮(zhèn)與灄口鎮(zhèn)之間,京廣鐵路、滬漢蓉

5、鐵路的交會(huì)處,主要擔(dān)當(dāng)京廣線、合武線及麻武線車(chē)流和漢丹、武九線至江北地區(qū)車(chē)流的解編任務(wù)。武漢北編組站調(diào)度綜合樓為3層辦公樓,其總建筑面積3230m2,總空調(diào)面積2920m2。夏季空調(diào)房間室內(nèi)計(jì)算溫度為26,冬季空調(diào)房間室內(nèi)計(jì)算溫度15。經(jīng)計(jì)算得夏季設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為288.16kW,冬季設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為240.33kW(不含新風(fēng)。本工程所采用地埋管換熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了熱泵機(jī)組夏季冷凍水供回水溫度各為7/12,冬季提供空調(diào)水供回水溫度各為45/50。垂直埋管出水溫度夏季為2530;冬季為1015,設(shè)計(jì)生活熱水出水溫度為50。根據(jù)工程勘察結(jié)果,權(quán)衡地埋管熱系統(tǒng)實(shí)施的可行性和經(jīng)濟(jì)性,確定施工方案如下:采用室外地源換

6、熱器共為114孔;每個(gè)孔井深80m,井位呈矩形排列,總鉆井深度約為114孔×80m/孔=9120 m3。9212地埋管施工2.1施工流程施工流程見(jiàn)圖1。 圖1施工流程圖2.2鉆孔施工技術(shù)1鉆孔前應(yīng)勘測(cè)現(xiàn)場(chǎng),做好和其他專(zhuān)業(yè)如土建(給排水、消防、電纜等的交叉與銜接、根據(jù)施工鉆孔平面圖的孔數(shù)、行距和面積,進(jìn)一步核實(shí)現(xiàn)場(chǎng)的施工面積以滿足打孔要求。2核實(shí)無(wú)誤后,按施工平面圖檢查定位放線,排水、泥漿倒運(yùn)工序,合理安排土方、泥漿池、安全通道及堆土場(chǎng)的位置,保持通道暢通無(wú)阻。3鉆孔就位,要保證鉆機(jī)鉆桿垂直度,防止垂直偏差將已埋管道損壞。鉆井機(jī)械定位保證水平度偏差<1%;保證垂直偏差<0.

7、5%。4在鉆孔的兩孔之間挖1500mm ×800mm ×500mm 泥漿池,位置在地埋管挖溝方向兩孔之間,用作鉆井機(jī)在施工中水循環(huán)載體,貯存回填泥漿使之不至于流到其他地方,保證施工現(xiàn)場(chǎng)的整潔。5根據(jù)在其他工程的施工經(jīng)驗(yàn),本工程采用正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆井;正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆井的優(yōu)點(diǎn):(1在地層漏失或?qū)β┦幚頍o(wú)效之后,正循環(huán)沖洗液充滿鉆桿與孔壁之間的外環(huán)狀空間,液柱本身重量對(duì)孔壁產(chǎn)生較高的側(cè)壓力,在液柱與地層之間的壓力差作用下,泥漿向地層滲透,其黏土顆粒將在孔壁形成一層泥皮,液柱側(cè)壓力和泥皮都能有效地加固孔壁,防止孔壁坍塌。(2沖洗液在較高壓力作用下,以較高的速度從鉆頭中呈射流狀態(tài)噴射孔底

8、,能有效地沖起孔底巖屑。(3依靠排水壓力,通過(guò)管線向孔洞輸送沖洗液,管線及其接頭部位即使有少量泄漏(這在實(shí)際工作難以完全避免,也不會(huì)導(dǎo)致沖洗液循環(huán)和鉆井過(guò)程中斷。在地層漏失情況下,沖洗液連續(xù)補(bǔ)給,仍可繼續(xù)鉆井。6鉆孔過(guò)程中安排質(zhì)量檢查員隨時(shí)檢查鉆孔的位置,確保鉆孔位置的正確性,并做好檢查記錄工作,如發(fā)現(xiàn)偏差超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求,應(yīng)及時(shí)糾正重新進(jìn)行定位。7鉆孔過(guò)程中產(chǎn)生的土方和土方開(kāi)挖的土壤應(yīng)集中堆放,并用彩條布覆蓋。8在鉆孔過(guò)程中為避免鉆孔塌方,在鉆孔過(guò)程中灌入泥漿對(duì)鉆孔的井壁進(jìn)行泥漿凝固護(hù)壁,防止塌孔。2.3下管施工技術(shù)鉆孔完成后應(yīng)立即下管,下管前應(yīng)對(duì)U 型管進(jìn)行試壓、沖洗。停留時(shí)間越長(zhǎng),孔內(nèi)的積壓

9、現(xiàn)象越嚴(yán)重,管子也就越難放。在本工程施工中,我們采用預(yù)制砼導(dǎo)頭下井施工法。預(yù)制導(dǎo)頭直徑略小于鉆孔直徑,大于4根HDPE 循環(huán)管所占位置的直徑(預(yù)制導(dǎo)頭制作后應(yīng)進(jìn)行試壓試驗(yàn)。依靠導(dǎo)頭的重量和HDPE 管內(nèi)水的重量下井,這樣既保證下管的速度又可保證HDPE 管能有效地到達(dá)地源井底,同時(shí),還能保護(hù)HDPE 管材在下井過(guò)程中免受井壁尖石的刮傷、損壞。一般采用人工下管,下管時(shí)必須多人合作,提起管子時(shí)不得在地上拖拉,不應(yīng)形成不自然的彎曲,更不允許產(chǎn)生角度。回填材料應(yīng)采用網(wǎng)孔不大于15mm ×15mm 的篩進(jìn)行過(guò)篩,保證回填料不含有尖利的巖石塊和其他碎石。為保證回填均勻且回填料與管道緊密接觸,回填

10、應(yīng)在管道兩側(cè)同步進(jìn)行。U 形管安裝完畢后,應(yīng)立即灌漿回填封孔,隔離含水層。灌漿即是使用泥漿泵通過(guò)灌漿管將混合漿灌入鉆孔中的過(guò)程。泥漿泵的泵壓足以使孔底的泥漿返至地表,當(dāng)上返泥漿密度與灌注材料的密度31相等時(shí),認(rèn)為灌漿結(jié)束。灌漿時(shí),應(yīng)保證灌漿的連續(xù)性,應(yīng)根據(jù)機(jī)械灌漿的速度將灌漿管逐漸抽出,使灌漿液自下而上灌注封孔,確保鉆孔灌漿密實(shí),無(wú)空腔,否則會(huì)降低傳熱效果,影響施工質(zhì)量。回填過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格保證回填質(zhì)量,為確?；靥蠲軐?shí)應(yīng)杜絕采用人工手動(dòng)回填的方式,而應(yīng)采用泥漿泵機(jī)械回填。為確保灌漿回填的質(zhì)量,本工程在預(yù)制混凝土導(dǎo)頭下井的同時(shí),灌漿管同時(shí)隨導(dǎo)頭下井,如圖2所示。 圖2回填施工結(jié)構(gòu)圖在下井工程中,必須有

11、專(zhuān)人分別拉住灌漿管和2根HDPE 管,當(dāng)PE 管下到井底時(shí),將灌漿管松開(kāi),并人為地將灌漿管往下捅,讓連接分管的托盤(pán)與導(dǎo)頭上的拉鉤脫離開(kāi)來(lái),然后應(yīng)立即采用灌漿管將混合漿灌入鉆孔內(nèi)進(jìn)行回填封孔,隔離含水層。灌注施工中應(yīng)保證灌漿的連續(xù)性,根據(jù)機(jī)械灌漿的速度確定灌漿管的提升速度,確保漿體由底部涌上而充滿腔內(nèi)。當(dāng)上返泥漿與灌注材料的密度相等時(shí)表明灌漿工作已經(jīng)完成。3結(jié)語(yǔ)地埋管換熱系統(tǒng)最關(guān)鍵的是換熱效率,效率又受多種因素的影響,涉及到的主要因素有:地質(zhì)結(jié)構(gòu)、土壤成分、地區(qū)(地域自然環(huán)境、管材的選用,施工場(chǎng)地等4。地耦系統(tǒng)的換熱效率直接影響熱泵的工況,而熱泵的效率直接影響運(yùn)行成本,當(dāng)然也直接影響初投資,因此相當(dāng)重要。結(jié)合實(shí)際工程,本文重點(diǎn)總結(jié)了地埋管施工中幾個(gè)可能影響系統(tǒng)工作效率的關(guān)鍵工序,對(duì)地埋管在鉆井、下管、回填、試壓等工序施工提出了一定的要求。參考文獻(xiàn)1高祖錕.用于供暖的土壤2水熱泵系統(tǒng)J .暖通空調(diào),1995(4:9212.2李元旦,張旭.土壤源熱泵的國(guó)內(nèi)外