浅析地源热泵的施工技术？
作者&投稿：漕宰 （若有异议请与网页底部的电邮联系）
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浅析地源热泵的施工技术具体内容是什么，下面中达咨询为大家解答。
1工程概况
该工程为上海某别墅,总建筑面积1500m2,地上两层,地下一层,建筑高度约为10m。选用2台土壤热泵机组做空调冷热源,与之匹配的有:2台地下循环泵,2台负荷循环泵。夏季排热由地下换热器承担;冬季吸热也由地下换热器承担。设计冷负荷为150W,设计热负荷为110kW。以夏季基准选取土壤换热器的打井数量,为25口,钻孔孔径150mm,井深100m,孔间距5m。土壤换热器采用垂直钻孔埋管的方式,垂直换热器采用双U型埋管,双U管底部采用定型沉箱连接,水平埋管采用同程式连接至分、集水器。土壤换热器每孔为独立的控制环路系统,地埋管采用双U高密度聚乙烯(PE管,竖孔管DN32,水平管DN40),电熔连接。垂直钻孔内的灌浆材料采用了膨润土或细沙、水泥的混合灌浆材料。
2施工中应注意的问题
2.1 钻孔施工前应了解埋管场地内已有的地下管线、地下构筑物的功能及其准确位置,每个竖孔开钻前都应人工开挖探坑,探坑直径不小于300mm深度不小于1.2m2钻孔时保证钻杆的垂直以确保每个竖孔平行,防止窜孔。另外,还需要注意钻孔垂直度检测与控制,《建筑工程地质钻探技术标准》(JGJ87-92)规定:对垂直钻孔,50m测量一次垂直度,每100m深允许偏差为±2°[1]。
2.2 竖直下管下管前必需对所有管材进行试压,不小于0.6MPa稳压15分钟,压力不降,不渗不漏,认为合格。下管后回填前应及时对PE管试压,合格后方可进行下一个孔的开钻。为防止孔内泥沙沉积,减少孔的有效深度,钻孔完毕后,应及时下管,并采取防止PE管上浮的固定措施。试压合格后,及时密封U形管的四个开口端部,U形管以每组对分别绑好,方便以后管道联接。
2.3 水平铺管及管道连接水平地埋管可不设坡度,最上层埋管顶部应在冻土层以下0.4m且距地面不小于0.8m,供回水环路集管的间距不小于0.6m。管道连接目前常采用专用设备进行电熔焊接。电熔焊接有专用仪器控制时间,焊接工艺好,但电熔焊接件价格较高。PE管电熔连接的施工条件和操作要求较严。PE管件电熔时熔热部位的熔温约210℃,熔接时间为50s。当熔接完成后3min内,因熔热部位的余热温度仍然较高,这时只要稍微用力仍能将PE管从熔热管件中拔出。由于被熔热的管道本身也存在应力,若熔热管件与管道不进行固定,则熔热管件与管道之间的连接就会因不同轴向的应力而产生变形、位移,导致熔接失败或出现质量隐患。为防止和避免此类事故的发生,在PE管熔接前采取了以下技术措施:在每一处管段上用塑料扎带绑扎一节角钢(长度500mm为宜),保证了PE管在电熔时固定,同时还应确保每一处连接管段在熔接后仍保持固定不少于2h。
2.4 地埋管换热系统试压根据GB50366-2005中的4.5.2规定,整个地埋管换热系统的施工在不同施工阶段分别进行了四次水压试验[2]。水压试验步骤:①竖直地埋管换热器插入钻孔前,应做第一次水压试验。在试验压力下,稳压后至少15min,稳压后压力不应>3%,且无泄露现象;将其密封后,在有压状态下插入钻孔,完成灌浆之后保压1h。②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,稳压后至少15min,稳压后压力降不应>3%,且无泄露现象。③竖直或水平地埋管换热器与环路集管装配完成后,回填前应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>3%,且无泄露现象;④环路集管与机房分集水器连接完成后,回填前应进行第三次水压试验。在试验压力下,稳压至少2h,且无泄露现象;⑤地埋管换热系统全部安装完毕,且冲洗、排气、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>3%。系统试压不得以气压代替水压试验;水压试验时应采用手动泵缓慢加压,加压过程中应安排专人随时观察与检查线路,不得有渗漏现象。
2.5 灌浆回填竖孔灌浆资料宜采用膨润土和细纱的混合浆,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。灌浆管采用与地埋管相同的PE材质,管径为32mm。灌浆管必须与地埋管一同插入钻孔内,整根灌浆管中间应无接头。灌浆管的长度应大于地埋管的长度(以方便与灌浆设备连接为宜),灌浆管可以重复多次使用。用泥浆泵通过灌浆管将混合浆注入孔中,灌浆时应根据灌浆泵的速度将灌浆管逐渐缓慢抽出,使混合浆自下而上回灌封井。灌注回填料时,要求高压回填确保无回填空隙,回灌应密实,无空腔。回填过程中随时观察垂直地埋管的水压是否下降或泄漏,回填完后应再次检查,确认没有泄漏才能进行封孔。回填完后将留在地面的PE 管管口进行封堵保护,防止后续施工造成损坏。
3结论
地源热泵利用可再生能源,是节能高效的空调系统。在地源热泵施工过程中,需要注意垂直钻孔、下管、灌浆回填、垂直PE管与水平PE管的连接与敷设等施工问题。本文以某具体地源热泵工程为例,介绍了其施工中的关键技术,希望该工程可作为其他地源热泵工程及研究的参考。
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1工程概况
该工程为上海某别墅,总建筑面积1500m2,地上两层,地下一层,建筑高度约为10m。选用2台土壤热泵机组做空调冷热源,与之匹配的有:2台地下循环泵,2台负荷循环泵。夏季排热由地下换热器承担;冬季吸热也由地下换热器承担。设计冷负荷为150W,设计热负荷为110kW。以夏季基准选取土壤换热器的打井数量,为25口,钻孔孔径150mm,井深100m,孔间距5m。土壤换热器采用垂直钻孔埋管的方式,垂直换热器采用双U型埋管,双U管底部采用定型沉箱连接,水平埋管采用同程式连接至分、集水器。土壤换热器每孔为独立的控制环路系统,地埋管采用双U高密度聚乙烯(PE管,竖孔管DN32,水平管DN40),电熔连接。垂直钻孔内的灌浆材料采用了膨润土或细沙、水泥的混合灌浆材料。
2施工中应注意的问题
2.1 钻孔施工前应了解埋管场地内已有的地下管线、地下构筑物的功能及其准确位置,每个竖孔开钻前都应人工开挖探坑,探坑直径不小于300mm深度不小于1.2m2钻孔时保证钻杆的垂直以确保每个竖孔平行,防止窜孔。另外,还需要注意钻孔垂直度检测与控制,《建筑工程地质钻探技术标准》(JGJ87-92)规定:对垂直钻孔,50m测量一次垂直度,每100m深允许偏差为±2°[1]。
2.2 竖直下管下管前必需对所有管材进行试压,不小于0.6MPa稳压15分钟,压力不降,不渗不漏,认为合格。下管后回填前应及时对PE管试压,合格后方可进行下一个孔的开钻。为防止孔内泥沙沉积,减少孔的有效深度,钻孔完毕后,应及时下管,并采取防止PE管上浮的固定措施。试压合格后,及时密封U形管的四个开口端部,U形管以每组对分别绑好,方便以后管道联接。
2.3 水平铺管及管道连接水平地埋管可不设坡度,最上层埋管顶部应在冻土层以下0.4m且距地面不小于0.8m,供回水环路集管的间距不小于0.6m。管道连接目前常采用专用设备进行电熔焊接。电熔焊接有专用仪器控制时间,焊接工艺好,但电熔焊接件价格较高。PE管电熔连接的施工条件和操作要求较严。PE管件电熔时熔热部位的熔温约210℃,熔接时间为50s。当熔接完成后3min内,因熔热部位的余热温度仍然较高,这时只要稍微用力仍能将PE管从熔热管件中拔出。由于被熔热的管道本身也存在应力,若熔热管件与管道不进行固定,则熔热管件与管道之间的连接就会因不同轴向的应力而产生变形、位移,导致熔接失败或出现质量隐患。为防止和避免此类事故的发生,在PE管熔接前采取了以下技术措施:在每一处管段上用塑料扎带绑扎一节角钢(长度500mm为宜),保证了PE管在电熔时固定,同时还应确保每一处连接管段在熔接后仍保持固定不少于2h。
2.4 地埋管换热系统试压根据GB50366-2005中的4.5.2规定,整个地埋管换热系统的施工在不同施工阶段分别进行了四次水压试验[2]。水压试验步骤:①竖直地埋管换热器插入钻孔前,应做第一次水压试验。在试验压力下,稳压后至少15min,稳压后压力不应>3%,且无泄露现象;将其密封后,在有压状态下插入钻孔,完成灌浆之后保压1h。②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,稳压后至少15min,稳压后压力降不应>3%,且无泄露现象。③竖直或水平地埋管换热器与环路集管装配完成后,回填前应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>3%,且无泄露现象;④环路集管与机房分集水器连接完成后,回填前应进行第三次水压试验。在试验压力下,稳压至少2h,且无泄露现象;⑤地埋管换热系统全部安装完毕,且冲洗、排气、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>3%。系统试压不得以气压代替水压试验;水压试验时应采用手动泵缓慢加压,加压过程中应安排专人随时观察与检查线路,不得有渗漏现象。
2.5 灌浆回填竖孔灌浆资料宜采用膨润土和细纱的混合浆,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。灌浆管采用与地埋管相同的PE材质,管径为32mm。灌浆管必须与地埋管一同插入钻孔内,整根灌浆管中间应无接头。灌浆管的长度应大于地埋管的长度(以方便与灌浆设备连接为宜),灌浆管可以重复多次使用。用泥浆泵通过灌浆管将混合浆注入孔中,灌浆时应根据灌浆泵的速度将灌浆管逐渐缓慢抽出,使混合浆自下而上回灌封井。灌注回填料时,要求高压回填确保无回填空隙,回灌应密实,无空腔。回填过程中随时观察垂直地埋管的水压是否下降或泄漏,回填完后应再次检查,确认没有泄漏才能进行封孔。回填完后将留在地面的PE 管管口进行封堵保护,防止后续施工造成损坏。
3结论
地源热泵利用可再生能源,是节能高效的空调系统。在地源热泵施工过程中,需要注意垂直钻孔、下管、灌浆回填、垂直PE管与水平PE管的连接与敷设等施工问题。本文以某具体地源热泵工程为例,介绍了其施工中的关键技术,希望该工程可作为其他地源热泵工程及研究的参考。
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