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当代MoMA：热泵系统埋地换热器施工技术关键词：地源热泵；换热器；施工当代MOMA工程位于北京市东直门东北角，总建筑面积22万!，东西长256m，南北宽52m。地上由九栋塔楼和四栋裙楼成U字形分布组成，高位空中大型钢结构连廊将塔楼连为一体。中间的地下车库将各塔楼、裙楼连为一体。本工程地源热泵空调系统为恒温恒湿，空调覆盖面积为15万m2，温度为夏季26℃、冬季供暖温度为20℃，全年提供生活热水。空调制冷、热水由2台燃气锅炉和8台地源热泵机组提供，其中4台热泵机组供应天棚辐射系统，另4台供应空调新风系统，生活热水夏季采用部分热回收、不足部分由锅炉补充。冬季和过渡季节由燃气锅炉加热生活热水。地源热泵系统采用垂直埋管换热，共计钻换热孔635个，换热孔间距5m，全部布置在中央地下车库基础底板之下。孔径为/150mm，孔深100m，换热管规格为外径DN32的双U型PE高密度聚乙烯埋管，周围的空隙采用导热系数较高的填料回填。换热器水平联络管位于车库基础底板以下500mm水平敷设。垂直换热管通过水平联络管汇集到检查井（共设置45个检查井）内的集水器，各个集水器通过管道汇集，昀终进入机房内与热泵机组相连，如图1所示。1换热井及垂直换热管施工1．1施工工艺钻孔放线定位→挖泥浆池→钻机就位→成孔钻进→孔深孔径核查→管材、耗材准备→一次打压试验→下管→二次打压试验→回填。1．2换热孔及垂直埋管主要施工方法1．2．1定位放线根据施工图纸，对换热孔位置进行放线定位，每个孔位采用木桩进行标识，且保证孔位距抗拔桩距离不小于1．2m，避开后浇带、基础底板反梁下面。1．2．2挖泥浆池按照一个泥浆池就近满足周边钻机使用的原则组织泥浆坑。采用人工开挖，深度为1．5m，长度、宽度均为2m。挖好泥浆池后，现场调制泥浆。由于本工程泥浆池底位于车库基础垫层之下，为防止泥浆池渗水，破坏天然地基，影响天然地基的承载力，故在泥浆池内设两层塑料薄膜和一层彩条布，防止泥浆渗漏。施工完成后，泥浆池深度超出槽底部分的采用级配砂石处理，以满足地基承载力要求。设计天然地基的承载力为180kPa。1．2．3钻机定位根据就近施工钻机间不相互干扰，减少设备移位，就近利用泥浆池的原则分片布置钻机。1．2．4成孔钻孔设备就位后，核查钻孔位置、钻机垂直度、钻头直径。钻进过程中，记录起、停钻的时间，钻进尺度，以及在钻进过程中有可能出现的其他问题。钻进到达要求深度后，查验钻孔深度和孔位，在下管程序没有准备好以前不能过早提起钻具，并且保证泥浆循环。1．2．5下管准备双U型管的接头采用电熔连接方法，在工厂进行，每个U型管接头熔接成功后，进行清洗、打压试验，打压1．6MPa观测1小时以上，不泄漏为合格。下管前先用自来水对管道进行冲洗，然后进行试压。试压1．2MPa，带压观测15min以上，不渗不漏无破裂，压力下降不超过0．03MPa为合格。试压完毕，每组双U型换热管头必须立即密封。安装管卡。为保证换热管能尽可能贴近孔壁，避免换热管之间的短路传热，3m间隔安装管卡，安装一定要牢固。1．2．6下管填料四根管应均匀平稳下入，入过程中确保与地面垂直的地上管段不得小于1m。下入换热管后，为检验在下管过程中是否有管壁划伤破损，进行二次打压，试验压力0．8MPa，带压观测30min以上，压力下降不超过0．02MPa为合格。打压合格后，把所有管头再次密封保压，进行回填级配砂石。换热管与钻孔之间回填级配砂石直至基底。填料时要求填料由四周缓慢填入，填级配砂石的同时间断地向孔内注水，确保成孔内级配砂石的尽可能密实。填料分次填入。一次填满后过两三天就会自然下沉约1m，发现下沉要及时再次填满，加适量的水浇灌以促进下沉，大约三次就不再下沉，填料密实。2联络管施工2．1工艺流程管沟开挖→敷设砂垫层→主管道熔接→支管与主管熔接→打压试验→管顶敷砂，如图2、3所示。2．2主要施工方法2．2．1联络管管沟坑开挖管沟坑按照实际施工进度，分区开挖，主管道管沟采用小型机械，配合人工清理，一次开挖到位，联络管支管管沟采用人工开挖。2．2．2PE管道安装干管安装将预制好的管道运到管沟，按事先编码顺序摆放。然后进行连接，管道的连接方式按管径大小分为热熔连接和电熔连接。干管为D90全部热熔连接，三通甩口要求垂直于相应井位支管，偏差不得大于15°。支管连接：每根干管连接好后，开始连接支管，支管为D32全部采用电熔连接，将换热孔分支管引到干管三通处，按顺序逐个连接。遇到塑料管和钢管连接时采用专用钢塑转换接头连接。2．2．3压力试验管道连接完毕后，进行0．8MPa的打压试验，水压保持2h以上，压降不超过0．024MPa为合格。管道打压合格后，对管沟进行回填，同时，从供水管接入干净自来水进行冲洗，由回水管排出，连续冲洗，直到出水口水色和进水口一致为合格。冲洗完毕后，对所有管口进行再次密封，防止杂物进入管内。2．2．4土方回填在水平联络管管顶填300mm厚细砂，加200mm厚碎石。碎石以满足地基承载力的要求。在回填时要填实管底，管底采用150mm厚砂垫层，再同时回填管道两侧，依次回填至管顶500mm处，如图4所示。3换热干管穿基处底板处的施工本工程换热干管位置相当特殊，垂直埋管位于地下车库基础底板以下，水平换热管干管必须穿过基础底板柔性防水层和钢性基础底板后进入检查井，此作法尚无先例，也无成功经验。经过多次专家论证，昀后确定其下法，如图5所示。4关键控制点埋地换热器系统是整个地源热泵系统的核心和关键，其质量的好坏直接关系到整个系统能否安全可靠的运行，而且工程一旦完成，其将不可修复。因此，必须从以下几个方面进行严格控制。4．1高密度PE管的质量（1）产品出厂时应有产品合格证。（2）进货后，现场分批取样送检。（3）下管前要进行打压，并保压1h以上，合格的PE管方可下入钻好的换热孔。（4）PE管下到孔底后，在回填料之前再进行二次打压试验，合格后方可进行回填料。4．2PE管下入孔前的技术准备在PE管间安装管卡，严格控制在3m左右间距，保证PE管之间具有一定的距离，减少PE管之间的换热干扰。同时选用加重管底接头，保持管柱下入时的垂度。同时在下管程序没在准备好以前不能过早提起钻具，并且保证泥浆循环。4．3下管后的填料填料的密实与否直接关系到换热孔的换热效率，为了提高填料的密实程度，一方面要严格控制填料的速度，沿孔壁四周均匀慢速填料，减少因填料过快而造成填料在孔内搭桥的机会。4．4设计前的试验地源热泵设计前必须对所在场地进行试验，获取土壤相关的热物性参数和确立昀佳施工方法。时间:2008-11-1416:25:26点击率:共257次一、工程概况本工程为北京市观唐别墅C户型，总建筑面积434.1平方米（含架空层），地下一层，地上两层。空调面积约为264平方米，地板采暖面积约为326平方米。空调末端开发商已安装完毕，现需要空调机房、室外地埋系统和室内地板采暖的配置。我公司建议采用美国汇中地源热泵空调机组来满足建筑物的冬季供暖、夏季制冷的需求。二、地源热泵中央空调系统介绍2.1地源热泵中央空调系统介绍地源热泵技术是一种利用浅层常温土壤或地下水中的能量作为能源的高效节能，零污染，低运行成本的既可供暖又可制冷的新型热泵技术。它高效、节能、环保，有利于可持续发展。地源热泵技术利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，通过电能驱动，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天还可以将室内的热量转移到地下土壤或地下水中，达到制冷的目的。地源热泵不需要人工的冷热源，可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热，向建筑物供暖；夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷，是一种有效地利用能源的方式。“地源热泵”的概念昀先于1912年由瑞士人Zoelly提出。1946年美国建成第一个地源热泵系统。1998年美国商用建筑的地源热泵空调系统已经占到空调保有量的19％以上，其中在新建筑里面占30％，并以每年10％的速度递长，美国前总统布什为大力推广此节能、环保产品，在得克萨斯州乡间住宅率先应用。在欧洲，德国、法国以及北欧的一些国家应用较多，瑞士-96%、丹麦-27%、奥地利-38%，他们更多的是利用浅层地热资源，来供热或者取暖。中国许多地方各级政府把发展地源热泵作为发展本地经济的一个契机。北京市自1999年起，进行地热供暖示范工程及低温地热能梯级利用技术研究，取得重大成果。为办好本届奥运会，北京市主管部门和科研部门全力合作，相继进行了一些先进技术研究，国内外专家提出以地源热泵为代表的清洁能源符合“绿色奥运、科技奥运”的宗旨，应当在奥运工程建设中推广、使用，会议形成倡议书递交北京市政府和奥运会组委会，受到有关方面的高度重视，后详细研究及考核，将地源热泵中央空调作为2008年北京奥运会指定选用的中央空调型式。地源热泵技术在很大程度上为国家节省能源，缓解电荒，同时也为用户节省了大量的运行费用。为进一步优化北京市能源结构，提高能源利用效率，加强和规范热泵系统的管理，促进城市的可持续发展，市发展改革委、市规划委、市建委、市市政管委、市科委、市财政局、市水务局、市国土局和市环保局共同研究制定了《关于发展热泵系统的指导意见》（京发改〔2006〕839号），指导意见中提出了对建筑中选用地源热泵空调系统的项目给予一定的经济补助，补助标准为：地下（表）水源热泵35元/平方米，地源热泵和再生水源热泵50元/平方米。2.2地源热泵性能特点介绍地源热泵与常规空调技术相比有着无可比拟的优势。（1）利用可再生能源：属可再生能源利用技术地源热泵从常温土壤或地表水（地下水）中吸热或向其排热，利用的是可再生的清洁能源，可持续使用。（2）高效节能，运行费用低：属经济有效的节能技术地源热泵的冷热源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，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，地源温度较恒定的特性，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。在制热制冷时，输入1KW的电量可以得到5KW以上的制冷制热量。运行费用每年每平方米仅为22——36元，比常规中央空调系统低40%左右。（3）节水省地：1）以土壤(水)为冷热源，向其放出热量或吸收热量，不消耗水资源，不会对其造成污染。2）省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施，机房面积大大小于常规空调系统，节省建筑空间，也有利于建筑的美观（4）环境效益显著该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，在供热时，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，不会产生城市热岛效应，对环境非常友好，是理想的绿色环保产品。(5)运行安全稳定，可靠性高：地源热泵系统在运行中无燃烧设备，因此不可能产生二氧化碳、一氧化碳之类的废气，也不存在丙烷气体，因而也不会有发生爆炸的危险，使用安全。燃油、燃气锅炉供暖，其燃烧产物对居住环境污染极重，影响人们的生命健康。由于土壤深处温度非常恒定，主机吸热或放热不受外界气候影响，运行工况非常稳定，优于其它空调设备。不存在空气源热泵供热不足，甚至不能制热的问题。整个系统的维护费用也较锅炉－制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。维修量极少，折旧费和维修费也都大大地低于传统空调。三、地埋管地源热泵技术地埋管技术自50年代开始进入民用建筑，70年代开始各种暖通空调专著多有研究论述，我公司是国内教早涉足地埋管技术的专业空调厂家，我公司在充分利用国外先进技术的同时，结合国内特点以及公司自身优势，开发出具有自主知识产权的、符合中国国情的地源热泵机组，综合国内外现有研究成果，结合我公司多年的工程实践经验归纳如下：1、埋管方式一般分两种环路系统，即立埋式环路系统和平埋式环路系统：1）、立埋式环路系统立埋式环路系统由深度可达200米的聚乙烯管环路组成，这些环路放在直径100至150mm的垂直管孔中形成与土壤进行热交换。环路分两种系统类型：并