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[摘要]地下换热器是地源热泵系统中的关键技术之一，本文以工程实例介绍了换热器在施工中的控制要点，对类似工程有较好的参考价值。
[关键词]地源热泵；换热器；试压；注浆
[中图分类号]TU712.3 [文献标识码]A [文章编号]1727-5123(2011)03-042-02
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源，即可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低温位能源向高温位转移。通常地源热泵消耗1 KW的能量用户可得到4KW以上的热能或冷能，比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节约二分之一的能量，其运行费用为普通中央空调的50～60％。由于地源热泵空调系统的高效、节能、环保，有利于可持续发展的特点，在工程建设中将得到越来越多的应用。地下换热器是地源热泵系统中的关键技术之一，其施工质量的好坏将直接影响到整个系统的运行。
本工程位于南京市后宰门地区，由一层中心地下室和上部5幢8层剪力墙结构的精装修住宅和及一幢3层框架结构物管附属用房组成，总建筑面积31274m2，地下室建筑面积91 00m2。工程地源热泵空调系统为恒温恒湿，空调覆盖面积为3万m2。温度为夏季26℃、冬季供暖温度为20℃，空调由4台地源热泵机组提供。由于本工程占地面积只有1.5万平米，因此地源热泵系统采用垂直埋管换热，全部布置在地下车库基础底板之下，共计钻换热孔283个，换热孔间距5m，与工程桩的间距不小于1m。孔径为110mm，孔深107～127m，有效管长有105、120两种规格。换热管规格为外径DN32的AU型PEl00高密度聚乙烯管，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(基坑开挖深度6.8m)。垂直换热管通过水平联络管汇集到检查井内的集水器，各个集水器通过管道汇集。最终进入机房内与热泵机组相连。如图1所示
1 钻孔施工
1.1 钻井施工采用的钻孔设备为GXY-1型和QD-70潜孔锤钻机配合成孔。土层及砾石层(地下0～45m)用GXY-1钻机引孔，钻孔直径为≥Ф180 mm。钻至强风化后设ФN+168无缝钢套管(壁厚7mm，岩层用潜孔锤钻机施工，潜孔锤钻井速度为20米／小时，每个井的完成时间在5-6／小时。本工程共投入5台GXY-1型钻机，其中3台为钻孔钻机，2台为专用注浆钻机，2台潜孔锤钻机。
1.2 成孔质量控制：①为保证桩孔垂直度小于1％，施工中首先要使铺设的路基水平、坚实，并在钻机上设置导向，成孔时钻机定位应准确、水平、稳固，钻机回转盘中心与护筒中心的允许偏差应不大20mm，水平定位偏差为0.1m；②加强技术交底，施工作业人员必须熟练掌握各土层的特性，合理调整钻进参数，并在地层变层时要轻压、慢钻、小泵量，进入新地层1m以上后，方可采用正常参数钻进；⑧在施工淤泥质、粉细砂、细砂、卵砾石层是采用粘度、比重较大的泥浆进行护壁，泥浆比重提高至1.2～1.3左右，确保泥浆对孔壁的稳定作用；④缩短成孔与下钢套管之间的时间间隔，确保泥皮护壁功能尚未耗尽前下管完成；⑤合理控制套管埋深，由于本工程地质情况复杂(砾石层较厚，且岩层为泥岩，属极软岩，遇水极易软化)，必须保证钢套管埋入强风化泥岩不少于1m。有效封闭地下水进入，防止潜孔锤施工时造成坍孔、串孔。⑥潜孔锤施工时，空压机压力较大，为减少粉尘飞扬，采用喷淋、遮挡等措施做好降尘工作，避免污染周围环境。
2 U型管成管加工制作
2.1 U型管成管加工及试压场地。以木板架空搭设长×宽为：132x1.5m的专用成管焊接、试压区，以保护加工后的成管，防止在加工时损伤管壁，避免在阳光下直接照射，以防发生热变形，造成试验时降压的假象(室外温度低于0°时，不宜进行埋管施工，确需施工时，打压试验工作应安排在正午时分，以保证PE管不会被冻硬，管内水体不会结冰)。管材必须有材料合格证明文件，并按规范要求见证送检。
2.2 盘管拉直。为保证长度，进场的原料管是整卷的订制管路(依据设计埋管要求及考虑施工预留加长1m)，所以需要将卷管拉直，拉直时，将4卷原料管并排，先后将4跟盘管拉直并拢；为利于相邻管道保持一定间距。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。
2.3 U型接头管焊接。本工程采用在厂家定制的双U型管头，出厂前就已经做好压力试验，减少现场焊接次数。接头与原料管采用热熔的方法进行焊接。焊接工序完成后，检查焊接处焊瘤形状是否均匀和有无脏污。焊接深度及焊接时间要求如下表：
2.4 U型管试压。①焊接好的U型接头达到固结时间后，才能进行试压，竖直地埋管换热器插入钻孔前，应做第一次水压试验，试验压力为1.6MPa；将每一组焊接后的U型管路缓慢注水，排尽管道内空气；加压泵缓慢升压，升压时间不得小于10分钟；升压至试验压力，稳压至少15分钟，稳压后压力降不大于3％，且无泄漏现象，视为合格。②基坑内地源井在人工清挖到规定井口标高后，即对每一组U型管路进行第二次水压试验，试验压力0.7MPa，在试验压力下，稳压1小时，稳压后压力降不应大于3％，且无泄漏现象，视为合格。(试验压力以最低点压力为准，最低点的压力不得超过管道与组成件的承受压力，竖直地埋管最低点压力=最下端管道的重力作用静压+水泵扬程／2，考虑工程安全性，不考虑地下水或竖井灌浆引起的静压抵消情况，水泵扬程按经验值估算取40m；例如，地源井管底高程为一134米的竖直地埋管最低点压力为：P=120+20=140m，即竖直地埋管系统工作压力约1.4MPa；按照《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005规定该系统水压试验压力=1.4+0.5=1.9MPa，但是最下端管道的重力作用静压，约1.3MPa，因此在基坑开挖后的水压试验压力要考虑这部分静压，故水压试验压力=1.9-1.2=0.7MPa)。⑧不得以气压试验代替水压试验。
3 竖埋管施工
3.1 试压合格的U型管内注满水，并保持一定的压力，以便减少沉管过程中的浮力，避免下管过程中管材受损。
3.2 竖管加压后将其密封，必须在有压状态下插入钻孔，完成灌浆后保压1小时。
3.3 下管时，将U型管头用反Y型卡具固定在钻杆端头，用钻杆慢慢将其推入孔内；掌握好下管速度，不能过快或过慢，保证平稳下管。下管过程中若遇卡钻情况，应具体分析现场原因。切不可施加外力强行下管，以免对管材造成物理损伤，使管材、从而使该地源井报废。
3.4 PE管下到设计位置后，立即进行下管后试压。在试压压力下，稳压至少15分钟，稳压后压力降不应大于3％，且无渗漏现象。如有漏压现象则重新更换PE管。
4 封孔注浆浆施工
4.1 放好U型竖埋管后，马上采用膨润土和水泥及黄砂的混合物灌浆回填，严格按设计要求配制回灌料(5％水泥，5％膨润土，90％黄沙)待其硬化起到固定竖埋管、封堵地下水的目的。4.2灌浆采用专用设备(注浆泵)，通过在钻杆的灌浆管进行。灌浆前，宜先上拔钻杆3～5m，使钻杆与U型管分离，以免灌浆后再拔杆时使U型管受到损伤。
4.3 根据灌浆速度，上拔注浆管，确保注浆质量。
4.4 在浆液涌出地面后停止灌浆，拔出灌浆管，并固定管口。
4.5 垫层至钻孔地表面，采用100％黄沙回填，且在管尾设置白色PVC管。以此作为与土壤层中原土的区分标识，以便在开挖后能迅速寻找并重新定位地源井位，及时做好保护措施。4.6在浆液膨胀终凝前(24小时左右)，采用钻神／ZSB60T拔管机项拔钢套管，严禁带起PE管。
5 土方开挖过程中的地源井保护措施
5.1 根据挖土的进程，及时安排人员跟进观察地源井情况，在土方开挖高程接近地源井-7m高程2m范围时，现场每台挖机都派人跟踪保护，做到机响人在，配合好土方开挖，当继续下挖过程中，发现地源管路管头浮现时，挖机应立即停止开挖，采用人工清挖的方式，对已露出的地源管路管头实施保护处理。
5.2 在基坑土方开挖阶段，如果出现有渗水现象，立即采取沿渗水口注入水溶性聚氨酯堵漏材料方法堵漏，以确保封堵承压水。
参考文献
1 郑秀华等.地源热泵技术应用及施工方法的研究
2 李元旦等.土壤源热泵的国内外研究和应用现状及展望
3 庄迎春等.地源热泵地下直埋式换热器的施工
[关键词]地源热泵；换热器；试压；注浆
[中图分类号]TU712.3 [文献标识码]A [文章编号]1727-5123(2011)03-042-02
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源，即可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低温位能源向高温位转移。通常地源热泵消耗1 KW的能量用户可得到4KW以上的热能或冷能，比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节约二分之一的能量，其运行费用为普通中央空调的50～60％。由于地源热泵空调系统的高效、节能、环保，有利于可持续发展的特点，在工程建设中将得到越来越多的应用。地下换热器是地源热泵系统中的关键技术之一，其施工质量的好坏将直接影响到整个系统的运行。
本工程位于南京市后宰门地区，由一层中心地下室和上部5幢8层剪力墙结构的精装修住宅和及一幢3层框架结构物管附属用房组成，总建筑面积31274m2，地下室建筑面积91 00m2。工程地源热泵空调系统为恒温恒湿，空调覆盖面积为3万m2。温度为夏季26℃、冬季供暖温度为20℃，空调由4台地源热泵机组提供。由于本工程占地面积只有1.5万平米，因此地源热泵系统采用垂直埋管换热，全部布置在地下车库基础底板之下，共计钻换热孔283个，换热孔间距5m，与工程桩的间距不小于1m。孔径为110mm，孔深107～127m，有效管长有105、120两种规格。换热管规格为外径DN32的AU型PEl00高密度聚乙烯管，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(基坑开挖深度6.8m)。垂直换热管通过水平联络管汇集到检查井内的集水器，各个集水器通过管道汇集。最终进入机房内与热泵机组相连。如图1所示
1 钻孔施工
1.1 钻井施工采用的钻孔设备为GXY-1型和QD-70潜孔锤钻机配合成孔。土层及砾石层(地下0～45m)用GXY-1钻机引孔，钻孔直径为≥Ф180 mm。钻至强风化后设ФN+168无缝钢套管(壁厚7mm，岩层用潜孔锤钻机施工，潜孔锤钻井速度为20米／小时，每个井的完成时间在5-6／小时。本工程共投入5台GXY-1型钻机，其中3台为钻孔钻机，2台为专用注浆钻机，2台潜孔锤钻机。
1.2 成孔质量控制：①为保证桩孔垂直度小于1％，施工中首先要使铺设的路基水平、坚实，并在钻机上设置导向，成孔时钻机定位应准确、水平、稳固，钻机回转盘中心与护筒中心的允许偏差应不大20mm，水平定位偏差为0.1m；②加强技术交底，施工作业人员必须熟练掌握各土层的特性，合理调整钻进参数，并在地层变层时要轻压、慢钻、小泵量，进入新地层1m以上后，方可采用正常参数钻进；⑧在施工淤泥质、粉细砂、细砂、卵砾石层是采用粘度、比重较大的泥浆进行护壁，泥浆比重提高至1.2～1.3左右，确保泥浆对孔壁的稳定作用；④缩短成孔与下钢套管之间的时间间隔，确保泥皮护壁功能尚未耗尽前下管完成；⑤合理控制套管埋深，由于本工程地质情况复杂(砾石层较厚，且岩层为泥岩，属极软岩，遇水极易软化)，必须保证钢套管埋入强风化泥岩不少于1m。有效封闭地下水进入，防止潜孔锤施工时造成坍孔、串孔。⑥潜孔锤施工时，空压机压力较大，为减少粉尘飞扬，采用喷淋、遮挡等措施做好降尘工作，避免污染周围环境。
2 U型管成管加工制作
2.1 U型管成管加工及试压场地。以木板架空搭设长×宽为：132x1.5m的专用成管焊接、试压区，以保护加工后的成管，防止在加工时损伤管壁，避免在阳光下直接照射，以防发生热变形，造成试验时降压的假象(室外温度低于0°时，不宜进行埋管施工，确需施工时，打压试验工作应安排在正午时分，以保证PE管不会被冻硬，管内水体不会结冰)。管材必须有材料合格证明文件，并按规范要求见证送检。
2.2 盘管拉直。为保证长度，进场的原料管是整卷的订制管路(依据设计埋管要求及考虑施工预留加长1m)，所以需要将卷管拉直，拉直时，将4卷原料管并排，先后将4跟盘管拉直并拢；为利于相邻管道保持一定间距。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。
2.3 U型接头管焊接。本工程采用在厂家定制的双U型管头，出厂前就已经做好压力试验，减少现场焊接次数。接头与原料管采用热熔的方法进行焊接。焊接工序完成后，检查焊接处焊瘤形状是否均匀和有无脏污。焊接深度及焊接时间要求如下表：
2.4 U型管试压。①焊接好的U型接头达到固结时间后，才能进行试压，竖直地埋管换热器插入钻孔前，应做第一次水压试验，试验压力为1.6MPa；将每一组焊接后的U型管路缓慢注水，排尽管道内空气；加压泵缓慢升压，升压时间不得小于10分钟；升压至试验压力，稳压至少15分钟，稳压后压力降不大于3％，且无泄漏现象，视为合格。②基坑内地源井在人工清挖到规定井口标高后，即对每一组U型管路进行第二次水压试验，试验压力0.7MPa，在试验压力下，稳压1小时，稳压后压力降不应大于3％，且无泄漏现象，视为合格。(试验压力以最低点压力为准，最低点的压力不得超过管道与组成件的承受压力，竖直地埋管最低点压力=最下端管道的重力作用静压+水泵扬程／2，考虑工程安全性，不考虑地下水或竖井灌浆引起的静压抵消情况，水泵扬程按经验值估算取40m；例如，地源井管底高程为一134米的竖直地埋管最低点压力为：P=120+20=140m，即竖直地埋管系统工作压力约1.4MPa；按照《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005规定该系统水压试验压力=1.4+0.5=1.9MPa，但是最下端管道的重力作用静压，约1.3MPa，因此在基坑开挖后的水压试验压力要考虑这部分静压，故水压试验压力=1.9-1.2=0.7MPa)。⑧不得以气压试验代替水压试验。
3 竖埋管施工
3.1 试压合格的U型管内注满水，并保持一定的压力，以便减少沉管过程中的浮力，避免下管过程中管材受损。
3.2 竖管加压后将其密封，必须在有压状态下插入钻孔，完成灌浆后保压1小时。
3.3 下管时，将U型管头用反Y型卡具固定在钻杆端头，用钻杆慢慢将其推入孔内；掌握好下管速度，不能过快或过慢，保证平稳下管。下管过程中若遇卡钻情况，应具体分析现场原因。切不可施加外力强行下管，以免对管材造成物理损伤，使管材、从而使该地源井报废。
3.4 PE管下到设计位置后，立即进行下管后试压。在试压压力下，稳压至少15分钟，稳压后压力降不应大于3％，且无渗漏现象。如有漏压现象则重新更换PE管。
4 封孔注浆浆施工
4.1 放好U型竖埋管后，马上采用膨润土和水泥及黄砂的混合物灌浆回填，严格按设计要求配制回灌料(5％水泥，5％膨润土，90％黄沙)待其硬化起到固定竖埋管、封堵地下水的目的。4.2灌浆采用专用设备(注浆泵)，通过在钻杆的灌浆管进行。灌浆前，宜先上拔钻杆3～5m，使钻杆与U型管分离，以免灌浆后再拔杆时使U型管受到损伤。
4.3 根据灌浆速度，上拔注浆管，确保注浆质量。
4.4 在浆液涌出地面后停止灌浆，拔出灌浆管，并固定管口。
4.5 垫层至钻孔地表面，采用100％黄沙回填，且在管尾设置白色PVC管。以此作为与土壤层中原土的区分标识，以便在开挖后能迅速寻找并重新定位地源井位，及时做好保护措施。4.6在浆液膨胀终凝前(24小时左右)，采用钻神／ZSB60T拔管机项拔钢套管，严禁带起PE管。
5 土方开挖过程中的地源井保护措施
5.1 根据挖土的进程，及时安排人员跟进观察地源井情况，在土方开挖高程接近地源井-7m高程2m范围时，现场每台挖机都派人跟踪保护，做到机响人在，配合好土方开挖，当继续下挖过程中，发现地源管路管头浮现时，挖机应立即停止开挖，采用人工清挖的方式，对已露出的地源管路管头实施保护处理。
5.2 在基坑土方开挖阶段，如果出现有渗水现象，立即采取沿渗水口注入水溶性聚氨酯堵漏材料方法堵漏，以确保封堵承压水。
参考文献
1 郑秀华等.地源热泵技术应用及施工方法的研究
2 李元旦等.土壤源热泵的国内外研究和应用现状及展望
3 庄迎春等.地源热泵地下直埋式换热器的施工