1、地源热泵中央空调系统室外地埋管工程施工工法菏建集团工业设备安装公司李志恒 王萌1.前言地源热泵系统是利用浅层土壤能量（岩土体、地下水或地表水）进行冷热交换，冬季把土壤中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时岩土体、地下水或地表水为“ 热源”；夏季把室内热量“取” 出来，释放到岩土体、地下水或地表水中，此时岩土体、地下水或地表水为“ 冷源”（如下图所示）。图一（地源热泵系统工作原理示意图）地源热泵系统由地源热泵机组、地埋管换热设备、水力模块、热水蓄水箱、室内机、地板采暖设备和生活热水设备等组成的一种新型空调型式。系 统通过地埋管换热设备与土壤冷热交换，并将交换后的水通过循环水泵分别输送到室内机供冷
2、供热、地板采暖和热水蓄水箱中供给生活热水（如下图所示）。图二（地源热泵中央空调系统组成示意图）地源热泵中央空调系统室外地埋管工程由于其技术上的优势，推广这种技术有明显的节能、环保、经济效益。特别是近年来菏泽市政府大力推广绿色环保、低能耗建筑，菏泽中高档小区陆续引进和采用地源热泵中央空调系统，安装公司技术科故将地源热泵室外地埋管施工工艺结合工程实例整理成施工工法，以便今后同类工程借鉴、应用。2、工法特点：2.1 室外地埋管工程开机钻井的过程基本上都是用自动化程度较高的机械设备进行施工，杜绝了大量人力、物力的浪费，节约了施工成本；并且可以用高科技检测仪器对施工过程中的数据进行实时检测、分析、反馈，
3、指 导施工，确保施工安全、高效；施工过程快速、准确、经济、 实用。2.2 室外地埋管工程施工过程中产生的建筑垃圾少、施工噪音小，对周边建筑、 设施、 环 境破坏程度极低；节能、环保，完全满足有关部门关于安全文明工地的要求。2.3 双 U 型 PE 管下井前已预制制作完毕，下管过程施工简单、方便快捷。本工程管材采用 PE 管，管材 连接技术可靠。3、适用范围菏泽市位于黄河下游冲积平原中部，以陆相沉积为主。本区域的工程地质条件是稳定的，是良好的建筑物拟建场地。本工法完全适应菏泽地区的所有地质，如果没有勘探、设计、业主单位的特殊要求，均可据此施工。4、工艺原理首先根据设计要求，在地埋管换热器施工之前
4、，应对现场情况、地质资料进行准确详实的勘察与调研分析等施工前的准备工作后，再根据有关设计图纸进行测量放线确定井位，钻机安装到位后用泥浆以高压通过钻机钻孔，泥浆上升溢出流到井外的泥浆溜槽,经过沉淀池净化，泥浆 再循环使用，井孔壁靠泥浆保护。在成孔后及时进行下管作业，回填要用图纸要求的回填材料进行，连接水平埋管及压力试验，待管道冲洗完成后，地埋管系统施工完成。5、施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程地源热泵空调地埋管系统施工是在基础开挖之前，通过钻井将双 U 形垂直地埋管置于地下;基础开挖后，根据管井定位位置找到已施工完的垂直地埋管并进行二次试压，试压合格后，开挖水平地埋管沟槽; 将水平地埋
5、管与垂直地埋管连接形成环 路系统，并引至基础外，环路系统试压合格后，开始回填水平地埋管沟槽;然后基础外的环路集管与分集水器连接，试压合格后，分集水器管连接至空调冷热源机房，形成冷热源交换的地埋管系统（如下图三所示：地源热泵地埋管工程安装示意图）。图三（地源热泵空调地埋管工程安装示意图）施工工艺流程具体如下:施工前的准备工作（测量放线及管孔定位）钻井施工垂直地埋管施工（垂直地埋管连接、垂直地埋管第一次压力试验、下管、垂直地埋管灌浆、 -垂直地埋管成品保护）垂直地埋管第二次 压力试验水平地埋管沟槽施工水平地埋管相互连接后和垂直地埋管热熔连接形成环路系统并进行系统水压试验水平沟槽回填、夯实施工环路集
6、管与分集水器连接及水压试验整个地源热泵室外地埋管连接形成系统及水压试验地埋管系统调试及试运行制作竣工图、影像资料存档。5.2 操作要点5.2.1、测量放线及管孔定位：（1）清理地面后即可对钻井孔位进行放线，事先将地埋管系统在设计图上对钻孔的纵横向逐一进行排列序号。（2）参照现场建筑基准点和已有建筑物作为参照物，经测量放线，并逐一在场地上标明和确定钻孔位置。按照施工图纸标定的钻孔位置，在每个钻孔中心点用竹、木桩作标记，并经校核确认钻孔位置。（3）如发现埋管部位下有地下管线或构筑物时，允许稍有偏差，可适当调整局部钻孔位置，并及时更正绘制最终钻孔定位图。然后根据垂直埋管平面布置图以及钻孔定位图，最终
7、确定钻孔及水平埋管沟槽的具体位置和埋管系统。现场钻孔定位图应报监理工程师和业主同意批准。（4）当调整局部钻孔位置的位移较大时，应及时向现场监理工程师和业主反应。5.2.2、钻井施工：根据现场地质选用硬质合金钻头，采用常规的正循环钻进方法钻孔。5.2.2、1 钻机安装落位（1） 以钻孔点定位塔架底盘，采用水平尺对盘底横向、纵向进行找平，水平度应0.5mm m。底盘定位后，安装塔架竖杆，利用铅锤和直尺测量塔架的垂直度，保证塔架竖杆垂直。（2） 安装钻机头、钻机提升装置和钻头充水（泥浆）等附属装置，对钻机及附属装置接电、接水管，对每台设备进行点试，确定转向。（3） 检查每台钻机的动力电缆线、照明线路
8、符合用电管理规范并绝缘是否良好。现场应设施工专用电源控制箱，并有专人看护。电源控制箱至钻机的电源线应架空敷设，不允许在地面随意拉扯，更不允许在水面或泥浆上摆放敷设。（4） 按要求在每台钻机旁挖好泥浆沟，并使其畅通排向泥浆池内。（5） 钻机移位或就位时，要保证钻机钻杆垂直度，防止钻孔的垂直偏差将已埋管道损坏。5.2.2、2 钻井工艺及原理（1）钻井方式本工程使用正循环回转钻井（2）正循环回转钻井工艺正循环回转钻井：在钻机驱动钻具回转钻井的同时，利用泥浆泵通过水龙头、钻杆内孔向孔底输送冲洗泥浆） ，冲洗孔底。携带岩屑的冲洗液沿钻管与孔壁之间的外环状空间上升，从孔口流向沉淀池，形成正循环冲洗泥浆循环
9、回钻井。初钻：先启动泥浆泵和转盘，使之空转一段时间，待泥浆输井一定数量后，方可开始钻井。接、卸钻杆的动作要迅速、安全、争取在尽快的时间内完成，以免停钻时间过长，增加孔底泥浆沉淀。5.2.2、3、钻井施工（1）在确定要钻孔排孔之间挖泥浆池，位置在埋地管挖沟方向两孔之间，用作钻机在施工中水循环载体不至于流到其他地方，保证施工场地的整洁。（2）钻孔前应根据施工图对现场布置线确定钻孔位置，确保钻孔点误差合理，并对钻孔场地进行平整。（3）开钻前必须从头到尾检查一遍设备的完好情况。检查内容包括：确定转向无误、重新校核塔架底盘、竖杆的水平和垂直度。经确认无任何异常时方可开钻。（4）在钻孔过程中，根据地下地质
10、情况、地下管线敷设情况，适当调整钻孔的深度、个数及位置，以满足设计要求，降低钻孔、下管及封井的难度。（5）钻孔过程中随时检查钻孔位置，确保管孔位置的正确性和钻孔的铅垂度。如发现偏差超过标准要求应及时纠正重新进行定位或调整钻机垂直偏差。（6）钻孔过程中产生的泥浆应集中堆放或组织排放，在钻孔完成后及时处理干净。（7）在钻孔的过程中为避免管孔塌方，在钻孔过程中灌入泥浆对打孔孔壁的进行泥浆凝固护壁。如在打孔即将完成时发生塌方造成打孔深度不够，应灌入浓度较大泥浆再行钻孔。（8）钻孔完毕后，应尽快将地埋管放入管孔内，水压试验合格后将垂直埋管高于地面将管口封死并做标记，避免地埋管堵塞。（9）每钻完一管孔后检
11、查管孔深度和管孔质量。隐蔽工程记录报项目监理验收。5.2.2、4、钻孔质量保证措施（1）钻井设备安装之后，各机长必须进行安全检查，确认安装合格后，方可开钻。（2）合理选用钻进方法、钻具、钻进技术参数及工艺。（3）严格按钻探规程进行作业，合理掌握进尺长度。（4）在施工过程中，按一定的钻孔深度，校正钻机。（5）钻机应准确对位，对位误差小于 5.0cm。（6）调平钻机，用垂直吊线法检查其主轴的垂直度，使其垂直度误差0.5L。（7）孔径要求：施工前和施工过程中，经常检查钻头直径，确保不小于 130mm。确保钻头直径达到设计桩径要求。（8）钻井过程中，钻孔直径和竖直度符合要求。（9）根据国家地质勘探规范
12、要求，发现钻孔垂直度的偏差超过标准要求时应及时纠正重新进行定位或调整钻机底盘，校正塔架及塔杆的垂直度。（10）记录员须使用蓝黑钢笔或碳素黑色笔、字迹工整填写好现场记录，并保证记录情况准确、真实。钻孔达到设计孔深后及钻孔数量达到设计要求，及时报请有关人员验收。（11）施工过程中的质量保证，还应做到：钻井设备安装完毕，机长必须进行安全检查；竖立和拆卸钻架时，必须在机长的统一指挥下进行；严格按照钻探规程和钻探安全制度进行操作，做到安全施工。5.2.3、垂直地埋管施工：垂直地埋管长度超长，下管困难，下管过程中地埋管质量难以保证。下管有两个问题必须注意: 施钻完毕钻孔内有大量积水，水的浮力将使下管有一定
13、的困难，下管时容易造成管损坏。由于钻孔中的泥沙沉积，设计钻孔深度和实际深度可能不一致而影响 U 形管的安装。5.2.3、1、垂直地埋管 试验与冲洗（1）根据工程实际情况和地埋管水系统设计文件规定的试验压力做试验，不得以气压代替水压试验（依据地源热泵系统工程规范GB50366-2009）。（2）垂直地埋管按照设计要求和设计规定的埋管长度成捆（卷）供应到现场后，须对地埋管进行水冲洗和水压试验。（3）垂直地埋管管道压力试验合格后急需保持压力 1h，地埋管管两端应进行密闭处理，以防止杂物进入管内。（4）压力试验合格后应对每组地埋管进行分组编号，并在其管端作好标识，以便识别。5.2.3、2、垂直埋管下管
14、方法经验表明，垂直地埋管施工中应注意以下两点：其一，钻井施工完毕后，钻孔内会存有大量积水，使下管困难。其二，由于钻孔中的泥沙沉积，设计钻 孔深度和实际钻孔深度不一致将影响 U 形管的安装。故垂直地埋管下管施工采取人工、机械下管相配合，利用回转钻机钻杆逐步顶进的方法，以用来克服水的浮力并以此加快下管的速度。5.2.3、3、下管注意事 项（1）钻井完成且孔壁固化后，应立即把 U 形管 换热器安装到竖井中。（2）U 形管内应充满水并保持压力，在下管过 程中随时检查管组严密性和渗漏情况。5.2.3、4、下管施工技 术（1）垂直地埋管采用人工和机械下管相配合的方法。（2）当一个井孔已钻好且孔壁固化后，应
15、立即下管。因为钻好的井孔搁置时间不宜过长，否则有可能出现管孔局部堵塞的现象，井孔底部泥浆发生沉淀导致下管的困难。（3）下管施工过程速度要保持匀速，以防止下管过程中损坏 PE 管；如果下管过程中遇到障碍物或者不顺畅等现象，应暂停下管，及时查明原因，待查明原因并把问题处理到位后方可继续下管施工。（4）下管施工过程中时必须有相关措施以保证 PE 管不会发生扭曲、变形等现象。（5）垂直 U 形管下管施工到位后，应及时提起下管用机械 钻杆；提杆过程中应密切观察和防止 U 形管上浮，如发现 上浮应立即采取措施使其固定，确保一次性下管到位。（6）垂直 U 形管安装完毕后，及时对管道安装的 压力表校验，合格后灌浆回填封孔。5.2.4、垂直地埋管管井回填
