地源熱泵埋地管存在問題及預防措施

地大熱能地源熱泵系統：地源熱泵埋地管存在問題及預防措施 地源熱泵系統工程分為三個：即埋地管換熱系統、地表水換熱系統和地下水換熱系統。地源熱泵埋地管施工工藝流程有兩種方法：一種施工工藝流程是先把基坑開挖完成后，再進行垂直埋地管施工，然后再水平管施工；另一種施工工藝流程是先垂直埋地管施工完成后，再進行把基坑開挖，然后再水平管施工。

這兩種施工工藝優缺點：前一種施工工期較長，基坑暴露時間長，垂直井鉆孔深度比后一種較短，垂直外露管不宜被破壞。后一種施工工期較短，基坑暴露時間短，垂直井鉆孔深度比前一種工藝較長，基坑開挖垂直埋地管容易被破壞。現在目前大多數采用先垂直埋地管施工、后進行基坑開挖工藝方法。

地源熱泵埋地管存在的問題

地源熱泵埋地管存在的問題有多種因素所導致的。其中，（4M1E）即人、料、機、法、環是主要的五大因素。孔位、孔徑、孔深、孔斜、回填料、施工工藝地源熱泵地埋豎管施工的重要關鍵參數。

豎直埋地管孔井位存在偏差問題

1）豎孔井放線定位前，專業技術人員和定位放線人員對施工圖紙及周邊環境不熟悉、不了解導致定位放線偏移。

2）放線人員責任心不強，放線定位測量時沒有根據定位坐標尺寸測量放線，而是一個緊挨著一個向一個方向測量定位，使后面的井位偏移。

3）由于換熱器豎直地埋管點位圖與建筑物基礎承臺有沖突，鉆井施工人員為了方便，隨意改變位置導致井位偏移。

豎直埋地管孔徑存在問題

換熱器豎井孔徑尺寸在施工中是最基本的要求，如果孔徑偏小了不但影響埋地換熱器垂直下管困難導致埋地換熱器損壞或將無法下管，就算不影響埋地管換熱器下管，就會影響豎井回填灌漿不密實，導致豎井出現涌水、涌砂現象。影響孔徑尺寸有以下幾個方面：

1）沒有根據地層條件、孔徑及孔深等選擇合理的鉆孔設備機械和施工工藝；

2）在鉆孔機鉆孔施工當由于地層內的土質有很多不一樣的，垂直井鉆進過程中如果遇到易塌方的地層，護壁泥漿就要根據塌方實際情況對泥漿的粘密、度度要適當加大一點；

3）垂直鉆孔完畢并清孔完成后，由于材料貨源缺少沒有來得及及時下管，導致縮徑。

豎直埋地管孔垂直度存在問題

換熱器豎井孔的鉆孔垂直度好壞，直接影響埋地換熱器下管順利與否，最為嚴重的是豎井孔傾斜率超過極限值，鉆孔機鉆頭在鉆進過程中會危及到周邊已經埋設好的地埋換熱器管道，使管道導致破壞而報廢。這樣會使導致空調制冷、制熱能效降低。

1）選配的鉆孔機械配備鉆桿數量不足，導致鉆孔深度不夠。

2）鉆孔完成后，鉆孔雖然深度達到了設計要求，但施工作業人員沒有按照規范要求進行清孔，使孔井內泥漿、碎石沉淀在孔井底內，導致井孔深度不夠。

3）由于地層條件原因，在鉆進時護壁泥漿密度和粘度配比不合理，引起孔壁塌方造成井孔深度不足。

4）本身埋地換熱器管長度不夠或下管時沒有下到設計標高，導致井孔深度不夠。

豎直埋地管孔回填存在問題

換熱器豎井孔回填料主要位于換熱器管和鉆孔井壁之間，主要用于周圍的巖土和換熱器的換熱，并且能夠防止豎井內的水通過豎井向上涌出和地表面的水通過豎井向下滲透到迪內，并且回填料的導熱系數也是影響換熱孔孔里面的熱阻重要的因數。因此，換熱孔回填質量保證是有重要意義的。換熱孔回填存在問題主要有以下幾點：

1）回填泥漿原材料采用不合格的材料（如：采用不合格的水泥、膨潤土，黃砂采用海砂等）；

2）回填泥漿料的配合比導熱系數沒有根據當地地層巖土的導熱系數進行做配合比或者回填泥漿料（黃砂：膨潤土：水泥）配合比制作隨意性；

3）回填泥漿料沒做配合比，也沒做試塊，僅靠以往的經驗來拌制泥漿作回填料，導致回填料導熱系數不滿足要求；

4）換熱器豎井孔回填注漿不密實或不連續性，導致豎井孔滲漏，使導熱系數不達標；

5）注漿設備選型不匹配或注漿沒有達到設計標高要求。也會導致導熱系數不達標。

豎直埋地管換熱器存在的問題

豎直埋地管換熱器管及管件均埋于在土層當中，因為土內有很多有機生物，時間長了就會慢慢地把豎直埋地管換熱器管及管件腐蝕壞，為了能夠讓豎直埋地管換熱器管耐久性時間長一點，那我們就要采用耐腐蝕強、穩定性好的材料。地源熱泵換熱器管內通常是干凈的水為換熱介質，所以換熱器管要有一定的壓力強度和剛度。換熱器豎直埋管一般存在以下幾點問題：

1）豎直埋地管換熱器型號不符合設計及規范要求，壁厚厚度偏薄、耐壓強度不夠，抗腐蝕不強；

2）豎直埋地管換熱器的彎管未采用U型的彎頭，而是采用直段管道煨制而成的。且管道長度采用接頭拼接制成的；

3）管道在熱熔連接的時候由于加溫時間短或承插時沒有插到或采用電熔連接由于電壓調的太低或時間控制不準確等情況導致接頭質量不合格；

4）換熱器管未做強度壓力試驗，或未按規定要求在保壓中進行下管作業，導致受豎井壁或其他外力擠壓引起換熱器管管壁變形；

5）下管過程中，由于施工作業人員操作不當導致換熱器U型支管移位靠近在一起，加重兩支管間的熱影響。

環路集管安裝存在的問題

環路集管作用主要是把豎直換熱器管按區域匯集在一根管道上，然后水平方向延伸到建筑基坑外，在引致觀窗井內的分集水器上，形成一個循環回路。環路集管存在的問題原因有：

1）溝槽開挖時，沒有根據地下水深度和表層土的性質來確定溝槽開挖方案，導致溝槽坑壁塌方；

2）管道安裝時，管道與溝槽底部間鋪設細沙偏少或未鋪設，導致降低熱能量；

3）供水、回水環路集管與換熱管環路數不相等，導致水力不平衡。供水、回水兩環路集管安裝間距偏小，導致回、供水管之間的熱傳遞增大；

4）環路集水管與管件相連接的型號不同，導致水管強度降低；

5）管溝回填時，采用含有石塊或雜物等土回填導致集水管破裂損傷等。

地源熱泵埋地管的預防措施

由于地源熱泵系統土壤源換熱器均埋于建筑物基礎底板下方或綠化、道路地下內，純屬于隱蔽工程，如果一旦出現了問題就看不見摸不著，那就難以維修更換甚至無法維修更換。因此，為了更具體分析地源熱泵埋地管的預防措施，下面以參與的某科教研發大樓實踐案例為研究對象。

工程概況

某科教研發大樓地源熱泵總有效井數為370口、分為8個區、井距為4.2m*4.2m、井徑為150mm，有效埋設深度為110m。地埋管換熱器采用垂直鉆孔的方式、垂直埋地管群井均布置于建筑物地下室筏板底下方。垂直埋管型式采用雙U型De25管，室外地換熱器（包括U型理管及水平支管）采用聚乙烯管PE100 (SDR11），承壓為1.0MPa。室外地熱換熱器采用HDPE復合管（PE100），承壓1.0MPa；供回水水平環路集管相距600mm，各管由各自的水平連接管引至分、集水器。所有水平管均采用同程布置。另設有地溫監測井3口。

具體預防措施分析

做好施工前的準備工作

項目部組建進場后應盡快組織人員熟悉圖紙了解工地現場情況，并做好安全、技術交底工作；豎直埋地管井定位放線前，應與基礎樁位布置圖核查對比是否有互相沖突，及時對圖紙進行優化并經原設計單位確認。定位放線采用GPS和水準儀進行測量放基準點，并對豎直埋地管井位做好醒目標記。

優選鉆孔設備和施工工藝

豎直埋地管孔鉆探施工根據地層條件、孔徑及孔深等選擇合理的鉆孔設備機械和施工工藝。根據本項目地勘報告及蘇州地區的特點，地源熱泵垂直鉆孔施工采用“正循環”鉆進方法進行鉆孔。施工場地在鉆探設備進場前應先對施工場地進行平整，要保證鉆探設備放置施工場地平穩。能保證鉆探成孔率施工中應注意以下要點。

1）起始管孔沖洗液宜采用泥漿進行鉆進，垂直孔剛剛開始鉆孔時先要慢慢地輕壓和慢慢轉并要把泵量控制好，當垂直鉆孔機鉆孔進入正常鉆進的狀態工作下，然后再慢慢地逐漸加大鉆孔機的轉速和鉆孔機鉆壓力。

2）鉆進在正常的情況過程中，鉆孔機的鉆進速度、鉆孔機鉆進參數應合理控制好的同時，還應嚴格控制排碴的質量。操作過程中對起重滑輪組鋼繩和水龍帶的松緊度也一定要掌握好，避免減少晃動影響成孔質量。

3）在鉆孔機鉆孔施工當由于地層內的土質有很多不一樣的，垂直井鉆進過程中如果遇到易塌方的地層，護壁泥漿就要根據塌方實際情況對泥漿的粘密、度度進行加大，防止塌孔確保成孔一次成型。

4）在加接鉆桿時，應先要提高鉆孔的鉆頭，鉆頭離孔底的距離要大于20cm以上左右，再等泥漿循環3min時間后，然后再吧接頭擰卸下來再加接另一根鉆桿。

5）施工過程中鉆孔機如果鉆進遇到異常情況下，應立即叫現場施工人員關停鉆孔機械并派人馬上查找原因。原因找到后及時對查找出來的問題進行處理，處理完畢后才可以繼續鉆進。

6）鉆孔機鉆孔深度達到設計標高后，要對孔的深度用吊繩進行測量是否滿足設計要求深度，垂直孔的深度要比埋地換熱管有效深度深2m以上，確保垂直換熱管埋管下管時能滿足設計深度要求。

7）由于豎直埋地管孔相互間距較近，深度較深。因此，豎直埋地管孔鉆機鉆孔施工時，應合理布置機位及施工方向，一般是從環路集水管至窗井的方向進行施工，豎直埋地管孔的孔斜率必須保證在1.5%以內，鉆機鉆桿應確保垂直度，這樣才能確保豎直埋地管孔的傾斜度，而不會影響到周邊已經埋設好的地埋換熱器管道。

豎直埋地管換熱器下管及回填

1）豎直換熱器埋地管進場后在下管前要對豎直換熱器埋地管進行水壓試驗。試壓合格后將關內的壓力按照設計及規范要求降到一定的壓力值進行保壓。保壓時間要保到下管結束和環路集水管溝槽開挖結束為止，主要目的是：一是可以觀察管道下管時是否有損壞，如果下管時壓力下降表示管道可能已損壞，如果壓力沒有下降表示管道正常完好。另外可防止受豎井壁或其他外力擠壓引起換熱器管管壁變形。

2）下管前，鉆桿端頭上安裝個反卡器具然后將U型彎管頭卡在反卡器，再用鉆桿慢慢地向垂直孔內推入換熱器埋地管；下管過程中對管道下管速度一定要掌握好，不能過快也不能過慢，在連接鉆桿時要保證一個方向不能讓鉆桿旋轉，防止換熱器U型支管扭曲在一起，導致兩支管間的熱影響。

3）垂直埋地管下到設計深度位置后，要慢慢地拔起鉆桿（拔桿不宜過快），并進行注漿回填。

4）回填漿料的配合比導熱系數要根據當地地層巖土的導熱系數進行做配合比試塊。回填漿料要通過試驗測試導熱系數要大于等于原地層綜合導熱系數。

5）為保證埋地換熱器井孔內注漿能達到密實度和注漿的連續性，井孔回填注漿通過注漿泵空心鉆桿把攪拌好回填漿料注入到井內，確保注漿質量注漿時對注漿速度以及注漿管的長度要控制好。直到漿液從地面涌出后才可以停止對孔內進行不注漿并將灌漿管拔出，同時固定管口。注漿完成后，豎直埋地管內的壓力應不少于1h的時間保壓。

6）注漿要進行分次注漿，防止注漿導致垂直換熱器管上浮。第一次注漿高度為換熱器U型管底平，第二次注漿高度為換熱器總高度的0.5H處，第三次注漿高度為換熱器總高度的0.25H處，最后注漿至孔口位置平，待灌注完成后，采用人工將用黃砂回填對孔口進行封堵。

環路集水管及溝槽回填

1）溝槽開挖前應根據地下水深度和表層土的性質做好溝槽開挖方案。水平環路集水管管溝挖到溝底設計標高要預留出一定厚度的土層，預留部分的土層在管道敷設前根據圖紙設計標高安排人工進行人工開挖至設計標高，并做好保護措施，防止破壞豎直埋地管管頭。

2）管道安裝前，溝槽底部細沙必須要滿鋪并壓實，厚度要保證；供水水平環路集管和回水水平環路集管與垂直埋地換熱管環路數應要相等，保持水力平衡；供水、回水兩環路集管安裝間距偏小，導致兩管之間的熱傳遞增大。

3）管材和管件的級別、牌號要相等，管道熱熔承插深度必須要滿足廠家技術說明要求，承插要保證粘合度承口端部凸出的緣環要均勻。

4）管溝回填應用無磚塊、無雜物的原土回填，并分層壓實至設計標高。

埋地管水壓試驗與清洗

地源熱泵埋地管水壓試驗一般分四次試驗，第一次試驗是在豎直埋地管插入井孔前進行。第二次試驗時間是等每個區域的水平環路集管與每個區域的豎直埋地管連接環通后完成后進行對逐個區域的第二次水壓試驗，試壓過程中仔細檢查每個連接的接頭有無滲漏，如無滲漏在進行土方回填。第三次試驗時間是在等每個區域的環路集管匯集管與每個區域分集水器連接完成后進行對逐個區域的第三次水壓試，試驗結束合格后在進行土方回填，第四次試驗時間是在地源熱泵埋地管換熱系統安裝全部結束后，并且對每條管道沖洗結束后，再進行做地源熱泵埋地管換熱系統最后一次（第四次）水壓試驗壓力。第一次試驗壓力不小于10kg試驗壓力，穩壓不少于15min，穩壓的壓力降不得大于試驗壓力的百分之三十；第二、三、四次試驗壓力各不小于3kg，第二次試驗壓力穩壓時間不的小于0.5h，穩壓壓力降不得大于試驗壓力的30%，第三次試驗壓力穩壓不得小于120min，且沒有出現滲漏的現象為合格，第四次試驗壓力穩壓時間不得小于12h，穩壓壓力降不大于試驗壓力的30%，且不滲不漏為合格。

每個區域管道進行分段試壓合格結束后進行對地源熱泵埋地管換熱系統整條管道沖洗和消毒，沖洗管道水要用無雜質清潔的水。沖洗流速不小于1.0m/s，沖洗出來的水要與進水的清潔度相一致為合格。

結語

地源熱泵換熱器埋地管均施工于建筑物基礎底板下方和綠化、道路地下內，純屬于隱蔽工程。其施工具有一次性、不可逆行的特點。因此，在施工安裝過程中每一個環節都要進行質量控制，重點從地源熱泵埋地管施工過程存在的問題隱患入手，提出針對性的有效預防措施，確保埋地管換熱器最終的有效性能。