垂直地埋管地源热泵系统安装工程中常见问题分析 附竖直地埋管地源热泵施工中的若干问题探讨.docx

地源热泵系统是一种利用地下浅层的恒温地热资源，通过输入少量的高品位 能源，实现热能转移的高效节能的空调系统。阐述了垂直地埋管地源热泵空调系 统施工过程中一些常见问题，逐一进行分析并提出解决方法。地源热泵系统简介地源热泵的概念最早出现在1912年，在20世纪50年代就已在一些北欧国 家的供热中得到实际应用。国内外的学术著作中一般这样描述地源热泵的概念： 地源热泵是一种利用地下浅层的恒温地热资源（也称地能，包括地下水、土壤等）, 通过输入少量的高品位能源（如电能），实现热能转移的高效节能的空调系统。以 埋在地下的管路系统中的循环水作为载体，在冬季，流动水把地能中的热量输送 到建筑内供取暖；在夏季，流动水又把建筑内的热量释放到地层中去，使室内凉 爽。地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之 一以上的能量。由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，其能效比可达5.。左右, 与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的 50-60%o由于地源热泵属于可再生能源利用技术，属于经济有效的节能技术， 环境效益显著，维护费用低，一机多用，应用范围广。因此，近十几年来尤其是 近五年来，地源热泵空调系统在北美及中、北欧国家取得了较快的推广使用。在 提倡开发和使用环保新能源的今天，地源热泵在中国有着非常大的市场潜力。可 以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和制冷空调技术。根据地源热泵从地下吸收热量的方式不同（即低温热源的不同）可分为：开式 回路系统与闭式回路系统。开式系统的低温热源是直接利用水井、废弃的矿井的 水及抽取地下水。闭式系统是通过二次流体（水或以水为主要成分的防冻液）在封 闭地下埋管中的流动，将热量传送到地下或从地下吸收热量。由于我国很多地方地下水资源匮乏，抽取地下水的开式系统不适合我国国 情，而且地下水的回灌问题也比较难解决。因此，国内目前所致力研究开发的地 源热泵主要是闭式系统。闭式系统的地源热泵地下环路（即地热换热器）的埋管方 式多种多样。目前，国外普遍采用的有垂直埋管和水平埋管地热换热器两种基本 的配置形式。从我国的国情来看，垂直U型地埋管换热系统更值得推广。从安 装的角度，垂直U型地埋管热泵系统工程分三个部分，即地埋管换热系统安装、 空调管路及末端设备安装、中央空调主机和配套设备安装。一、地埋管换热系统安装常见问题分析1.1 地埋管管井深度未达到设计要求地埋管管井深度未到达设计要求，原因是因为钻孔施工在接近地表深处时施 工难度增加，施工队为节省施工费用，虚报管井深度。由此照成地埋管换热效率 达不到设计要求，直接影响到地源热泵中央空调系统的使用效果。应严格监督钻 孔深度及下管过程，委托管材厂家加注米标。1.2 地埋管管井孔径未达到设计要求地埋管管井孔径未达到设计要求，原因是钻孔施工队伍为加快施工进度、节 省时间、节省人工、节省回填材料而采取的偷工减料行为。由此造成下PE管时 PE管壁受伤，严重时可能造成PE管壁破裂、管井报废。应严格把好工序检验关、 监督好施工队伍。1.3 地埋管管井垂直度未达到设计要求地埋管管井垂直度未达到设计要求，原因是钻孔施工队伍在钻孔前调整钻机 底座平衡、钻孔四周地面夯实、钻杆垂直参照物选择等方面工作不认真造成。由 此可使管井下方倾斜，严重时甚至造成本管井与相邻管井相通，形成“串孔”，使 管井换热能力下降甚至管井报废。应夯实钻孔四周地面，调平钻机底座平衡，下 钻杆时找准垂直参照物。1.4 地埋管管材质量未达到设计要求地埋管管材质量未达到设计要求，原因是因为施工单位或PE管生产厂家为 节省材料成本、赚取更多利润而采取的以次充好、降低成本的方法。由此可使 PE管耐压能力下降，寿命减短。应严格把好管材质量检验关。1.5 地埋管U型接头焊接质量出现问题地埋管U型接头焊接质量出现问题，原因是因为施工单位焊接设备材料质 量不佳、PE管焊接工人工作态度不佳等因素。由此可造成地埋管漏水，一组管 井报废等严重后果。应严格焊接工艺、避免低温下焊接。1.6 地埋管下井过程易出现的问题地埋管下井过程易出现下管深度不到位、PE管管壁破损等现象。地埋管下 管深度不到位可能是由于管井塌井、缩孔所致，此现象可降低换热效率。PE管 管壁破损影响PE管的耐压能力和使用寿命，破损严重时可造成漏水、管井报废。 清孔要彻底，换浆、下管要及时。1.7 地埋管回填时易出现的问题地埋管回填时易出现回填不密实的问题。原因是由于回填料配比不当、回填 不匀速、回填速度过快、未多次回填所致。回填不密实可导致换热效率降低，影 响空调使用效果。要调好合适的回填料配比，匀速回填，多次回填。1.8 水平管连接中易出现的问题水平管连接中易出现漏水的问题。水平连接接头多，因此如果焊接工人未严 格按焊接工艺来操作，会导致接头质量有问题。在进行水平连接前应夯实基础， 避免基础下沉造成管材拉伸变形，从而使接头处漏水、失压。二、空调管路及末端设备安装常见问题分析2.1 风管道系统安装易出现问题风管道系统安装易出现漏风现象。风管加工、安装过程中应严格按工艺、规 范操作，施工完后要做漏光检测、漏风量测试，如咬缝漏光严重，应重做该段风 管，对风管还要做防腐、保温处理，避免管道漏风、冷热能量损耗。2.2 水管道系统安装易出现焊接质量问题水管道系统安装易出现气孔、裂纹、夹渣等焊接质量问题。应严格按焊接工艺操作，避免气孔、裂纹、夹渣等现象。管路安装完毕应进 行自来水试压和管道清洗工作。水管道系统的防腐、保温处理同样重要。否则更 会导致漏水、冷热能量损耗。2.3 风机盘管的安装过程中易出现的问题风机盘管的安装过程中易出现管路堵塞、冷凝水流动不畅、水盘积水、接口 处渗漏、工作噪音大等问题。风机盘管的接驳应在管路冲洗后进行，冷热水管与风机盘管连接应平直，凝 结水管采用软性连接，并用喉箍紧固严禁渗漏，坡度应正确，确保凝结水应畅通 地流到指定的位置，供回水阀及过滤器应靠近风机盘管安装。风机盘管单独设置 吊架，吊装支架安装牢固、位置正确，吊杆与风机盘管相联应用双螺母紧固找正 找平，风机盘管与进出风管之间均按设计要求设软接头，以防震动产生噪音。2.4 出、回风口安装过程中易出现的问题出、回风口安装过程中易出现封口管道变形、漏风、风口格栅变形、松动等问题。原因是安装工人未按规范认真施工所致，应加强施工监督工作，即时整改。2.5 温控终端设备安装易出现的问题温控终端设备安装易出现位置偏移、面板松动、接线错误、电线破损等问题。 原因是安装工人野蛮施工、不按施工规范操作所致。温控终端的安装是面子工程, 一定不能马虎。三、中央空调主机和配套设备安装常见问题分析3.1 中央空调主机房基础施工方面中央空调主机房基础施工方面易出现裂缝、空洞、露筋和掉角等现象。应根据土建提供的有关设备基础的资料，检查基础的纵、横向中心基准线， 标高及基准点是否符合设计要求，同时按照混凝土结构工程施工及验收规范 中的有关规定，进行基础外观检查，对达不到要求的地方，通知土建单位进行处 理。验收过程中要填写“设备基础验收记录L并经有关人员会签。基础验收完成 后，对基础表面及预留孔内杂物清除，灌浆处的基础表面应凿成麻面，以保证灌 浆质量。3.2 中央空调主机设备拖运方面中央空调主机设备拖运方面易出现设备碰撞、倾倒导致设备损伤。施工前熟悉施工现场设备布置平面图，了解现场设备安装位置和方向。托运 前查看设备的地点、外形尺寸和单件重量，了解拖运路线，考虑能否顺利通过， 如需清理、平整、加固时，必须事先做好准备。托运前对设备进行外观检查，发 现有缺陷时，及时向现场负责人报告。设备拖运中要保持平稳，如沿斜坡拉下时, 后面必须加尾绳，以防设备下滑，拖运设备上重下轻时，必须采取措施，以防设 备倾倒。参加设备拖运的人员必须时刻注意设备动向，手脚严禁接触运行中的牵 引索具，人需站在安全的一侧，拖运区内，不准其他人员随便进出。3.3 中央空调主机设备就位方面中央空调主机设备就位方面易出现中心偏移、垫层不平整，造成中央空调主 机运行时震动过大、噪音过高，严重时可造成主机设备寿命减短。设备就位前事先用枕木及钢板铺设斜坡，同时在基础上垫置枕木，以保护地 脚螺栓。将拖排牵引索通过滑轮组接至卷扬机，由卷扬机将设备拖至基础上。设 备就位前找出设备本体的中心线，垫铁的敷设应符合机械设备安装工程施工及 验收通用规范中的有关规定，每组垫铁必须垫实、压紧、接触良好，相邻两垫 铁组的距离为5001000mmo对于直接安装在较厚混凝土基础上的设备，将设 备的底座安装在厚度为80mm以上的橡胶垫板或减震装置上，安装要求必须符合 工程设计文件及随机技术文件的。3.4 中央空调机组设备安装方面中央空调机组设备安装方面易出现机组震动较大、风机噪音较大等现象。组合式空调机组在安装前必须清理干净，保证箱内无杂物。机组下部的凝结 水排放管设水封，水封的高度必须根据机组的余压进行确定。组合式空调机组各 功能段之间的连接必须严密，并保证机组整体平直、检查门开启灵活。整体式空 调机组在安装前，打开设备活动面板，用盘动风机检查有无叶轮于机壳相碰的金 属摩擦现象，风机减震部分是否符合要求。空调机组设橡胶减震垫10块，橡胶 硬度为4。，上覆6mm厚钢板，钢板尺寸比减震垫周边宽20mm。安装后检查空 调机组的水平度，如不符合要求，要进行调整。吊装的空调机组视设备的具体情 况分别考虑吊架的形式。对重量较小的机组采用A型吊架，重量较大的采用B 型吊架。3.5 中央空调机房阀门及法兰安装方面中央空调机房阀门安装易出现操作机构和传动装置动作不灵活、卡涩等现 象。法兰安装时易出现中心偏差、损坏密封面等现象。螺纹或法兰连接的阀门，必须在关闭的基础上进行安装，同时根据介质流向 确定阀门安装方向。水平管道上的阀门，手轮应朝上安装，特殊情况下也可水平 安装。阀门与法兰一起安装时，如属水平管道，其螺栓孔应分布在垂直中心的左 右，如属垂直管道，其螺栓孔应分布于最方便操作的地方。阀门与法兰组对时， 严禁用槌或其他工具敲击其密封面或阀件，焊接时应防止引弧损坏法兰密封面。 阀门的操作机构和传动装置应动作灵活，指示准确，无卡涩现象。阀门的安装高 度和位置应便于检修、操作。调节阀应垂直安装在水平管道上，两侧设置隔断阀, 并设旁通管。阀门安装完毕后应妥善保管，不得任意开闭阀门，如交叉作业时应 加防护罩。法兰连接应保持同轴性，其螺栓孔中心偏差不得超过孔径的5%,并 保证螺栓自由牵引。法兰连接应使用统一规格的螺栓，安装方向一致，紧固螺栓 应对称，用力均匀，松紧适度。3.6 中央空调机组电路安装方面中央空调机组电路安装方面易出现相序接反现象，造成机组不工作。中央空 调机组电路安装时，注意电源线颜色一一对应，不出现相序颠倒现象，必要时用 相序表检验相序。四、结束语以上阐述了垂直地埋管地源热泵空调系统施工过程中一些常见问题,逐一进 行分析并提出了解决方法。竖直地埋管地源热泵施工中的若干问题探讨摘 要：竖直地埋管地源热泵施工在现代施工中占据重要地位，随着社会的 发展和各项科技的进步，竖直地埋管地源热泵的施工也呈现逐渐上升的发展趋 势，但是不可避免的存在一些问题，包括排水沟和泥浆地设置等多方面，有待相 关人员有针对性的提出解决措施，以便促进竖直地埋管地源热泵施工的有序进 行。关键词：竖直地埋管；地源热泵；施工；问题；解决方法立足于当前社会发展的具体环境，我们不难发现，能源和资源问题已经成为 全社会未来发展的重要问题，随着现代化社会的发展，社会群体更加注重资源和 能源的可持续发展，尤其在地源热泵的的研究和发展方面，得到了更为广泛的应 用，全球范围内的发展呈现逐渐上升的趋势。但在其实际实施过程中，不可避免 的存在一些问题，因而对于竖直地埋管地源热泵施工的研究和探讨是非常必要 的。1施工准备阶段存在的问题1.1 竖直U形地埋管成品弯头的选用在实际施工过程中，应当在施工前就组装好竖直U形地埋管，并且在组装 过程中，应当注意组装的零件应当保证是成品且按照相关规定和程序进行组装。 若对接的U形地埋管连接处存在不平整问题，会严重影响管路系统的正常运行, 导致管路系统极度不畅并受到操作人员的技术纯熟程度等影响，U形地埋管内水 流经过时局部阻力过大以及影响换热效果，从而不利于管路系统的稳定运行。1.2 竖直U形管管卡问题竖直地埋管地源热泵的施工过程较为复杂且具有一定特殊性，因而相关操作 人员应当注重施工的质量和效果，避免供、回水管热量回流的问题出现，也就是 人们常说的热短路。热短路状况的出现，会在产生较大程度的影响，严重阻碍地 源热泵的施工进度和效果。产生热短路的原因主要是供水管和回水管设计以及安 排的不科学，导致供、回水管热量回流。地埋管通常埋入地下40米以上，也即 是说施工中若产生一系列问题，后期整改难度相当大，因而在地源热埋的施工过 程中，应当尽可能规范的操作，遵照相关施工要求和标准，尽可能降低施工问题 出现的频率。减少热短路问题的出现，需要相关人员采取有效措施进行处理，可以通过专 用的地热弹簧进行支管弹离分开，也可以通过短管或管卡等支撑物撑开供水管和 回水管。但是通过相关研究人员和学者的探索和实际调查，发现在施工过程中， 受到价格因素以及安装过程繁琐等因素的影响，在支管上安装构件的情况相对较 少，也有部分施工人员你认为现有的减少热短路的方式并未起到预期的作用，并 且在实际应用过程中手复杂情况的而影响和阻碍，安装管卡等难度相对较大，并 且容易松动甚至脱落。1.3 排水沟和泥浆池对管井的影响从施工程序来看，在钻孔施工之前应当对排水沟和泥浆池进行清理，以适应 施工的实际需要进行泥浆的排放。由于钻孔产生的你讲谁会喷出地面，可就此机 会挖出排水沟，排水沟末端与泥浆池相连接，从而促进一个连续的运行过程，有 助于喷出地面的泥浆直接流入泥浆池进行沉淀，促进回填。但是在实际施工过程中，泥浆池的建设往往不尽人意，位置选择和宽度设计 存在一定问题，从而不利于后期的相关工序的实施。这就要求相关施工人员应当 在施工过程中，全面布局规划，综合考量可能会产生影响的多种因素，进而选取 最优化的方案进行施工。2竖直地埋管及水平管连接施工中存在的问题2.1 竖直地埋管井间距问题在实际的施工过程中，地埋管井的位置选取以及确定都需要严格遵照设计方 案和图纸进行定位，以便竖直地埋管的施工符合国家标准和施工要求，从而保证 施工的稳定运行。若存在特殊情况可适当进行调整，但不能改变基本情况，应当 最大程度的缩减偏差范围。若综合考量实际情况后，发现偏差较大且不得不进行 特殊处理时，应当进行补井。在补井的过程中应当依据工程技术的操作标准和规 范，满足工程施工的实际要求，尽可能保证良好的换热效果，更好的为社会群体 服务。2.2 竖井埋管时的回填问题换热管下管并试压完毕后，应立即用灌浆材料回填封口，隔离含水层。灌浆 的目的主要有两个：一是强化换热管与孔壁之间的换热，满足换热要求；二是满 足环保要求，避免地表污染物渗漏到钻孔中，防止不同含水层水质的混合串通， 防止自流井水由钻孔向上喷出。填充材料的选择决定了传热率的大小，选择一种 热阻抗比较小的材料是提高整个系统效率的有效途径。目前灌浆回填料一般为 5%的膨胀土、95%的水泥砂浆；如果钻孔时取出的泥砂浆凝固后收缩率很小时, 也可用作灌浆材料，即原浆回填。回填灌浆必须采用泥浆泵机械填灌，这在我国很多地方标准中已经作为硬性 规定。但是在目前阶段，有些施工单位在实际施工中并没有采取规定的灌浆材料 和灌浆方式，而是采用另外一种不完全可行的回填方法，即原浆沉淀+人工填砂。 该回填方式的回填料主要是钻孔时取出的泥砂浆，虽然在一些地源热泵技术书籍 上有过这样的规定，但是并非所有的施工现场都可以用原浆作为回填料。根据对 多个施工现场泥浆的抽样研究，得知一般泥浆的收缩率为65%75%,在一些地 质疏松、含水率高的地方，例如江苏、上海、浙江等地，泥浆收缩率可达到50%, 这些泥浆基本上都达不到回填料的要求。3水平沟施工存在的主要问题水平沟内主要安放供、回水环路集管。由于供、回水管之间存在温差，相距 过近时，会产生“热短路工为防止“热短路”的发生，现阶段主要有两种措施：（1） 水平管道供、回水管分层铺设，上下两层PE管之间必须有100200mIn的黄砂 回填层。（2）供、回水环路集管的间距不小于0.6m。上述两种措施在防止“热短 路”上都有不错的效果，但是施工起来相对都比较麻烦，特别是第一种，不但要 将供、回水管分开，而且要分层施工，如果施工质量不高，很容易对管道造成损 坏，这也是此种方法很少使用的主要原因。第二种方法虽然相对第一种略微简单, 但也存在很多施工难点。结束语地源热泵系统的成功与否，主要受地埋管系统的影响，科学且可靠的地埋系 统能够促进地源热泵系统的稳定运行。通过相关研究人员的分析我们发现，在竖 直地埋管地源热泵的实际施工过程中，不可避免的存在诸多问题有待我们去解 决，积极迎接挑战，迎难而上，处理好地下施工以及土壤探测方面的问题，不断 提升相关施工人员的专业能力和综合素质，减少热短路问题的出现，提升地源热 泵的实际效果，从而推动热泵产业的发展，促进资源能源节约型社会的建立和发 展。参考文献口刁乃仁，方肇洪.地埋管地源热泵技术M.北京：高等教育出版社，2006赵军，戴传山.地源热泵技术与建筑节能应用M.北京：中国建筑工业出 版社，2007.3中国建筑科学研究院.GB50366-2009地源热泵系统工程技术规范S.北京：中国建筑工业出版社，20094徐伟,中国地源热泵发展研究报告（2008） M.北京：中国建筑工业出版 社，2008.