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地源热泵空调地埋管系统施工工法

更新时间：2020-05-26　点击量：920

地源热泵空调地埋管系统施工工法

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1.前言

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既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），实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地下去。地源热泵空调地埋管系统施工技术环保、简单、高效。地埋管系统适用范围较为广泛，故将这一施工工艺整理成工法,以供今后同类工程借鉴使用。

2.技术特点

2.1 地埋管系统成孔过程中，需要人力物力较少，快速高效。

2.2施工噪声较小，运行节能环保，能满足城市施工的高环保要求。

2.3成空中泥浆作用：浮悬钻渣，并护壁。其优点是钻进与排渣同时连续进行，成孔速度较快。经过沉淀池净化，再循环使用。

2.4 垂直管下管过程简单快捷。

2.5管材一般采用PE管材，连接技术成熟，简单高效。

3.关键技术

垂直埋管下管时，必须保证施工质量，确认井孔内无较大硬质颗粒物，U型接头要做好防护措施。灌浆应自上而下，泥浆的浮力足以将碎岩石浮起，井孔回填要密实，待出浆浓度与灌浆一致时灌浆完成。

4.适用范围

基本适用于所有地质，无特殊技术要求的均可应用。

5.工艺原理

首先根据图纸确定井位，安装钻机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完成。

6.施工工艺流程及操作要点

6.1施工工艺流程

6.2操作要点

6.2.1 安装钻机

1)确定井位。根据设计图纸，测量放线，确定井位。

2) 钻机安装施工应符合以下具体几点：

①钻塔的底脚基础要夯实铺平，铺设铁板或方木支垫结实。

③钻机设备安装要平稳、牢固并有安装安全防护设备。

④泥浆泵安装要平稳、管路连接要牢固、畅通。

6.2.2 钻进成孔

根据现场的地层情况，选择钻头，造浆方式等。成井施工的具体要求

①下钻前应认真检查钻具，如发现脱焊、伤痕、严重磨损、弯曲情况，应及时修复或更换。

②开钻前，应将钻具提离孔底，开动泥浆泵待冲洗液循环畅通后，再慢速转到孔底，然后开始正常钻进。

③钻进中如发现钻具回转阻力增大，负荷增大，泥浆泵压力不足等异常现象时，应立即停止钻进，检查原因及时处理。

④上部松散地层应采用松压慢速，大泵量稠泥浆钻进。

6.2.3 下管

管材采用PE管，管材进场后，应严格检查管材及管件质量。下管要谨慎，遇到硬质物不可强行下管，以免破坏U型管，确保工程质量。

6.2.4 管井回填

U型管安装完毕后，立即灌浆回填封孔，隔离含水层。灌浆即使用泥浆泵通过灌浆管将混合浆灌入钻孔中的过程。泥浆泵的泵压足以使孔底的泥浆上返至地表，当上返泥浆密度与灌注材料的密度相等时认为灌浆过程结束。灌浆时应保证灌浆的连续性，应根据机械灌浆的速度将灌浆管逐渐抽出，使灌浆液自下而上灌注封孔，确保钻孔灌浆密实、无空腔、否则会降低传热效果，影响工程质量。

6.2.5 水平管连接及回填

井孔回填密实后，进行水平管的连接。施工过程中要保证每个管道接口的连接质量，系统连接完成后做压力试验，压力试验合格后开始回填管道。回填时保证回填均匀且回填料与管道紧密接触回填应在管道两侧同步进行，同一沟槽中有双排或多排管道时，管道之间的回填压实应与管道和槽壁之间的对称进行。各压实面的高差不宜超过30cm。管腋间用人工回填，确保塞严捣实。分层管道回填时应重点做好每一管道层上方15cm范围内的回填。管道两侧和管顶以上50cm范围内应采用轻夯实，严禁压实机具直接作用在管道上，使管道受损影响工程质量。

6.2.6 系统冲洗

在地埋管换热器安装前应对地埋管系统进行冲洗，以保证地埋管环热系统可靠正常运行。

7.机具设备

机具设备表表2

序号	设备名称	设备型号	单位	数量	用途
1	钻机	TSPJ100	台/孔	1	钻孔
2	电焊机	BX1-400	台	1	切割、焊接
3	钻杆	——	米	根据井深确定	接钻头，钻孔
4	钻头	根据井孔直径确定	个/机	2	旋转钻孔
5	乙炔，氧气瓶	——	套	1	切割，焊接
6	泥浆泵	——	台/机	1	循环泥浆

8.质量控制

8.1 工程质量控制标准

工程施工质量执行《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005。特殊环境施工的还必须符合相应施工标准、规范。

8.2 质量保证措施

8.2.1地埋管管材及连接质量要严格执行规范标准。

8.2.2井孔质量严格执行设计标准及规范要求。

8.2.3回填料及回填质量要符合设计要求，严格控制施工质量。

8.2.4系统压力试验及冲洗标准要符合设计要求。

8.2.5工程结束后根据验收标准做好自检自查工作及资料整理，确保工程质量。

9.安全措施

9.1认真贯彻“安全第1，预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。

9.2施工现场按符合防火、防风、防雷、防洪、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善布置各种安全标识。

9.3各类住房、库房等的消防安全距离做到符合部门的规定，室内不堆放易燃品；严格做到易燃处吸烟；随时清除现场的易燃杂物；不在有火种的场所或其近旁堆放生产物资。

9.4氧气瓶与乙炔瓶隔离存放，严格保证氧气瓶不沾染油脂、乙炔发生器有防止回火的安全装置。

9.5施工现场的临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》的有关规范规定执行。

9.6电缆线路应采用“三相五线”接线方式，电气设备和电气线路必须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度和线间距除按安全规定要求进行外，将其布置在电杆上。

9.7施工现场使用的手持照明灯使用36V的安全电压。

9.8室内配电柜、配电箱前要有绝缘垫，并安装漏电保护装置。

9.9 泥浆池四周要进行维护，并悬挂安全警示牌，夜间挂红色警示灯。

9.10 建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。

10.环保措施

10.1成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。

10.2将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。

10.3设立排浆沟、集浆坑，对废浆、污水进行集中，认真做好无害化处理，从根本上防止施工废浆乱流。

10.4定期清运沉淀泥砂，做好泥砂、弃渣及其它工程材料运输过程中的防散落与沿途污染措施，废水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按当地环保要求的地点排放。弃渣及其它工程废弃物按工程建设的地点和方案进行合理堆放和处治。

10.5优先选用*环保机械。采取设立隔音墙、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允许值以下，同时尽可能避免夜间施工。

11.效益分析

11.1本技术施工产生的振动、噪音等公害较小。工程建设时，周围的居民及企事业单位能正常生活及工作。

采用地源热泵空调系统，具有明显的经济效益和环境效益。

地能或地表浅层地热资源的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，是很好的热泵热源和空调冷源，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，地能温度较恒定的特性，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。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。

11.2本技术与其他空调系统相比：地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，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，且不用远距离输送热量，

能较好地利用可再生资源。

12.应用实例

12.1工程概况

该地源热泵空调地埋管系统用于山东省青州市火车站，井孔深80m，井孔数144个，井孔直径13mm，井间距4.5m×4.5m，井均匀布置于站房西侧广场下。埋管采用垂直钻孔埋管方式，垂直埋管为单U型管。回填料采用5%膨润土、5%黄沙和90%的原浆。水平干、支管采用直埋附设，共设6条水平沟槽，其埋深在室外地面下1.8m。地埋管共设24个环路，每个环路由六个管井组成。

12.2施工情况

确定井位、装机完毕后开钻。本工程采用自然造浆。泥浆通过泥浆溜槽进入泥浆池，再通过泥浆泵从空心钻杆上端进入井孔，形成泥浆循环系统。成孔后要及时下管回填，避免井孔坍塌。U型管安装完成后立即回填封井。回填要密实，施工中个工序都要严格严格执行《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005。

地源热泵地埋管系统施工中，U型管的安装、井孔回填及水平管道的连接是影响整个空调系统使用效果的关键部位。U型管的U型接头连接质量要好，在下管过程中确保不损坏管道；井孔回填要及时密实无空腔，应保证灌浆的连续性，否则会降低传热效果，影响工程质量；由于系统全部在地下，所以管道连接质量非常重要，一但管道连接质量出现问题，那将严重影响系统的换热效果。施工过程中没发生安全质量事故，工程进展顺利。

该工程于2009年4月16日开工，2009年5月26日完工，工程用时40天。

12.3工程监测与结果评介

采用地源热泵地埋管系统后，为保证施工过程的安全稳定及使用后的效果，及时监测各主要工序施工阶段动态数值，施工单位监测组对系统施工进行了全过程监控量测。

井孔监测结果显示，井孔直径符合设计要求，井孔深度符合设计要求偏差小于5cm。井孔垂直度偏差在允许范围之内，U型管安装符合设计要求。系统使用后结果显示，地源热泵地埋管系统换热效果较好，节能环保，使用效果大于预想效果。

施工全过程处于安全、稳定、快速、优质的可控状态，地源热泵地埋管系统各项指标都符合规范标准及设计要求，无安全生产事故发生。采用此工艺节约了人力和机械设备，保证了工程质量，减小了对环境的影响，受到到了各方的好评，取得了良好的经济和社会效益。

全自动野外地温监测系统

地源热泵分布式温度集中测控系统

矿井总线分散式温度测量系统方案

矿井分散式垂直测温系统

矿井测温系统

TD-016C型地源热泵能耗监控测温系统

产品关键词：地源热泵测温，地埋管测温

此款系统专门为地源热泵生产企业，新能源技术安装公司，地热井钻探公司以及节能环保产业等单位设计，通过连接我司单总线地热电缆，以及单通道或多通道485接口采集器，可对接到贵司单位的软件系统。欢迎各类单位以及经销商详询！此款设备支持贴牌，具体价格按量定制。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统【产品介绍】

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇,对建筑物进行供热和供冷.在埋地管换热器设计中,土壤的导热系数是很重要的参数.而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长,测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的测温电缆设计方法，单总线测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

采集服务器通过总线将现场与温度采集模块相连，温度采集模块通过单总线将各温度传感器采集到的数据发到总线上。每个采集模块可以连接内置1-60个温度传感器的测温电缆相连。本方案可以对大型试验场进行温度实时监测，支持180口井或测温电缆及1500点以上的观测井温度在线监测。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统：

1. 地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2. U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究，埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

竖直地埋管地源热泵温度测量系统，主要是一套*基于现场总线和数字传感器技术的在线监测及分析系统。它能有对地源热泵换热井进行实时温度监测并保存数据，为优化地源热泵设计、探讨地源热泵的可持续运行具有参考价值。

二、RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统本系统的重要特点：

１．结构简单，一根总线可以挂接1-60根传感器，总线采用三线制，所有的传感器就灯泡一样，可以直接挂在总线上．

２．总线距离长．采用强驱动模块，普通线，可以轻松测量500米深井.

３．的深井土壤检测传感器，防护等级达到ＩＰ６８，可耐压力高达5Mpa.

４．定制的防水抗拉电缆，增强了系统的稳定性和可靠特点总结：高性价格比，根据不同的需求，比你想象的*．

针对U型管口径小的问题，本系统是传统铂电阻测温系统理想的替代品. 可应用于：

１.地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2.U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

本系统技术参数：支持传感器：18B20高精度深井水温数字传感器，测井深：1000米，传感器耐压能力：5Mpa ,配置设备：远距离温度采集模块＋测井电缆＋传感器，

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统系统功能：

1、温度在线监测

2、报警功能

3、数据存储

4、定时保存设置

5、历史数据报表打印

6、历史曲线查询等功能。

【技术参数】

1、温度测量范围：-10℃ ～ +100℃

2、温度精度：正负0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采样点数：小于128

5、巡检周期：小于3s（可设置）

6、传输技术： RS485、RF(射频技术)、GPRS

7、测点线长：小于350米

8、供电方式： AC220V /内置锂电池可供电1-3年

9、工作温度： -30℃ ～ +80℃

10、工作湿度：小于90%RH

11、电缆防护等级：IP66

使用注意事项：

防水感温电缆经测试与检测，具备一定的防水和耐水压能力，使用时，请按以下方法操作与使用：
1．使用时，建议将感温电缆置于U形管内以方便后期维护。
若置与U形管外，请小心操作，做好电缆防护，防止在安装过程中电缆被划伤，以保持电缆的耐水压能力和使用寿命。
2. 电缆中不锈钢体为传感器所在位置，因温度为缓慢变化量，正常使用时，请等待测物热平衡后再进行测量。
3. 电缆采用三线制总线方式，红色为电源正，建议电源为3-5V DC，黑色为电源负，兰色为信号线。请严格按照此说明接线操作。
4. 系统理论上支持180个节点，实际使用应该限制在150个节点以内。
5.系统具备一定的纠错能力，但总线不能短路。
6. 系统供电，当总线距离在200米以内，则可以采用DC9V给现场模块供电，当距离在500米之内，可以采用DC12V给系统供电。

【北京鸿鸥成运仪器设备有限公司提供定制各个领域用的测温线缆产品介绍】

由北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出的地源热泵温度场测控系统，硬件采取*ARM技术；上位机软件使用编程语言技术设计，富有人性、直观明了；测温传感器直接封装在电缆内部，根据客户距离进行封装。目前该系统广泛应用于地源热泵地埋管、地源热泵温度场检测、地源热泵地埋换热井、地源热泵竖井及地源热泵温度场系统进行地温监测，本系统的可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

地源热泵诊断中土壤温度的监测方法：
　　为了实现地源热泵系统的诊断，必须首先制定保证系统正常运行的合理的标准。在系统的设计阶段，地下土壤温度的初始值是一个重要的依据参数，它也是在系统运行过程中可能产生变化的参数。如果在一个或几个空调采暖周期（一般一个空调采暖周期为1年）后，系统的取热和放热严重不平衡，则这个初始温度会有较大的变化，将会大大降低系统的运行效率。所以设计选用土壤温度变化曲线作为诊断系统是否正常的标准。
　　首先对地源热泵系统所控制的建筑物进行全年动态能耗分析，即输入建筑物的条件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、围护结构材料和房间功能等条件，计算出该区域全年供暖、制冷的负荷，我们根据该负荷，选择合适的系统配置，即地埋管数量以及必要的辅助冷热源，并动态模拟计算地源热泵植筋加固系统运行过程中土壤温度的变化情况，得到初始土壤温度标准曲线。采用满足土壤温度基本平衡要求的运行方案运行，同时系统实时监测土壤温度变化情况，即依靠埋置在地下的测温传感器监测土壤的温度，并且将测得的温度传递给地源热泵系统。

浅层地温能监测系统概况：

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇，对建筑物进行供热和供冷，在埋地管换热器设计中，土壤的导热系数是很重要的参数，而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长，测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地源热泵地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的地源热泵测温电缆设计方法，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的数字总线式测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

为方便研究土壤、水质等环境对空调换热井能效等方面的可靠研究或温度测量，目前地源热泵地埋管测温电缆对于地埋换热井，有口径小，深度较深等特点的测温方式,如果测量地下120米的地源热泵井，要放12路线PT100传感器。12根测温线缆若平均放置，即10米放一个探头，则所需线材要1500米，在井上需配置一个至少12通道的巡检仪，若需接入电脑进行温度实时记录，该巡检仪要有RS232或RS485功能,根据以上成本估计，这口井进行地热测温至少成本在8000元，虽然选择高精度的PT100可提高系统的测温精度，但对模拟量数据采集，提供精度的有效办法是提供仪器的AD转换器的位数，即提供巡检仪的测量精度，若能够在长距离测温的条件下进行多点测温，能够做到0.5度的精度，则是非常不容易。针对这一需求，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出“数字总线式地源热泵地埋管测温电缆”及相应系统。矿井深部地温监测，地源热泵温度监测研究，地源热泵温度测量系统，浅层地热测温系统。

地源热泵数字总线测温线缆与传统测温电缆对比分析：
传统的温度检测以热敏电阻、PT100或PT1000作为温度敏感元件，因其是模拟量，要对温度进行采集，若需较高精度，需要选择12位或以上的AD转换及信号处理电路，近距离时，其精度及可靠性受环境影响不大，但当大于30米距离传输时，宜采用三线制测方式，并需定期对温度进行校正。当进行多点采集时，需每个测温点放置一根电缆，因电阻作为模拟量及相互之间的干扰，其温度测量的准确度、系统的精度差，会受环境及时间的影响较大。模块量传感器在工作过程中都是以模拟信号的形式存在，而检测的环境往往存在电场、磁场等不确定因素，这些因素会对电信号产生较大的干扰，从而影响传感器实际的测量精度和系统的稳定性，每年需要进行校准，因而它们的使用有很大的局限性。

北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的总线式数字温度传感器，具有防水、防腐蚀、抗拉、耐磨的特性，总线式数字温度传感器采用测温芯片作为感应元件，感应元件位于传感器头部，传感器的精度和稳定性决定于美国进口测温芯片的特性及精度级别，无需校正，因数据传输采用总线方式，总线电缆或传感器外径可做得很小，直径不大于12mm,且线路长短不会对传感器精度造成任何影响。这是传统热电阻测温系统*的优势。所以数字总线式测温电缆是地源热泵地埋管管测温、地温能深井和地层温度监测理想的设备。数字总线式数据传感器本身自带12位高精度数据转换器和现场总线管理器，直接将温度数据转换成适合远距离传输的数字信号，而每个传感器本身都有唯的识别ID，所以很多传感器可以直接挂接在总线上，从而实现一根电缆检测很多温度点的功能。

地源热泵大数据监控平台建设

一、系统介绍

1、建设自动监测监测平台，可监测大楼内室内温度；热泵机组空调侧和地源侧温度、

压力、流量；系统空调侧和地源侧温度、压力、流量；热泵机组和水泵的电压、电流、功率、

电量等参数；地温场的变化等，实现热泵机组运行情况 24 小时实时监测，异常情况预

警，做到真正的无人值守。可对热泵系统的长期运行稳定性、系统对地温场的影响以及能效

比等进行综合的科学评价，为进一步示范推广与系统优化的工作提供数据指导依据。

具体测量要求如下：

1）各热泵机组实时运行情况；

2）室内温度监测数据及变化曲线；

3）室外环境温度数据及变化曲线；

4）机房内空调侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

5）机房内地埋管侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

6）机房内用电设备的电流、电压、功率、电能等监测数据及变化曲线；

7）地温场内不同深度的地温监测数据及变化曲线；

8）能耗综合分析、系统 COP 分析以及系统节能量的评价分析。

2、自动监测平台建成以后可以对已经安装自动监测设备的地热井实施自动监测的数据分

析展示，可实现地热井和回灌井的水位、水温、流量实施传输分析，并可实现数据异常情况预

警，做到实时监管，有地热井运行的稳定性。

1）开采水量及回水水量的流量监测及变化曲线；

2）开采水温及回水水温的温度监测及变化曲线；

3）开采井井内水位监测及变化曲线；

地源热泵空调地埋管系统施工工法

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