地源热泵交换系统施工工法.docx
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地源热泵交换系统施工工法
地源热泵交换系统施工工法
1.前言
地源热泵交换系统利用地下常温土壤或地下水温度相对稳定的特性，通过输入少量的高品位能源，运用埋藏于建筑物周围的管路系统与建筑物内部进行热交换，实现低品位热能向高品位热能转换的冷暖两用空调系统。
它由水循环系统、热交换器、地源热泵机组和控制系统组成。
地源热泵系统冬季代替锅炉从土壤中取出热量，以30-40℃左右的热媒向建筑物供暖，夏季代替普通空调向土壤排热，以10-17℃左右的冷媒形式给建筑物制冷。
2.特点
地源热泵作为一种新型可再生能源，具有节能、施工方便、维护方便、运行费用低等诸多优点。
3.使用范围
采暖通风空调系统。
4.工艺原理
地源热泵系统利用地下常温土壤或地下水温度相对稳定的特性，通过输入少量的高品位能源，运用埋藏于建筑物周围的管路系统与建筑物内部进行热交换，实现低品位热能向高品位热能转换的冷暖两用空调系统。
它由水循环系统、热交换器、地源热泵机组和控制系统组成。
地源热泵系统冬季代替锅炉从土壤中取出热量，以30-40℃左右的热媒向建筑物供暖，夏季代替普通空调向土壤排热，以10-17℃左右的冷媒形式给建筑物制冷。
5.施工机具
序号
机械或设备名称
数量
用电量（KW）
1
钻孔机
25台
550
2
电焊机
5台
110
3
电动试压泵
5台
11
4
倒链
20个
---
5
热熔机
5台
1
6
电熔机
5台
0.2
7
运输汽车
2辆
---
8
配电箱
5台
---
6.施工方法
6.1地埋管施工
6.1.1、地埋管系统施工内容
垂直埋管：
包括钻孔、埋管、回填、管道打压实验等；
联络管：
包括管道安装、打压、回填等。
6.1.2、主要施工方法及技术措施
主要施工控制点包括垂直埋管施工部分，联络管施工部分。
6.1.3、垂直埋管施工
1、工艺流程
该部分工艺流程如下所示：
2、施工方法
1）现场踏勘
根据换热孔的设计情况，以及项目的实际情况，在进行换热孔施工前应对施工现场和环境进行实地踏勘，以便合理配备施工设备和人员。
①、勘测现场施工条件，钻机、管材等设备和物质的进场条件和堆放位置。
查明施工中水电油等物质条件的情况。
②、勘测施工中的噪音、污水、废浆、废土对周围环境的影响，并制定相应的措施。
③、对照施工图纸对钻孔场地的位置、大小、障碍物等进行核实。
2）施工准备
①、定位放线：
按照施工图，结合甲方给定的定位坐标点，对钻孔位置进行放线定位，每个井位点撒白灰点并结合木桩作标识，合理排定施工顺序。
②、钻机定位：
根据就近施工且钻机间不相互干扰、减少设备移位、就近利用泥浆坑的原则分片布置钻机。
设备就位后，应采用适当的降噪、防尘、排污等措施，减少施工对周围环境的影响。
③、挖泥浆坑：
按照一个泥浆坑就近满足周边钻机使用的原则组织挖泥浆坑，钻机就近利用泥浆坑。
常规方法采用人工开挖，深度约1.2米、两平米见方的泥浆坑，挖好后现场调制泥浆。
由于本工程施工条件限制，无作业面（无法挖泥浆坑、泥浆槽），为避免扰动基础，改用如下图的方式来解决以上问题。
④、管材入场：
地埋管运抵施工现场后，地埋管及管件存放时，不得在阳光下曝晒。
搬运和运输时，应小心轻放，采用柔韧性好的皮带、吊带或吊绳进行装卸，不得抛摔和沿地拖拽。
3）、成孔施工
①.钻井设备就位后，由质检员核查钻孔位置，钻机水平度、钻头直径，确认无误后方可开钻，此处钻头直径150mm，钻孔机具采用150工程钻。
②.钻进过程中，记录员应认真填写钻进记录表，记录启停钻的时间、钻进尺度，以及在钻进过程中有可能出现的其它问题。
③.配备专用泥浆运输车，根据各区的钻进速度，及时排出泥浆坑中泥浆。
泥浆运输由专人负责协调，保证泥浆运输的及时畅通。
④.钻进到达要求深度后，报质检员查验钻孔深度和孔径，在下管程序没有准备好以前不能过早提起钻具，并且必须保证泥浆循环。
4）下管准备
①.PE管运到现场下管前，首先由质检员查验管材合格证、规格型号，并抽检管径大小、壁厚及外观检查后再进行下一步工作。
②.单U型的接头采用电熔接方法在工厂进行，熔接由管材厂家的专业人员用专业设备按操作规范连接。
每个U型接头熔接成功后，进行清洗再进行打压试验，打压1.6Mpa观测1h以上，不泄漏为合格；出具合格证后方可出厂。
③.现场清洗试压：
下管前先用干净的自来水冲洗，然后试压。
试压采用手动试压泵，打压1.2MPa，带压观测15min以上，不渗不漏无破裂，压力下降不超过0.03MPa即为合格。
试压完毕，每组单U型换热管管头必须立即密封。
④.安装管卡：
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，3~4米的间隔安装管卡。
管卡现场组装，尺寸偏差不得大于20mm。
管卡安装一定要牢固，经现场质检员检查无误后，开始下管。
5）下管填料
①.两根管应均匀平稳下入，下入过程中确保与地面垂直的地上管段不得小于1米。
②.下入换热管后，为检验在下管过程中是否有管壁划伤破损，进行二次打压，试验压力0.8Mpa，带压观测30min以上，不渗不漏无破裂，压力下降不超过0.02Mpa即为合格，进行下一道工序，如压力下降，则将换热管拖出换新管重新埋入。
③.打压合格后，把所有管头再次密封保压，进行填砂。
换热管与钻孔之间回填中砂直至地面，填料时要求填料由四周缓慢填入，填砂的同时间断性地向孔内注水，确保成孔内砂料的尽可能的密实。
④.填料分次填入，一次填满后每过两三天就会自然下沉约1米，发现下沉要及时再次填满，加适量的水浇灌以促进下沉，大约三次就不再下沉，填料密实。
图5-1换热孔施工图
6.2桩埋管施工：
武昌火车站根据现有实际情况在地埋管的基础上充分利用现有条件不断创新，在测试数据的保证下大胆采用桩基埋管，桩基埋管的应用不仅解决了武昌站可利用面积狭小、降低了钻孔成本的问题，而且为地源热泵的成功应用开辟了一条新的道路,可谓一举两得，成功地摸索了一条桩基埋管施工技术。
6.2.1、首先我们面对的问题是：
如何成功将桩埋管随桩一起下入的问题，由于PE管道较轻，成孔后泥浆浮力较大，PE管很难下入到成孔深度，而且在砼浇灌过程中，桩埋管也会因浮力上升影响了埋入深度。
我们经多次研究，决定将桩埋管直固定在钢筋笼内，随钢筋笼下入桩孔。
6.2.2、桩埋管保护问题：
在破桩头过程中，如果桩埋管保护不当既影响破桩速度，又不利于成品管保护。
通过研究，我们决定在破桩处位置采用钢套管，此举大大的降低了破桩过程中装埋管的破坏率，有效的保护了桩埋管埋管。
6.3、联络管施工
6.3.1、工艺流程
施工内容主要包括:
联络管管道土方开挖、管道安装、管沟回填。
6.3.2、施工方法
1、联络管管沟土方
管沟土方按实际施工进度，分区开挖。
主管道管沟采用小型机械，配合人工清理，一次开挖到位；联络管支管部分管沟全部采用人工开挖。
管沟土方按照总体施工计划运至指定地点，集中外运。
管沟开挖清理完毕，现场测量，达到图纸及规范要求后进行下一步工作，管道底第一层细砂回填。
管道底细沙的回填以区为单位，以距砂源近为原则，进行顺序回填。
回填完毕检查回填砂厚度、平整度，达到设计及规范要求后，进行下一道工序，管道安装。
2、管道安装
管道安装分为PE管和无缝钢管两种，施工方法如下：
1）PE管道安装
①.管道预制：
根据图纸尺寸，进行管道放样预制。
断管采用专用工具，防止出现管头不齐、有飞刺等现象。
各种规格管道预制好后分类、编码，排放整齐。
②.干管安装：
将预制好的管道运到管沟，按事先编码顺序摆放。
管道连接方式按管径大小分为热熔连接和电熔连接，干管为D75全部热熔连接，三通甩口要求垂直于相应井位支管，偏差不得大于15度。
③.支管连接：
每根干管连接好后，开始连接支管。
支管为D25全部电熔连接，将换热孔分支管引到干管三通处，按顺序逐个连接。
④.在管道运输过程中注意端口的保护，防止砂土进入管内。
连接时注意供、回水管分开施工，防止混接；在管道连接时，首先用干净的毛巾将管头内外擦拭干净，确保管道连接的严密性，防止杂物进入管内。
⑤.遇到塑料管和钢管连接时采用专用钢塑转换接头连接。
2）钢管部件安装
①.钢管的预制采用砂轮切割后，进行坡口加工。
②.焊接采用常规手工焊接。
③.焊接好后对焊口进行处理：
去除毛刺、焊渣，做好必要的防腐。
④.调整管道的标高、位置、坡向及坡度，按图纸规格尺寸，以干管施工先后顺序进行安装。
3）、阀部件安装
①.阀门到场后，必须经压力试验合格后方可进行安装，试验压力应为公称压力的1.5倍，阀体和填料处无渗漏为合格。
②.阀门安装时和管道保持平齐，注意朝向，防止装反。
③.安装完毕，及时做好保护，防止损坏。
4）、压力试验
①.管道连接完毕后，做打压准备。
将直管段部分用回填土覆盖压住，接头处明露以便检查渗漏。
②.进行水压试验时试验压力为0.8MPa，水压保持2小时以上压降不超过0.024MPa为合格。
③.试验合格后进行管道冲洗，从供水管接入干净自来水，回水管排出。
连续冲洗，直到出水口水色和进水口一致为合格。
④.试验合格后对所有管头进行再次密封，防止杂物进入管内。
5、土方回填
6.4、分集水器安装
阀门井、检查井砌筑完毕，开始分集水器的安装。
分集水器在钻孔施工时进行现场制作。
依照图纸的规格及数量按各区进行编号。
分集水器加工完毕进行防腐处理，经质检员检查合格后对所有端口进行密封，防止杂物进入容器。
按照各区的现场施工进度，对分集水器进行集中安装。
安装时对安装部位进行组装，组装完毕，对未进行施工管端的密封情况进行再次检查，确保管端的密封良好。
各区分集水器安装完毕，再次进行打压试验，试验方法同前一试验方法。
6.5、室内主管道安装
施工内容主要包括:
室内主管道的安装、保温。
结构施工完毕，室内具备施工条件时，进行安装室内主管道。
室内主管道全部为无缝钢管，总体安装原则为从一侧顺序配管，支管连接紧随其后。
6.5.1、管道安装设计要求
1.本工程用管子、管件、阀门必须有制造厂的制造许可证、合格证、材料质量证明书，其指标应符合相应国家标准，其型号规格应符合设计要求，在施工前应依设计图纸进行核对。
2.严格按设计及工艺要求，选择管道的支吊架形式，管道支吊架的形式、材质、加工尺寸、精度及焊接应符合S161《管道支吊架》中的要求。
为防止冷热桥产生，管道同支吊架间加同保温层等厚的木托；
3.管道安装应横平竖直，成排安装的管道和阀件应在同一平面上，偏差不超过3mm，管道安装的座标和标高应符合设计要求；
4.管道坡度应根据设计要求设置；
5.法兰、焊缝及其他连接部件安装位置应方便检修，不得紧贴墙壁、楼板，并考虑保温操作方便。
管道的对接焊口或法兰接口必须避免与支吊架重合，水平管道上的阀件手轮严禁朝下安装。
6.5.2、管道安装工艺及技术要求：
1、管道安装工艺：
2、管道安装技术要求：
A、管道的坐标和标高应符合设计要求。
B、成排安装的管道、阀件，应在同一平面上，偏差不得超过3mm。
C、不便于检修时拆卸而安装的活接头或法兰，宜装在阀门的后面。
（对介质流向而言）
D、管道穿墙应设置套管，套管口与墙面齐平。
E、套管直径应比母管大两号，焊缝不能置于套管中，套管不能做支架支承管子，应保证管道能在套管中自由移动。
6.5.3、管道安装施工方法
1、管子切割下料
根据管子的大小、材质不同，选择手工、机械、火焰切割三种方式，但不得用电焊代替切割，切割的管口应平整，内壁毛刺应及时清除，凡对焊的焊口，应用坡口机或手工坡口，一般选用V型坡口，角度60℃，用火焰切割的管内壁毛刺应及时清除。
用火焰切割的管子表面氧化物用角向磨光机磨光，管子下料尺寸应按实测尺寸进行，两条闭合管段，应复测确定下料尺寸。
2、管道焊接：
①.管道焊缝的位置必须符合下列规定：
A、直管段两环缝间距不小于100mm，且不小于管外径。
B、焊缝距起弯点不得小于100mm，且不小于管外径。
C、环焊缝距支吊架净距大于50mm。
D、管道纵横焊缝处不得开孔，焊接支架和其他仪表管。
E、焊接要求：
★施焊人员必须持有焊工操作合格证。
★焊接材料要有合格证明、材质证明，并保存于干燥处。
★不允许在有雨或强风的地方或温度低于0℃的情况下焊接，如现场不符合条件应采取保护措施。
②.焊接作业
A、焊接材料：
焊条采用E4303。
B、焊条不得受潮，如受潮使用前需进行烘干处理。
C、将焊口处打磨坡口，坡口一般为V型。
D、将坡口处内外油污、锈等清理干净。
E、焊好每一层后都要用电动钢丝刷将焊道清理干净，以防止表面缺陷影响焊接质量。
焊接工艺参数如下：
焊条直径mm
电流极性
电流A
2.5
交流
50-80
3.2
交流
100-130
4
交流
160-210
5
交流
200-270
③.质量要求：
焊缝处应避免尺寸过大、焊瘤、咬边、弧坑、表面气孔、裂纹、未焊透、及焊剂夹渣等缺陷。
每次焊后都要对焊件外观作全面检查。
其焊缝质量达到Ⅳ级焊缝要求。
④.焊接后，焊工要清除溶渣及飞溅，检查外观质量，合格后方可进行下一道工序。
⑤.焊缝出现裂纹时焊工不得擅自处理，应查清原因制订出返工工艺后再处理。
3、阀门安装
主管道阀门安装前必须进行压力试验，试验合格后方可开始安装；开始安装时，应按设计核对型号，检查阀门质量，确定安装方向，丝扣和法兰连接阀门，应在关闭的情况下进行安装，严禁用槌或其它工具敲击其密封面或阀件，阀门的操作机械和传动装置应动作灵活，指示准确。
4、法兰和垫片的安装
法兰的公称压力和设备及阀门一致，法兰的平整度偏差不大于法兰外径的1.5‰，且不大于2mm，并不得用强紧螺栓的方法消除缺陷，法兰紧固螺栓应对称，用力均匀，紧固后外露长度不大于2倍螺距，低压管道的法兰螺栓应选用半精制六角螺栓。
在振动设备的连接法兰上应使用弹簧垫，法兰密封周边应整齐，垫片尺寸应与法兰密封面相符。
5、管道试压冲洗
管道安装完毕，必须按设计规定和规范要求对管道系统进行分系统冲洗、并做压力试验。
乙二醇水溶液流经的管道，安装前应进行清洗，安装过程中不得使焊渣等杂物进入。
乙二醇溶液流经的管线，不宜采用镀锌管道及其配件。
经试压合格后，应对系统进行反复冲洗，直至排出的水中不夹带泥沙、铁屑等杂质，且水色不混浊为合格。
管道试压采用水压试验进行，试压时环境温度不低于5℃，试验压力0.6MP。
水压强度试验时应分级缓慢升压，升至试验压力的50%时停止升压，检查无异常现象，再以每次升压25%缓速升至试验压力、停压10分钟，压降不大于0.02MPa，然后卸至工作压力，不渗不漏为合格。
室内管道压力试验完毕，做整个系统包括地埋管、分集水器、室内管道压力试验。
试验压力0.6MP，稳压12h，压力降不大于0.018MP为合格，做好试验记录。
6、管道保温
管道保温工程施工按设计要求及保温工程工艺进行。
（1）管道保温应在防腐及强度试验合格后方可进行，如需先做保温层应将管道的接口及焊缝留出，待试压合格后，再将接口处保温。
（2）保温材料的材质、规格应符合图纸设计或变更、洽商的要求。
室内的管道保温均采用橡塑保温，管道直径小于200mm的用25mm厚，管道直径大于等于200mm的用32mm厚橡塑保温。
7.劳动组织
土壤换热器劳力计划
序号
工种
人数（个）
1
钻井工人
150
2
管道工
20
3
土方工人
10
4
电工
2
5
焊工
3
8.质量要求
8.1、钻孔深度及管道埋深必须符合设计要求。
8.2、管道必须保压回填，发现问题及时处理，确保管道不渗不漏。
8.3、直埋管回填，必须分次回填，保证回填密度。
9.安全措施
9.1、为了保证本工程顺利完工，减少不必要的人身伤亡和财产损失；特制定如下安全生产措施：
9.2、落实好安全生产责任制,分清责任,建立健全奖罚制度,预防事故发生,对认真遵守规章规程者给予表扬和奖励,对违反者认真分析,加强教育,并分别给予处罚。
9.3每个施工人员有权拒绝“三无”任务（无安全交底、无安全防护或无证作业）,对任何违章指挥、都有权柜绝并可越级汇报。
9.4、做到不发生重大伤亡事故,在高空作业,随时系安全带;进入工地必须戴安全帽;出入口上下呼应,防止高空坠落物体致伤亡事故。
9.5、所有电气设备的金属外壳均应有良好的接地装置,所有配电箱均应有漏电保护器。
电焊机同时要安装漏电、节电保安器,电动工具必须接地或接零保护。
使用工具或设备前,首先进行检查,不符合要求的不准使用。
9.6、在施工现场用电、脚手架搭设、大型设备吊装、拆运、电气焊工作及风管制作、安装均要有详细的安全技术交底。
9.7、机械的转动部分必须装有防护罩,禁止在机器转动时,从靠背轮、叶轮和齿轮上取下防护罩。
10.环保措施
10.1、现场文明施工管理必须执行上级颁发的场容管理条例及有关规定，施工队现场文明施工管理要统一布置，统一安排，要有平面布置图分区负责，贴在现场办公室，每个班组要有岗位责任制，贴在小组工具房。
10.2、在进场前由项目经理对全体施工人员进行入场环保教育并交底，交底必须对文明施工及现场的环境保护提出具体要求，重要部位要有切实可行的具体措施书面交底。
10.3、对于临设用房不得有歪斜，破烂等现象，要严格按要求办，做到规矩整齐。
10.4、操作地点周围要做到整洁，活完料尽脚下清。
10.5、施工现场堆放的成品，材料要整齐，以免影响地区景观。
10.6、施工所采用的机具在进场前清洗检修，并进行噪声检测，噪声超标的机具不得进入现场。
在施工过程中，对施工机具定期检查，测量噪声，并做好记录。
11.效益分析
地源热泵比风冷热泵节能40%，比电采暖节能70%。
比燃气炉效率提高48%。
所需制冷剂比一般热泵空调减少50%。
水环热泵系统与常规系统相比，仅管道热损失减少这一项，节能效率约为8%--15%。
；而当建筑物内部同时有供热工况机组和供冷工况机组模式同时运行时，系统最多降低运行费用可达50%左右。
12.工程实例
武昌站改扩建站房工程（质量目标：
国优鲁班奖）的地源热泵工程，在优质的前提下，大胆创新，为企业赢得了信誉和效益。
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