當(dāng)代MoMA工程熱泵空調(diào)系統(tǒng)埋地?fù)Q熱器施工技術(shù)

關(guān)鍵詞：地源熱泵； 換熱器； 施工
　　中圖分類號(hào)： ＴＵ７３１．３        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： Ｂ     文章編號(hào)： １０００－ ４７２６－ （２００７）０４－ ０３０７－ ０２
　　當(dāng)代 ＭＯＭＡ 工程位于北京市東直門東北角， 總建筑面積 ２２ 萬!， 東西長 ２５６ｍ， 南北寬 ５２ｍ。地上由九棟塔樓和四棟裙樓成Ｕ字形分布組成，高位空中大型鋼結(jié)構(gòu)連廊將塔樓連為一體。中間的地下車庫將各塔樓、裙樓連為一體。
　　本工程地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)為恒溫恒濕，空調(diào)覆蓋面積為１５萬ｍ２，溫度為夏季 ２６℃、冬季供暖溫度為 ２０℃，全年提供生活熱水?？照{(diào)制冷、熱水由２ 臺(tái)燃?xì)忮仩t和８臺(tái)地源熱泵機(jī)組提供，其中４臺(tái)熱泵機(jī)組供應(yīng)天棚輻射系統(tǒng)，另４臺(tái)供應(yīng)空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)，生活熱水夏季采用部分熱回收、不足部分由鍋爐補(bǔ)充。冬季和過渡季節(jié)由燃?xì)忮仩t加熱生活熱水。
　　地源熱泵系統(tǒng)采用垂直埋管換熱，共計(jì)鉆換熱孔６３５ 個(gè)，換熱孔間距
５ｍ，全部布置在中央地下車庫基礎(chǔ)底板之下。孔徑為 /１５０ｍｍ，孔深 １００ｍ，換熱管規(guī)格為外徑 ＤＮ３２ 的雙Ｕ型ＰＥ 高密度聚乙烯埋管，周圍的空隙采用導(dǎo)熱系數(shù)較高的填料回填。換熱器水平聯(lián)絡(luò)管位于車庫基礎(chǔ)底板以下５００ｍｍ 水平敷設(shè)。垂直換熱管通過水平聯(lián)絡(luò)管匯集到檢查井（共設(shè)置 ４５ 個(gè)檢查井）內(nèi)的集水器，各個(gè)集水器通過管道匯集，最終進(jìn)入機(jī)房內(nèi)與熱泵機(jī)組相連，如圖 １ 所示。
                    
    １ 換熱井及垂直換熱管施工
    １．１ 施工工藝
    鉆孔放線定位→挖泥漿池→鉆機(jī)就位→成孔鉆進(jìn)→孔深孔徑核查→管材、耗材準(zhǔn)備→一次打壓試驗(yàn)→下管→二次打壓試驗(yàn)→回填。
    １．２ 換熱孔及垂直埋管主要施工方法
    １．２．１ 定位放線
    根據(jù)施工圖紙， 對(duì)換熱孔位置進(jìn)行放線定位，每個(gè)孔位采用木樁進(jìn)行標(biāo)識(shí)， 且保證孔位距抗拔樁距離不小于
    １．２ｍ， 避開后澆帶、基礎(chǔ)底板反梁下面。
    １．２．２ 挖泥漿池
     按照一個(gè)泥漿池就近滿足周邊鉆機(jī)使用的原則組織泥漿坑。采用人工開挖， 深度為 １．５ｍ，長度、寬度均為２ｍ。挖好泥漿池后，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)制泥漿。由于本工程泥漿池底位于車庫基礎(chǔ)墊層之下，為防止泥漿池滲水，破壞天然地基，影響天然地基的承載力，故在泥漿池內(nèi)設(shè)兩層塑料薄膜和一層彩條布，防止泥漿滲漏。施工完成后， 泥漿池深度超出槽底部分的采用級(jí)配砂石處理，以滿足地基承載力要求。設(shè)計(jì)天然地基的承載力為 １８０ｋＰａ。
    １．２．３ 鉆機(jī)定位
     根據(jù)就近施工鉆機(jī)間不相互干擾，減少設(shè)備移位，就近利用泥漿池的原則分片布置鉆機(jī)。
    １．２．４ 成孔
    鉆孔設(shè)備就位后，核查鉆孔位置、鉆機(jī)垂直度、鉆頭直徑。鉆進(jìn)過程中，記錄起、停鉆的時(shí)間，鉆進(jìn)尺度，以及在鉆進(jìn)過程中有可能出現(xiàn)的其他問題。鉆進(jìn)到達(dá)要求深度后，查驗(yàn)鉆孔深度和孔位，在下管程序沒有準(zhǔn)備好以前不能過早提起鉆具，并且保證泥漿循環(huán)。
    １．２．５ 下管準(zhǔn)備
    雙Ｕ型管的接頭采用電熔連接方法，在工廠進(jìn)行，每個(gè)Ｕ型管接頭熔接成功后，進(jìn)行清洗、打壓試驗(yàn)， 打壓 １．６ＭＰａ 觀測(cè) １ 小時(shí)以上， 不泄漏為合格。
    下管前先用自來水對(duì)管道進(jìn)行沖洗，然后進(jìn)行試壓。試壓１．２ＭＰａ， 帶壓觀測(cè) １５ｍｉｎ 以上，不滲不漏無破裂，壓力下降不超過 ０．０３ＭＰａ 為合格。試壓完畢，每組雙 Ｕ型換熱管頭必須立即密封。安裝管卡。為保證換熱管能盡可能貼近孔壁， 避免換熱管之間的短路傳熱， ３ｍ 間隔安裝管卡， 安裝一定要牢固。
    １．２．６ 下管填料
    四根管應(yīng)均勻平穩(wěn)下入，入過程中確保與地面垂直的地上管段不得小于 １ｍ。
    下入換熱管后， 為檢驗(yàn)在下管過程中是否有管壁劃傷破損， 進(jìn)行二次打壓， 試驗(yàn)壓力 ０．８ ＭＰａ， 帶壓觀測(cè) ３０ｍｉｎ 以上， 壓力下降不超過 ０．０２ ＭＰａ為合格。
    打壓合格后， 把所有管頭再次密封保壓， 進(jìn)行回填級(jí)配砂石。換熱管與
鉆孔之間回填級(jí)配砂石直至基底。填料時(shí)要求填料由四周緩慢填入，填級(jí)配砂石的同時(shí)間斷地向孔內(nèi)注水，確保成孔內(nèi)級(jí)配砂石的盡可能密實(shí)。填料分次填入。一次填滿后過兩三天就會(huì)自然下沉約１ｍ，發(fā)現(xiàn)下沉要及時(shí)再次填滿，加適量的水澆灌以促進(jìn)下沉，大約三次就不再下沉，填料密實(shí)。
    ２ 聯(lián)絡(luò)管施工
    ２．１ 工藝流程
   管溝開挖→敷設(shè)砂墊層→主管道熔接→支管與主管熔接→打壓試驗(yàn)→管頂敷砂， 如圖 ２、３ 所示。
                     
    ２．２ 主要施工方法
    ２．２．１ 聯(lián)絡(luò)管管溝坑開挖
   管溝坑按照實(shí)際施工進(jìn)度，分區(qū)開挖，主管道管溝采用小型機(jī)械，配合人工清理，一次開挖到位，聯(lián)絡(luò)管支管管溝采用人工開挖。
    ２．２．２ ＰＥ 管道安裝
    干管安裝將預(yù)制好的管道運(yùn)到管溝，按事先編碼順序擺放。然后進(jìn)行連接，管道的連接方式按管徑大小分為熱熔連接和電熔連接。干管為 Ｄ９０ 全部熱熔連接，三通甩口要求垂直于相應(yīng)井位支管，偏差不得大于 １５°。支管連接： 每根干管連接好后，開始連接支管，支管為Ｄ３２全部采用電熔連接，將換熱孔分支管引到干管三通處，按順序逐個(gè)連接。遇到塑料管和鋼管連接時(shí)采用專用鋼塑轉(zhuǎn)換接頭連接。
     ２．２．３ 壓力試驗(yàn)
     管道連接完畢后， 進(jìn)行 ０．８ＭＰａ 的打壓試驗(yàn)， 水壓保持 ２ ｈ 以上， 壓降不超過 ０．０２４ＭＰａ 為合格。
     管道打壓合格后，對(duì)管溝進(jìn)行回填，同時(shí)，從供水管接入干凈自來水進(jìn)行沖洗，由回水管排出，連續(xù)沖洗，直到出水口水色和進(jìn)水口一致為合格。沖洗完畢后，對(duì)所有管口進(jìn)行再次密封，防止雜物進(jìn)入管內(nèi)。
    ２．２．４ 土方回填
    在水平聯(lián)絡(luò)管管頂填３００ｍｍ厚細(xì)砂，加２００ｍｍ厚碎石。碎石以滿足地基承載力的要求。在回填時(shí)要填實(shí)管底，管底采用１５０ｍｍ厚砂墊層，再同時(shí)回填管道兩側(cè)，依次回填至管頂５００ｍｍ處，如圖４所示。
                
    ３ 換熱干管穿基處底板處的施工
     本工程換熱干管位置相當(dāng)特殊，垂直埋管位于地下車庫基礎(chǔ)底板以下，水平換熱管干管必須穿過基礎(chǔ)底板柔性防水層和鋼性基礎(chǔ)底板后進(jìn)入檢查井，此作法尚無先例，也無成功經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過多次專家論證，最后確定其下法，如圖５所示。
    ４ 關(guān)鍵控制點(diǎn)
    埋地?fù)Q熱器系統(tǒng)是整個(gè)地源熱泵系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵，其質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)能否安全可靠的運(yùn)行，而且工程一旦完成，其將不可修復(fù)。因此，必須從以下幾個(gè)方面進(jìn)行嚴(yán)格控制。
               
    ４．１ 高密度 ＰＥ 管的質(zhì)量
   （１） 產(chǎn)品出廠時(shí)應(yīng)有產(chǎn)品合格證。
   （２） 進(jìn)貨后，現(xiàn)場(chǎng)分批取樣送檢。
   （３） 下管前要進(jìn)行打壓， 并保壓１ｈ 以上， 合格的 ＰＥ 管方可下入鉆好的換熱孔。
   （４） ＰＥ 管下到孔底后，在回填料之前再進(jìn)行二次打壓試驗(yàn)，合格后
方可進(jìn)行回填料。
    ４．２ ＰＥ 管下入孔前的技術(shù)準(zhǔn)備
    在 ＰＥ 管間安裝管卡，嚴(yán)格控制在３ｍ左右間距，保證ＰＥ管之間具有一定的距離，減少ＰＥ管之間的換熱干擾。同時(shí)選用加重管底接頭，保持管柱下入時(shí)的垂度。同時(shí)在下管程序沒在準(zhǔn)備好以前不能過早提起鉆具，并且保證泥漿循環(huán)。
    ４．３ 下管后的填料
      填料的密實(shí)與否直接關(guān)系到換熱孔的換熱效率，為了提高填料的密實(shí)程
度，一方面要嚴(yán)格控制填料的速度，沿孔壁四周均勻慢速填料，減少因填料過快而造成填料在孔內(nèi)搭橋的機(jī)會(huì)。
    ４．４ 設(shè)計(jì)前的試驗(yàn)
    地源熱泵設(shè)計(jì)前必須對(duì)所在場(chǎng)地進(jìn)行試驗(yàn)， 獲取土壤相關(guān)的熱物性參數(shù)和確立最佳施工方法。