試論與樁基結合的地源熱泵地埋管施工技術的應用

吳建華 何 丁

（1.山東方亞地源熱泵空調技術有限公司，山東 濟南 250014；2.山東大衛國際建筑設計有限公司，山東 濟南 250014）

節能和環保問題一直是社會關注的焦點，尋找節能環保的新能源是社會亟需解決的問題。地源熱泵既是一種基于太陽能進行能量轉換的供暖制冷系統，又是一種可再生的節能環保技術。與樁基結合形成的樁基地埋管地源熱泵系統是一種新型的地源熱泵系統，有明顯的優點，探討與樁基結合的地源熱泵地埋管施工技術的實際應用，是本文研究的重點。

1 樁基地埋管型地源熱泵系統的基本理論

樁基地埋管是地源熱泵系統中垂直地埋管形式的一種，又稱為能量樁基，其施工工藝是將嵌套地下換熱器和建筑物樁基，并在空心預制管樁或鉆孔灌注樁內鋪設換熱器，以為熱泵機組提供冷熱源的工藝。Nagelebau公司于1980年在澳大利亞首次使用樁基地埋管地源熱泵系統，系統構成有墊層內水平集管、樁基內垂直換熱器、集分水器。在地下換熱器安裝中， 將其與建筑樁基嵌套，即在地下連續墻、混凝土灌注樁、預制管樁內鋪設螺旋型換熱管， U型換熱管能節能鉆孔這道工序，大大節省了施工費用，以充分利用建筑物底板下的面積。樁基地埋管型地源熱泵系統的形式按鋪設形狀分為U型、螺旋型，按樁基的制作形式可以分為混凝土灌注樁和預制管樁。

圖1 樁基地埋管的連接方式

樁基地埋管地型地源熱泵系統具有以下特點：

①不占建筑物以外的土地面積，節約地下空間。

②節省了埋管和鉆孔的額外成本，有利于工程施工進度的加快。

③樁與地埋管、樁與土地的緊密接觸，能有效減少接觸熱阻，提高了土地土壤與循環工質的傳熱性能。

④地下換熱器的施工情況更為穩定，主要因樁基的間距大，使得U型換熱管的相互熱影響趨近零。

⑤該類型地源熱泵系統的回填材料一般是水泥，具有較強的導熱性能，使得其換熱效果更優。此外，樁基埋管型地源熱泵系統的連接方式如圖1所示。

2 樁基地埋管技術在地源熱泵施工中的應用

地埋管施工是地源熱泵施工工程的重要組成部分，其施工技術和工藝的優劣直接關系著地源熱泵工程施工質量的高低，影響了地源熱泵系統的正常運行。與樁基結合的地源熱泵地埋管施工技術是當前較為科學的施工技術，強化其在地源熱泵工程施工中的科學應用是勢在必行的。本文以具體的工程案例為切入點，探討了樁基地埋管技術在地源熱泵施工中的應用。

2.1 工程的基本概況

該工程的建筑面積為3224m2，高度為18m，共6層，其夏季空調總冷負荷為72253W，冬季空調總熱負荷為42345W。基于節能環保的理念，工程選用的熱泵機組是由1臺42kW制熱量、32kW制冷量的帶有兩個不同溫度循環環路組成，換熱形式為能量樁基。該機組能在夏季提供18℃-21℃的冷凍水，在冬季提供30℃-35℃的取暖水。該工程的土質蓄熱和傳熱性能較好，土壤的濕度較大，地下水位較高。

2.2 施工準備

埋管形式選擇垂直埋管，因該形式的換熱性能好、用地面積小，將嵌套垂直埋管和建筑物樁基。整個地埋管系統由43根能量樁基組成，每根樁基是3U型垂直管，其深度為30m，用水平橫管來連接垂直管，然后將垂直管安裝在灌注樁內。整個施工準備階段都要與土建單位密切聯系，以確保安裝準確。同時，在灌注樁內要安裝垂直部分的PE管，安裝的成功率和精準率都要做到完美，加強施工中的管道保護。在工期較緊的情況下，安裝和土建單位需要提高施工質量，嚴格抓好材料供應等施工準備工作，利用專業化施工及現場預制等手段保證工程的各個環節都能按時按質的完成。

2.3 施工實踐

樁基地埋管的地源熱泵工程施工對地埋管的施工技術、施工工序、質量檢測等方面的要求都較高，難度也大。在該工程樁基直徑為600mm情況下，且在施工中可能出現配合失誤等影響施工質量和安全的因素，如電焊時損傷PE管、導漿管上下抽動等，本次施工的最終防范為利用PE管隨鋼筋籠綁扎下井，施工的具體實踐如下。

（1）綁扎PE管

施工人員對PE管的第一次試壓時的壓力控制在1.2MPa，綁扎的合格條件是持續穩定試壓15分鐘后，壓漿≤3%，且未出現泄漏現象。確定合格后將PE管切成10m一段的規格，并綁扎在8M長的鋼筋籠內，中間鋼筋籠的兩端和第一截鋼筋籠的上部都要預留1m長度以備后續熔接。綁扎的材料選用長尼龍扎帶（25m），每次綁扎之間的距離最好控制在50cm。

（2）熔接PE管

施工人員先將綁扎好的第一截PE管進行熔接，制成U型管，然后開始第二次試壓，試壓的壓力控制在1.2MPa，熔接的合格條件是持續穩定試壓15分鐘后，壓漿≤3%，且未出現泄漏現象。確保熔接合格后放下第一截鋼筋籠，為了防止在第二截鋼筋籠焊接前可能因電焊穩定過高或有火花飛濺損傷PE管，施工人員要事先對橡塑保溫套管套住PE管，起到保護作用。之后，開始熔接鋼筋籠下井PE管，焊接兩截鋼筋籠后，將PE管上的橡塑保溫套去除，進行焊接，按序放下幾截鋼筋籠重復上述施工步驟進行熔接。

（3）混凝土灌注

將所有鋼筋籠下井后，施工人員要謹慎放入混凝土導漿管，并灌入混凝土。結束灌注后，進行第三次試壓，試壓的壓力控制在0.6MPa，灌注合格的條件為持續穩定試壓半小時后，壓漿≤3%。確認合格后，如果無壓降且PE管完好無損情況下可溶解管帽密封，并綁扎以備后用。

（4）混凝土截樁

截樁的首要條件是灌注樁的強度符合要求，施工人員在截樁時要小心謹慎截斷PE管，切忌過度拉扯。開挖土方時要先告知機械施工人員要注意地下的地熱管，防止損傷地熱管。截樁結束后，進行第四次試壓，試壓的控制要控制在0.6MPa，合格條件為持續穩定試壓1h后，壓漿≤3%。

（5）橫埋連接PE管和測試系統強度

施工人員要在大底板一下開始挖掘橫埋溝，并在其底部鋪設黃沙，黃沙鋪設完成后，置入橫埋管，并將橫埋管與樁基內的PE管連接。連接完成后進行第五次試壓，試壓的壓力控制在0.6MPa，連接的合格條件為持續穩定試壓半小時后，壓漿≤3%。確認合格后進行保壓，并澆筑混凝土承臺。施工人員應該采用鋼管來保護PE管彎頭和熔接處，以免因承臺過大而壓壞PE管的熔接處。

2.4 施工注意要點

樁基地埋管地源熱泵施工的要點體現在現場檢驗和水壓試驗兩方面。現場檢驗方面，要確保使用的管件、管材等施工材料符合國家現行標準規定；水平埋管、鉆孔的深入和位置，地埋管的壁厚、直徑、長度，回填料及配比要符合設計標準；防腐劑和防凍劑的含量和特性要符合設計要求；各環路流量要平衡、試壓實驗要合格，且兩項標準和符合設計要求；凈水溫差和出水未查、循環水流量要符合設計標準。水壓試驗方面，水壓的控制與工作壓力相關，當工作壓力≤10MPa時，水壓要＜0.6MPa，且為工作壓力的1.5倍；當工作壓力＞1.0MPa時，水壓要在工作壓力的基礎上加0.5MPa。

結語

總之，隨著地下水熱泵工程技術的不斷規范和發展，對節能環保型的地埋管技術需求越來越大。樁基地埋管地源熱泵系統與其他地源熱泵系統相比，具有投資成本低、地面面積使用少、施工進度快等特點，地下換熱器的工況也較為穩定。利用該技術進行施工，施工人員和安裝人員要加強交流和溝通，提高雙方配合度，避免因交叉施工造成的不必要損失。因此，將樁基地埋管技術應用到地源熱泵系統的施工中，有良好的社會效益和經濟效益。

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