建筑基坑內地源熱泵埋管技術應用

于群

摘 要：本文介紹了地源熱泵的原理及特點。現今，地源熱泵系統越來越廣泛的被應用在單個建筑物及區域內多個建筑物提供制冷、供熱上。該系統不僅具有節能環保效益，而且在改善能源結構等方面上提供了有效措施。

關鍵詞：地源熱泵系統；節能環保；建筑基坑內埋管

中圖分類號：TU761 文獻標識碼：A

能源與環保是人類生存和發展的兩大主題，是全球關注的問題。隨著經濟的飛速發展，空調、地暖、生活熱水等暖通系統已經成為人類獲取舒適健康空間的重要選擇。同時，暖通系統的普及所帶來的能耗也日益突出，傳統的暖通系統供熱、制冷方式因產生大量環境污染和能源的浪費正面臨著嚴峻的挑戰。生態環境的惡化、資源的枯竭，迫使我們尋找一種綠色能源的供熱、制冷方式。而地源熱泵空調系統因其節能效果顯著、綠色環保等優勢，在工程中得到廣泛應用。目前大面積使用的是埋管式地源熱泵技術，但由于地埋管熱交換器是在地下進行的，其使用受到場地限制。因此本文討論的是一種埋于建筑基坑內的布管方式。

1 地源熱泵空調系統工作原理

地源熱泵中央空調是一種從地下土壤/地下水中提取熱量的高效、節能、環保、再生的供冷（熱）系統。

2 工程案例分析

2.1 項目概況

某項目占地面積35962㎡，地上建筑面積約108000㎡。

2.2 暖通系統概述

本工程空調冷負荷：4693.4kW，空調熱負荷：3173.3kW。夏季冷源由地源熱泵系統、電制冷水冷離心式冷水機組聯合提供。冬季熱源由地源熱泵系統提供。由于本項目建筑外用地范圍有限，故確定采用在建筑基坑內樁間鉆孔方式。實際布置換熱孔數量約為702眼，換熱孔深度為100m，夏季負荷不足部分由電制冷冷水機組提供空調冷水。

2.3 建筑基坑內樁間鉆孔布置原則、施工做法及分析

（1）建筑基坑內樁間鉆孔與常規地埋管換熱器的安裝位置不同，互相影響的因素也不相同。基坑內埋管要注意以下幾個問題：

①樁間地埋管換熱器的設計與施工要考慮到基礎樁與豎直埋管之間不能影響工程樁的安全使用性能，因樁垂直中心線周圍一定距離內的土壤層的攪動會對樁的承載能力造成不良影響，所以應結合結構設計進行合理性分析，并確定豎直地埋管換熱器與基礎柱間距。

②要考慮到建筑沉降對地下換熱系統管道的影響，水平埋管在墊層內有足夠的緩沖余量，可用黃沙鋪設保護層。

③由于埋管在基坑內，積水對基坑安全十分不利，基坑開挖后，要避免地埋井出現涌泉、冒水，要對地埋管的回填采用壓力回填，進行高壓灌漿，回填料要能夠起到封堵地下水、滿足換熱能力，可在黃沙中加入膨潤土及水泥，攪拌成混合砂漿。

④基坑內埋管施工橫埋階段存在大量的挖土工作，挖土后的回填工作會對基坑的密實度產生影響，必須保證全部黃沙回填，對基坑密實度的影響降到最低。

⑤地埋管總管需穿過外墻進入室內機房，管道穿墻要做好防水措施，保護套管由土建施工方預留以保證防水質量。

（2）基坑內埋管施工工序可分為垂直埋管工序及水平管連接施工工序。

在了解并掌握建筑樁基圖及基坑內豎直埋管圖后，垂直埋管施工工序如下：

①施工前對施工場地進行平整，保證地面打孔平面在同一水平面上；

②根據設計圖紙對垂直孔用全站儀定位標示；

③盤管U型彎管制作與試壓、封堵；

④鉆機就位校準、鉆孔并及時護臂；

⑤U型管鉆桿下管；

⑥灌漿料調配攪拌；

⑦對鉆孔進行高壓灌漿；

⑧鉆孔回填。

水平管連接施工工序如下：

①土方開挖現場監督；

②用全站儀定位查找垂直孔管頭；

③垂直管試壓；

④水平管溝開挖；

⑤水平管熱熔焊接；

⑥每完成一組管道系統立即進行試壓；

⑦黃沙回填；

⑧水平管接出基坑處試壓與成品保護；

⑨二級集分水器及平衡閥安裝。

（3）基坑內地埋管換熱器水平管直接穿地下二層底板孔洞不易封堵，容易滲漏，此項目做法是地埋管換熱器水平管引出地下二層底板，如圖1所示。

水平管從地下室二層底板引出后一般是在建筑外做井室，將二級分集水器放于井室中，再將總管接至機房內的一級分集水器。但是從諸多工程實際案例中來看此種設計在施工中難度及復雜程度大，若項目規模大管路多則室外二級分集水器井室也多，不僅造成初投資費用增大，而且井室內易進水或地下水滲漏會對管子造成腐蝕。該項目摒棄了這種傳統的施工方法，將二級分集水器安裝于地下一層的側墻上，并用不銹鋼板將其封裝，既方便又美觀。如圖2所示。

結論

通過本案例，當項目用地受限地埋孔在建筑外無法鉆孔時，建筑基坑內樁間埋設豎直地埋管換熱器是完全可行的，樁間豎直地埋管換熱器的布置應考慮相互間安全使用間距，并在施工前對地埋換熱器進行統一規劃。

參考文獻

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