地源热泵地埋管换热器施工的监理控制点

郭军平

（浙江江南工程管理股份有限公司，浙江 杭州 310013）

绍兴市奥林匹克体育场馆工程地源热泵系统总投资将近3000万元，总服务面积约 11万 m2。室外土壤源部分设置有效深度 100 m的地埋垂直管换热器共计 1200个，连接水平管换热器(各种规格如 D32、D40 等)共计 20080 m，开挖土方量4万多 m3。地源热泵空调换热是一种利用含有大量能源的土壤(地下热)作为吸热或排热的热交换器，实现空气调节的系统。该工艺适用于地源热泵系统节能工程的施工。绍兴市奥林匹克体育场馆工程空调系统正是利用地源热泵作为空调冷热源来调节室内空气温度。该工程采用地埋管换热系统，传热介质通过埋在地下的密闭循环管组换热器与岩土体进行热交换。

1 施工工艺

1.1 施工工艺流程

地源热泵地埋管换热器施工流程见图1。

1.2 操作过程

1.2.1 定位放线

定位放线是地源热泵室外工程最基本的操作，也是很关键的操作。根据设计图纸确定换热孔的位置，一般用全站仪放出控制点处换热孔的坐标。通常选择一个施工区域内最角上或拐角处的换热孔作为控制点位，然后利用两点成线的方法，将控制换热孔纵横相连，根据设计图纸从控制换热孔的位置开始沿纵横直线每间隔 5 m 确定一个换热孔，用木桩或石灰标出换热孔的位置。在不规则区域通过延伸放线予以解决。定位放线时应注意严格控制换热孔之间的距离，不得小于最小距离(最小距离与孔深、孔径、垂直度有关)。

图1 地源热泵地埋管换热器施工工艺流程图

1.2.2 钻 孔

钻孔是竖埋管换热器施工中最重要的工序。钻孔工艺的选择跟地层土质有关。为保证成孔之后孔壁的完整性，若施工地区土质比较好，可以采用裸孔钻进；若是砂质土层，孔壁容易坍塌，应设套管钻进。该工程地埋管施工区地面以下50 m 内为黏土层，且距地面 20 m 内为淤泥质黏土层，钻孔时极易缩孔。初期采用下套管施工工艺，完成一个钻孔需要72 h，效率低下；后因下套管和提套管进度缓慢而直接采用裸孔钻进的方法施工。

1.2.3 带压下管

下管必须保证下管有效的深度。下管采用人工下管或机械下管方式，在钻孔完毕后立即进行下管施工。该工程垂直管换热器选用专用单 U 形盘管；U 形配件采用专用连接成品，与两支管采用电容连接。单 U 形盘管管的两支管应采用专用固定卡固定，以保证两支管的间距，避免造成热量回流影响换热效果。钻孔完毕后竖孔内有大量积水，受浮力影响对下管造成一定的困难；且由于水中含有大量泥砂，泥砂沉积会减小竖井的有效深度。因此该工程采用机械下管的方式，每钻完一孔都及时组织下管。下管之前对 U 形盘管进行试压，试压一般与垂直孔钻进同时进行；确认管道无泄漏后，压力降到合理范围内再进行下管。垂直管下放到有效深度后，在井口采取防止 U 形管上浮的固定措施。下管结束后要保证 U 形管露出地面，而且露出地面的长度需控制在允许范围以内。

1.2.4 回填封井

回填之前观察地埋管的压力，确认无泄露现象后方可进行回填。回填材料宜采用按一定配比配制而成的膨润土和细砂混合物。为确保回填密实、无空腔，应分多次回填，直至回填料在换热孔端口不沉降为止。另外，当钻孔深度超过40 m 时，回填应在周围临近钻孔均钻凿完毕后进行。

1.2.5 换热器安装

对于高密度聚乙烯(HDPE)管段和管件之间的连接，均采用专用设备进行热熔或电容焊接。在埋深不大或场地允许时，应在地面把盘管准备好，主要工作包括盘管试压、支管固定，然后利用钻塔进行放管。当垂直管换热器的联络管施工时，在地面上预制好联络管并留出相应的与垂直管相接的三通，然后直接在沟槽内进行热熔连接即可。

2 监理控制点

2.1 质量控制

2.1.1 原材料

原材料进场时，主要从品牌、规格、外观等各方面检查验收。施工单位报送的材料质量证明文件应齐全、真实、有效，与中标时选定的一致；品牌、规格、外观等各方面验收不合的材料，不得用于工程中。材料验收合格后，对材料的保管及搬运过程都需要加强控制，避免管材在阳光下曝晒且搬运过程应小心轻放。该工程使用高密度聚乙烯(HDPE)管且管材有多种规格。例如垂直管换热器规格统一公称压力为PN1.6、公称外径为DN32；而水平联络管分为两种，在建筑物基础下面的联络管要求工程压力为PN1.6，联络管区域上部无建筑物基础的则公称压力为PN1.0。在保管和使用过程中需要做到分类保管、分类使用。工程中监理人员在现场巡视时发现部分材料没有按公称压力的不同而分开堆放，现场操作人员在使用时也没有做到注意铭牌，材料使用混淆。公称压力低的当公称压力高的管道使用，使工程质量不合格；公称压力大的当公称压力小的管材使用，造成了资源的浪费。

2.1.2 钻孔及下管

垂直管换热器施工时必须确保换热孔的有效深度。钻进到有效深度后，为避免提钻及下管过程中泥砂沉积而减小有效孔深，仍须继续钻进 1 m～2 m 方可提钻下管。该工程垂直管换热孔的有效深度为120 m，换热孔直径为150 mm。用测绳测量孔深比较费时间，操作过程中因泥砂沉积反而使测得的数据与实际孔深相差较大。因此，在实际操作时采用更简单和原始的方法确认钻孔深度。钻机钻进至要求深度时，施工单位通知监理人员共同记取钻孔深度。提钻过程使用钻杆的数量加以统计，测出钻杆长度；再加上钻机上驱动钻杆的长度，即最后 1 根钻杆的长度，就可以算出孔深。计算公式为H=nL+l。式中 H 为孔深，n 为钻杆数量，L 为钻杆长度，l 为驱动钻杆长度；计算时单位应统一。另外，采用观察盘管米标的方法也可以推算出有效孔深。盘管出厂前，从 U 形配件端部开始沿管身每间隔 1 m 成等差数列标出盘管长度，例如；盘管为120 m，则从 1 m 一直标注到 120 m 为止。采取观察盘管米标的方法，下管之前必须对盘管的完整性进行检查。确认盘管完好无损，方可下管；若发现盘管中间有接头，则不得用作垂直管换热器。两种方法均有优缺点：钻杆计数法虽然所用时间较长，但操作简单，记取的数值也比较精确；观察米标法虽然操作简单，但是往往因盘管表面容易被泥浆污染，米标不容易找到，实际操作起来受管材表面泥浆污染程度的限制。根据设计要求，下管完成后对明露在地面的盘管长度要加以控制，不应大于最大允许值。钻孔在钻进的同时，对竖埋换热管根据 GB 50366—2005《地源热泵系统工程技术规范》进行第 1 次压力试验。压力试验合格，方可下管。下管前将盘管压力降到合理范围内，使管内保持一定的压力，然后下管。一边下管一边观察压力变化情况。盘管下放到有效深度后采取固定措施防止盘管上浮。下管完成20 min 后观察压力变化。确认压力降到合理范围内后，应及时回填封孔。检查回填料配比，确保垂直换热井回填密实。回填结束后要剪掉垂直管换热器上的压力表。剪掉压力表后需要注意做好端口的封堵工作。

2.1.3 水平联络管

采取复核方式检查沟宽、沟底标高以及管道埋深是否达到规范要求。另外根据设计文件对联络管管底砂垫层厚度及压实程度进行检查。该工程管道连接采用热熔连接方式：当管道外径 D≤75 mm 时，采用承插热熔连接方式；当管道外径 D＞75 mm 时，采用热熔对接方式。施工过程中重点要对管道连接质量进行检查。主要通过观察熔接焊瘤、管道接口处平直度来判断连接质量，以压力试验作为最终手段确认管道连接质量。此次压力试验称为第 2 次压力试验。压力试验合格后，方可开始联络管即水平管的回填。按照设计要求，管顶 200 mm 范围内应用回填砂子作为保护层。最后一道工序是水平联络管与各自区域内分集水器的连接。工程中采用的钢制分集水器，出厂检验报告齐全，防锈防腐措施到位。当分集水器与联络管完成连接后，进行第 3 次水压试验。至此各区域内系统完成施工，剩余工作就是各区分集水器与总分集水器的连接。该部分施工过程及工艺与各区联络管施工工艺相似，控制要点及控制内容相同，此处不再赘述。与总分集水器连接完成后，进行第 3 次压力试验的延伸。此次压力试验仍属于第 3 次压力试验的范畴。总分集水器与机房连接完成施工后，进行第 4 次压力试验。第 4 次压力试验待机房工程完成施工后进行。

2.2 投资控制和进度控制

从总体上看，资金到位情况与进度计划的实施紧密相关。此工程中体现最为明显。在 2011年 6月份和9月份两个月中，由于材料供应延缓；另外射击馆区域桩基施工与地埋管工程施工区域重合，致使整个工期耽误了近3个月。从根本上讲，资金(承建单位的资金)问题是造成该工程室外土壤热源系统不能按计划完成的主要因素。当然也有天气原因。监理过程中，检查施工单位是否按所报审的进度计划施工，分析所出现偏差的性质；若出现较大的负偏差，则要求施工单位对进度计划进行修改并提出赶工措施；督促施工单位按调整后的计划施工。

3 监理过程中发现的各种问题

监理过程中发现承建单位在施工操作方法、使用仪器、建筑材料等方面存在一定的问题。就这类问题总结如下。

3.1 压力试验问题

3.1.1 压力表量程过大

初期使用的部分压力表量程过大，部分表量最大程为5.0 MPa。对于1.6 MPa的试验压力来说，此类表明显不符合要求，易造成读数不准确甚至读不出数据。经过提示后更换为量程 2.5 MPa的压力表。

3.1.2 试验压力值达不到设计要求

对第 1 次压力试验的压力值的大小，设计文件明确要求为1.6 MPa。施工人员在操作过程仅凭经验，认为打压时压力值达到 0.6 MPa 且保持稳定即可。监理人员在监理过程中，对压力试验情况做好抽检工作并做好记录；第 2 次压力试验时应注意试验压力的大小。因竖埋管换热器孔深为120 m，打压时应考虑此部分静压；否侧竖埋管管底承受压力过大将会使管道爆裂。因此第 2 次打压时压力值为0.6 MPa。

3.2 地埋管施工问题

3.2.1 垂直管管卡间距过大

按设计要求，固定单U形支管管卡之间的间距应该为3 m～4 m。监理过程中发现两卡间距有些长达 5 m，甚至 6 m。

3.2.2 竖埋管换热器端口未封堵

下管完成且压力表剪掉后，竖埋管端口没有及时封堵。端口不封堵容易使异物落入竖埋管中；若坚硬异物掉入管中，将会给后期系统冲洗及试压造成不必要的麻烦。

3.2.3 回填料配比不符合设计要求

在垂直管换热器回填施工中，操作人员只是随意回填，没有严格按设计要求对回填料进行配比，对回填料的材料及配比都不够重视。虽然有些操作人员对回填料进行配制，但是对其拌合均匀程度没有保证，根本达不到拌合均匀的要求。

3.2.4 联络管施工

承插连接顺直度超出允许偏差；焊瘤不明显或过小；配件连接存在不规范、倾斜等问题；管底砂垫层不符合要求。管底砂垫层厚度一般为100 mm～200 mm，宽度为管材外径加 600 mm。施工过程中往往达不到设计要求的厚度及规范要求的宽度。

3.3 其他问题

地源热泵埋地管换热器施工过程需要注意的其他问题还有：分集水器检查井砌筑过程中所用的砂浆要求，检查井内排水设施的设置等。另外，大面积检查井盖板的浇筑也是需要注意的事项。

4 结 语

提高建筑物的节能及环保性能，其中重要手段之一就是采用低能耗的暖通系统。地源热泵中央空调系统进入我国并通过在工程中的成功运用，得到了空调界人士的认可和推崇，成为了我国中央空调发展的趋势，体现了节能、环保、灵活、舒适的新概念。地源热泵的发展从设计到施工都需要长足的发展和完善。笔者通过对绍兴市奥林匹克体育场馆工程地埋管换热器监理工作的总结，结合过程管理中发现的问题，提出控制点。供广大同仁参考。