建筑基坑内地源热泵埋管技术应用

于群

摘 要：本文介绍了地源热泵的原理及特点。现今，地源热泵系统越来越广泛的被应用在单个建筑物及区域内多个建筑物提供制冷、供热上。该系统不仅具有节能环保效益，而且在改善能源结构等方面上提供了有效措施。

关键词：地源热泵系统；节能环保；建筑基坑内埋管

中图分类号：TU761 文献标识码：A

能源与环保是人类生存和发展的两大主题，是全球关注的问题。随着经济的飞速发展，空调、地暖、生活热水等暖通系统已经成为人类获取舒适健康空间的重要选择。同时，暖通系统的普及所带来的能耗也日益突出，传统的暖通系统供热、制冷方式因产生大量环境污染和能源的浪费正面临着严峻的挑战。生态环境的恶化、资源的枯竭，迫使我们寻找一种绿色能源的供热、制冷方式。而地源热泵空调系统因其节能效果显著、绿色环保等优势，在工程中得到广泛应用。目前大面积使用的是埋管式地源热泵技术，但由于地埋管热交换器是在地下进行的，其使用受到场地限制。因此本文讨论的是一种埋于建筑基坑内的布管方式。

1 地源热泵空调系统工作原理

地源热泵中央空调是一种从地下土壤/地下水中提取热量的高效、节能、环保、再生的供冷（热）系统。

2 工程案例分析

2.1 项目概况

某项目占地面积35962㎡，地上建筑面积约108000㎡。

2.2 暖通系统概述

本工程空调冷负荷：4693.4kW，空调热负荷：3173.3kW。夏季冷源由地源热泵系统、电制冷水冷离心式冷水机组联合提供。冬季热源由地源热泵系统提供。由于本项目建筑外用地范围有限，故确定采用在建筑基坑内桩间钻孔方式。实际布置换热孔数量约为702眼，换热孔深度为100m，夏季负荷不足部分由电制冷冷水机组提供空调冷水。

2.3 建筑基坑内桩间钻孔布置原则、施工做法及分析

（1）建筑基坑内桩间钻孔与常规地埋管换热器的安装位置不同，互相影响的因素也不相同。基坑内埋管要注意以下几个问题：

①桩间地埋管换热器的设计与施工要考虑到基础桩与竖直埋管之间不能影响工程桩的安全使用性能，因桩垂直中心线周围一定距离内的土壤层的搅动会对桩的承载能力造成不良影响，所以应结合结构设计进行合理性分析，并確定竖直地埋管换热器与基础柱间距。

②要考虑到建筑沉降对地下换热系统管道的影响，水平埋管在垫层内有足够的缓冲余量，可用黄沙铺设保护层。

③由于埋管在基坑内，积水对基坑安全十分不利，基坑开挖后，要避免地埋井出现涌泉、冒水，要对地埋管的回填采用压力回填，进行高压灌浆，回填料要能够起到封堵地下水、满足换热能力，可在黄沙中加入膨润土及水泥，搅拌成混合砂浆。

④基坑内埋管施工横埋阶段存在大量的挖土工作，挖土后的回填工作会对基坑的密实度产生影响，必须保证全部黄沙回填，对基坑密实度的影响降到最低。

⑤地埋管总管需穿过外墙进入室内机房，管道穿墙要做好防水措施，保护套管由土建施工方预留以保证防水质量。

（2）基坑内埋管施工工序可分为垂直埋管工序及水平管连接施工工序。

在了解并掌握建筑桩基图及基坑内竖直埋管图后，垂直埋管施工工序如下：

①施工前对施工场地进行平整，保证地面打孔平面在同一水平面上；

②根据设计图纸对垂直孔用全站仪定位标示；

③盘管U型弯管制作与试压、封堵；

④钻机就位校准、钻孔并及时护臂；

⑤U型管钻杆下管；

⑥灌浆料调配搅拌；

⑦对钻孔进行高压灌浆；

⑧钻孔回填。

水平管连接施工工序如下：

①土方开挖现场监督；

②用全站仪定位查找垂直孔管头；

③垂直管试压；

④水平管沟开挖；

⑤水平管热熔焊接；

⑥每完成一组管道系统立即进行试压；

⑦黄沙回填；

⑧水平管接出基坑处试压与成品保护；

⑨二级集分水器及平衡阀安装。

（3）基坑内地埋管换热器水平管直接穿地下二层底板孔洞不易封堵，容易渗漏，此项目做法是地埋管换热器水平管引出地下二层底板，如图1所示。

水平管从地下室二层底板引出后一般是在建筑外做井室，将二级分集水器放于井室中，再将总管接至机房内的一级分集水器。但是从诸多工程实际案例中来看此种设计在施工中难度及复杂程度大，若项目规模大管路多则室外二级分集水器井室也多，不仅造成初投资费用增大，而且井室内易进水或地下水渗漏会对管子造成腐蚀。该项目摒弃了这种传统的施工方法，将二级分集水器安装于地下一层的侧墙上，并用不锈钢板将其封装，既方便又美观。如图2所示。

结论

通过本案例，当项目用地受限地埋孔在建筑外无法钻孔时，建筑基坑内桩间埋设竖直地埋管换热器是完全可行的，桩间竖直地埋管换热器的布置应考虑相互间安全使用间距，并在施工前对地埋换热器进行统一规划。

参考文献

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[2] GB50366-2005，地源热泵系统工程技术规范[S].

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[6]《地源热泵源机房设计与施工》图集（06R115）[M].