地源热泵作业指导书

地源热泵施工作业指导书

编制：

审核：

审批：

地源热泵施工作业指导书

一、工艺原理

地源热泵实际上一种热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境地热贮存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低。

工艺原理图

二、地源热泵优点

地源热泵技术的主要优点:

1．高效：一般空调对着空气换热称为风冷热泵，缺点在于天气炎热或者寒冷最需要冷量或热量时效率反而下降。地温一年四季基本恒定在16℃左右，略高于该地区平均温度1到2度，使得热泵无论在制冷或制热工况中均处于高效率点。

2．节能省费用：冬季运行时，COP约为4.2，即投入1KW电能，可得到4KW 的热能，夏季运行时， COP可达5.3，投入1KW电能，可得到5KW的冷量，能源利用效率为电采暖方式的3-4倍；并且热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的用电能耗。比常规空气源空调节能50%左右。

3．环保：供热时没有燃烧过程，避免了排烟污染，供冷时省了冷却塔，避

免了噪音及霉菌污染。

4．舒适：因为地源热泵机组供冷暖时都是通过冷热水经风机旁管（或地板管、墙埋管）交换完成的，所产生的冷气和暖气（或辐射热）比常规空调的要更柔和的多，热不易感冒。

5．安全：无燃烧设备，从而不存在爆炸、失火和中毒的隐患。

6．一机多用：地源热泵系统可供暖，空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。

7．可再生：土壤有较好的蓄热性能，冬季通过热泵将大地浅层的低位热能提高对建筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量，以备冬用，保证大地热量的平衡。

三、施工工艺

根据图纸确定该工程的施工方案，地埋管换热器安装主要包括钻孔、试压、下管、试压、回填等工序，主要施工工艺流程如下：

材料进场→放线→竖立钻机→第一次管道试压→钻孔→下换热管→第二次打压试验→回填

1.专用设备材料进场：

①钻井机：钻孔直径50-200mm，最大钻孔深度120m，保证打井及配管

质量及效率。该钻机为专业土壤热泵系统用小型钻机，可在打孔后直接将预制好的双U型管道下到孔内，施工速度快，质量好，设备使用简便。

②专用回填泵：专为地源热泵井下换热器设计，适用于各类流质回填材

料，科学的泵入压力及流速，使回填的材料密实无空隙，保证井下换热器换热效率。

③井下换热管（PE管）专用焊机：保证井下及埋地水平管焊缝严密性，

提高系统可靠性。

④准备专用管材（双U形）、专用回填料（按地质特征进行配方）等；

本工程地下换热器采用高密度PE管，每口井采用双U形管布管方式。

2.放线

根据业主所放定位点进行放线，按照施工图纸标定换热孔的位置，在每口井位置钉木桩，以保证打孔位置准确。

3.竖立钻机

①.以钻孔点定位塔架底盘，采用水平尺对底盘横向、纵向进行找平，水平度≤0.5㎜/m；

②.底盘定位后，安装塔架竖杆，利用铅锤和直尺测量塔架的垂直度，保证塔架竖杆垂直；

③.安装钻机头、钻机提升装置和钻头充水（泥浆）等附属装置；

④.按要求挖好泥水池及泥水沟，并使其畅通。

⑤.对钻机及附属装置接电、接水管，对每台设备进行点试，确定转向；

4.第一次试压

聚乙烯管道系统的水压试验是为了间接证明施工完成后的管道系统密闭的程度。但聚乙烯管道与金属管道不通，金属管线的水压试验期间，除非有漏失，其压力能保持恒定。而聚乙烯管线即使是密封严密的，由于管道的蠕变特性和对温度的敏感性、也会导致试验压力对着时间的延续而降低，本工程按照相关国标的要求进行水压试验。

垂直埋地管插入钻孔前，应做第一次水压试验。在试验压力下，稳压至少15分钟，观察无明显压力降后（压力降不高于3%）且无渗漏，将其密封后在有压状态下插入钻孔。完成灌浆之后，保压1小时，观察无明显压力降，则认为合格。试验压力以设计要求为准。

水压试验宜采用手动泵缓慢升压，升压过程中应随时观察与检查，不得有渗漏，不得以气压试验代替水压试验。聚乙烯管道试压之前应充水浸泡，时间不应少于12h，彻底排除管道内空气，并进行水密性检查，检查管道接口及配件处，如发生泄露应采取相应措施进行补救。

5.钻孔

①开钻前须确定转向无误，并重新校核塔架底盘，竖杆的水平和垂直度；

②施钻过程中应按6米/小时的速度为宜，密切注意钻机及附属设备的运行情况，发现异常应及时处理，防止拉断钻杆和接头丝扣、跌落钻头等现象发生，并时刻注意地层地质变化，做好记录；

③施钻过程中钻机长和操作手应定时对钻机及附属设备进行巡回检

查，及时做好维护和保养工作，提高工作效率；

④当孔钻到要求深度后，应对孔反复进行通孔，为下换热管创造顺利条件。

⑤钻进方法应采用三翼与牙轮等相结合钻头钻进。操作应符合“分段钻进、坚持清孔”的原则。

⑥对可能坍塌的地层应采取钻孔护壁措施。在浅部填土及其它松散土层中可采用套管护壁。在地下水位以下的饱和软粘性土层、粉土层和砂层中宜采用泥浆护壁。在破碎岩层中可视需要采用优质泥浆、水泥浆或化学浆液护壁。

⑦钻进中应保持孔内水头压力等于或稍大于孔周围地下水压，提钻时应能通过钻头向孔底通气通水，防止孔底岩层由于负压、管涌而受到扰动破坏。

5.1在钻孔过程中应注意下列问题：

初钻时，先启动钻机使之低档低速运行一段时间，接、卸钻杆的动作要迅速、安全。

开始钻井时，如为正常一般岩土，可以正常速度钻井。如为粘土土质，因粘土中钻井时土壤粘性大，潜孔锤所受阻力也大，易糊钻。宜选用中速钻井。

在砂土或软土层钻井时，易坍空孔，宜低档慢速钻井。

在轻亚粘土或亚粘土夹卵、砾石层中钻井时，因土层太硬，会引起潜孔锤跳动和钻杆摆动加大及钻偏等现象，也宜采用低档慢速钻井。

钻井过程中，应检查钻孔直径和竖直度，检查工具可用圆钢筋笼（外径D等于设计桩径，高度3～5m）吊入孔内。

全孔采用泥浆护壁，保证不发生塌孔和缩径现象。钻孔深度125米。

5.2安装测斜仪

眼图钻探的测斜仪主要是检测竖直钻孔的垂直度是否符合要求，当检测出钻孔发生偏斜时，可以及时调整钻杆或钻机，避免钻孔偏斜过大。

规范要求垂直钻孔深度50m内，测斜不应少于1次，为保证钻孔的质量，可以每30m测斜一次。

测斜仪

6.下换热管

①埋地管道应采用热熔连接。聚乙烯管道连接应符合国家现行标准《埋地聚乙烯给水管道工程技术规范》CJJ101的有关规定；

②竖直地埋管换热器的双U型弯管接头，选用定型的双U型弯头成品件；

③竖直地埋管换热器的双U型管的组对长度应能满足插入钻孔后与环路集管连接的要求，组对好的双U型管的开口端部，采用热熔及时密封。

④采用地表面打压实验，用DN200专用管帽热容封堵，上部用彩色塑料管引到地表，用钻具将竖直地埋管送到120m深度。

6.1下管

下管是地源热泵工程中关键之一，因为下管的深度决定采取热量的多少，所以必须保证下管的深度。为保证下管深度和打井深度能够尽量接近，必须要做到提完钻杆后不停顿立即下管，因为钻好的孔搁置时间过长，有可能出现钻孔局部堵塞或塌陷，这将导致下管困难。此工艺通过测量外提上来钻杆的总长度确定打井深度，在下管前通过PE管上的标尺核实整个管道的长度，下管后根据留出的管道长度计算下管深度，此两项工作现场质量检查

人员必须严格纪录。

下管之前，在U型管上每隔3m~4m设一固定支卡将两支U型管分开，以提高换热效果。U型管端部应设防护装置，以防止下管过程中受损伤。另外，下管时U型管内应充水，增加自重，抵消换热井中大量泥浆产生的浮力。

6.2.下管施工

①下管采用下管机下管，速度要均匀，防止下管过程中损坏管道，如果遇有障碍和不顺畅现象，应及时查明原因，待做好处理后才能继续下管，最后地面上要保留2m左右的换热管，将换热管进行密封、固定，防止堵塞和下滑到井内，造成管道无法使用，甚至废井；

②换热管道到位后，提起下管钻杆，提杆过程中应防止换热器上浮，如发现上浮立即采取措施，确保管下到位。

③竖直地埋管换热器的双U型弯管安装应在钻孔钻好且孔壁固化后立即进行。当钻孔孔壁不牢固或者存在孔洞、洞穴等导致成孔困难时，应设护壁套管。下管过程中，双U型管内应充满水，并按设计要求使双U型管两支管处于分开状态。

④竖直地埋管换热器双U型管安装完毕后，灌浆回填应在周围临近钻孔均钻凿完毕后进行。

⑤地埋管换热器安装前后均应对管道进行冲洗。

⑥当室外环境温度低于0℃时,不宜进行地埋管换热器的施工。

⑦地埋管管材与传热介质

⑧地埋管及管件应符合设计要求，且应具有质量检验报告和生产厂的合格证。

⑨地埋管管材及管件应符合下列规定：

1）地埋管采用设计要求的聚乙烯管的塑料管材及管件。

2）地埋管质量应符合国家现行标准中的各项规定。管材的公称压力及使用温度满足设计要求。

3）传热介质应为水。

7.第二次打压

下管完毕后进行二次打压，试验压力0.8MPa，带压观测30min以上，

压力下降不超过0.02MPa为合格。

8.回填

回填工序也称为灌浆封井，正确的回填要达到两个目的：一是要强化埋管与钻孔壁之间的传热，二是要实现密封的作用，避免地下含水层受到地表水等可能的污染。

①回填材料

回填材料是指用于填充地下换热器与地层之间的填充材料。根据《地源热泵系统工程技术规范》中要求：竖直地埋管换热器灌浆回填料宜采用膨润土和细砂（或水泥）的混合浆或专用灌浆材料。回填材料属多孔介质，描述其物理性质的基本参数包括密度、含水率、空隙比、饱和度、导热系数及比热容等，其中，导热系数是决定系统效率高低的关键因素。回填方式采用：“换热井下部含10%膨润土的原浆，上部15m采用黄沙手工回填，回填方式采用底部压浆”。这种配比其综合导热系数比较高，是因为在吸水后，膨润土膨胀，可充实孔间隙，保证回填密实，无空腔，减少传热热阻，充分发挥了其物理及化学性能，使换热器具有更好的传热性能。

②回填方法

采用泥浆泵泵送的方式进行回填。将回填材料在搅拌池中按以上配方混合均匀，使其细小、松散、均匀，且不应含石块及土块。经泥浆泵由灌浆管将回填物料输送到孔内，利用泥浆泵的压力和物料自重达到孔底，由孔底部自下而上填充，洞口见回填料时再匀速抽出导浆管。待导管出孔后停泥浆泵。

等填充物沉淀密实后，在孔内铲入钻孔产生的粉末或细砂进行封孔。回填压实过程要均匀，回填料应与管道接触紧密，且不得损伤管道。至此，回填完毕。

9.水平管道安装

水平PE管道安装参照华水自身施工作业指导书即可，水平管道安装完成后进行第三次打压，合格后将水平管道与埋地管道连接，完成后进行第四次打压试验，合格后进行回填。

三、质量保证措施

钻探设备安装之后，组长必须进行安全等项目的检查，确认安装合格后，

报有关部门批准，方可开钻。

合理选用钻进方法、钻具、钻进技术参数及工艺。

严格按钻探规程进行作业，合理掌握回次进尺长度。

在施工过程中，按一定的钻孔深度，使用水平尺校正钻机。

调平钻机，用垂直吊线法检验其主轴的垂直度，使其垂直度误差＜0.5%。

孔径：施工前和施工过程中，经常检查气动潜孔锤状态，确保钻孔直径达到设计桩径要求。

记录人员认真的记录施工进度情况准确、真实，字迹工整地填写现场记录。

认真做好竣工验收工作，钻孔达到设计孔深后，及时报请现场监理人员验收签章。

做好半成品及成品保护措施，将同一型号预制管、预制件做好标记，归整，并堆放整齐。在施工现场，每天需有专人对安装好的管路进行检查。

做好原材料堆放措施，同一型号PE管及管件做好标记并按顺序整齐堆放；每天派专人进行检查，并对材料使用情况进行记录；根据原材料的材质特性做好防水、防潮、防雨、防火等措施

做好预制场地的保护措施，预制场地应平整，无大块石，以防止U型管及管件划伤，影响施工质量。

四、安全生产

1.施工安全

①钻井设备安装完毕，机长必须进行安全检查；

②竖立和拆卸钻架，必须在机长的统一指挥下进行。

③严格按照钻探规程和钻探安全制度进行操作，做到安全施工。

④多台机器同时施工必须保证现场的排水措施到位。

2.安全用电管理

①施工现场临时用电工程必须采用TN-S 系统，设置专用的保护零线，

使用五芯电缆配电系统采用“三级配电两级保护”，同时开关箱必须装设漏电保护器，实行“一机一闸”；

②现场施工应编制单项用电施工方案，用来指导临时用电工程的设施布

局和线路敷设，明确所采用的安全措施；

③总配电箱/分电箱/现场照明/线路敷设等必须符合国家标准规定；

④操作人员必须持证上岗，严格遵守操作规程进行工作；

⑤各类施工机械、电动机具必须要有良好的接地保护装置，皮线无破损，操作应按规定进行。