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无锡东进:地埋换热器械的的构造与探究

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对热泵地下换热器而言,可分为水平埋管式、垂直埋管式和桩埋管三种主要类型。水平埋管式的优点是便宜而且简单可行,缺点是换热效率不高,易受室外温度的影响,并且这种方式需要较大的埋管面积。垂直埋管式相比水平式换热效率好,运行稳,但钻孔费用高。桩埋管作为最近几年新出现的一种埋管方式,即把地下U型管换热器埋于建筑物混凝土桩基中,使其与建筑结构相结合,充分利用建筑物的面积,通过桩基与周围大地形成换热,从而减少了钻孔和埋管的费用。由于建筑物桩基的自有特点,使U型管与桩、桩与大地接触紧密,减少接触热阻,强化了循环工质与大地土壤的传热。

桩埋管换热器制作与前期工作钢筋笼制作过程中,最关键的是保证PE管在笼中的牢固固定,管距底部应留有1-2米的距离。加固管的钢筋笼结构要足够坚固,保护换热单元不受损坏。在浇注混凝土的过程中,很有可能是PE管在垂直方向上发生移动,所以在钢筋笼的底部,焊接横向支撑。最好采用整个钢筋笼整体制作,PE管整体固定。当桩深过大、施工难度加大时,可分段下笼,分步进行钢筋笼固定。

混凝土浇注要格外谨慎,应使用导管将混凝土引至孔底。在导管的安置与提升过程中,要始终保持轴线顺直和居中,这样有利于灌注过程中导管周边阻力以及混凝土充实桩体时的流动压力相对均匀,不致挂笼或其它异常故障发生。同时要防止露筋,露筋不但会使钢筋笼生锈,也将会给整个建筑基础造成很大隐患,混凝土柱与孔壁接触不充分,将直接影响换热器的换热效果。出于这种情况,灌注前一定要用清水稀释泥浆,并掏出部分沉淀的泥石渣,使钢筋笼外侧的混凝土能正常顶升,有可能的话,应当采用受力面较大的混凝土弧形垫块装置,这样可以有效的防止露筋现象的出现。

在PE管固定在钢筋笼的同时,应该对PE管的上部桩埋管热泵地下换热器工艺研究□北京工业大学环境与能源工程学院唐志伟郑鹏张宏宇□宁波海申环保能源技术开发有限公司李若中进行套管保护。套管的材质应选承压能力较强的聚乙烯管或聚丁烯管,这是为了保护在破桩的过程中不会损坏PE管。破桩表皮厚度为300-500mm,待水平与垂直管连接后再进行修复。

水平管的敷设与安装水平管的敷设方式有两种模式,第一种方式是将供、回水管与水平干管相连,水平管分别在各自的沟槽中。其优点是水平供、回水管距离相对较远,没有热短路的影响,但其占用地基面积较大,由于地梁的影响往往会加大施工的难度。第二种模式是将供、回水平干管在同一沟槽内,其占用地基面积较少,但容易产生热短路。在实际工程中,建议采用后一种模式,尽量将供、回管分开在沟槽两边,并分别用保温材料进行保温,将其热干扰降到最低。管沟宽度参照《给水排水管道工程施工及验收规范》规定。

管道安装完毕,经隐蔽工程验收后,及时回填,回填时管道两侧及管顶以上500mm内的回填土不得含有碎石、砖块、及其他杂硬物质;回填必须从管两侧同时回填,同时充实后再回填第二层,直至回填到管顶以上500mm处。在管道试压前,一般情况下,管顶以上回填土高度不宜小于500mm,应留出管道接头外200mm范围不进行回填。管道试压合格后再大面积回填,回填宜在管道内充满水至工作压力的情况下进行。管道敷设后不宜长时间处于空管状态,管顶以上500mm部分上的回填土内允许有少量直径大于100mm的石块。采用机械回填土时,机械不得在管道上方行驶。回填时派专人负责监督看管,检查压力是否有下降以及回填物质的质量情况,确保回填过程中管道不受破坏。管顶以上250mm范围内回填土表层压实度不应小于87%,其他部位回填压实度不小于90%。

管道连接是过程重点。聚乙烯给水管道连接采用热熔连接(热熔对接连接,热熔承差连接、热熔鞍型连接),不得采用螺纹连接和粘结。聚乙烯给水管道不同连接方式应采用对应的专用连接工具。连接时,不得使用明火加热,聚乙烯给水管道连接采用热熔焊接时不宜采用同种牌号、材质用相同SDR(标准尺寸比)的管材和管件。对性能相似的不同牌号、材质的管材与管材或管材与管件之间的连接,应经过实验,判定连接质量能得到保证后,方可进行。焊接端部SDR值不同的管材管件,不应通过对接焊接连接。在寒冷气候(-5℃以下)和大风环境条件下进行连接操作时,应采取保护措施,或调整连接工艺。当聚乙烯给水管材、关键存放处与施工现场温差较大时,在连接前,应将管材和管件在施工现场放置一段时间,使其温度接近施工现场温度。连接过程应保证管道清洁,每次收工时,在管道应临时封堵。连接结束后,进行接头外观质量检查。不合格者必须返工,返工后重新进行接头外观质量检查。

热熔连接与系统试压热熔连接前后,应用洁净棉布擦净焊接(对两种焊接方法的实验剖析)表面污物,用木质刮刀切除加热工具上的聚乙烯残留物,检查对焊机是否与管材直径和规定的对接焊机周期匹配。热熔连接加热时间和加热温度应符合热熔连接工具生产厂和管材、管件生产厂的规定,对接焊温度通常在200℃-235℃之间。另外,在热熔连接保压、冷却时间,应符合热熔连接工具生产厂和管材、管件生产厂的规定,在保压、冷却时间不得移动连接件或在连接件上施加外力。

根据土建开挖方案,对管道连接、敷设完工的片区进行分片试压。当工作压力小于等于1.0Mpa时,测试压力应为工作压力的1.5倍,且不应小于0.6Mpa;当工作压力大于1.0Mpa时,应为工作压力加0.5Mpa.

具体到测试的管道灌水,应从下游缓慢灌入。当管道升压时,管道内气体应排除,升压过程中,当发现弹簧压力表表针摆动、不稳且升压缓慢时,应重新排气后升压。升压应分级,每升一级应检查管身和接口,当无异常现象再继续升压。对系统缓慢升压至工作压力后,停止加压,稳压2小时,当压降达到0.02Mpa,对管道进行补水以维持内压。检查管道及所有的接头、附配件等是否有渗漏现象。在约6分钟的时间将系统升压至实验压力,稳压时间2个小时,当压降大于0.02Mpa时,需对管道进行补水,使其保持设定的压力,检查管道及所有的接头、附配件等,若无渗漏现象时,管道强度实验为合格。用6分钟的时间将检测压力降到工作压力然后关闭阀门,按下面公式进行补水量的计算:Q≤(1/50)D-1(L/km?h)其中:Q=补水量(L)D=管道内径(mm)若上述三阶段中的补水量满足上式要求,则认为该管道水密性试验合格。

在强度试验时,若在管道系统试压时间内压降小于0.02Mpa,可不进行补水量的计算而判定合格。当管径小于等于100mm,在试压持压一小时内压降不超过0.05Mpa时可认为合格。

试验合格后进行冲洗,选清水以流速不小于1.0m/s的速度连续冲洗,直至出水口处浓度、色度与入口出冲洗水的浓度、色度相同为止。冲洗时保证能够排气管路畅通安全。

通过对桩埋管地下换热器施工工艺的理论研究以及对实际工程的测试,在回填料的传热性能方面,桩埋管要比普通沙石提高33%左右。结合实际工程所做的测试,桩埋管明显要比普通沙石回填效果好,但是其工艺要求比较严格,需要严格按照要求来进行。桩埋管热泵技术的研究和推广,给地源热泵的应用带来了新的亮点,同时也为我们建设资源节约型、环境友好型社会提供了一种实现的途径。