水源热泵系统施工工法

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1、水源热泵系统施工工法Construction process of water source heat pump system2010年11月14日发布2010年12月1日实施青岛一建集团有限公司1前言地球表面的浅层水源，如地下水、地表水（地表的河流、湖泊和海洋）、城市中水，吸 收了太阳能和地热能而形成了低温低位热能资源，并且水源的温度一般都十分稳定。地下水 地源热泵是以地下水为低温热源，利用铺设在地下与热源水井相连的地下水换热系统、水源 热泵机组、建筑物内系统，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位 热能转移，实现空调房间和地下水的换热，通过能量转换既可供暖又可制冷以达到建

2、筑空 调的效果。推广应用水源热泵技术已成为优化能源结构，促进城市可持续发展的重要举措。为提高 水源热泵的工效，进一步完善该工艺，由青岛一建集团有限公司的工程技术人员，结合青岛 海都国际（酒店工程）施工现场实际情况，对水源热泵施工的关键工艺进行了研究，总结 出一套质量高、整体效果好的施工技术。该课题于2010年11月通过了青岛市科技局组织的 专家鉴定，总体水平达到国内领先，本工法就是在此基础上编写完成的。2工法特点2.0.1本工法施工利用了地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水） 既可供热又可制冷的高效节能空调系统，环保效益显著。2.0.2高效节能，水体温度较恒定的特性，使得热泵机

3、组运行更可靠、稳定，也保证了 系统的高效性和经济性。2.0.3将大型的冷水机组小型化，机房位置可以作为停车场；循环水管路温度是常温， 无须考虑管路保温的费用；此外，综合性能和施工质量比传统工艺有显著提高，延长了使用 寿命。2.0.4本工法有利于发展低碳经济，推广节能新技术、新产品，机组运行简单可靠，维 护费用低；自动控制程度高，使用寿命长。3适用范围适用于利用井从地下含水层中抽取地下水和回灌水的水源热泵系统施工工程。4工艺原理4.0.1地下水分别作为冬季供暖的热源和夏季空调的冷源，即在夏季将建筑物中的热量 “取”出来，释放到水中去，由于地下水温度低，所以可以高效地带走热量，以达到夏季给 建筑物

4、室内制冷的目的；而冬季，则是通过水源热泵机组，从地下水中“提取”热能，送到 建筑物中采暖。4.0.2地下水换热系统是指与地下水进行热交换的地热能交换系统，分为直接地下水换 热系统和间接地下水换热系统。直接地下水换热系统是由抽水井取出的地下水，经处理后直 接流经水源热泵机组热交换后返回地下同一含水层的地下水换热系统;间接地下水换热系统 是由抽水井取出的地下水经中间换热器热交换后返回地下同一含水层的地下水换热系统。（本工法为直接地下水换热系统）。4.0.3水源热泵机组是一种采用循环流动于共用管路中的水、从水井、湖泊或河流中抽 取的水或在地下盘管中循环流动的水为冷（热）源，制取冷（热）风或冷（热）水

5、的设备；包括一 个使用侧换热设备、压缩机、热源侧换热设备，具有单制冷或制冷和制热功能。5工艺流程及操作要点5.1工艺流程工艺流程主要包括以下几项内容：工程的勘察、建筑物外的系统施工（地下水换热系统 、抽回灌井室）、建筑内系统施工（水源热泵机房内设备安装、管线安装与末端设备）系统 整体运转调试验收。5.2操作要点5.2.1工程勘察1热源热泵系统方案设计前，应进行工程场地状况调查，并应对浅层地热能资源进行勘 察。2对已具备水文地质资料或附近有水井的地区，应通过相关部门获取水文地质资料。3工程勘察应由具有勘察资质的专业队伍承担。工程勘察完成后，应编写工程勘察报告， 并对资源可利用情况提出建议。4工程

6、场地状况调查应包括下列内容：1）场地规划面积、形状及坡度；2）场地内已有建筑物和规划建筑物的占地面积及其分布；3）场地内树木植被、池塘、排水沟及架空输电线、电信电缆的分布；4）场地内已有的、计划修建的地下管线和地下构筑物的分布及其埋深；5）场地内已有水井的位置。5水源热泵系统方案设计前，应根据水源热泵系统对水量、水温和水质的要求，对工程 场区的水文地质条件进行勘察。6地下水换热系统勘察应包括下列内容：1）地下水类型；2）含水层岩性、分布、埋深及厚度；3）含水层的富水性和渗透性；4）地下水径流方向、速度和水力坡度；5）地下水水温及其分布；6）地下水水质；7）地下水水位动态变化。7地下水换热系统勘

7、察应进行水文地质试验。试验应包括下列内容：1）抽水试验；2）回灌试验；3）测量出水水温；4）取分层水样并化验分析分层水质；5）水流方向试验；6）渗透系数计算。8当地下水换热系统的勘查结果符合地源热泵系统要求时，应采用成井技术将水文地质 勘探孔完善成热源井加以利用。成井过程应由水文地质专业人员进行监理。9海都国际工程，该场地地下水类型主要为第四系微承压水，含水层为第层细粒土 质中、粗砂和第层细粒土质砾砂，在场地内分布较均匀，层顶埋深6.7011.90m，厚度 6.5013.00m，该含水层富水性较好。10地下水径流、补给、排泄条件及水力坡度。根据青岛市城阳区水文地质长年监测资 料，该地下水迳流方

8、向为东北西南向，流向260，水力坡度2.42%。，地下水主要接受大 气降水和侧向径流补给，由侧向迳流及蒸发排泄。5.2.2地下水换热系统1、地下水换热系统应根据水文地质勘察资料进行设计。必须采取可靠回灌措施，确保 置换冷量或热量后的地下水全部回灌到同一含水层，并不得对地下水资源造成浪费及污染。 系统投入运行后，应对抽水量、回灌量及其水质进行定期监测。2、地下水的持续出水量应满足水源热泵系统最大吸热量或释热量的要求。3、地下水供水管、回灌管不得与市政管道连接。5.2.3地下水换热系统施工1、热源井的施工队伍应具有相应的施工资质。2、地下水换热系统施工前应具备热源井及其周围区域的工程勘察资料、设计

9、文件和施 工图纸，并完成施工组织设计。3、热源井施工过程中应同时绘制地层钻孔柱状剖面图。4、热源井施工应符合现行国家标准供水管井技术规范GB50296的规定。5、热源井在成井后应及时洗井。洗井结束后应进行抽水试验和回灌试验。6、抽水试验应稳定延续12h，出水量不应小于没计出水量，降深不应大于5m；回灌试 验应稳定延续36h以上，回灌量应大于设计回灌量。7、验收热源井应单独进行验收，且应符合现行国家标准供水管井技术规范GB 50296及供 水水文地质钻探与凿井操作规程CJJ13的规定。1）热源井持续出水量和回灌量应稳定，并应满足设计要求。持续出水量和回灌量应符 合本规范第5.3.6条的规定。2）

10、抽水试验结束前应采集水样，进行水质测定和含砂量测定。经处理后的水质应满足 系统设备的使用要求。3）地下水换热系统验收后，施工单位应提交热源井成井报告。报告应包括管井综合柱 状图，洗井、抽水和回灌试验、水质检验及验收资料。4）输水管网设计、施工及验收应符合现行国家标准室外给水设计规范GB 50013及 给水排水管道工程施工及验收规范GB50268的规定。5.2.4抽（回）灌管井的构造井壁管井管直径5-10 砾石填料5.2.4-1抽（回）灌管井室示意图1、井室1）井室外壁应做好防水，以防止地下水进入井内；2）井口周围需要用粘土或水泥等不透水材料封闭，其封闭深度不小于3mm；2、井壁管井壁管不透水，

11、它主要安装在不需要进水的岩土层段，其功能是加固井壁、隔离不良的 含水层。井壁管的基本要求是：1）要有足够的强度，能经受地层和人工充填物的侧压力，可采用焊接钢管和塑料管。2）井壁管与井壁间的环形空间内填入不透水粘土，形成粘土封闭层3、过滤器（花管）过滤器又称花管，它是带有孔眼或缝隙的管段，与井壁管直接连接，安装在含水层中， 其功能是集取地下水和阻挡含水层的砂粒进入井中。过滤器的形式：圆孔、条孔过滤器是由金属管材和非金属管材加工制造的，即在管上按 错开的梅花形钻眼或条孔；在滤水管外壁铺设若干垫筋（06-08），然后包裹20目的尼龙网， 在过滤器周围回填一定规格的砾石层（一般为直径5-10 mm的砾

12、石），形成填砾过滤器。4、沉淀管沉淀管位于管井的底部，用于沉淀进入井内的细小泥沙颗粒和自地下水析出的其他沉淀 物。沉淀管的长度一般为2-10m。5.2.5抽（回）灌管井的施工及技术要求1施工程序：钻凿井孔一一物探测井一一冲孔换浆一一井管安装一一回填滤料一一粘土 封闭一一洗井一一抽水回灌试验一一管井验收。5.2.5-1青岛海都国际工程井室平面布置图2 技术要求：1）打井、成井和验收标准必须按国家规定和技术规范GB0296-99的相关标准进行。2）终孔：使用0 500mm，井壁管：0300*8 mm钢管；3）滤水管为钢筋网状滤水器，过滤材料采用铅丝网，滤料直径为3-5 mm，保证井水的 含沙量：1

13、/200000 （体积比）；4）成井应有排气装置和井水水位的监测装置；5）成井后，回灌水水管应在水位的上方30-50cm，做到排尽管道内空气，不至发生气 堵；成井后，要反复洗井，直至达到规范要求。6）在含水层，除粉沙层外，全部下滤水管，尽量扩大出水量和回灌量；7）成井后，应作回灌试验，回灌量应达到出水量的60-80%；井口要求封闭。8）回灌时，灌水量应逐渐增大（例如从10m3/h直到到达回灌目标），在一个周期（一 到两个星期）内完成。打通回灌通路；9）成井后，在水泵到现场的情况下，应当将水泵安装到位。若在成井时，潜水泵未到 现场，应出具书面文件标明动、静水位位置，方便水泵安装。10）在所有井成

14、井后，记录保留所有资料，备以后报验及管井维护。3钻凿井孔钻孔直径应根据井管外径和主要含水层的种类确定：在硕石、粗砂层中，孔径应比井管 径外径大150mm；在中、细、粉砂层中，应大于200 mm。4物探测井井孔打成后，需马上进行物探测井，查明地层构造、含水井与隔水层是深度、厚度地下 水的水质等，以便为井管安装、填砾和粘土封闭提供可靠的资料。5冲孔换浆为了在井管安装前将井孔中的泥浆及沉淀物排出井孔外，应进行冲孔换浆。即用钻机将 不带钻头的钻杆放入井底，用泥浆泵吸取清水打入井中，将泥浆换出，直至井孔全为清水为 止。6 井管安装换浆完毕后，应立即进行井管的安装（简称下管。下管的顺序一般为沉淀管、过滤管

15、、 井壁管。安装中应注意：应根据凿井资料，确定过滤器的长度和安装位置。7 填砾和粘土封闭下管完毕后，应立即填砾石和封闭。管井填砾和封闭质量的好坏，都直接影响管井的水 量。为此，应注意以下问题：1）砾时要平稳、均匀、连续、密实，应随时测量填砾石深度，掌握砾料回填状况，以 免出现中途堵塞现象。2）粘土封闭一般用粘土球，球径约为25mm。3）填至井口时，应进行夯实。4）洗井和抽水试验。5.2.6水源热泵机房内设备安装1水源热泵机组性能应符合现行国家标准水源热泵机组GB / T 19409的相关规定， 且应满足地源热泵系统运行参数的要求。2水源热泵机组应具备能量调节功能，且其蒸发器出口应设防冻保护装置

16、。3水源热泵机组及末端设备应按实际运行参数选型。4在水源热泵机组外进行冷、热转换的地源热泵系统应在水系统上设冬、夏季节的功能 转换阀门，并在转换阀门上作出明显标识。地下水直接流经水源热泵机组的系统应在水系统 上预留机组清洗用旁通管。5水源热泵系统在具备供热、供冷功能的同时，宜优先采用水源热泵系统提供或预热） 生活热水，不足部分由其他方式解决。水源热泵系统提供生活热水时，应采用换热设备间接 供给。6水源热泵机组、附属设备、管道、管件及阀门的型号、规格、性能及技术参数等应符 合设计要求，并具备产品合格证书、产品性能检验报告及产品说明书等文件。5.2.7建筑内系统1建筑物内系统的设计应符合现行国家标

17、准采暖通风与空气调节设计规范GB 50019的规定。其中，涉及生活热水或其他热水供应部分，应符合现行国家标准建筑 给水排水设计规范GB 50015的规定。2建筑物内系统应根据建筑的特点及使用功能确定水源热泵机组的设置方式及末端空 调系统形式。3建筑物内系统设计时，应通过技术经济比较后，增设辅助热源、蓄热（冷）装置或其他 节能设施。4水源热泵机组及建筑物内系统安装应符合现行国家标准制冷设备、空气分离设备安 装工程施工及验收规范GB 50274及通风与空调工程施工质量验收规范GB50243的规 定。5为保证枯水期水源热泵系统正常运行，设计中应考虑枯水期用市政自来水补给地下 水。5.2.8水源热泵整

18、体运转调试验收1水源热泵系统交付使用前，应进行整体运转、调试与验收。调试分为局部调试和整体 调试两个过程进行。2局部调试：将完整的空调系统分割成几部分，分别进行调试。目的是保证空调系统的 每一部分都能正常运行，以确保整个空调系统运行安全、高效。包括水系统调试、末端调试、 主机调试。3 整体调试水源热泵系统整体运转与调试应符合下列规定：1）整体运转与调试前应制定整体运转与调试方案，并报送专业监理工程师审核批准；2）水源热泵机组试运转前应进行水系统及风系统平衡调试，确定系统循环总流量、各 分支流量及各末端设备流量均达到设计要求；3）水力平衡调试完成后，应进行水源热泵机组的试运转，并填写试运转记录，

19、运行数 据应达到设备技术要求；4）水源热泵机组试运转正常后，应进行连续24h的系统试运转，并填写系统试运转记 录，观测整个系统的运行状态及相关参数，最后确保的是每个房间均达到设计要求的效果。5）水源热泵系统调试应分冬、夏两季进行，且调试结果应达到设计要求。调试完成后 应编写调试报告及运行操作规程，并提交甲方确认后存档。4水源热泵系统整体验收前，应进行冬、夏两季运行测试，并对水源热泵系统的实测性 能作出评价。5水源热泵系统整体运转、调试与验收除应符合本规范规定外，还应符合现行国家标准 通风与空调工程施工质量验收规范GB 50243和制冷设备、空气分离设备安装工程施 工及验收规范GB 50274的

20、相关规定。6材料与设备6.1材料6.1.1材料与设备：水源热泵机组、循环泵、潜水泵、深度除砂器、全自动软水器、成套补水 定压装置、分水器、集水器、全程水处理器（冷却水），水源热泵机组应符合现行国家标准制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范GB 50274。6.2机具设备6.2.1主要机具设备：吊车、电动卷扬机、打井设备、交流电焊机、剪板机、折弯机、坡口机、钢卷尺、流量计、氧气-乙炔、水平仪、倒链、压力表等7质量控制7.1质量标准与规范7.1.1供水水文地质勘察规范7.1.2室外给水设计规范7.1.3建筑给水排水设计规范7.1.4供水水文地质钻探与凿井操作规程7.1.5供水管井技术规范7.

21、1.6建筑节能工程施工质量验收规范7.1.7通风与空调工程施工质量验收规范7.1.8给水排水管道工程施工及验收规范7.1.9制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范7.1.10水源热泵机组7.1.11采暖通风与空气调节设计规范7.1.12建筑工程地质钻探技术标准7.1.13工程地质手册7.1.14地下水动力学GB50027GB 50013GB 50015CJJ 13GB 50296GB50411-2007GB 50243GB 50268GB 50274GB / T 19409GB 50019JGJ 87-92第四版7.2质量控制措施7.2.1建立质量管理制度。依据国家的质量验收规范，项目制

22、定详细的验收标准。各分部分 项工程根据不同的施工进度按每一施工单元进行一次质量大检查，检查结果作为项目质量控 制的依据。7.2.2样板领路制度。分项工程开工前，由项目经理部的责任工程师，根据专项方案、措施 交底及现行的国家规范、标准，进行样板分项（工序样板、分项工程样板、样板间、样板段 等）施工，样板工程验收合格后才能进行专项工程的施工。同时在样板施工中也接受了技术 标准、质量标准的培训，做到统一操作程序，统一施工做法，统一质量验收标准。7.2.3三检制度。项目部要按照自检、互检、交接检的程序进行质量检查控制。在完成工序 自检、交接检，接到专检通知后，由项目质量管理部组织进行工序质量专项检查，

23、发现问题 并督促整改；整改复核后报请监理验收并完成隐蔽工程验收记录的填写、签字工作，然后归 档妥善保存。7.2.4质量保证程序。7.2.5质量要求及保证措施1本工程地下水含沙量比较大，地下水必须经过水过滤器和除砂设备后再进入机组。2回灌点应低于回灌井静水位至少3m。3当供水井数量大于一口井时，每口井应安装井源逆止阀。4在每个回灌井的井口，稳压装置的后面安装一个排气阀。排气阀的作用是排出空气， 以避免空气被带入回灌区域。5井群设计时，应留有备用管井。备用管井的数量宜按设计水量的10%20%设置，并不 得少于一口。6为避免地下水中的砂堵塞室外空调管网管道，外管网施工中应避免翻完。7质量检验1）各种

24、材料进场前应检验生产许可证、产品合格证、试验报告等证件，各种设备、材 料应符合相关规范及设计要求。施工过程中，项目经理部设专人加强管理。施工中的每一个 分项工程经检查，验收合格后方可进行下道工序。2）水源热泵系统的设计文件、图纸会审、设计变更和洽商记录。施工工艺记录及施工 质量检验记录均符合规范要求。8安全措施8.0.1施工组织设计应有施工机械使用过程中的定期检测方案。8.0.2施工现场应有施工机械安装、使用、检测、自检记录。8.0.3使用电动工具前检查安全装置是否完好，运转是否正常，有无漏电保护，严格按操作 规程作业。1所有电动机具必须从国家正规厂家购买，且机械性能良好、各种安全防护装置齐全

25、、 灵敏、可靠。所有电动机具自检后报总包安全部门验收合格后方可使用。2按操作规程使用手持电动工具的工人要配齐防护用具，机械工要按规定佩戴防护用 具，机加工时工人要戴防护眼镜，机械操作工、钳工在使用电钻或砂轮时，不得戴手套。3手持电动工具均要求在配电箱装设额定工作电流不大于15mA，额定工作时间不大于 0.15s的漏电保护装置，电动机具定期检验、保养；4每台电动机械应有独立的开关和熔断保险，严禁一闸多机；5电焊机上应设防雨盖，下设防潮垫，一、二次电源接头处要有防护装置，二次线使用 接线柱，且长度不超过30m，一次电源采用橡胶套电缆或穿塑料软管，长度不大于3m，焊把 线必须采用铜芯橡皮绝缘导线。6

26、配电箱、开关箱应装设在干燥、通风及常温场所，不得装设在易受外来固体物撞击、 强烈震动、液体浸溅及热源烘烤的场所。9成品保护与环保措施9.0.1加工与施工过程中，应特别注意轻拿轻放，不能碰伤、划伤。9.0.2现场材料、机具、设备、构件、门窗和周转材料按平面布置定点整齐堆放，道路畅通 无阻，供排水系统畅通无积水，施工场地平整干净。9.0.3合理安排作业时间，工程施工应尽量避免中午和夜间进行产生噪音的施工作业，以减 少噪声污染，避免影响居民休息。9.0.4施工产生的废料须集中处理，不得随意丢弃，不得在施工现场焚烧有毒、有害和有恶 臭气味的物质。10效益分析10.1经济效益10.1.1高效节能：水源热

27、泵是目前空调系统中能效比（COP值）最高的制冷、制热方式，理 论计算可达到7，实际运行为46。10.1.2水源热泵机组可利用的水体温度冬季为1222C,水体温度比环境空气温度高，所以 热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体温度为1835C，水体温度比环境 空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，从而提高机 组运行效率。水源热泵消耗1kW.h的电量，用户可以得到4.35.0kW.h的热量或5.46.2kW.h 的冷量。与空气源热泵相比，其运行效率要高出2060%，运行费用仅为普通中央空调的 40 60%。10.2社会与环保效益10.2.1属可再生能源利用技

28、术。水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热 源，进行能量转换的供暖空调系统。所以，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。 10.2.2节水省地。以地表水为冷热源，向其放出热量或吸收热量，不消耗水资源，不会对其 造成污染；节省建筑空间，也有利于建筑的美观。10.2.3环保效益显著。水源热泵机组运行无任何污染，无燃烧、无排烟，不产生废渣、废水、 废气和烟尘，不会产生城市热岛效应，对环境非常友好，是理想的绿色环保产品。10.2.4 一机多用，应用范围广。特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物，水源热泵有着 明显的优点。不仅节省了大量能源，而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求，

29、减少 了设备的初投资，其总投资额仅为传统空调系统的60%。10.2.5运行稳定可靠，维护方便。水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定， 也保证了系统的高效性和经济性；采用全电脑控制，自动程度高。由于系统简单、机组部件 少，运行稳定，因此维护费用低，使用寿命长。10.2.6与供热系统相比的优势体明显：与锅炉（电、燃料）和空气源热泵的供热系统相比， 水源热泵具明显的优势。水源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节 省二分之一以上的能量；与传统的空气源热泵相比，其运行费用为普通中央空调的50% 60%。11工程实例11.1青岛海都国际（酒店工程）11.1.1工程概况。青岛

30、海都国际（酒店工程），位于城阳区正阳路与江城路交界处，处于 城阳区繁华路段，东临城阳区政府、西邻城阳区公安局。本工程地下两层，地上网点四层，两座主楼15层，地下室负二层层高4.1米，负一层层高6.35米，1-2层层高为5.3米，3-4 层层高为4.8米，5-14层层高为3.5米，15层层高为3.55米。总建筑高度为59.5米，建筑 面积66269平方米。11.1.2-1海都国际工程11.1.2-2海都国际工程11.1.2施工情况。青岛海都国际工程水源热泵系统应用于地下超市、商场、办公空调及采 暖系统，室外设1-14#井室，其中1#、2#、7#、8#为备用井室，水源热泵机房设于地下二层。11.1.3应用效果。通过应用本工法，水源热泵空调系统中能效比（COP值）最高的制冷、 制热方式，实际运行为46；与空气源热泵相比，其运行效率要高出2060%，运行费用 仅为普通中央空调的4060% ；同时，节水节地，机组运行无污染，经济效益良好。编写：刘志强申中堂审核：李丰会批准：张同波