浅谈地源热泵系统在EPC项目当中的管控

【摘要】本文介绍了地源热泵系统在EPC项目中的管理，特别是对图纸的优化、施工难点的解决进行了详细阐述。

【关键词】地源热泵；图纸优化；质量管控；进度管控

中图分类号： F253 文献标识码： A

一、[]引言

随着国家对可再生能源利用的日益重视，地源热泵系统因其节能、环保、高效等诸多优点，越来越多地应用在各类建筑当中。本人有幸在2010年9月至2013年5月参与建设了运用了地源热泵系统的文思创新软件研发楼项目，该项目为EPC发包模式，使我能够以工程总承包方的角度，对工程的建设进行管理和控制，获得了宝贵的经验。

二、对方案的论证和图纸的优化

1、地源井数量的优化

目前大部分设计单位在图纸设计前，均未进行过实地考察，单纯地根据设计手册和类似工程案例 “闭门造车”，设计的图纸并不能完全满足施工要求。在本工程初步设计阶段，图纸共设置地源井1500口，井深均为35m，地源井基本覆盖了建筑物外墙至红线以内所有可利用空间，未预留足够的位置供日后小市政管线、园林绿化专业的施工，同时投资额巨大。在与设计单位沟通并征求地质勘查单位意见后，以通过增加地源井深度至105m的方式，最终将地源井数量减少至605口。地源井位置按照避开施工现场既有建筑和道路，避开临时用电、临时用水管线，避开日后施工的市政管线、园林绿化树木区域的原则进行布置，既减少了占用空间又节省了建设投资。

2、系统冷热源的优化

作为软件研发楼，该项目投入使用后存在着人员密集、电脑、打印机等设备散热量巨大的特点，夏季冷负荷与冬季热负荷存在很大差异，其中夏季冷负荷为4935.8KW、冬季热负荷为3005KW。初步设计阶段，图纸考虑设置两台地源热泵机组用以提供冷热源。由于整个系统冷热负荷差异很大，而目前市场上并没有制冷量比制热量大很多的热泵机组，使得地源热泵机组在冬季并不能高效运转，造成浪费，同时由于“土壤热不平衡” 长年运行后将导致土壤温度失衡，影响周围生态，有悖于地源热泵系统节能、环保、高效的出发点。在经过了多次讨论并借鉴了同类工程经验后，本工程最终采用夏季由2台地源热泵机组提供制冷1台冷水机组辅助制冷，冬季由两台地源热泵机组进行制热的方案，将地源热泵机组选型变小，增加了1台辅助制冷的水冷螺杆机组。

3、地下埋管系统布置形式的确认

地下埋管系统目前常采用异程式、局部同程式及同程式三种布置形式。设计单位从水力平衡考虑，要求选择同程式布置，但相比其它两种布置方式，同程式耗费管材、投资高、施工周期长、且随着管线长度的增加，漏水隐患相应增大。

局部同程式比同程式节省管材，施工周期相对较短，投资合理，水力平衡问题可以通过对地埋管合理分区、对各区内管线长度均等布置、加装平衡阀等多种方式来进行解决，在本工程中得到了运用。

4、传热介质的选用

在传热介质选用方面，设计单位从系统的凝固点考虑，主张使用乙二醇水溶液。由于本工程室外管线埋设深度均在冻土层以下，不存在受冻风险，且乙二醇溶液价格偏高、对系统有一定的腐蚀性、高温下存在火灾风险，最终将传热介质确定为水。

5、地源井回填材料的确定

地源井回填材料选择的合理与否，直接影响到系统日后能否按照预定设计运行。回填材料必须以地质勘查和岩土热物性参数的测试结果为基础，根据地质条件进行确定。本工程地下水较丰富、土质以粘土层和粘沙、粗砂、砾石卵石层等为主，适宜采用膨润土、石英砂、水泥砂浆的混合物进行回填。但随着配比的不同，混合物导热系数亦不断地发生变化。为了确定出最优的配合比，本着样板引路的原则，本工程在施工现场选择4口地源井，使用四种配比不同的混合物进行了回填试验。通过专业设备对导热系数进行测定，由5%的膨润土、5%的水泥、20%打井产生的泥浆、70%的石英砂组成的回填材料导热系数最大，达到2.45w/m K，且具有良好的塑性，回灌完成后未产生收缩和裂纹。该配比在整个工程中得到了应用。

6、对地源热泵机房的深化设计

目前国内的设计院在进行图纸设计过程中并未充分考虑到水暖、电气、通风等各个专业之间管线的交叉重叠、土建结构梁对管线走向的限制和业主单位对净高的要求，因此在施工过程中需要对图纸进行二次深化设计。本工程应用BIM系统对整个建筑物机电各专业管线建模之后进行了“管道碰撞”，有效地解决了各个专业管线交叉打架的问题，确保了业主的净高要求，做到了事前控制。

图1：管线综合排布图纸

三、对施工的组织和进度的管控

1、对交叉施工的组织协调

在地源热泵系统施工过程中，地源井施工是工程量最大、组织协调难度最高的一项工作。由于本工程地源井施工时间与建筑外立面玻璃幕墙施工、室内装修和二次砌筑施工时间重合。如何能够在施工场地狭小、各个专业交叉作业多的情况下，实现既不影响幕墙吊装施工、不影响大量的装修和砌筑材料进场，又能够紧张有序地完成打井施工，成为施工管理过程中面临的一个难题。

在召开了大量的协调会，对施工作业面进行多次划分，对施工总体部署进行多次调整后。最终采取将玻璃幕墙与地源井施工作业面错开，二者同时开始、同时完成施工后交换作业面继续施工的方式，对作业面予以充分合理的利用。大量的装修和砌筑材料通过准确的计划，每周统一进场一次，进场后及时运至楼内各操作面，避免材料运输车辆经常性地进出、材料长时间堆放在室外，影响玻璃幕墙和地源井施工。

2、对进度的管控

进度控制方面，依照工程的总体部署，编制出与之相适应的进度计划。由于地源井施工与玻璃幕墙施工均为关键线路上的关键工作且互为前置任务，不存在任何的自由时差。进度计划的执行容不得半点偏差。

本工程在施工过程中，将进度计划进行分解，通过编制周进度计划并以施工任务书的形式落实到施工班组，将工作任务细化到每一周。对进度计划的实施情况建立跟踪、监督、检查、报告机制，及时有效地纠正计划执行过程中的各种偏差，确保进度计划严格的贯彻执行。

四、对施工难点的解决

1、对打井效率低下问题的解决

在整个地源热泵系统施工中，打井是施工周期最长、施工任务最重的一项工作。如何在保证质量的前提下，高效快速地打井是整个施工的重中之重。

本工程在打井初期，出现过泥沙包住钻头，钻孔速度缓慢的问题，经现场调查，此部分钻机采用的排屑方法为“正循环法”，正循环法是泥浆由泥浆泵从泥浆池里抽到钻杆里，通过钻杆不断地输送到钻井里，然后从钻井井口自然排出，同时把钻渣带出到地面的一种循环方法。由于它是单靠泥浆进行自然循环方式排渣，所以循环能力和排渣能力都比较弱，容易出现上述问题。

在查明问题原因后，及时要求施工单位将打井方法调整为更先进合理的“反循环法”，大幅加快了打井速度。至工程结束，所有地源井打井均一次成功，未出现一口废井。

2、对下管和回灌方法的确定

由于地下情况复杂，下管时孔壁与管会产生很大的摩擦阻力，同时打井时产生的泥浆会产生浮力，迅速地将管道下到井底是一件很困难的工作。

在召开多次技术研讨会并借鉴同类工程经验后，决定采用管道在地上完成强度和严密性试验后带压下井，通过U型管内充满水增加自重的方式，克服摩擦阻力和泥浆的浮力，加快下管速度。该方法在加快下管速度的同时，如果在下管过程中发生管道破损的情况也能很容易发现，一举两得。

在下管的同时将回灌管道一同下至井底，使用专用的回灌机自下而上进行回灌，确保回灌密实。

3、确保水平管连接准确的方法

考虑到本工程地源井数量众多，每口井之间均需用水平管进行连接，造成水平管线纷繁复杂。为了不发生误接和漏接，施工过程中在每根管道表面明显位置进行了标记编号，按照编号进行管道连接，取得了良好的效果。

五、对施工质量的控制

百年大计、质量为天，本工程针对地源热泵系统施工成立了QC小组，在施工之前按照质量影响因素进行了质量策划，选择对工程质量影响最大的PE管道连接作为质量控制点，编制了具有针对性的质量预控方案，制定出详细的预控措施。同时针对如何确保PE管道热熔质量，邀请管道厂家专业技术人员现场进行演示、交底，组织所有一线施工工人进行学习，并进行现场考试，合格之后方可进行施工。

针对在施工过程中出现的质量问题，采用QC小组活动的方式，通过因果分析图法，集思广益、共同分析、排查出所有可能原因，在充分分析的基础上找出主要原因，并通过讨论对每条原因找出相应的措施，通过PDCA循环，将施工质量不断提高。

图2：因果分析图

通过精心的策划和严格的控制，系统调试试运行一次性成功，所有测试数据均达到了要求。

六、结束语

EPC为特殊的发包模式，其核心任务是为工程的建设和使用“增值”。对EPC项目的管控，既要站在项目总承包方的角度实现盈利，又要站在业主的角度做优质工程。因此习惯了照图施工的我们，利用价值工程理论对设计图纸进行技术经济分析，优化方案和图纸就显得格外重要。

本人在2014年3月份供暖结束后，对该项目进行了技术性回访，整个系统运行良好，未出现任何“跑冒滴漏”现象，业主单位非常满意。

【参考文献】

[1]王勇，付祥钊，曾淼，等.地源热泵地下管群换热器设计施工问题[J].建筑热能通风空调，2000，（1）：59～62

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[3]徐伟，等译.地源热泵工程技术指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[4]刁乃仁，方肇洪.地埋管地源热泵技术[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5]中华人民共和国建设部.GB50366—2009地源热泵系统工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2009.

作者简介：马志家（1985～），男，华北电力大学，本科，建筑环境与设备工程专业，从事机电施工。