某地源熱泵項目管道穿底板防水套管應用研究
摘要：目前上海地區采用地源熱泵空調系統的建筑越來越多，而在高度密集的建筑物中采用此空調系統，一般需要PE管道穿越地下室大底板進入室內機房。本文結合某實際地源熱泵空調系統，就PE管道穿越地下室底板防水套管的設計和施工進行了分析和探討，為上海地區同類項目的實施提供一定的技術支持。
關鍵詞：地源熱泵；地下結構；防水套管；
引言
地源熱泵空調系統地埋管換熱器一般埋設在建筑物的周邊綠地、停車場下，不占有地面空間。但是對于上海市中心城區內的項目，由于土地資源緊張而沒有足夠的場地埋設土壤換熱器，往往需要地埋管換熱器穿越側墻或者底板后連接進機房。而當管道需穿越大底板時，將面臨PE管道穿越底板防水問題。
1 研究現狀
底板防水在建筑工程中歷來是個關鍵環節，通常采用柔性和剛性兩道防水層做法。目前圖集和規范中均有穿外墻防水套管做法，這兩種防水都是考慮剛性管道穿墻的防水，與非金屬管道穿底板防水技術要求是不同的。此種做法的工程在國內其它推廣地源熱泵技術較早的省市有極個別案例，河南地區的劉磊結合某通信局地源熱泵項目，從結構設計和施工對地源熱泵管道地下結構施工進行了分析，強調該工藝要求多，需結構施工和地源熱泵施工2個工種的較好結合；北京地區的蔡曉鴻主要就防水材料的選擇和施工方法進行了深入研究，為地源熱泵管道穿越底板防水探索了新經驗。但由于各地區地質條件的差異較大（需處理的基坑降水等問題不同）及工程經驗還較少，有必要針對上海地區的地層條件，研究適用于上海工程項目的防水套管。
2研究內容
2.1目的任務
上海地區的地下水水位較高，地下室底板一般作為防水板使用。而地埋管穿越地下室底板，破壞了底板的防水層，在此形成了防水斷層，因此地埋管穿越地下室底板要保證防水工程有效，必須采用嚴密的防水套管設計。本次研究的目的即針對PE管穿越底板防水套管的防水技術開展，提供一種止水效果好的非金屬管穿底板防水套管，使得地源熱泵技術在此類工程中的應用不受限制。
2.2防水套管設計
通過深入研究目前防水工藝、規范，結合施工中的相關經驗制作多個方案，通過多個實物模型承壓能力財比分析等多種途徑，終于制定了一套切實可行的方案。
設計采用了柔性和剛性相結合的防水做法。如圖1所示，一種非金屬管穿底板防水套管，包括穿底板非金屬管1、法蘭組件、止水橡膠5、鋼管7、止水翼環9、膨脹水泥8，所述的法蘭組件設在穿底板鋼管7兩端，膨脹水泥8包在兩個法蘭組件之間的穿底板非金屬管l側表面與鋼管7內側表面上，膨脹水泥8兩端設有止水橡膠5，鋼管7包在膨脹水泥8側表面上，止水翼環9套在鋼管7上，法蘭組件包括法蘭4、法蘭壓蓋2、螺栓3，法蘭壓蓋2通過螺栓3與法蘭4固定連接，法蘭4焊接在鋼管7，止水翼環9焊接在鋼管7的側表面上，止水橡膠5兩端設有平墊6。
2.3試驗過程
與現有技術相比，本次研究發明的防水套管止水效果好，首次使用在非金屬管穿底板上，并且效果顯著。防水套管加工現場如圖2所示。
防水套管試壓試驗現場如圖3所示。第一次試壓試驗從2010年8月5日13：05開始，PE管與套管第二次試壓試驗從8月8日14：10-16：30，試驗壓力采用0.8MPa，140min后降到0.78MPa，根據規范要求壓力降小于3qo，試壓成功。后又分別進行0.6 MPa試壓壓力3次，最長穩壓時間達到17h，壓力降為0.01
MPa，符合規范要求，試驗合格。
經過一個月的反復試壓試驗，套管沒有再發現滲漏現象，試壓成功。現場防水套管壓力試驗記錄數據詳見表1。
3主要成果
通過本次研究，發明了一種止水效果較好的非金屬管道穿底板防水套管，為上海地區在埋管區域受限的建筑物下方應用地源熱泵空調系統的應用提供了技術支持。并于2010年12月29日提交申請了《一種非金屬管穿底板防水套管》國家發明專利技術(專利號：201010619158.9)。
4 工程案例
采用本研究中的發明專利，設計實施了上海地區第一個埋設于建筑物基礎深達22m下的大型、高檔商業地源熱泵工程。
4.1工程概況
上海某國際金融廣場，總占地面積約為13 856平方，總建筑面積約115 000平方。其中商業輔樓和商業建筑空調系統采用地埋管換熱器熱泵空調系統，商業輔樓建筑面積6532.l平方，商業建筑面積5529平方，共計12061.1平方。
4.2空調系統概述
系統設訃充分考慮初投資和運行費用，采用地源熱泵空調系統，由于地處上海市核心地帶，沒有場地，因此將土壤換熱器設置在四層車庫底板下，共計360
組單U換熱管，埋深100m。車庫地下四層底板標高-22m，共有86個管道穿底板。四層地下室結構現場施工圖如圖4所示。
本項目地埋管的數量大，分布范圍廣，按照相對集中的原則，將整個土壤換熱器分為6個區域，大約每10個左右的垂直換熱孔設置為一個換熱循環單元，
供、回水分別集中到單獨的分、集水器上。水平聯絡管采用De63、De75PE管，整個土壤換熱器系統按同程方式連接，確保各換熱孔內循環液的流量、流速一致，為系統的安全運行提供可靠的保障。部分地埋管與樁基平面布置如圖5所示。
本項目采用地埋管穿底板防水套管技術，水平管道穿出底板采用DN108mm的鋼管做防水套管。在DN108mm的鋼管外側用5mm厚的鋼板止水環，高度在一端200mm處，另外在DN108mm的鋼管內做2道橡膠防水圈并用膨脹水泥填充。此做法對柔性防水套管做了改進，采用上、下2道壓環，確保地下水不會通
過管遒和套管內壁滲入地下室。
目前該項目已順利完成了地埋管換熱器部分的施工，并進行了調試，冷卻水循環系統運行狀況良好。
5結語
通過研究，發明了一種非金屬穿底板防水套管技術，同時該項研究及項目中的實施應用使我們積累了管道穿底板防水技術方面的經驗，這對上海地區類似
項目的實施提供一定的技術支持，同時也將對上海地區地源熱泵工程在土地資源緊張的市中心實施和推廣起到促進作用。
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