地埋管技术规范培训(北京地标)

2016年3月北京市地方标准编制地方标准的背景介绍地埋管地源热泵系统工程技术规范主要内容介绍编制地方标准的背景介绍北京市具备采用浅层地温能的优越气候、地质条件，作为我国地源热泵系统应用最早的城市之一，近年来，在市场需求推动和政府的重视支持下，应用的比重越来越大。本市地源热泵发展方向以地埋管地源热泵系统为主，项目的实施虽然已有国家标准，但国家标准的规定对于北京市的具体情况针对性不强，使其指导作用大打折扣。编制地方标准的背景介绍北京市现有地源热泵项目的调查结果显示，很多地埋管地源热泵项目存在着各种各样的问题，其前期勘查工作的质量、能源开发方式、系统设计质量、运行维护方式等都制约着系统的使用效果，同时也关系到系统对周围乃至区域地质环境的影响，有必要制定更加适于北京市的地埋管地源热泵系统工程地方标准。在市发改委的组织下，由市地勘局、节能环保中心、市勘技院等单位经过调研、专题研究、反复论证后编制了该标准。编制原则：技术先进、安全适用、经济合理、与国家标准紧密衔接。前言1范围2规范性引用文件3术语和定义4基本要求5勘查与评估6系统设计7系统施工8系统监测9调试与验收附录A（规范性附录）岩土热响应试验附录B（资料性附录）地埋管外径及壁厚附录C（资料性附录）岩土体热物性参数本标准适用于以地下岩土体为低温热源，以水为传热介质，采用热泵技术进行供热、空调或加热生活热水的系统工程前期勘查与评估、设计、施工、验收及系统监测。说明：相比国标等其他标准，本标准对浅层地温能资源勘查评估（包括现场热响应测试）、换热系统设计与施工、调试和验收等工作都做了更加详细的规定，同时增加了监测系统建设的内容。未对建筑物内系统的设计与施工做详细规定，该工作依照相关标准执行。本章列出了本文未做详细规定的工作内容应遵照执行的相关标准。前期勘查与评估中的钎探技术标准参照GB50202的相关规定执行；建筑物内系统的设计与施工依照GB50015建筑给水排水设计规范、GB50243通风与空调工程施工质量验收规范、GB50274制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范、GB50366地源热泵系统工程技术规范、GB50736民用建筑供暖通风与空气调节设计规范、DB11/687公共建筑节能设计标准的规定执行；地埋管换热器设计计算依照DZ/T0225浅层地热能勘查评价规范的规定执行。本章列出了文中涉及的有必要做出解释的专业术语及其定义。大部分与国标重复的术语沿用了其定义，但对某些确有含义变化的术语定义做了符合本文内容的修改。增加了新增内容涉及的术语及定义。3.2地埋管换热系统groundheatexchangersystem传热介质通过竖直或水平地埋管换热器与岩土体、地下水进行热交换的地温能交换系统，又称土壤热交换系统。说明：参照国标，增加了“地下水”，因为地埋管换热器与地下岩土体中赋存的地下水的换热是不容忽视的。3.4传热介质heat-transferfluid地源热泵系统中，通过地埋管换热器与岩土体、地下水进行热交换的不低于GB/T14848中规定的III类地下水质量标准的水。说明：为防止地埋管泄露污染地下水体，本标准规定传热介质仅可用水，水质不低于适于饮用的III类地下水质量标准，且水中不得加注乙二醇等对环境产生危害的添加剂。3.10岩土热响应试验rock-soilthermalresponsetest通过测试仪器，对项目所在场区的勘查测试孔进行一定时间的连续换热试验，获得项目场区岩土体的初始平均温度、岩土体综合热物性及岩土体换热能力等参数。说明：参照国标，增加了“岩土体换热能力”，因为稳定工况测试可直接获得岩土体换热能力（单孔换热量或延米换热量），用于地埋管换热器的设计计算。3.12埋设温度传感器法Embeddingtemperaturesensormethod在竖直地埋管换热器不同深度埋设温度传感器，通过实时监测温度传感器的监测数值，确定不同深度岩土体温度的方法。3.13无功循环法Reactivecirculationmethod不向地埋管换热器内循环水加载冷、热量，利用循环水与岩土体达到热平衡时的温度，分析岩土体初始平均温度的方法。3.14水温平衡法watertemperaturebalancemethod地埋管换热器安装完成后在管内充满水，静置至少48h后管内的水与岩土体达到热平衡，通过水泵循环将管内的水泵出，同时监测水温的变化，通过管内水的温度分析岩土体温度的方法。3.15稳定热流测试steadyheatflowtest向地埋管换热器循环介质提供稳定的热量或冷量，记录地埋管换热器进、出水温度的响应情况，计算岩土体综合热物性参数或换热能力的测试方法。3.16稳定工况测试steadyworkingconditiontest建立稳定的地埋管换热器夏季或冬季运行工况，记录地埋管换热器进、出水温度的响应情况，计算岩土体综合热物性参数或换热能力的测试方法。3.19换热监测孔heatexchangemonitoringhole通过在换热孔内下入温度传感器，用于监测地埋管换热器换热过程中其周边地层温度变化的换热孔。3.20换热影响监测孔heatexchangeeffectmonitoringhole通过在钻孔内下入温度传感器，用于监测换热孔温度变化影响范围的钻孔，一般布设于换热孔周边5m距离内。3.21常温监测孔initialtemperaturemonitoringhole通过在钻孔内下入温度传感器，用于监测不同季节地层原始温度的钻孔，一般布设在换热孔布设区域边缘10m距离外。本章对地埋管地源热泵系统实施的基本要求做了规定，包括工程实施前的工作，勘查、设计、施工的资质要求以及与其他相关标准的关系。4.2地埋管地源热泵项目场地浅层地温能勘查、系统设计与施工均应由具有相应资质的单位完成。说明：地埋管地源热泵项目场地浅层地温能勘查、地埋管换热系统施工需相应地质勘查资质，系统的设计需相应的设计资质，建筑物内系统安装需相应的安装资质。由具有相应资质的专业施工单位完成，保证工作质量。本章对前期勘查阶段的工程场地状况调查和地埋管换热系统勘查工作的勘查内容、勘查要求以及评估报告内容都做了更加详细、严格的规定。5.1.1地埋管地源热泵系统工程方案确定前，应进行工程场地状况调查和项目场地浅层地温能勘查。说明：工程场地状况和浅层地温能资源条件是能否应用地源热泵系统的基础。5.1.4项目场地浅层地温能勘查后，勘查单位应编写浅层地温能地质条件评估报告并提出建议。说明：编写浅层地温能地质条件评估报告是勘查工作的一部分；报告中应有项目适宜性、开发利用方案的建议。5.3.2勘查要求：b)勘查工作量的布置，按表1确定。埋管方式工程设计冷/热负荷q/kW探槽、勘查测试孔数量/个水平q＜251（探槽）q≥25≥2（探槽）竖直q＜5501（孔）550≤q＜10002（孔）1000≤q＜20002~3（孔）q≥2000≥3（孔）注：工程设计冷/热负荷取冷、热负荷中较大者。说明：b)工程负荷越大，所需的布设场地越大，产生地层和换热能力变化的可能性就越大，因此探槽或勘查孔的数量要随工程负荷的增大而增加，且尽量分散布置，使勘查结果可以代表整个布设区域。国标和其他相关文件中多以建筑面积作为勘查、设计的划分限值，本标准认为参照部标以负荷值为限值更加合理，但部标中的250kW的负荷值或以国标中的5000m2的建筑面积进行计算所得值均较实际情况有些偏小，本标准根据市国土局提出的10000m2的建筑面积限值和节能建筑推荐负荷指标的最小值55W/m2计算得到550kW负荷限值。5.3.3b)开展岩土热响应试验，获得项目场区岩土体初始平均温度、岩土体综合热物性及岩土体换热能力等参数；说明：由于岩土样品实验室测定法存在取样局限性、运输保存困难、测试结果误差大等问题，因此本标准明确规定勘查测试孔应进行现场热响应试验。同时对获得的参数补充了“岩土体换热能力”，因为稳定工况测试可直接获得岩土体换热能力（单孔换热量或延米换热量），用于地埋管换热器的设计计算。本章重点对地埋管管材与传热介质的要求；地埋管换热系统设计的要求；对传热介质的规定更加严格；对地埋管的深度、间距，系统温度、流量、埋设方式有了新的规定；同时对水平地埋管换热器的要求做了细化明确规定了必须设计监测系统。6.1.2换热系统的设计应以浅层地温能地质条件评估报告为依据，在经济技术合理时，宜采用辅助热源或冷源的调峰方式。说明：当工程负荷较大时，若单独采用地源热泵系统承担全部建筑负荷，则需要很大的换热器布设区域和很高的初投资，使项目的安全性和经济性下降。因此在经济技术合理的情况下加入其他的冷热源形式同时承担峰值负荷，可以减少初投资、提高系统安全性。6.1.3地埋管地源热泵系统应设监测系统，并应符合第8章的规定。说明：即使是小规模的地埋管地源热泵系统，也应设地质环境影响监测孔和热源侧总管温度监测，配备必须的数据存储设备后，形成监测系统。较大规模的地源热泵系统监测内容更加全面。6.2.2a)地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小的塑料管材及管件，宜采用聚乙烯管（PE100）或聚丁烯管（PB），禁止使用再生塑料管材，管件与管材应为相同材料。说明：聚乙烯(PE)和聚丁烯(PB)管柔韧性好、强度高、重量轻、耐腐蚀、造价低。而PVC(聚氯乙烯)管的导热性和可塑性差，因此在地源热泵系统中不推荐使用PVC管。再生塑料的质量难以保证，易出现杂质、不均的缺陷，所以禁止使用。管件与管材使用相同材质为了防止不同的材质因性能不同熔接时达不到强度要求。6.2.4竖直地埋管换热器的U型弯管接头，宜选用定型的U型弯头成品件，不应采用煨制弯头或焊接弯头。说明：U型弯管接头是系统中内外压力均最大的部位，煨制弯头受到挤压易形成死弯造成堵塞，焊接弯头的焊接质量易出问题，因此宜采用定型成品件。6.2.5地埋管换热系统的传热介质应使用不低于GB/T14848中规定的III类地下水质量标准的水，水中不应加注乙二醇等对环境产生危害的添加剂。说明：根据相关标准，地下水质量分为五类，其中I~III类地下水适用于生活饮用，同时水中禁止加注乙二醇等对环境产生危害的添加剂，即使泄露，也不会污染地下水体。6.3.2当地埋管地源热泵项目可利用埋设换热孔场地不足时，经技术、经济、安全分析后可以采用建筑物下埋设换热孔。说明：已有大量成功经验证明在保证安全性和经济性的情况下该方法是可行的。确实有很多项目，尤其是一些大型项目，适合做地源热泵系统，但布孔场地有限。建筑物下埋孔，很好的解决了这一问题，大大促进了浅层地温能的开发利用。6.3.3地埋管换热器进、出水温度应符合下列规定：a)夏季工况，地埋管换热器侧出水温度宜低于30℃；b)冬季工况，地埋管换热器侧进水温度宜高于4℃。说明：条文中对冬夏运行期间地埋管换热器进出口温度的规定，是出于对地源热泵系统节能性的考虑，同时保证热泵机组的安全运行。在夏季，如果地埋管换热器出口温度高于30℃，则超出地源热泵系统的最佳运行工况较大，无法充分体现地源热泵系统的节能性，且北方的岩土体初始温度较低，地埋管换热器出口温度高于30℃说明热源侧换热能力不足，地层温升较大；冬季温度限值参照国标。6.3.6地埋管换热器内循环介质流态应保持紊流，单U型流速不宜小于0.4m/s，双U型流速不宜小于0.2m/s，水平环路集管坡度宜为0.002。说明：确保系统及时排气和加强换热，地埋管换热器内循环介质的雷诺数应该大于2300以确保紊流，雷诺数的计算公式如下：式中：Re——管内流体的雷诺数；ρ——管内流体的密度（kg/m3）；V——管内流体的流速（m/s）；dj——管道内径（m）；μ——管内流体的动力粘度（N•s/m2）。jVdRe水的密度为1000kg/m3；管道内径0.026m；水的动力粘度随温度升高而降低，5℃时的动力粘度为1.5×10-3N•s/m2，经计算保持紊流流态水的最低流速为0.13m/s，即流速大于0.13m/s即为紊流。国标中规定地埋管内循环介质流速单U型不宜小于