地源熱泵系統工程技術規範

fans news 發佈 2021-10-10T02:59:32+00:00

為使地源熱泵系統工程設計、施工及驗收,做到技術先進、經濟合理、安全適用,保證工程質量,制定本規範。本規範適用於以岩土體、地下水、地表水為低溫熱源,以水或添加防凍劑的水溶液為傳熱介質,採用蒸氣壓縮熱泵技術進行供熱、空調或加熱生活熱水的系統工程的設計、施工及驗收。1.0.

為使地源熱泵系統工程設計、施工及驗收,做到技術先進、經濟合理、安全適用,保證工程質量,制定本規範。

本規範適用於以岩土體、地下水、地表水為低溫熱源,以水或添加防凍劑的水溶液為傳熱介質,採用蒸氣壓縮熱泵技術進行供熱、空調或加熱生活熱水的系統工程的設計、施工及驗收。1.0.3 地源熱泵系統工程設計、施工及驗收除應符合本規範外,尚應符合國家現行有關標準的規定。

術語

地源熱泵系統

以岩土體、地下水或地表水為低溫熱源,由水源熱泵機組、地熱能交換系統、建築物內系統組成的供熱空調系統。根據地熱能交換系統形式的不同,地源熱泵系統分為地埋管地源熱泵系統、地下水地源熱泵系統和地表水地源熱泵系統。對於製冷來說,地源熱泵與常規冷水機組最大的區別是:空調系統的冷卻水冷卻變為地下水或土壤冷卻。地下水或土壤冷卻,又有若干種方式。地埋管換熱系統或地下水換熱系統,地下水換熱系統又分為直接和間接換熱等等。

水源熱泵機組

以水或添加防凍劑的水溶液為低溫熱源的熱泵。通常有水/水熱泵、水/空氣熱泵等形式。

地熱能交換系統

將淺層地熱能資源加以利用的熱交換系統。

淺層地熱能資源

蘊藏在淺層岩土體、地下水或地表水中的熱能資源。

傳熱介質

地源熱泵系統中,通過換熱管與岩土體、地下水或地表水進行熱交換的一種液體。一般為水或添加防凍劑的水溶液。

地埋管換熱系統

傳熱介質通過豎直或水平地埋管換熱器與岩土體進行熱交換的地熱能交換系統,又稱土壤熱交換系統。

地埋管換熱器

供傳熱介質與岩土體換熱用的,由埋於地下的密閉循環管組構成的換熱器,又稱土壤熱交換器。根據管路埋置方式不同,分為水平地埋管換熱器和豎直地埋管換熱器。

水平地埋管換熱器

換熱管路埋置在水平管溝內的地埋管換熱器,又稱水平土壤熱交換器。

豎直地埋管換熱器

換熱管路埋置在豎直鑽孔內的地埋管換熱器,又稱豎直土壤熱交換器。

地下水換熱系統

與地下水進行熱交換的地熱能交換系統,分為直接地下水換熱系統和間接地下水換熱系統。

直接地下水換熱系統

由抽水井取出的地下水,經處理後直接流經水源熱泵機組熱交換後返回地下同一含水層的地下水換熱系統。

間接地下水換熱系統

由抽水井取出的地下水經中間換熱器熱交換後返回地下同一含水層的地下水換熱系統。

地表水換熱系統

與地表水進行熱交換的地熱能交換系統,分為開式地表水換熱系統和閉式地表水換熱系統。

開式地表水換熱系統

地表水在循環泵的驅動下,經處理直接流經水源熱泵機組或通過中間換熱器進行熱交換的系統。

閉式地表水換熱系統

將封閉的換熱盤管按照特定的排列方法放入具有一定深度的地表水體中,傳熱介質通過換熱管管壁與地表水進行熱交換的系統。

環路集管

連接各並聯環路的集合管,通常用來保證各並聯環路流量相等。

含水層

導水的飽和岩土層。

井身結構

構成鑽孔柱狀剖面技術要素的總稱,包括鑽孔結構、井壁管、過濾管、沉澱管、管外濾料及止水封井段的位置等。

抽水井

用於從地下含水層中取水的井。

回灌井

用於向含水層灌注回水的井。

熱源井

用於從地下含水層中取水或向含水層灌注回水的井,是抽水井和回灌井的統稱。

抽水試驗

一種在井中進行計時計量抽取地下水,並測量水位變化的過程,目的是了解含水層富水性,並獲取水文地質參數。

回灌試驗

一種向井中連續注水,使井內保持一定水位,或計量注水、記錄水位變化來測定含水層滲透性、注水量和水文地質參數的試驗。

岩土體

岩石和鬆散沉積物的集合體,如砂岩、砂礫石、土壤等。

工程勘察

一般規定

地源熱泵系統方案設計前,應進行工程場地狀況調查,並應對淺層地熱能資源進行勘察。(此為強制性條文,本標準共2個強制性條文)

對已具備水文地質資料或附近有水井的地區,應通過調查獲取水文地質資料。

工程勘察應由具有勘察資質的專業隊伍承擔。工程勘察完成後,應編寫工程勘察報告,並對資源可利用情況提出建議。

工程場地狀況調查應包括下列內容:

場地規劃面積、形狀及坡度;(是否滿足打井或埋管面積和位置要求)

場地內已有建築物和規劃建築物的占地面積及其分布;

場地內樹木植被、池塘、排水溝及架空輸電線、電信電纜的分布;

場地內已有的、計劃修建的地下管線和地下構築物的分布及其埋深;

場地內已有水井的位置。

地埋管換熱系統勘察

地埋管地源熱泵系統方案設計前,應對工程場區內岩土體地質條件進行勘察。

地埋管換熱系統勘察應包括下列內容:

岩土層的結構;

岩土體熱物性;

岩土體溫度;

地下水井水位、水溫、水質及分布;

地下水徑流方向、速度;

凍土層厚度。

地下水換熱系統勘察

地下水地源熱泵系統方案設計前,應根據地源熱泵系統對水量、水溫和水質的要求,對工程場區的水文地質條件進行勘察。

地下水換熱系統勘察應包括下列內容:

地下水類型;

含水層岩性、分布、埋深及厚度;

含水層的富水性和滲透性;

地下水徑流方向、速度和水力坡度;

地下水水溫及其分布;

地下水水質;

地下水水位動態變化。

地下水換熱系統勘察應進行水文地質試驗。試驗應包括下列內容:

抽水試驗;

回灌試驗;

測量出水水溫;

取分層水樣並化驗分析分層水質;

水流方向試驗;

滲透係數計算。

當地下水換熱系統的勘察結果符合地源熱泵系統要求時,應採用成井技術將水文地質勘探孔完善成熱源井加以利用。成井過程應由水文地質專業

人員進行監理。

地表水換熱系統勘察

地表水地源熱泵系統方案設計前,應對工程場區地表水源的水文狀況進行勘察。

地表水換熱系統勘察應包括下列內容:

地表水水源性質、水面用途、深度、面積及其分布;

不同深度的地表水水溫、水位動態變化;

地表水流速和流量動態變化;

地表水水質及其動態變化;

地表水利用現狀;

地表水取水和回水的適宜地點及路線。

地埋管換熱系統

一般規定

地埋管換熱系統設計前,應根據工程勘察結果評估地埋管換熱系統實施的可行性及經濟性。

地埋管換熱系統施工時,嚴禁損壞既有地下管線及構築物。

地埋管換熱器安裝完成後,應在埋管區域做出標誌或標明管線的定位帶,並應採用2個現場的永久目標進行定位。

地埋管管材與傳熱介質

地埋管及管件應符合設計要求,且應具有質量檢驗報告和生產廠的合格證。

地埋管管材及管件應符合下列規定:

地埋管應採用化學穩定性好、耐腐蝕、導熱係數大、流動阻力小的塑料管材及管件,宜採用聚乙烯管(PE80或PE100)或聚丁烯管(PB),不宜採用聚氯乙烯(PVC)管。管件與管材應為相同材料。

地埋管質量應符合國家現行標準中的各項規定。管材的公稱壓力及使用溫度應滿足設計要求,且管材的公稱壓力不應小於1.0MPa。地埋管外徑及壁厚可按本規範附錄A的規定選用。

傳熱介質應以水為首選,也可選用符合下列要求的其他介質:

安全,腐蝕性弱,與地埋管管材無化學反應;

較低的冰點;

良好的傳熱特性,較低的摩擦阻力;

易於購買、運輸和儲藏。

在有可能凍結的地區,傳熱介質應添加防凍劑。防凍劑的類型、濃度及有效期應在充注閥處註明。

添加防凍劑後的傳熱介質的冰點宜比設計最低運行水溫低3~5℃。選擇防凍劑時,應同時考慮防凍劑對管道與管件的腐蝕性,防凍劑的安全性、經濟性及其對換熱的影響。

地埋管換熱系統設計

地埋管換熱系統設計前應明確待埋管區域內各種地下管線的種類、位置及深度,預留未來地下管線所需的埋管空間及埋管區域進出重型設備的車道位置。

地埋管換熱系統設計應進行全年動態負荷計算,最小計算周期宜為1年。計算周期內,地源熱泵系統總釋熱量宜與其總吸熱量相平衡。

地埋管換熱器換熱量應滿足地源熱泵系統最大吸熱量或釋熱量的要求。在技術經濟合理時,可採用輔助熱源或冷卻源與地埋管換熱器並用的調峰形式。

地埋管換熱器應根據可使用地面面積、工程勘察結果及挖掘成本等因素確定埋管方式。

地埋管換熱器設計計算宜根據現場實測岩土體及回填料熱物性參數,採用專用軟體(瑞典隆德大學EED、美國Solar Energy 實驗室TRNSYS等)進行。豎直地埋管換熱器的設計也可按本規範附錄B的方法進行計算。

地埋管換熱器設計計算時,環路集管不應包括在地埋管換熱器長度內。

水平地埋管換熱器可不設坡度。最上層埋管頂部應在凍土層以下,且距地面不宜小於0.8m。

豎直地埋管換熱器埋管深度宜大於20m,鑽孔孔徑不宜小於0.11m,鑽孔間距應滿足換熱需要,間距宜為3~6m。水平連接管的深度應在凍土層以下0.6m,且距地面不宜小於1.5m。

地埋管換熱器管內流體應保持紊流流態,水平環路集管坡度宜為0.002。

地埋管環路兩端應分別與供、回水環路集管相連接,且宜同程布置。每對供、回水環路集管連接的地埋管環路數宜相等。供、回水環路集管的間距不應小於0.6m。

地埋管換熱器安裝位置應遠離水井及室外排水設施,並宜靠近機房或以機房為中心設置。

地埋管換熱系統應設自動充液及泄漏報警系統。需要防凍的地區,應設防凍保護裝置。

地埋管換熱系統應根據地質特徵確定回填料配方,回填料的導熱係數不應低於鑽孔外或溝槽外岩土體的導熱係數。

地埋管換熱系統設計時應根據實際選用的傳熱介質的水力特性進行水力計算。

地埋管換熱系統宜採用變流量設計。

地埋管換熱系統設計時應考慮地埋管換熱器的承壓能力,若建築物內系統壓力超過地埋管換熱器的承壓能力時,應設中間換熱器將地埋管換熱器與建築物內系統分開。

地埋管換熱系統宜設置反衝洗系統,沖洗流量宜為工作流量的2倍。

地埋管換熱系統施工

地埋管換熱系統施工前應具備埋管區域的工程勘察資料、設計文件和施工圖紙,並完成施工組織設計。

地埋管換熱系統施工前應了解埋管場地內已有地下管線、其他地下構築物的功能及其準確位置,並應進行地面清理,剷除地面雜草、雜物,平整地面。

地埋管換熱系統施工過程中,應嚴格檢查並做好管材保護工作。

管道連接應符合下列規定:

埋地管道應採用熱熔或電熔連接。聚乙烯管道連接應符合國家現行標準《埋地聚乙烯給水管道工程技術規程》CJJ101的有關規定;

豎直地埋管換熱器的U形彎管接頭,宜選用定型的U形彎頭成品件,不宜採用直管道煨制彎頭;

豎直地埋管換熱器U形管的組對長度應能滿足插入鑽孔後與環路集管連接的要求,組對好的U形管的兩開口端部,應及時密封。

水平地埋管換熱器鋪設前,溝槽底部應先鋪設相當於管徑厚度的細砂。水平地埋管換熱器安裝時,應防止石塊等重物撞擊管身。管道不應有折斷、扭結等問題,轉彎處應光滑,且應採取固定措施。

水平地埋管換熱器回填料應細小、鬆散、均勻,且不應含石塊及土塊。回填壓實過程應均勻,回填料應與管道接觸緊密,且不得損傷管道。

豎直地埋管換熱器U形管安裝應在鑽孔鑽好且孔壁固化後立即進行。當鑽孔孔壁不牢固或者存在孔洞、洞穴等導致成孔困難時,應設護壁套管。下管過程中,U形管內宜充滿水,並宜採取措施使U形管兩支管處於分開狀態。

豎直地埋管換熱器U形管安裝完畢後,應立即灌漿回填封孔。當埋管深度超過40m時,灌漿回填應在周圍臨近鑽孔均鑽鑿完畢後進行。

地埋管換熱系統的檢驗與驗收

地埋管換熱系統安裝過程中,應進行現場檢驗,並應提供檢驗報告。檢驗內容應符合下列規定:

管材、管件等材料應符合國家現行標準的規定;

鑽孔、水平埋管的位置和深度、地埋管的直徑、壁厚及長度均應符合設計要求;

回填料及其配比應符合設計要求;

水壓試驗應合格;

各環路流量應平衡,且應滿足設計要求;

防凍劑和防腐劑的特性及濃度應符合設計要求;

循環水流量及進出水溫差均應符合設計要求。

水壓試驗應符合下列規定:

試驗壓力:當工作壓力小於等於1.0MPa時,應為工作壓力的1.5倍,且不應小於0.6MPa;當工作壓力大於1.0MPa時,應為工作壓力。

水壓試驗步驟:

)豎直地埋管換熱器插入鑽孔前,應做第一次水壓試驗。在試驗壓力下,穩壓至少15min,穩壓後壓力降不應大於3%,且無泄漏現象;將其密封后,在有壓狀態下插入鑽孔,完成灌漿之後保壓lh。水平地埋管換熱器放入溝槽前,應做第一次水壓試驗。在試驗壓力下,穩壓至少15min,穩壓後壓力降不應大於3%,且無泄漏現象。

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