DB12 T 469-2012 地源热泵地下储能系统建设运行技术规范.pdf
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1、ICS 91.140.10 P 45 DB12 天 津 市 地 方 标 准 DB12/T 4692012 地源热泵地下储能系统建设运行技术规范 Technical Standard for Construction and Operation of the Underground Energy Storage System of Ground-source Heat Pump 2012 11 15 发布 2013 02 15 实施天津市质量技术监督局 发 布 DB12/T 4692012 I 目 次 前言 1 范围 1 2 规范性引用文件 1 3 术语和定义 1 4 地下水源热泵地下储能系统工
2、程勘察 2 5 地下水源热泵地下储能系统取用地下水资源论证 3 6 地下水源热泵地下储能系统井群设计 4 7 地下水源热泵地下储能系统施工方案 7 8 地下水源热泵地下储能系统施工工艺 7 9 热源井抽水试验与回灌试验 8 10 地下水源热泵地下储能系统热源井验收 10 11 地下水源热泵地下储能系统配套设施 11 12 地下水源热泵地下储能系统运行与监测 12 13 地埋管地源热泵地下储能系统建设与运行 13 附录 A(规范性附录) 地下水源热泵地下储能系统取用地下水资源论证报告书提纲 . 15 附录 B(规范性附录) 一些测定项目水样采取和保存方法. 17 附录 C(资料性附录) 对井回灌
3、试验的资料分析. 18 附录 D(规范性附录) 地下水源热泵地下储能系统成井报告书提纲. 20 参考文献 22 DB12/T 4692012 II 前 言 本标准是依据GB/T 1.12009标准化工作导则 第1部分:标准的结构和编写的规则起草。 本标准包括13个章和4个附录。主要内容包括:术语、工程勘察、取用地下水资源论证、井群设计、抽水试验与回灌试验、施工及验收、水源热泵系统配套设施安装、水源热泵系统运行与监测、竖直埋管地源热泵系统建设与运行等。 本标准执行了GB50366-2009 地源热泵系统工程技术规范标准中的地下水源热泵地下储能系统的相关内容及地埋管换热系统工程中与地下水保护相关的
4、技术要求,并结合天津市的水文地质条件及地源热泵工程实践,在标准的结构、主体内容、具体条款等方面均做了很大的改动、补充和细化。 本标准主要起草单位:天津市水文水资源勘测管理中心 本标准协助起草单位:天津市环境地质研究所 本标准主要起草人:赵天佑、张建民、傅建文、王亚斌、柴成繁、张晔、高建颖、刘奇、张一凡、焦志东、沈强、佟旸、张玉坡 DB12/T 4692012 1 地源热泵地下储能系统建设运行技术规范 1 范围 本标准规定了地源热泵地下储能系统建设中工程勘察、论证、设计、施工、竣工验收与运行中监测设施安装、运行监测的技术要求。 本标准适用于天津市范围内地源热泵地下储能系统的建设与运行。 2 规范
5、性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T 778 封闭满管道中水流量的测量饮用冷水水表和热水水表(第 1 部分和第 2 部分) GB/T 12897 国家一、二等水准测量规范 GB/T 14848 地下水质量标准 GB/T 19409 水源热泵机组 GB 50019 采暖通风与空气调节设计规范 GB 50021 岩土工程勘察规范 GB50026 工程测量规范 GB 50027 供水水文地质勘察规范 GB 50046 工业建设防腐蚀设计规范 GB 50296
6、 供水管井技术规范 GB 50366 地源热泵系统工程技术规范 CJJ 13-1987 供水水文地质钻探与凿井操作规程 DZT 0225-2009 浅层地热能勘查评价规范 SL/Z 322-2005 建设项目水资源论证导则(试行) DB/T29-178-2010 天津市地埋管地源热泵系统应用技术规程 3 术语和定义 GB 50366界定的以及下列术语和定义适用于本标准。为了便于使用,以下重复列出了GB 50366中的某些术语和定义。 3.1 地源热泵系统 ground-source heat pump system 以岩土体、地下水或地表水为低温热源,由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系
7、统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同,地源热泵系统分为地下水地源热泵系统 、地表水地源热泵系统和地埋管地源热泵系统。GB503662.0.1 2DB12/T 4692012 3.2 地源热泵地下储能系统 underground energy storage system of ground-source heat pump 是地源热泵系统中的地下部分,包括地下水源热泵地下储能系统和地埋管地源热泵地下储能系统,是一个封闭的地下水回路系统。地下水源热泵地下储能系统一般采用单井、对井、灌采井组等工程,通过地下水的采灌活动,将大气中的能源储存在含水层中,反季节利用,同时需要实现地下水灌采
8、平衡。 3.3 单位回灌量 injected flowrate perunit of waterlevel drawup 在一定条件下,以某一定流量向回灌井中注水,当回灌井水位上升至相对稳定时,回灌流量与井中水位升幅的比。 3.4 单井回灌能力 single well injection capacity 在自然回灌过程中,当地下水位上升至离井口不超过 2m,且在一定时期内水位保持相对稳定时的回灌水量。 3.5 回灌率 injection rate 在某一采灌期内,水源热泵系统回灌入地层的地下水量与采出的地下水量之比。本标准中提到的回灌率为同一项目的同一含水组所有采灌井在某一采灌期内的运行数据
9、计算的总体回灌率。 3.6 回扬 pump lifting of injection well 在地下水人工回灌过程中,为了清除堵塞于含水层中的细粒物质和回灌井中的沉淀物以保持回灌井的回灌效率,需要定期或不定期的在回灌井中进行的抽水工作。 3.7 井组型式 distribution of wells 本标准中所指的井组型式,是指同一地下水源热泵地下储能系统中热源井的平面布置及取水层位分布,可分为同层成井系统和多层成井系统两种型式。同层成井系统是指热源井分布在同一含水组的系统。多层成井系统是指热源井分布在两个及两个以上含水组的系统。 4 地下水源热泵地下储能系统工程勘察 4.1 地下水源热泵地下
10、储能系统工程勘察应执行GB 503662009 中 3.1规定。 4.2 对已具备水文地质资料的地区,应通过调查获取水文地质资料。若通过调查获取的水文地质资料不能满足地下水储能系统的设计要求,则应根据系统对地下水量、水温和水质的要求,对工程场地的水文地质条件进行勘察。 4.3 地下水储能系统勘察应包括下列内容: a) 地下水类型; b) 含水层岩性、组合、分布、埋深及厚度; DB12/T 4692012 3 c) 含水层的富水性和渗透性; d) 地下水流场特征; e) 地下水水温及其分布; f) 地下水水质; g) 地下水水位动态变化。 4.4 当地下水储能系统的勘察结果符合地源热泵系统要求时
11、,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。 5 地下水源热泵地下储能系统取用地下水资源论证 5.1 地下水源热泵地下储能系统取用地下水资源论证执行建设项目水资源论证导则(试行)(SL/Z 322-2005),同时要考虑地下水源热泵系统的一些特殊要求。 5.2 取用地下水资源论证的内容主要包括总论、建设项目概况、建设项目所在区域地下水资源情况及其开发利用的分析、建设项目取用地下水合理性分析、建设项目取水水源论证、取水与回扬的影响分析、回扬水的利用、保证地下水有效回灌的措施及其他事项。取水水源论证要重点分析取水层位的选取、井群的设计、采灌水量和采灌平衡可行性分析等。水资源论证报告书应符
12、合附录 A 的要求。 5.3 取用地下水预测 5.3.1 地下水源热泵地下储能系统取用地下水的论证中需要论证热泵系统正常运行所需的地下水量。夏季供冷所需水量按公式(1)进行计算,冬季采暖所需水量按公式(2)进行计算。在采用热泵系统同时满足冬季供暖和夏季制冷需要时,应采用下列公式(1)和公式(2)中的最大值预测需水量。 5.3.2 地下水源热泵系统夏季制冷需水量预测 地下水源热泵机组夏季需水量可采用下面公式计算: owoCOPttQG 1116.1 11 (1) 式中: 1G 热泵机组夏季制冷地下水需水量,m3/h; oQ 制冷设计时的制冷冷负荷,kW; 1t 地下水夏季回灌温度,; wt 地下
13、水夏季出水温度,; oCOP 热泵机组在 wtt 1 工况下的制冷性能系数。 5.3.3 地下水源热泵系统冬季供暖需水量预测 地下水源热泵机组冬季供暖需水量可采用下面公式计算: 4DB12/T 4692012 kwkCOPttQG 1116.1 22 (2) 式中: 2G 热泵机组冬季供暖地下水需水量,m3/h; kQ 供暖设计时的供暖热负荷,kW; 2t 地下水冬季回灌温度,; wt 地下水冬季出水温度,; kCOP 热泵机组在 2ttw 工况下的供暖性能系数。 5.4 取水水源论证分析 5.4.1 取水水源论证应分析论证范围内地下水的水文地质条件,确定取水层位,进行地下水源热泵地下储能系统
14、热源井群的设计。 5.4.2 含水层水文地质条件分析应包括四个要素:水位、单位出水量、水温、水质。项目论证前,应充分收集场地所在地段已有的水文地质钻孔、民井及热源井的水文地质资料。 5.4.3 地下水源热泵地下储能系统中,回灌水质应符合以下基本原则: a) 回灌水质要好于或等于原地下水水质,回灌后不会引起区域性地下水水质污染; b) 回灌水质不应引起严重的回灌井及地层堵塞,造成回灌困难; 5.4.4 地下水源热泵地下储能系统热源井井群设计应按本规程第6 章执行。 5.5 保证地下水有效回灌的措施 5.5.1 保证地下水有效回灌的措施应包括设备安装措施、回灌措施、回扬方法、热源井的维护与运行监测
15、。 5.5.2 为保证地下水的有效回灌,地下水源热泵地下储能系统中,从设备安装方面应采取必要的措施。管井安装中,应保证井管、泵管与外界的密封。根据地下水水质状况,应安装水过滤装置。 5.5.3 地下水源热泵地下储能系统回灌的运行与监测应符合本规范第 12章的规定。 6 地下水源热泵地下储能系统井群设计 6.1 地下水源热泵地下储能系统热源井群的设计应保证热源井群抽水井的提水能力、回灌井的总灌能力均满足需水量,且有一定的保证程度;热源井的布置必须满足场地条件;抽水井温变化在允许的限度内;应进行成井费用控制。热源井群的总体设计框图见图一。 6.2 热源井的设计单位应具有相关资质。 DB12/T 4
16、692012 5 图1 热源井群设计框图 6.3 热源井设计应符合现行国家标准 GB 50296 的相关规定,并应包括下列内容: a) 热源井抽水量和回灌量、水温和水质; b) 热源井数量、井位分布及取水层位; c) 井管配置及管材选用,抽灌设备选择; d) 井身结构、过滤器结构、填砾位置、滤料规格及止水材料; e) 抽水试验和回灌试验要求及措施; f) 井口装置及附属设施。 6.4 热源井设计时应采取减少空气侵入的措施。 抽水井数确定 单井回灌能力研究 场地水文地质条件、环境地质问题分析 4井距及平面分布确定 2取水层位分析 回灌井数确定 场地条件是否满足 井数确定 否 是 7井口装置及附属
17、设施 水流、热数值模拟 水热运移解析法 项目概况分析、热泵机组、节水设备等 3. 5井管配置及管材选用 6井身结构、滤料及止水材料 8井群设计的变更及其它 1需水量预测 6DB12/T 4692012 6.5 抽水井与回灌井管路设计必须满足相互转换,其间应设排气装置。抽水井和回灌井均应设置监测口。 6.6 热源井数目应满足持续出水量和完全回灌的需求。 6.7 井组型式:根据场地条件和含水层的数量、水质的差异,选用不同的井组型式。 6.7.1 同层成井:热源井成井取水段为同一含水组,热源井结构相同,互为热源井。一井冬采夏灌,另一井冬灌夏采,反季节储能。 要求两井间距满足(3)式要求: aaeeC
18、CBQD 热3 . (3) 式中: D两井间距(m); Q回灌量(m3/h) 热 对井系统热锋面到达生产井的时间(h); B含水层有效厚度(m); aaC 含水层热容, a 为含水层密度, aC 为含水层比热; eeC 流体热容, e 为流体密度, eC 为流体比热。 公式(3)中采用的岩土热物性参数可参见DZ/T 0225-2009 的附录B。 6.7.2 多层成井:多层结构的含水层,分别在不同含水组中成井,形成一个井组,同组热源井间距按(3)式计算,取大者;不同含水组间热源井间距应大于10m,组井中对井应为同层采灌。 6.8 热源井结构:热源井成井结构应依据含水层性质确定。 6.8.1 粉
19、细砂含水层的成井结构:开孔孔径宜不小于 650mm,下入 325mm 泵室管(钢管),在含水层中下入 325mm 或273mm钢管为胎管的笼式双层填砾过滤器,外填砾厚度应大于 100mm,应在咸水层地段用粘土球止水。 6.8.2 中砂,砂砾石含水层的成井结构:宜采用一开井施工,下入 325mm 的泵室管,含水层中下入325mm 或273mm钢管为胎管的双层填砾过滤器,外填砾厚度应大于 100mm,用粘土球止水。 6.8.3 采用填砾过滤器时井底沉砂管之上应安装一段长度大于2m 的单层滤水管,便于成井时换浆洗井。 6.9 热源井的设置应避开有污染的地面或地层。热源井井口应严格封闭,井内装置应使用
20、对地下水无污染的材料。井口之上若有构筑物,应留有检修用的足够高度或在构筑物上留有检修口。 6.10 热源井的井管、泵管、井口装置及附属设施等均应选用具有良好的抗腐蚀能力的材料。 DB12/T 4692012 7 7 地下水源热泵地下储能系统施工方案 7.1 为使地下水源热泵地下储能系统工程按照设计要求进行施工,确保工程质量,工程施工开始前,应首先编制施工方案,作为施工的依据。 7.2 施工方案的主要内容包括:施工方案设计的依据,场地水文地质条件,井位布置图,热源井的质量要求,选用机械及施工方法,施工动力、器材供应及机具修配,施工的劳动组织,施工过程中的安全技术措施,工程预算,施工期限等。施工方
21、案中还应附热源井群设计阶段的相关内容和图表。 7.3 编制施工方案前,首先应综合分析现有的水文地质资料,现有资料不足时,应进行现场踏勘。 7.4 施工方案的主要内容应征求设计单位、建设单位和主管单位的意见。在执行中如发现不妥之处,应及时进行修改和调整,如变更较大,需经原审批单位批准。 7.5 施工方案应附水行政管理部门核发的批准文书。 8 地下水源热泵地下储能系统施工工艺 8.1 地下水源热泵地下储能系统热源井的施工单位及监理单位应具有相应级别的资质。 8.2 热源井凿井施工执行GB50296,参照执行 CJJ13-1987。 8.3 钻井时进行岩屑录井和钻时录井。 8.4 同一项目的所有热源
22、井均应进行物探测井,测井项目至少应包括自然电位、底部梯度视电阻率(R25)、电位视电阻率(R04)、自然伽码、井斜测量、井径测井。除井径测井外,其它测井项目应在扩孔前进行。 8.5 井管安装 8.5.1 井管安装前,应做好下列准备工作: a) 检查井管质量,井管质量应符合相关要求; b) 根据井结构设计和电测井结果,进行排管,排管时应准确丈量单根井管长度,并切割好配管; c) 下管前,应进行探井; d) 下管前应先适当稀释泥浆,破除护壁泥浆层,并清除井底的稠泥浆。 8.5.2 下管方法一般采用提吊下管法,下管时应注意: a) 下置井管时,井管应直立于井口中心,上端口应保持水平。过滤器安装位置的
23、允许偏差宜为30mm; b) 沉淀管应封底。当松散层下部已钻进而不使用时,井管应坐落牢固,防止下沉;基岩热源井的井管应坐落在稳定岩层的变径井台上; c) 采用填砾过滤器的热源井,应设置扶正器。 8.6 填砾与管外封闭 8.6.1 下置填砾过滤器的热源井,井管安装后,应及时进行填砾。填砾前,井内泥浆应稀释,并按设计要求准备滤料。 8DB12/T 4692012 8.6.2 滤料的质量宜符合下列要求: a) 滤料应取样筛分,不符合规格的数量不得超过设计数量的15; b) 颗粒的磨圆度较好,不应使用棱角碎石; c) 不应含土和杂物; d) 滤料宜用硅质砾石。 8.6.3 填砾方法应根据井壁稳定性,冲
24、洗介质类型和热源井结构等因素确定。 8.6.4 填砾时,滤料应沿井管四周均匀连续填入,随填随测。当发现填入数量及深度与计算有较大出入时,应及时找出原因并排除。填砾高度宜高于滤水器顶10m 以上,但不宜超过上层含水层底高度。 8.6.5 采用双层填砾过滤器的热源井,按设计规格应先进行内层滤料的填入。外层滤料的填砾方法与单层填砾过滤器相同。 8.6.6 井管外围用粘土封闭时,应选用优质粘土做成球状,直径大小宜为 20mm30mm,并应在半干(硬塑或可塑)状态下缓慢填入。井管外围用水泥封闭时,水泥的性能指标及封闭方法,应根据地层岩性、地下水水质、热源井结构和钻进方法等因素确定。 8.6.7 井管封闭
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