DB13 T 2555-2017 地埋管地源热泵工程技术规范 .pdf
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1、ICS 27 F 15 DB13 河北省 地方标准 DB13/T 2555 2017 地埋管地源热泵工程技术规范 2017 - 09 - 06 发布 2017 - 10 - 06 实施 河北省质量技术监督局 发布 DB13/T 2555 2017 I 目 次 前言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 基本规定 . 3 5 场地勘查与评价 . 4 6 系统设计 . 5 7 系统施工 . 7 8 系统的检验、调 试与验收 . 9 9 系统监测 . 11 附 录 A 13 附 录 B 15 附 录 C 16 附 录 D 18 DB13/T 2555 2
2、017 II 前 言 本标准按照 GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 本标准 由 河北省国土资源厅 提出。 本标准起草单位:河北省地热资源开发研究所。 本标准主要起草人: 李郡、赵朝兵、张志刚、 宋倩、张海军、苏永强、徐雪晶、冯洋、刘晓平。 本 标准 主要审查人: 王景刚、康凤新、王华军、邢忠信、张彦峰。 DB13/T 2555 2017 1 地埋管地源热泵工程技术规范 1 范围 本标准规定了地埋管地源热泵工程的 术语 与定义、基本规定、 场地勘查与评估、系统设计、 系统施工、 系统 的 检验、调试与验收 以及 系统监测等工作的内容、方法和要求。 本标准适用于河北省内新建、改建和扩建的
3、以岩土体为低温热源,以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质,采用热泵技术进行供热、供冷及生活热水供应的地埋管地源热泵系统工程的前期勘查与评估、设计、施工、监测及验收。 2 规范性引用文件 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,仅注日期的版本适用于本文件。凡 是 不注明日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T 19409 水 ( 地 ) 源热泵 机组 GB 50021 岩土工程勘察规范 GB 50189 公共建筑节能设计标准 GB 50202 建筑地基基础工程施工质量验收规范 GB 50243 通风与空调工程施工质量验收规范 GB 50274 制冷
4、设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范 GB 50366 地源热泵系统工程技术规范 DZ/T 0225 浅层地热能勘查评价规范 GJJ 101 埋地聚乙烯给水管道工程技术规程 JGJ 26 严寒 和寒冷地区 居住 建筑 节能 设计 标准 3 术语 和定义 下列术语 和 定义适用于本文件。 3.1 地埋管地源热泵系统 ground source heat pump system with ground heat exchanger 采用闭路循环,传热介质 通过竖直或水平 换热管 与 岩土体 进行热交换 的地源热泵系统 。 3.2 地埋管换热器 ground heat exchanger 一种
5、埋设在地下的闭式循环 管 路 , 传热介质经管壁与岩土体进行热交换 。 根据管路埋置方式不同,可以分为 水平 式和 竖直 式 地埋管换热器 。 3.3 水平地埋管换热器 horizontal ground heat exchanger DB13/T 2555 2017 2 换热管路埋 置在水平管沟内的地埋管换热器。 3.4 竖直地埋管换 热器 vertical ground heat exchanger 换热管路埋 置在竖直 钻孔 内的地埋管换热器。 3.5 地埋管换热系统 ground heat exchange system 传热介质通过竖直或水平地埋管换热器与岩土体进行热交换的浅层地 温
6、 能交换系统,又称土壤热交换系统,也称为闭式地埋管循环系统。 3.6 传热介质 heat-transfer fluid 地埋管 地源热泵系统 中,携带热量或冷量,并通过地埋管与土壤进行热交换的液体。一般为 水 或水与防冻液的混合物。 3.7 场地勘察 site investigation 根据工程要求,查明、分析、评价场地地质环境特征和岩土体工程条件, 并 编制勘察文件的活动。 3.8 含水层 aquifer 地下水面以下饱水的透水层。 3.9 岩土体 rock-soil body 岩石和 松散沉积物 的集合体 ,如砂砾石、土体等 。 3.10 岩土体热物性 thermal-physical
7、properties of rock-soil body 岩 土体 的热物理学性质 ,包括土壤的密度、导热系数、比热容、扩散系数等。 3.11 恒温层 constant zone of subsurface temperature 地下温度的变化幅度等于零的地带,它的上面是变温层,下面是增温层。 3.12 护壁套管 casing pipe 下入 钻 孔中用以保护孔壁的 管件 。 3.13 封孔 sealing of borehole U型管安装完毕后,回填封孔,隔离含水层 。 DB13/T 2555 2017 3 3.14 埋管负荷 heat injected into or extracte
8、d from the ground 向 建筑物供冷 /供热 时, 通过地埋管换热器及系统,单位时间内 释放 到地下 或从地 下吸收的 热量。 3.15 全年动态负荷(能量负荷) annual dynamic heating and cooling load 用来预测在一年内末端空调系统运行所 需的能量。 3.16 环路集管 circuit header 为使各并联环路流量相近或相等,用来连接各 并联环路 的 管道。 3.17 钻孔回填 borehole grouting 在 竖直地埋管 工程中,热交换器管道在钻孔内就位后, 用 泥浆 泵 和注浆 管将灌注材料从 钻孔 底部充填到钻孔孔口的施工程
9、序 。 3.18 管沟回填 trench backfilling 在水平 地埋管 工程中,热交换器管道在管沟内就位后, 用 砂石土壤 材料 充填管沟的施工程序 。 3.19 岩土热响 应试验 rock-soil thermal response test 通过测试仪器,对项目所在的场区内的测试孔进行一定时间的连续换热,获得岩土综合热物性参数及岩土初始平均温度的试验。 3.20 综合热物性参数 parameter of the rock-soil thermal properties 是指不含回填材料在内的,地埋管换热器深度范围内,岩土的综合导热系数、综合比热容。 3.21 岩土初始平均温度 i
10、nitial average temperature of rock-soil 从自然地表下 10 m 20 m至竖直地埋管换热器埋设深度范围内,岩土常年恒定的平均温度。 3.22 测试孔 vertical testing borehole 按照测试要求和采用的成孔方案,将用于岩土热响应试验的竖直地埋管换热器钻孔称为测试孔。 4 基本规定 4.1 地埋管地源热泵场地浅层地热能勘查、系统设计与施工均应由具有相应资质的单位完成。 DB13/T 2555 2017 4 4.2 地埋管地源热泵系统的 设计应符合 JGJ 26 和 GB 50189 的要求;其 建设施工过程不应破坏生态环境及文物古迹 。
11、 4.3 对于地埋管换热系统,应确保地下淡水层不受污染,岩土和换热管之间应形成最佳的热接触状态。 5 场地勘查与评价 5.1 一般规定 5.1.1 在进行设计之前,应进行工程场地状况调查和地埋管场地浅层地热能资源勘查。 5.1.2 勘查涉及区域不应小于埋管场地范围,勘查深度应大于设计埋管深度。 5.1.3 地源热泵系统场地勘查应在收集气象水文资料、拟建建筑物功能特点、拟建场地岩土工程勘查报告及周边已有地源热泵工程经验的基础上,查明场地工程地质条件,确定岩土参数, 做 出浅层地温能场地勘查报告,勘查报告的编写按照附录 D。 5.1.4 场地勘查工作应根据工程及场地特点,采用工程地质勘查、岩土体热
12、物性测试、监测等方法。 5.1.5 场地勘查应由具有相应勘查资质的专业队伍承担。勘查完成 后,由勘查单位编写场地勘查评估报告;对资源可利用情况提出建议,并进行浅层地热资源的分析和方案的技术经济比较 ,确定采用地埋管地源热泵系统的可行性。 5.2 工程场地状况调查 5.2.1 场地规划面积、形状及地形地貌特征 。 5.2.2 场地内已有建筑物和规划建筑物的占地面积及其分布、基础形式及埋深 。 5.2.3 场地内已有树木植被、池塘、排水沟及架空输电线、市政管网、交通设施、历史文化遗迹、电信电缆的分布及规划综合管线分布 。 5.2.4 场地内已有的、计划修建的地下管线和地下构筑物的分布及其埋深 。
13、5.2.5 交通道路状况及施工所需的电源、水源情况。 5.3 地埋管场地浅层地热能资源勘 查 5.3.1 勘查内容包括:岩土层的岩性结构与分布、岩土体的热物性参数、冻土层的厚度、地下水位、温度、水质及分布等。 5.3.2 水平地埋管换热系统工程,工程场地勘查采用槽探和钎探进行,其位置和长度应根据场地形状确定,槽探的深度应超过预计的埋管深度 1 m,钎探技术按照 GB 50202 的相关规定执行;竖直地埋管换热系统工程,工程场地勘查采用钻探进行,勘查测试孔深度不应小于预计的埋管深度,勘查孔应进行地球物理测井。 5.3.3 勘查工作量的布置,见表 1。 DB13/T 2555 2017 5 表 1
14、 勘查工作量表 埋管方式 工程设计冷热负荷最大者 q( kw) 探槽、勘查测试孔数量 (个) 水平 q20 1 20 2 竖直 q100 0 100 q500 1 500 q1000 2 1000 q2000 2 3 2000 3 注: 若埋管范围较大或地层变化较大,应适当增加探槽、勘查测试孔的数量。 5.3.4 勘查测试孔应位于埋管范围内,两个或两个以上测试孔,宜选取在岩层特征不同的位置,测试孔孔径一般应为 150 200mm,宜与实际用孔孔径相一致。 5.3.5 岩土热响应试验方法应符合附录 A 的规定,并应由具有地质勘查类相关资质的机构完成。 5.4 勘查报告的内容 5.4.1 建设项目
15、的规 模、冷热负荷需求。 5.4.2 勘查区以往的地质工作程度及浅层地热能开发利用现状情况。 5.4.3 勘查区的自然地理条件(气象、水文)、区域地质条件、地层分布特征、含水层空间分布、水质、水位动态特征 及补径排条件。 5.4.4 勘查工作的主要内容、工作量分布图及取得的成果。 5.4.5 通过热响应试验结果计算浅层地热能资源量及可利用量,评价其适宜性,提出开发利用方式及保证程度。 5.4.6 提出拟建换热系统的方式,建议换热系统的初步方案。 5.4.7 拟建换热系统的经济性与风险性分析。 5.4.8 施工中和运行中应注意的事项,地温场监测点的设置及要求。 6 系统设计 6.1 一般规定 6
16、.1.1 地埋管换热系统设 计前,应根据场地勘查报告评价地埋管换热器实施的可行性与经济性。 6.1.2 地埋管换热器的设计应综合考虑场地规划、埋管负荷、埋管类型与布置方式、水力平衡、地温场变化等因素。 6.1.3 地埋管地源热泵系统应设监测系统,并符合 9 的 相关 规定。 DB13/T 2555 2017 6 6.1.4 地埋管换热器安装完成后,应在地埋管区域做出标志或标明管线的定位带,并应采用不少于 2个现场的永久目标进行定位。 6.2 地埋管管材及传热介质 6.2.1 地埋管及管件应符合设计要求,且应具有质量检验报告和生产厂商的合格证。 6.2.2 地埋管管材及管件应符合下列规定: a)
17、 地埋管应考虑岩土体和地下水的化学性质,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,如聚乙烯管 (PE80 或 PE100) 、聚丁烯管 (PB)或 PPR 管,不宜采用聚氯乙烯 (PVC)管。管件与管材宜为相同材料; b) 地埋管质量应符合国家现行标准中的各项规定。管材的公称压力及使用温度应满足设计要求,且管材的公称压力不应小于 1.0 MPa(地埋管埋深大于 120 m 时,不应小于 1.6 MPa),工作温度宜在 -20 40; c) 选用管材时应注意管子的外径、内径及厚度,在保证要求的情况下,选择的管材管壁尽量薄。地埋管外径及壁厚可按附录 C 的规定选用。 6.
18、2.3 未安装的管材应避 光存放,防止管道产生老化变形。 6.2.4 添加防冻剂后的传热介质的冰点宜比设计最低运行水温低 3 5。选择防冻剂时,应同时考虑防冻剂对管道与管件的腐蚀性,防冻剂的安全性、经济性及其对换热的影响。 6.3 地埋管换热器设计 6.3.1 地埋管 换热器 设计 时 应 明确埋管 区域内各种地下管线的种类、位置 、 深度及埋管区域进出重型设备的车道位置和荷载 ,并为未来可能的管线施工 预留空间 。 6.3.2 地埋管 换热器 应避让室外排水设施,宜靠近机房或以机房为中心进行设计。 6.3.3 地 埋管换热系统设计应进行全年动态负荷计算,最小计算周期宜为 1 年。计算周期内,
19、地埋管地源热泵系统总释热 量宜与其总吸热量相平衡,通过技术经济比较,可采用合理的辅助冷热源与地埋管并用的复合运行方式。 6.3.4 地埋管换热器长度应通过计算确定。计算时应考虑负荷特征、管材性质、岩土体及回填材料热物性的影响,宜采用专用软件进行。 6.3.5 设计 地埋管换热器 时,环路集管不应包括在 地埋管换热器 总长度内。但对于水平埋管较多的竖直埋管系统,水平埋管应折算成适量的 地埋管换热器 总长度。 6.3.6 地埋管换热器 应根据可利用地面面积、场地勘查结果及挖掘成本等因素确定具体埋管方式,并基于岩土热响应试验结果确定埋管深度与间距。 6.3.7 水平地埋管换热器最上层埋管的埋深均应在
20、 冻土层以下 0.4 m;在赋存有地下咸水的地区,注意避免咸水串层污染淡水。 6.3.8 竖直地埋管换热器埋管深度应大于 恒温层深度,河北省平原区宜取 50 m 150 m; 水平连接管的深度 宜 在 距地表 1.5 m 以下 。河北省平原区以相邻钻孔中心 间距 4 m 6 m 为宜。供回水的环路集管的间距不应小于 0.6 m。 DB13/T 2555 2017 7 6.3.9 地埋管换热器内 传热介质的流态应为紊流,单 U 型埋管,流速不应小于 0.6 m/s; 双 U 型埋管,流速不应小于 0.4 m/s; 水平干管 的 坡度 应保证系统的排气要求。 6.3.10 水平地埋管换热器宜进行分
21、组连接,每组换热器管长不大于 5 000 m,各组换热器形成的地埋管环路两端应分别与供、回水环路集管连接,应采取同程式布置,并应在各环路的总接口处设置检查井,井内设置相应的阀门。 6.3.11 地埋管换热系统 应设自动定压及防冻保护装置。 6.3.12 地埋管换热系统应根据 水文 地质特征确定回填 材料, 回填 材料的 导热系数应不低于 周围岩土体的导热系数。对桩埋换热器,回填材料还应满足地基强度的要求。 6.3.13 地埋管换热系统设计时应 根据所选 用的传热 介质的水力特性 进行水力计算 ,在此基础上,合理地确定循环水泵的流量和扬程。 6.3.14 与 地埋管换热 器连接的水泵、阀门、管道
22、附件等设计与选择应符合国家现行 相关规范的要 求。 6.3.15 地埋管换热系统宜设置反冲洗功能,冲洗流量宜为工作流量的 2 倍。 6.3.16 地埋管换热系统宜采用变流量设计。 6.3.17 地埋管换热系统设计时应考虑地埋管换热器的承压能力,若建筑物内系统压力超过地埋管换热器的承压能力时,应设中间换热器与建筑物内系统分开。 7 系统施工 7.1 一般规定 7.1.1 地埋管换热系统施工应由具有相应地质勘查资质的单位完成。 7.1.2 地埋管 换热系统 施工时,不应损坏已有地下管线 。 7.1.3 地埋管换热系统安装过程中应进行水压试验,试验合格后方可进入下一步施工工序。 7.2 地埋管换热系
23、统施工 7.2.1 地埋管换热系统施工前应具备埋管区域的勘查资料、设计文件和施 工图纸,并完成施工组织设计。 7.2.2 地埋管换热系统施工前应 根据工程勘察报告,明确埋置区域 内已有地下管线 、地下构筑物的 功能及其准确位置,并应进行地面清理,平整地面 。 7.2.3 水平支管沟应在竖直钻孔钻完后开挖,并应设遮蔽物防止杂物进入钻孔。 7.2.4 在施工现场应对 地埋管系统所用材料 进行保护,并 应符合以下规定 : a) 进入现场的管材、管件应逐件进行外观检查; b) 管材 和 管件存放、搬运和运输 过程中 ,应小心轻放,排列整齐,采用柔韧性好的皮带、吊带或吊绳进行装卸,不 应随意 抛摔和沿地
24、拖拽 ; c) 夏季施工 应预防管道受热发生老化变形,未安装 的管 材 应避 光存放 。 7.2.5 地埋管钻孔方法: DB13/T 2555 2017 8 a) 地层岩性以细颗粒为主,宜采用回转钻进; b) 地层岩性以粗颗粒为主,宜采用回转钻进或冲击钻进; c) 地层岩性以基岩为主,宜采用潜孔锤钻进。 7.2.6 竖直地埋管钻孔施工应符合以下规定: a) 钻进过程中,做好钻孔记录,包括地下岩层情况、地下水情况; b) 钻孔开孔及终孔宜采用同一设计口径,如遇回填土、卵石层、流砂带、破碎带等复杂地层,应采取泥浆护壁或埋设套管护壁,护壁套管内径应与设计钻孔口径一致; c) 实际钻孔孔深宜大于设计孔
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