DB11T 2038-2022 中深層地?zé)峁峒夹g(shù)規(guī)范 井下?lián)Q熱

DB11北京市市場(chǎng)監(jiān)督管理局發(fā)布 中深層地?zé)峁峒夹g(shù)規(guī)范井下?lián)Q熱設(shè)計(jì)、施工安裝、工程調(diào)試與驗(yàn)收、智能監(jiān)本文件適用于以地下3000米內(nèi)中深層巖體為低溫?zé)嵩?、采用井下同軸換熱器換熱的地?zé)峁こ探ㄔO(shè)全井封閉（包含底端可安裝換熱器與周圍地層、巖體或構(gòu)造帶進(jìn)行換熱的井狀結(jié)構(gòu)。井下同軸換熱器中循環(huán)流動(dòng)的與周圍地層、巖體或構(gòu)造帶進(jìn)行熱交換4.1地?zé)峁こ糖捌诓邉潙?yīng)與能源規(guī)劃、清潔供熱規(guī)劃、可再生能源規(guī)劃等4.2地?zé)峁こ坛袚?dān)單位在勘查、設(shè)計(jì)、施工安裝、運(yùn)維等方面應(yīng)具有相應(yīng)的技4.3地?zé)峁こ淘O(shè)計(jì)方案應(yīng)符合安全可靠、綠色低碳、高效節(jié)能、經(jīng)濟(jì)合理、精細(xì)智慧的4.4地?zé)峁こ虘?yīng)選用兼高效節(jié)能設(shè)備和綠4.5地?zé)峁こ淌┕で皯?yīng)進(jìn)行工程場(chǎng)地狀況調(diào)查和中深層方面的基本資料，查明場(chǎng)地地層及巖性特征、地質(zhì)構(gòu)造、地溫場(chǎng)特征，核算地溫梯度，編制地?zé)?.1.2應(yīng)綜合分析建設(shè)場(chǎng)地及周邊一定范圍內(nèi)中深層地?zé)豳Y源條件、地溫梯度5.2.1地?zé)峁こ虉?chǎng)地調(diào)查應(yīng)包括建設(shè)區(qū)域內(nèi)場(chǎng)地狀況、熱泵機(jī)房及配a)場(chǎng)地內(nèi)可供開發(fā)利用的中深層地?zé)崛萘?、地質(zhì)構(gòu)造、地層特征、巖性特層分布、出水量、年用水量、水位及變化、水溫和5.2.3地?zé)岬刭|(zhì)資料不充分區(qū)域宜采用數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)中深層地?zé)崛崛萘縜)樣品采集與測(cè)試：對(duì)探采結(jié)合井取熱段每個(gè)熱儲(chǔ)層取1~3組巖b)對(duì)探采結(jié)合井進(jìn)行全井段測(cè)溫，獲取巖體溫度和d)熱泵供熱機(jī)房和配套設(shè)施建筑空間所需面積、層高、承重、抗震5.3.1應(yīng)從能量平衡的角度對(duì)建設(shè)場(chǎng)地內(nèi)中深層地?zé)峥衫觅Y源容量進(jìn)行計(jì)算Tp——熱儲(chǔ)層平均溫度，單位為攝氏度(℃)；Tc——基準(zhǔn)溫度，建議取為當(dāng)?shù)厝昶骄鶜鉁兀瑔挝粸閿z氏度(℃)。5.3.2對(duì)于具有多套熱儲(chǔ)層的中深層地?zé)峋聯(lián)Q熱器，可分層計(jì)算各層熱儲(chǔ)的6.1.1井下?lián)Q熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)充分結(jié)合項(xiàng)目工程場(chǎng)地與資源調(diào)查、地?zé)?.1.3宜進(jìn)行建筑動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算，并對(duì)換熱井取熱量進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)6.1.4換熱井位置宜靠近熱泵機(jī)房和供熱建筑；當(dāng)設(shè)有多個(gè)地?zé)峋畷r(shí)6.2.1設(shè)計(jì)范圍應(yīng)包括中深層地?zé)峋聯(lián)Q熱器a)單個(gè)地?zé)釗Q熱井連續(xù)供熱運(yùn)行時(shí)的設(shè)計(jì)取熱功率、供b)地?zé)釗Q熱井?dāng)?shù)量，以及多個(gè)換熱井間距、排布方式，對(duì)單井實(shí)際取6.2.3單個(gè)井下同軸換熱器供熱系統(tǒng)依據(jù)地溫梯度、巖石導(dǎo)熱系數(shù)和Qi=17.61′T′Ks+49.2′T-2.23′Ks)′-8.63′T′Ks-61.93′T-7.92..............(3)Qi——單個(gè)中深層地?zé)峋聯(lián)Q熱器取熱功率，單位為千瓦（kW）；）；注2：設(shè)計(jì)取熱功率計(jì)算公式對(duì)應(yīng)的計(jì)算工況為：24小時(shí)連續(xù)供熱運(yùn)行，換熱器進(jìn)水溫度計(jì)算得到更準(zhǔn)確的單個(gè)井下同軸換熱器在連續(xù)供熱運(yùn)行6.2.4多個(gè)井下同軸換熱器供熱系統(tǒng)宜根據(jù)公式（1季最大可利用的累積取熱量和設(shè)計(jì)取熱功率，并根據(jù)建筑設(shè)計(jì)供熱負(fù)荷、供熱季累積耗熱量設(shè)井群布置形式及衰減情況等，進(jìn)行全生命周期技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析測(cè)算，合理確定井下同軸換熱器數(shù)據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件按公式（3）計(jì)算后，參考建筑設(shè)計(jì)供熱負(fù)荷、供熱季累積耗熱量設(shè)計(jì)值等進(jìn)算，確定循環(huán)水泵揚(yáng)程、功率。井下同軸換熱器管a)井下同軸換熱器應(yīng)采用化學(xué)性穩(wěn)定、耐腐蝕、承壓強(qiáng)和流動(dòng)阻b)井下同軸換熱器外管的管材宜采用導(dǎo)熱系數(shù)大、承壓能力強(qiáng)的特質(zhì)鋼套管或石油d)管材進(jìn)行拉伸強(qiáng)度和應(yīng)力驗(yàn)算，滿足設(shè)備安裝、運(yùn)行和6.3.2鉆井工程設(shè)計(jì)宜包括：地質(zhì)概況、設(shè)計(jì)依據(jù)、質(zhì)量要求、鉆具組合與強(qiáng)度校核、鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)、取芯設(shè)計(jì)、鉆井液設(shè)計(jì)、裂隙堵漏設(shè)計(jì)、含水層保護(hù)要井設(shè)計(jì)、鉆井施工重點(diǎn)技術(shù)要求、測(cè)試要求、井口裝置、鉆井資料收集要求、鉆井進(jìn)度計(jì)劃和b)當(dāng)?shù)責(zé)釗Q熱井穿透含水層時(shí)，采取止水措施防止6.4.1應(yīng)確定中深層地?zé)嵩诮ㄖ嶝?fù)荷中的比例、供熱系統(tǒng)流程、6.4.2中深層地?zé)崛峁β逝c供熱系統(tǒng)經(jīng)熱泵機(jī)組提升溫度后Qs=Qq+Whp+Wh Qq=Qi′N Qs——熱泵機(jī)組輸出的供熱功率，單位為千瓦（kWQq——中深層地?zé)崛峁β?，單位為千瓦（kW）；Qi——單個(gè)地?zé)釗Q熱井取熱功率，單位為千瓦（）；）；Wh——井下?lián)Q熱循環(huán)水泵軸功率，單位為千瓦（kWpN——中深層地?zé)釗Q熱井?dāng)?shù)量。6.4.3中深層地?zé)岵荒苋繚M足建筑物供熱需求時(shí)，應(yīng)考慮輔助供熱a)中深層地?zé)岬墓崃繚M足建筑物冬季采暖需求的基礎(chǔ)負(fù)荷，輔助供b)多能耦合供熱方案應(yīng)能保障建筑物不同供熱需求，并滿足c)輔助熱源不應(yīng)對(duì)中深層地?zé)嵯到y(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的壓力、流6.4.4供熱系統(tǒng)可根據(jù)項(xiàng)目應(yīng)用電價(jià)政策和場(chǎng)地條件，設(shè)置蓄熱設(shè)施6.4.5供熱管線應(yīng)做好有效防凍措施，避免故障停機(jī)和6.4.6供熱系統(tǒng)配電設(shè)計(jì)應(yīng)滿足不間斷供電要求，停開機(jī)時(shí)需緩慢降a)供熱機(jī)房內(nèi)水路系統(tǒng)管道保溫、電氣系統(tǒng)導(dǎo)線護(hù)套等c)供熱機(jī)房內(nèi)設(shè)置滅火器、消火栓等消防設(shè)施，設(shè)置起火d)供熱機(jī)房內(nèi)設(shè)置防火門、疏散通道、安全出口，且劃定和設(shè)置其6.5.1熱泵機(jī)組容量及高效運(yùn)行工作區(qū)，應(yīng)綜合建筑尖峰供熱工況、6.5.2熱泵機(jī)組應(yīng)具備負(fù)荷調(diào)節(jié)功能，滿足熱負(fù)荷變化時(shí)的調(diào)Qs——熱泵機(jī)組供熱輸出熱量功率，單位為千瓦（kWb)地?zé)釗Q熱井出口至熱泵側(cè)的管網(wǎng)熱損失率指標(biāo)不大于1%；熱泵至末端供熱管網(wǎng)的熱損失率指c)井下?lián)Q熱系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置定壓與補(bǔ)水系統(tǒng)6.6.2供熱系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)能效、末端供熱與空調(diào)系統(tǒng)方案綜合確定溫度不宜高于60℃。6.6.3供熱末端設(shè)備宜優(yōu)先采用輻射供暖、風(fēng)機(jī)盤管、鋼制板型散熱地板、鋼制板型散熱器設(shè)計(jì)供回水溫度為45/35℃、毛細(xì)管輻射末端設(shè)計(jì)供回水溫度為40/35℃、風(fēng)機(jī)盤管設(shè)計(jì)供回水溫度為45/40℃。7.1.1應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)場(chǎng)地評(píng)估報(bào)告、設(shè)計(jì)文件和相關(guān)圖紙編制7.1.2應(yīng)對(duì)鉆井工程、井下?lián)Q熱系統(tǒng)安裝、熱泵供熱機(jī)房安裝等監(jiān)控資料應(yīng)齊全、連續(xù)，宜可遠(yuǎn)程查看視頻監(jiān)控。施工過程視頻監(jiān)控資料應(yīng)作為工程竣工驗(yàn)收a)施工企業(yè)按規(guī)定實(shí)行安全資格認(rèn)證，并依法b)施工企業(yè)負(fù)責(zé)人按國家規(guī)定經(jīng)過安全衛(wèi)生管理資d)特種作業(yè)人員經(jīng)培訓(xùn)考核取得特種作7.2.1井下?lián)Q熱系統(tǒng)施工前，應(yīng)預(yù)留未來地下管線所需埋管空間置，嚴(yán)禁損壞地下既有管線和構(gòu)筑物。井下?lián)Q熱系統(tǒng)施c)固井作業(yè)在鉆孔作業(yè)結(jié)束后24h之內(nèi)完成，防止施工過程中出現(xiàn)地下水串層現(xiàn)象。c)管線中的固定支架、地上構(gòu)筑物、檢查室、閥門可在管線定位后8.1.1地?zé)峁こ探桓妒褂们埃瑧?yīng)進(jìn)行整體沖洗8.1.2系統(tǒng)分項(xiàng)工程驗(yàn)收應(yīng)包括：井下?lián)Q熱系統(tǒng)工程驗(yàn)收、8.1.3井下?lián)Q熱系統(tǒng)包括地?zé)釗Q熱井、井下同軸換熱器、地面連接的管裝置、補(bǔ)水裝置等，可獨(dú)立作為分項(xiàng)工程驗(yàn)收。井下?lián)Q熱系統(tǒng)作為供熱工程分項(xiàng)驗(yàn)收，需填寫收記錄（見附錄C），驗(yàn)收資料應(yīng)單獨(dú)組卷，合格后出具驗(yàn)收?qǐng)?bào)告。8.1.4系統(tǒng)調(diào)試過程中需對(duì)運(yùn)行過程中突發(fā)暴雨、內(nèi)澇、泥石流、地陷8.2.1完井應(yīng)做好井口保護(hù)，完善井口裝置，包括：安裝控制閥門、進(jìn)度計(jì)、壓力計(jì)等，并對(duì)換熱井井位及直埋管線進(jìn)行定位測(cè)量并在地8.2.2完井后應(yīng)及時(shí)整理鉆井過程中的各項(xiàng)資料，分類鉆井巖屑記錄表、鉆井泥漿進(jìn)出口測(cè)溫記錄表，測(cè)井曲線以及工程管h)水系統(tǒng)壓力表、溫度計(jì)、流量計(jì)等儀表正確安a)聯(lián)動(dòng)試運(yùn)行前制定系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行方案，并報(bào)送設(shè)計(jì)備生產(chǎn)成套單位或供應(yīng)商單位有相應(yīng)的運(yùn)保人員在場(chǎng)監(jiān)g)系統(tǒng)的試運(yùn)行達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，編寫調(diào)試報(bào)告a)系統(tǒng)井下?lián)Q熱側(cè)的換熱工質(zhì)壓力、流量、溫度、換熱量等技術(shù)b)系統(tǒng)蒸發(fā)器側(cè)工質(zhì)壓力、溫度、流量、換熱量等技術(shù)參數(shù)符合c)系統(tǒng)冷凝器側(cè)工質(zhì)壓力、溫度、流量、換熱量8.4.3用于邏輯控制與運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)傳感器和執(zhí)行器應(yīng)工作正常足對(duì)中深層地?zé)峋聯(lián)Q熱供熱系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制的設(shè)計(jì)要求，并能正確顯示監(jiān)測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)8.4.4供熱系統(tǒng)性能測(cè)試與驗(yàn)收應(yīng)符9.1.1控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)遵循簡(jiǎn)潔有效的原則，具備運(yùn)行工況實(shí)時(shí)分析、參數(shù)報(bào)警9.1.2用于計(jì)量的設(shè)備和傳感器選型及安裝應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)規(guī)范要求，現(xiàn)9.1.3控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的儀表應(yīng)定期進(jìn)行標(biāo)定，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)宜進(jìn)行在線9.1.4能耗能效監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)除具備本地、本系統(tǒng)的能耗能效監(jiān)測(cè)評(píng)估功能外，b)井下?lián)Q熱側(cè)設(shè)備流量，進(jìn)出口溫度，進(jìn)出口c)設(shè)備變頻器工作狀態(tài)，手動(dòng)或自動(dòng)f)主要設(shè)備運(yùn)行電流、電功率、累計(jì)耗g)用戶側(cè)供熱干管及主要支路的流量、9.2.3當(dāng)供熱系統(tǒng)中包含輔助供熱a)供熱站出口、最遠(yuǎn)端供熱末端換熱器或建筑b)可根據(jù)不同場(chǎng)景下的負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果水量等進(jìn)行調(diào)節(jié)，并實(shí)現(xiàn)與用戶側(cè)相關(guān)設(shè)備的c)根據(jù)運(yùn)營需求實(shí)現(xiàn)碳排放控制策略、經(jīng)濟(jì)9.3.2供熱系統(tǒng)各機(jī)電設(shè)備控制柜應(yīng)具備與建筑自動(dòng)控制系統(tǒng)匹配的通訊或控制c)各種水泵控制柜電氣二次回路預(yù)留水泵運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)和9.3.3各系統(tǒng)分級(jí)控制器宜采用冗余設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)控制器宜在脫離主控或分控計(jì)算9.4.1供熱系統(tǒng)在供暖季開始前，應(yīng)對(duì)管道系統(tǒng)進(jìn)行壓力和流量測(cè)試，對(duì)電氣設(shè)檢查，對(duì)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)類型設(shè)備進(jìn)行潤滑保養(yǎng)，對(duì)自控系統(tǒng)通信功能進(jìn)行9.4.2供熱期和地溫恢復(fù)期，宜對(duì)井下?lián)Q熱系統(tǒng)的換熱能力和地溫變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)析評(píng)估其換熱能力的變化以及供熱能力的變化，評(píng)價(jià)地?zé)崮苋嵯到y(tǒng)對(duì)地下溫度碳排放計(jì)算及評(píng)估功能，并將數(shù)據(jù)工單進(jìn)行存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)d)提供在線繳費(fèi)、在線報(bào)裝、在線報(bào)修、工9.4.4運(yùn)行管理系統(tǒng)宜具備通過數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)、仿真模擬、在線演Qs——供熱系統(tǒng)熱泵機(jī)組向建筑物供熱功率，單位為千瓦(kWs——熱泵供熱系統(tǒng)各設(shè)備的功率之和，包括熱泵機(jī)組壓縮機(jī)功率、井下?lián)Q熱側(cè)循環(huán)水泵及用戶e)熱泵機(jī)組制熱性能系數(shù)COPhp，包含瞬時(shí)值及一個(gè)時(shí)間段平均COPhp——供熱泵機(jī)組制熱性能系數(shù)；f)用戶供熱側(cè)循環(huán)水泵輸送系數(shù)WTFu，包含瞬時(shí)值及一個(gè)時(shí)間段平均值，為供熱功率與用戶供WTFu——用戶側(cè)水泵輸送系數(shù)；Wu——用戶側(cè)水泵功率，單位為千瓦(kW)。g)井下?lián)Q熱側(cè)循環(huán)水泵輸送系數(shù)WTFBHEX，包含瞬時(shí)值及一個(gè)時(shí)間段平均值，為地?zé)崛嵯到y(tǒng)取BHEXBHEXWTFBHEX——井下?lián)Q熱側(cè)循環(huán)水泵輸送系數(shù)；QBHEX——井下?lián)Q熱系統(tǒng)取熱功率，單位為千瓦(kW)；WBHEX——井下?lián)Q熱側(cè)循環(huán)水泵功率，單位為千瓦(kW)。針對(duì)同軸套管式中深層地埋管換熱器，熱源循環(huán)水通常在循環(huán)水泵的驅(qū)動(dòng)下，從外管向下流動(dòng)， ?tf,in?(uin′tf,in)Ki′(tf ?t?zrf′Cf′Fin+?t+?(uo′tf,o)?zKi′(tf,in-tf,o)Ko′(tgrout-tf,rf′Cf′Forf′Cf′Forg′Cg′=′?r′lg′÷+(lg′)·······················(A.3)g——土壤溫度，℃;ρg——土壤密度，kg/m3;熱器的設(shè)計(jì)取熱功率進(jìn)行計(jì)算，若采用其他管徑可參考表A.1進(jìn)行調(diào)整。(資料性)井下同軸換熱器管道水力計(jì)算方法井下同軸換熱器阻力特性直接影響到熱源側(cè)輸送系統(tǒng)的運(yùn)行性能，關(guān)系到熱源側(cè)運(yùn)行調(diào)控策略，因此需要明確井下同軸換熱器和管道水力計(jì)算方法。以實(shí)際項(xiàng)目為研究對(duì)象，分別對(duì)2000米和2500米井下同軸換熱器進(jìn)出口壓力、循環(huán)水量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。圖B.1顯示了一個(gè)供熱季連續(xù)運(yùn)行情況下兩根不同深度井下同軸換熱器循環(huán)壓降隨循環(huán)流量的變化情況。流量(m3/h)圖B1井下同軸換熱器循環(huán)壓降實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)于井下同軸換熱器，循環(huán)壓降由沿程阻力與局部阻力組成，主要以沿程阻力為主，其中局部阻力僅考慮地埋管底部折返過程的壓力損失，可近似取為沿程阻力的0.02倍。由此井下同軸換熱器管道水力計(jì)算方法如公式(B.1)~公式(B.3)所示(B.2)井下同軸換熱器循環(huán)沿程壓降，kPa;u——井下同軸換熱器循環(huán)流速，m/s。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，擬合得到系數(shù)a,b,由此得到井下同軸換熱器管道水力計(jì)算如公式(B.4)所示。該表達(dá)式可以較為準(zhǔn)確的描述中深層取熱孔壓降隨取熱孔深度H,管徑D,流速u的變化規(guī)律，可以應(yīng)用于系統(tǒng)整體建模分析。