DB11T 2038-2022 中深層地熱供熱技術(shù)規(guī)范 井下?lián)Q熱

DB11北京市市場監(jiān)督管理局發(fā)布 中深層地熱供熱技術(shù)規(guī)范井下?lián)Q熱設(shè)計、施工安裝、工程調(diào)試與驗收、智能監(jiān)本文件適用于以地下3000米內(nèi)中深層巖體為低溫熱源、采用井下同軸換熱器換熱的地熱工程建設(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)造帶進行換熱的井狀結(jié)構(gòu)。井下同軸換熱器中循環(huán)流動的與周圍地層、巖體或構(gòu)造帶進行熱交換4.1地熱工程前期策劃應(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地熱工程承擔單位在勘查、設(shè)計、施工安裝、運維等方面應(yīng)具有相應(yīng)的技4.3地熱工程設(shè)計方案應(yīng)符合安全可靠、綠色低碳、高效節(jié)能、經(jīng)濟合理、精細智慧的4.4地熱工程應(yīng)選用兼高效節(jié)能設(shè)備和綠4.5地熱工程施工前應(yīng)進行工程場地狀況調(diào)查和中深層方面的基本資料，查明場地地層及巖性特征、地質(zhì)構(gòu)造、地溫場特征，核算地溫梯度，編制地熱5.1.2應(yīng)綜合分析建設(shè)場地及周邊一定范圍內(nèi)中深層地熱資源條件、地溫梯度5.2.1地熱工程場地調(diào)查應(yīng)包括建設(shè)區(qū)域內(nèi)場地狀況、熱泵機房及配a)場地內(nèi)可供開發(fā)利用的中深層地熱容量、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地熱地質(zhì)資料不充分區(qū)域宜采用數(shù)值模擬方法預(yù)測中深層地熱取熱容量a)樣品采集與測試：對探采結(jié)合井取熱段每個熱儲層取1~3組巖b)對探采結(jié)合井進行全井段測溫，獲取巖體溫度和d)熱泵供熱機房和配套設(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建設(shè)場地內(nèi)中深層地熱可利用資源容量進行計算Tp——熱儲層平均溫度，單位為攝氏度(℃)；Tc——基準溫度，建議取為當?shù)厝昶骄鶜鉁兀瑔挝粸閿z氏度(℃)。5.3.2對于具有多套熱儲層的中深層地熱井下?lián)Q熱器，可分層計算各層熱儲的6.1.1井下?lián)Q熱系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)充分結(jié)合項目工程場地與資源調(diào)查、地熱6.1.3宜進行建筑動態(tài)負荷計算，并對換熱井取熱量進行數(shù)值模擬計6.1.4換熱井位置宜靠近熱泵機房和供熱建筑；當設(shè)有多個地熱井時6.2.1設(shè)計范圍應(yīng)包括中深層地熱井下?lián)Q熱器a)單個地熱換熱井連續(xù)供熱運行時的設(shè)計取熱功率、供b)地熱換熱井數(shù)量，以及多個換熱井間距、排布方式，對單井實際取6.2.3單個井下同軸換熱器供熱系統(tǒng)依據(jù)地溫梯度、巖石導熱系數(shù)和Qi=17.61′T′Ks+49.2′T-2.23′Ks)′-8.63′T′Ks-61.93′T-7.92..............(3)Qi——單個中深層地熱井下?lián)Q熱器取熱功率，單位為千瓦（kW）；）；注2：設(shè)計取熱功率計算公式對應(yīng)的計算工況為：24小時連續(xù)供熱運行，換熱器進水溫度計算得到更準確的單個井下同軸換熱器在連續(xù)供熱運行6.2.4多個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)計取熱功率，并根據(jù)建筑設(shè)計供熱負荷、供熱季累積耗熱量設(shè)井群布置形式及衰減情況等，進行全生命周期技術(shù)經(jīng)濟分析測算，合理確定井下同軸換熱器數(shù)據(jù)實際地質(zhì)條件按公式（3）計算后，參考建筑設(shè)計供熱負荷、供熱季累積耗熱量設(shè)計值等進算，確定循環(huán)水泵揚程、功率。井下同軸換熱器管a)井下同軸換熱器應(yīng)采用化學性穩(wěn)定、耐腐蝕、承壓強和流動阻b)井下同軸換熱器外管的管材宜采用導熱系數(shù)大、承壓能力強的特質(zhì)鋼套管或石油d)管材進行拉伸強度和應(yīng)力驗算，滿足設(shè)備安裝、運行和6.3.2鉆井工程設(shè)計宜包括：地質(zhì)概況、設(shè)計依據(jù)、質(zhì)量要求、鉆具組合與強度校核、鉆井參數(shù)設(shè)計、取芯設(shè)計、鉆井液設(shè)計、裂隙堵漏設(shè)計、含水層保護要井設(shè)計、鉆井施工重點技術(shù)要求、測試要求、井口裝置、鉆井資料收集要求、鉆井進度計劃和b)當?shù)責釗Q熱井穿透含水層時，采取止水措施防止6.4.1應(yīng)確定中深層地熱在建筑供熱負荷中的比例、供熱系統(tǒng)流程、6.4.2中深層地熱取熱功率與供熱系統(tǒng)經(jīng)熱泵機組提升溫度后Qs=Qq+Whp+Wh Qq=Qi′N Qs——熱泵機組輸出的供熱功率，單位為千瓦（kWQq——中深層地熱取熱功率，單位為千瓦（kW）；Qi——單個地熱換熱井取熱功率，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——中深層地熱換熱井數(shù)量。6.4.3中深層地熱不能全部滿足建筑物供熱需求時，應(yīng)考慮輔助供熱a)中深層地熱的供熱量滿足建筑物冬季采暖需求的基礎(chǔ)負荷，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)對中深層地熱系統(tǒng)正常運行時的壓力、流6.4.4供熱系統(tǒng)可根據(jù)項目應(yīng)用電價政策和場地條件，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，避免故障停機和6.4.6供熱系統(tǒng)配電設(shè)計應(yīng)滿足不間斷供電要求，停開機時需緩慢降a)供熱機房內(nèi)水路系統(tǒng)管道保溫、電氣系統(tǒng)導線護套等c)供熱機房內(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熱泵機組容量及高效運行工作區(qū)，應(yīng)綜合建筑尖峰供熱工況、6.5.2熱泵機組應(yīng)具備負荷調(diào)節(jié)功能，滿足熱負荷變化時的調(diào)Qs——熱泵機組供熱輸出熱量功率，單位為千瓦（kWb)地熱換熱井出口至熱泵側(cè)的管網(wǎng)熱損失率指標不大于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)獨立設(shè)置定壓與補水系統(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、風機盤管、鋼制板型散熱地板、鋼制板型散熱器設(shè)計供回水溫度為45/35℃、毛細管輻射末端設(shè)計供回水溫度為40/35℃、風機盤管設(shè)計供回水溫度為45/40℃。7.1.1應(yīng)根據(jù)項目建設(shè)場地評估報告、設(shè)計文件和相關(guān)圖紙編制7.1.2應(yīng)對鉆井工程、井下?lián)Q熱系統(tǒng)安裝、熱泵供熱機房安裝等監(jiān)控資料應(yīng)齊全、連續(xù)，宜可遠程查看視頻監(jiān)控。施工過程視頻監(jiān)控資料應(yīng)作為工程竣工驗收a)施工企業(yè)按規(guī)定實行安全資格認證，并依法b)施工企業(yè)負責人按國家規(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地熱工程交付使用前，應(yīng)進行整體沖洗8.1.2系統(tǒng)分項工程驗收應(yīng)包括：井下?lián)Q熱系統(tǒng)工程驗收、8.1.3井下?lián)Q熱系統(tǒng)包括地熱換熱井、井下同軸換熱器、地面連接的管裝置、補水裝置等，可獨立作為分項工程驗收。井下?lián)Q熱系統(tǒng)作為供熱工程分項驗收，需填寫收記錄（見附錄C），驗收資料應(yīng)單獨組卷，合格后出具驗收報告。8.1.4系統(tǒng)調(diào)試過程中需對運行過程中突發(fā)暴雨、內(nèi)澇、泥石流、地陷8.2.1完井應(yīng)做好井口保護，完善井口裝置，包括：安裝控制閥門、進度計、壓力計等，并對換熱井井位及直埋管線進行定位測量并在地8.2.2完井后應(yīng)及時整理鉆井過程中的各項資料，分類鉆井巖屑記錄表、鉆井泥漿進出口測溫記錄表，測井曲線以及工程管h)水系統(tǒng)壓力表、溫度計、流量計等儀表正確安a)聯(lián)動試運行前制定系統(tǒng)調(diào)試與運行方案，并報送設(shè)計備生產(chǎn)成套單位或供應(yīng)商單位有相應(yīng)的運保人員在場監(jiān)g)系統(tǒng)的試運行達到設(shè)計要求后，編寫調(diào)試報告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用于邏輯控制與運行狀態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)傳感器和執(zhí)行器應(yīng)工作正常足對中深層地熱井下?lián)Q熱供熱系統(tǒng)進行監(jiān)測和控制的設(shè)計要求，并能正確顯示監(jiān)測結(jié)果，實現(xiàn)8.4.4供熱系統(tǒng)性能測試與驗收應(yīng)符9.1.1控制監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)遵循簡潔有效的原則，具備運行工況實時分析、參數(shù)報警9.1.2用于計量的設(shè)備和傳感器選型及安裝應(yīng)符合國家標準或行業(yè)規(guī)范要求，現(xiàn)9.1.3控制監(jiān)測系統(tǒng)的儀表應(yīng)定期進行標定，監(jiān)測系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)宜進行在線9.1.4能耗能效監(jiān)測評估系統(tǒng)除具備本地、本系統(tǒng)的能耗能效監(jiān)測評估功能外，b)井下?lián)Q熱側(cè)設(shè)備流量，進出口溫度，進出口c)設(shè)備變頻器工作狀態(tài)，手動或自動f)主要設(shè)備運行電流、電功率、累計耗g)用戶側(cè)供熱干管及主要支路的流量、9.2.3當供熱系統(tǒng)中包含輔助供熱a)供熱站出口、最遠端供熱末端換熱器或建筑b)可根據(jù)不同場景下的負荷預(yù)測結(jié)果水量等進行調(diào)節(jié)，并實現(xiàn)與用戶側(cè)相關(guān)設(shè)備的c)根據(jù)運營需求實現(xiàn)碳排放控制策略、經(jīng)濟9.3.2供熱系統(tǒng)各機電設(shè)備控制柜應(yīng)具備與建筑自動控制系統(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)留水泵運行狀態(tài)、故障狀態(tài)、手動/自動狀態(tài)和9.3.3各系統(tǒng)分級控制器宜采用冗余設(shè)計。現(xiàn)場控制器宜在脫離主控或分控計算9.4.1供熱系統(tǒng)在供暖季開始前，應(yīng)對管道系統(tǒng)進行壓力和流量測試，對電氣設(shè)檢查，對機械轉(zhuǎn)動類型設(shè)備進行潤滑保養(yǎng)，對自控系統(tǒng)通信功能進行9.4.2供熱期和地溫恢復期，宜對井下?lián)Q熱系統(tǒng)的換熱能力和地溫變化進行監(jiān)測析評估其換熱能力的變化以及供熱能力的變化，評價地熱能取熱系統(tǒng)對地下溫度碳排放計算及評估功能，并將數(shù)據(jù)工單進行存儲、統(tǒng)計d)提供在線繳費、在線報裝、在線報修、工9.4.4運行管理系統(tǒng)宜具備通過數(shù)字孿生技術(shù)實現(xiàn)負荷預(yù)測、仿真模擬、在線演Qs——供熱系統(tǒng)熱泵機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，包括熱泵機組壓縮機功率、井下?lián)Q熱側(cè)循環(huán)水泵及用戶e)熱泵機組制熱性能系數(shù)COPhp，包含瞬時值及一個時間段平均COPhp——供熱泵機組制熱性能系數(shù)；f)用戶供熱側(cè)循環(huán)水泵輸送系數(shù)WTFu，包含瞬時值及一個時間段平均值，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，包含瞬時值及一個時間段平均值，為地熱取熱系統(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)動下，從外管向下流動， ?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)計取熱功率進行計算，若采用其他管徑可參考表A.1進行調(diào)整。(資料性)井下同軸換熱器管道水力計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)的運行性能，關(guān)系到熱源側(cè)運行調(diào)控策略，因此需要明確井下同軸換熱器和管道水力計算方法。以實際項目為研究對象，分別對2000米和2500米井下同軸換熱器進出口壓力、循環(huán)水量進行連續(xù)監(jiān)測。圖B.1顯示了一個供熱季連續(xù)運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)壓降實測結(jié)果對于井下同軸換熱器，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)合實際運行數(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算如公式(B.4)所示。該表達式可以較為準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。