DB37-T 4304-2021 场地浅层地热能勘查规范

ICS27.01037CCSF1537山 东 省 地 方 标 准DB37/T4304—2021场地浅层地热能勘查规范20212021020220210302山东省市场监督管理局发布目 次前言 II142范引文件 43语定义 446目任务 6场勘分级 75地层热勘般规定 86埋换系场层地能查 8目任务 8场浅地能查 86.3钻探 8取及试 9岩热应验 97下换系场层地能查 97.1目任务 10场浅地能查 10勘井工求 107.4抽试验 107.5回试验 107.6水分测试 118查计报编写 11勘设编要求 11勘报编要求 11附录资性算方法 12附录资性土热性数 16附录资性蚀性结性价 17附录规性查设编要求 18附录规性查报编要求 19附录资性合成图 21参考献 23前言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件由山东省自然资源标准化技术委员会归口。场地浅层地热能勘查规范范围（GB/T50123土工试验方法标准DZ/T0148水文水井地质钻探规程DZ/T0282—2015水文地质调查规范（1：50000）GB/T50123土工试验方法标准DZ/T0148水文水井地质钻探规程DZ/T0282—2015水文地质调查规范（1：50000）3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1浅层地热能shallowgeothermalenergy20025[来源：NB/T10097—2018，2.1.6]3.2浅层地热换热功率heatexchangerpower从浅层岩土体、地下水和地表水中单位时间内交换的热量。注：单位为kW。[来源：NB/T10097—2018，2.4.35]3.3岩土体热导率thermalconductivityofrockandearthmass1注：一般用符号λ表示，单位为W/(m·℃)。岩土体热导率主要取决于岩土体的矿物组成和结构特点、孔隙度、孔隙填充物及含水量、温度和压力等因素，也称岩土体导热系数。[来源：NB/T10097—2018，2.3.3]3.4岩土体热扩散率thermaldiffusivityofrockandearthmass岩土体在环境温度变化时本身的温度变化速率。注：由热导率λ除以岩石密度ρ和比热容c之积而得，即α=λ/(ρc)。3.5地源热泵系统ground-sourceheatpumpsystem注：根据地热能交换方式，可分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。[来源：NB/T10097—2018，2.5.6]3.6传热介质（通常为水或者是加入防冻剂的水）通过竖直或水平地埋管换热器与岩土体进行热交换的地热能交换系统，也称土壤热交换系统。注：传热介质（通常为水或者是加入防冻剂的水）通过竖直或水平地埋管换热器与岩土体进行热交换的地热能交换系统，也称土壤热交换系统。注：主要分为竖直地埋管换热系统和水平地埋管换热系统两种类型。[来源：NB/T10097—2018，2.5.8]3.7地下水换热系统groundwaterheatexchangesystem注：分为直接地下水换热系统和间接地下水换热系统。NB/T10097—2018，2.5.9]3.8回灌试验reinjectiontestDZ/T0225—2009，3.10]3.9回灌率injectionrate单位回灌量与单位涌水量之比。3.10热物性测试thermophysicalpropertiestest采用人工或天然热源对岩土体样品的热物理参数进行的测试。[来源：DZ/T0225—2009，3.12]3.11岩土热响应试验rock-soilthermalresponsetest[来源：NB/T10097—2018，2.4.32]3.12岩土初始平均温度initialaveragetemperatureoftherock-soil10m～20NB/T10097—2018，2.4.34]3.13无负荷循环法non-loadcyclemethod（）3.14采用试验装置，向地埋管换热器提供恒定热量，通过监测地埋管换热器的进、出水温度的变化和流量数据，对数据分析处理计算后得到岩土平均热导率。3.15采用试验装置，向地埋管换热器提供恒定热量，通过监测地埋管换热器的进、出水温度的变化和流量数据，对数据分析处理计算后得到岩土平均热导率。3.15冷负荷试验coldloadtest采用试验装置，向地埋管换热器提供冷量，在入口温度恒定的情况下测定地埋管换热器的换热量，从而确定每延米地埋管换热器的吸热能力。3.16容积热容量volumeheatcapacity单位体积的物质，温度变化1℃所需吸收或放出的热量。注：单位J/m3·℃。3.17（）explorationboreholes(wells)4总则4.1目的任务4.2场地勘查分级热泵系统建设项目的规模根据供暖/制冷面积确定，供暖制冷面积在同一项目包含不同工程类型子项时，以其中大小分级最高的来确定；场地条件复杂程度分级可参照表1。依据场地复杂程度和工程规模，浅层地热能场地勘查分为一、二、三级，见表2。表1场地条件复杂程度分级换热系统项目地质环境复杂程度复杂中等简单地埋管换热系统含水层埋管深度范围内同时具有供水意义含水层及其他不具备供水意义的多个含水层淡水含水层且包含当地主要开发利用含水层埋管深度范围内，含水层较单一或不含当地主要开发利用含水层地层岩性岩性岩相复杂多样，岩土体结构复杂。严重湿陷、膨胀、砂土液化的特殊性岩土体岩性岩相变化较大，岩土体结构复杂。除Ⅰ级之外的特殊岩土体岩性岩相变化小，岩土体结构较简单。无特殊岩土体不良地质现象发育强发育中等发育弱地下水换热系统地下水资源保护要求水源地保护区远离水源地，并利用有供水意义的含水层除农业用水外，未大规模开发地下水含水层类型基岩裂隙水或具两种以上不同含水层上部松散岩类孔隙水，下部岩溶水单一岩溶水或松散岩类孔隙水地下水水位年降幅＞2m1m～2m＜1m不良地质现象发育强发育中等发育弱注：复杂程度就高不就低。表2场地浅层地热能勘查等级表表2场地浅层地热能勘查等级表建筑性质供暖/制冷面积工程规模场地条件复杂程度复杂中等简单住宅类＞100000m2大型一级一级二级50000m2～100000m2中型一级二级三级＜50000m2小型二级三级三级非住宅类＞50000m2大型一级一级二级10000m2～50000m2中型一级二级三级＜10000m2小型二级三级三级200m200m（查明场地条件，拟利用区域地质条件，获取相关参数，为工程设计和施工提供依据。主要任务有：钻探钻探布孔数量、孔径、深度、下管及水压试验要求如下：表3地埋管换热系统勘查孔工作量勘查等级一级二级三级勘查孔（个）≥3≥2≥1注：跨多个水文地质单元（块段）时，宜每个单元（块段）单独布置。120m；150mmUDE32DE25PE1.5MPa1.5MPa30min0.05MPa取样及测试内容如下：1m5GB50021GB/T50123岩土热响应试验内容如下：48h5～761h151h0.512h；0.5）测试过程中，热（冷）负荷和流量应基本保持恒定（波动范围在±5），0.2m/s1h124h；（）A；查明场地条件，获取相关参数，为工程设计和施工提供依据。主要任务有：勘查井施工要求如下：表4地下水换热系统浅层地热能勘查工作量勘查分级一级二级三级勘查井（个）≥3≥2≥1回灌试验（组）≥3≥2≥1注：跨多个水文地质单元（块段）时，宜每个单元（块段）单独布置。DZ/T0148DZ/T0282—20158.3.2抽水试验内容如下：DZ/T0282—20158.6.1.2回灌试验内容如下：（组0.01m3；4851/200000（）；水样分析测试内容如下：GB/T14848。设计编写前应进行现场踏勘，设计编写提纲及要求应按附录D执行。勘查工作完成后，应编写勘查报告，报告编写提纲及要求应按附录E执行。试验综合成果图绘制参照附录F执行。附录A（资料性）计算方法（1h0.3根据线热源理论，流入与流出地埋管的水温平均值的计算式为：T

T (A.1)f r2

H b 0 式中：TfQheatλ，W/(m•℃)；am2/s；ts；rm；γ0.5772；Rbm•℃/W；T0m上式可写为线性形式，即：TfklntmkQheat4Hm

ln4aRTH r2

b 0 绘制Tf随lnt的变化曲线，求取其斜率，可以计算得到岩土体的平均热导率。再根据Tf随lnt的变化曲线的截距，可计算出单位深度钻孔总热阻Rb和热扩散率a。竖直地埋管换热器的热阻计算如下：U(A.21式中：

Rf

.....................................(A.2)diKRf（m·K/W）；di——U（m）；K[W/(m2·K)UR 1 ln

............................(A.3)pe dddp e o i式中：

de

ndo (A.4)Rpe——U（m·K/W）；λP——U[W/(m·K)]；do——U（m）；de——U形管的当量直径（m）；对单U形管，n＝2；对双U形管，n＝4。50m）：dbR 1 lndb (A.5)db式中：

2b

eRb——钻孔灌浆回填材料的热阻（m·K/W）；λb——灌浆材料热导率[W/(m·K)]；db（m）。R 1 I (A.6)s 2s 1es对于多个钻孔：

Iu2

ds (A.7)s 1 N Rs2

I2

I2

(A.8)式中：

s

i2

Rs——地层热阻（m·K/W）；I（A.7）λs[W/(m·K)]；α——岩土体的热扩散率（m2/s）；br——钻孔的半径（m）；bτ——运行时间（s）；ix——为第i个钻孔与所计算钻孔之间的距离（m）。i1 r R I b (A.9)psp p式中：

s Rsp（m·K/W）；τp8h。竖直地埋管换热器钻孔的长度计算如下：LcRfRpescp1cR1 (A.10c

t

EER /2 (A.11)式中：cLc——冷况，直地管热所钻的总度Q ——源泵组额定负（kW）；cEER——水源热泵机组的制冷性能系数；tmax——制冷工况下，地埋管换热器中传热介质的设计平均温度，通常取37℃；∞t （℃）；∞cFcc1 T Tc1 c2 TTc2 L10cRfRpebshp1hCP1 (A.12h tt COP min /2 (A.13)式中：Lh——供热工况下，竖直地埋管换热器所需钻孔的总长度（m）；Qh——水源热泵机组的额定热负荷（kW）；COP——水源热泵机组的供热性能系数；Tmin2℃～5hF hTh1——一个供热季中水源热泵机组的运行小时数，当运行时间取一个月时，Th1Th2——一个供热季中的小时数。当运行时间取一个月时，Th2为最冷月份的小时数。热均衡分析如下：Q (A.14)式中：Qin（kJ）；Qout（kJ）；ΔQ——热储存量的变化量，单位为千焦（kJ）。附录B（）表B.1为空气、水和几种常见岩土的比热容、密度、热导率和热扩散率。表B.1岩土热物性参数表岩石名称比热kJ/kg·℃密度kg/m3热导率w/m·℃热扩散率m2/d花岗岩0.69126603.3600.899石灰岩0.60525503.6001.303砂岩0.68923802.5171.142干页岩a0.64～0.860.055～0.074钙质砂(含水率43%)a2.21516700.7120.017干石英砂(中-细粒)a0.79416500.2640.017石英砂(含水率8.3%)a1.00317500.5860.029砂质粘土(含水率15%)a1.37917800.9210.032砂（砂砾石）a0.770.039粉砂a1.670.050亚粘土a0.910.042粘土1.27420801.5550.318粉质粘土1.22419901.5840.274粉土1.18219701.6860.306砂（饱水）a2.500.079闪长岩0.60826902.4830.486变粒岩0.75927603.0541.470安山岩0.89625001.7321.272空气(常压)a1.0031.290.0231.536冰a2.0489202.2190.102水(平均)a4.18010000.5990.012回填膨润土（含有20%～30%的固体）a0.73～0.75回填混合物（含有20%膨润土、80%石英砂）a1.47～1.64回填混合物（含有15%膨润土、85%石英砂）a1.00～1.10回填混合物（含有10%膨润土、90%石英砂）a2.08～2.42回填混合物（含有30%膨润土、70%石英砂）a2.08～2.42a（DZ/T0225—2009）B.1实测数据汇总。附录C（资料性）腐蚀性及结垢性评价可参照工业上用腐蚀系数来衡量水的腐蚀性：Kk＞0Kk＜0Kk+0.0503Ca2+＞0Kk＜0Kk+0.0503Ca2+＜03 对性水1.008rHrFe2rMg2rCO2 3 3对碱水1.008rMg2 (C.2)3式中：r——离子含量的每升毫克当量（毫摩尔）数。C.2结垢性评价C.2结垢性评价可参照工业上用锅垢总量来衡量水的结垢性：H0＜125H0=125～250H0=250～500H0≥500锅垢量计：HoC(C.3)式中：S——地热流体中的悬浮物含量（mg/L）；C——胶体含量C=SiO2+Fe2O3+Al2O3（mg/L）；R——离子含量的每升毫克当量数。2322附录D（）第一章前言（第二章区域地质