DB11∕T 2038-2022 中深层地热供热技术规范 井下换热

标准分享吧北DB11Technicalspecificationsformedium-dee北京市市场监督管理局发布标准分享吧 1 1 1 2 2 4 7 8 I中深层地热供热技术规范井下换热设计、施工安装、工程调试与验收、智能监本文件适用于以地下3000米内中深层岩体为低温热源、采用井下同轴换热器换热的地热工程建设GB50194建设工程施工现场供用电安全GB50243通风与空调工程施工质量验收GB50274制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范GB55015建筑节能与可再生能源利用DB11/T852有限空间作业安全技术规范地热换热井boreholeforgeot全井封闭（包含底端），可安装换热器与周围地层、岩体或构造带进行1井下换热循环工质circulatingmed井下同轴换热器中循环流动的与周围地层、岩体或构造带进行热交换中深层地热井下换热系统medium-deepgeothermalbore中深层地热井下换热供热系统medium-deepgeothermalborehole-st4.2地热工程承担单位在勘查、设计、施工安装、运维等方面应具有相应的技术能力。4.4地热工程应选用兼高效节能设备和绿色环保材料。4.5地热工程施工前应进行工程场地状况调查和中深层地热勘查。方面的基本资料，查明场地地层及岩性特征、地质构造、地温场特征，核算地温梯度，编制地热5.1.2应综合分析建设场地及周边一定范围内中深层地热资源条件、地温梯度、岩层热导率等，提5.2场地与资源调查5.2.1地热工程场地调查应包括建设区域内场地状况、热泵机房及配套设施的建筑空间条件。5.2.2场地状况调查应包括下列内a)场地内可供开发利用的中深层地热容量、地质构造、地层特征、岩性特征和地温场层分布、出水量、年用水量、水位及变化、水温和25.2.3地热地质资料不充分区域宜采用数值模拟方法预测中深层地热取热容量，或开展地热地质勘b)对探采结合井进行全井段测温，获取岩体温度和地热增温5.3.1应从能量平衡的角度对建设场地内中深层地热可利用资源容量进行计算和评估，计算方法可］；Tp——热储层平均温度，单位为摄氏度(℃)；Tc——基准温度，建议取为当地全年平均气温，单位为摄氏度(℃)。 5.3.2对于具有多套热储层的中深层地热井下换热器，可分层计算各层热储的体积比热容及地热储3m)换热井钻探建议方法和成本估算；6.1.1井下换热系统设计应充分结合项目工程场地与资源调查、地热资源评估和钻井成本等因6.1.3宜进行建筑动态负荷计算，并对换热井取热量进行数值模拟计算，根据计算结果开展中6.1.4换热井位置宜靠近热泵机房和供热建筑；当设有多个地热井时，应依据地质条件和场地6.2.1设计范围应包括中深层地热井下换热器和井下换热侧循环工质管6.2.2井下换热系统取热量的确定应考a)单个地热换热井连续供热运行时的设计取热功率、供热季设计b)地热换热井数量，以及多个换热井间距、排布方式，对单井实际取热量的影6.2.3单个井下同轴换热器供热系统依据地温梯度、岩石导热系数和安装深度设计取热功率，Qi=17.61´T´Ks+49.2´T-2.23´Ks)´-8.63´T´Ks-61.93´T-7.92..............(3)Qi——单个中深层地热井下换热器取热功率，单位为千瓦（kW）；）；注2：设计取热功率计算公式对应的计算工况为：24小时连续供热运行，换热器进水温度10℃,循环流量28m³/h。计算得到更准确的单个井下同轴换热器在连续供热运行6.2.4多个井下同轴换热器供热系统宜根据公式（1）、公式（2）、公式（3）计算单个换季最大可利用的累积取热量和设计取热功率，并根据建筑设计供热负荷、供热季累积耗热量设井群布置形式及衰减情况等，进行全生命周期技术经济分析测算，合理确定井下同轴换热器数6.2.5井下同轴换热器的运行宜满4算，确定循环水泵扬程、功率。井下同轴换热器管道水力6.2.6管材与循环工质性能宜满足a)井下同轴换热器应采用化学性稳定、耐腐蚀、承压强和流动阻力小的管d)管材进行拉伸强度和应力验算，满足设备安装、运行和恢复期间6.3.1地热换热井钻井工程设计应符合DZ6.3.2钻井工程设计宜包括：地质概况、设计依据、质量要求、井身结构、钻进方法、钻井钻具组合与强度校核、钻井参数设计、取芯设计、钻井液设计、裂隙堵漏设计、含水层保护要井设计、钻井施工重点技术要求、测试要求、井口装置、钻井资料收集要求、钻井进度计划和a)固井材料的导热系数不低于岩土体6.4.1应确定中深层地热在建筑供热负荷中的比例、供热系统流程、建筑内供热末端系统形式6.4.2中深层地热取热功率与供热系统经热泵机组提升温度后的供热功率应满足公式（4）Qs=Qq+Whp+Wh Qq=Qi´N Qs——热泵机组输出的供热功率，单位为千瓦（kW）；q）；qQi——单个地热换热井取热功率，单位为千瓦（kW）；Whp——热泵机组压缩机轴功率，单位为千瓦（kWp）；Wh——井下换热循环水泵轴功率，单位为千瓦（kWp6.4.3中深层地热不能全部满足建筑物供热需求时，应考虑辅助供热，宜优先选用清洁能源，5b)多能耦合供热方案应能保障建筑物不同供热需求，并满足经济性要c)辅助热源不应对中深层地热系统正常运行时的压力、流量、温度6.4.4供热系统可根据项目应用电价政策和场地条件，设置蓄热设施，节约运行成本，并具备6.4.5供热管线应做好有效防冻措施，避免故障停机和运维检修时出现水管冻结的6.4.6供热系统配电设计应满足不间断供电要求，停开机时需缓慢降速或增速运行，避免因流a)供热机房内水路系统管道保温、电气系统导线护套等采用耐火b)供热机房内不得堆放易燃易爆危险c)供热机房内设置灭火器、消火栓等消防设施，设置起火自动报警d)供热机房内设置防火门、疏散通道、安全出口，且划定和设置其他设施时6.5.1热泵机组容量及高效运行工作区，应综合建筑尖峰供热工况、部分负荷工况下需求的供6.5.2热泵机组应具备负荷调节功能，满足热负荷变化时的调节要求，宜采用变频压缩 Qs.......................................WhpWQs——热泵机组供热输出热量功率，单位为千瓦（kW）；Whp——热泵机组输入电功率，单位为千瓦（kWp）。6.6.1供热输配系统及设备应满足b)地热换热井出口至热泵侧的管网热损失率指标不大于1%；热泵至末端供热管网的热损失率指c)井下换热系统独立设置定压与补水系统，补水水箱66.6.2供热系统应结合系统能效、末端供热与空调系统方案综合确定供水温度，热泵直接供热6.6.3供热末端设备宜优先采用辐射供暖、风机盘管、钢制板型散热器等低温供热末端，其中地板、钢制板型散热器设计供回水温度为45/35℃、毛细管辐射6.6.4供热系统循环水泵应具有变7.1.1应根据项目建设场地评估报告、设计文件和相关图纸编制详细的施工组织方案，制7.1.2应对钻井工程、井下换热系统安装、热泵供热机房安装等主要施工过程进行视频监a)施工企业按规定实行安全资格认证，并依法取得安全b)施工企业负责人按国家规定经过安全卫生管理资格培训合d)特种作业人员经培训考核取得特种作业人员操7.2钻井工程及井下换热系统施工与安7.2.1井下换热系统施工前，应预留未来地下管线所需埋管空间及埋管区域进出重型设备置，严禁损坏地下既有管线和构筑物。井下换热系统施788.1.1地热工程交付使用前，应进行整体冲洗、运转、检验、调试与验8.1.2系统分项工程验收应包括：井下换热系统工程验收、供热系统热泵机房工程验8.1.3井下换热系统包括地热换热井、井下同轴换热器、地面连接的管线、井口装置、监测和控制装置、补水装置等，可独立作为分项工程验收。井下换热系统作为供热工程分项验收，需填写），8.1.4系统调试过程中需对运行过程中突发暴雨、内涝、泥石流、地陷等对地下换热井和有限空间8.2.1完井应做好井口保护，完善井口装置，包括：安装控制阀门、进水口及出水口的流量计、温度计、压力计等，并对换热井井位及直埋管线进行定位测量并在地8.2.2完井后应及时整理钻井过程中的各项资料，分类组卷装订，验收通过按时9钻井岩屑记录表、钻井泥浆进出口测温记录表，测井曲线以及工程管8.3.1调试前应检查以下内容以满足调d)相关电气系统和设备安全性、供电稳定性h)水系统压力表、温度计、流量计等仪表正确安装、读数正8.3.2在缺少地下3000m地勘资料的地区首次建设中深层地热井8.3.3井下换热系统取热能力测试8.4.1热泵供热系统调试与试运行应符合下备生产成套单位或供应商单位有相应的运保人员在场监d)系统联动试运行填写运行记录，运行数据a)系统井下换热侧的换热工质压力、流量、温度、换热量等技术参数符合b)系统蒸发器侧工质压力、温度、流量、换热量等技术参数符合设计要求；c)系统冷凝器侧工质压力、温度、流量、换热量等技术参足对中深层地热井下换热供热系统进行监测和控制的设计要求，并能正确显示监测结果，实现8.4.4供热系统性能测试与验收应符合下列要求，并出具验收9.1一般规定9.1.1控制监测系统应遵循简洁有效的原则，具备运行工况实时分析、参数报警、能耗能效数据分9.1.2用于计量的设备和传感器选型及安装应符合国家标准或行业规范要求，现场设置传感器测量9.1.3控制监测系统的仪表应定期进行标定，监测系统所采集的数据宜进行在线能量平衡校核，发9.2运行监测系统要求9.2.1井下换热侧系统和设备应监控的内容包括：a)单井循环流量、进出口温度、进出口压b)井下换热侧设备流量，进出口温度，进出口压力或压9.2.2热泵及附属设备应监控的内容包括：f)主要设备运行电流、电功率、累计耗电量以及热g)用户侧供热干管及主要支路的流量、回水温度、h)用户侧末端换热器的流量、进出口温度、压9.2.3当供热系统中包含辅助供热时，应包含如下监控内容：9.2.4其他宜监控的系统和设备运行基本状态包括：b)电动阀门开关状态，连续调节阀门9.3控制管理系统要求a)系统设备具备平台级、站级和就地级三水量等进行调节，并实现与用户侧相关设备的c)根据运营需求实现碳排放控制策略、经济最优控制e)满足井群或多个分布式能源站间的9.3.2供热系统各机电设备控制柜应具备与建筑自动控制系统匹配的通讯或控制的数据接口，应满b)热泵机组在厂家成套控制柜内预留RS485硬连接通信接c)各种水泵控制柜电气二次回路预留水泵运行状态、故障状态、手动/自动状态和远程启停干接9.3.3各系统分级控制器宜采用冗余设计。现场控制器宜在脱离主控或分控计算机控制后仍能维持9.4运行管理9.4.1供热系统在供暖季开始前，应对管道系统进行压力和流量测试，对电气设备和线路进行安全检查，对机械转动类型设备进行润滑保养，对自控系统通信功能进行析评估其换热能力的变化以及供热能力的变化，评价地热能取热系统对地下温度a)供热系统及设备运行状况分析、系碳排放计算及评估功能，并将数据工单进行存储、统计d)提供在线缴费、在线报装、在线报修、工单和维保9.4.4运行管理系统宜具备通过数字孪生技术实现负荷预测、仿真模拟、在线演练、场景展示、运9.5评价指标9.5.1运行能耗能效评价指标应包括以下内容。——供热系统能效比；Qs——供热系统热泵机组向建筑物供热功率，单位为千瓦(kW)；Ws——热泵供热系统各设备的功率之和，包括热泵机组压缩机功率、井下换热侧循环水泵及用户e)热泵机组制热性能系数COPhp，包含瞬时值及一个时间段平均值，为供热功率与热泵机组耗电hphpQs.......................................WhpWCOPhp——供热泵机组制热性能系数；Qs——供热系统热泵机组向建筑物供热功率，单位为千瓦(kW)；f)用户供热侧循环水泵输送系数WTFu，包含瞬时值及一个时间段平均值，为供热功率与用户供WTFu=..................WTFu——用户侧水泵输送系数；Qs——供热系统热泵机组向建筑物供热功率，单位为千瓦(kW)；Wu——用户侧水泵功率，单位为千瓦(kW)。g)井下换热侧循环水泵输送系数WTFBHEX，包含瞬时值及一个时间段平均值，为地热取热系统取WTFBHEX=....................WTFBHEX——井下换热侧循环水泵输送系数；QBHEX——井下换热系统取热功率，单位为千瓦(kW)；WBHEX——井下换热侧循环水泵功率，单位为千瓦(kW)。针对同轴套管式中深层地埋管换热器，热源循环水通常在循环水泵的驱动下，从外管向下流动， ¶tf,in¶(uin´t ¶t¶zpf´Cf´Fin+¶t+¶(uo´tf,o)Ki´(tf,in-tf,o)+=¶zpf´Cf´Fo+=Ko´(tgrout-tf,Ko´Fopf´Fod)内管流体与外管流体之间单位长度换热系数计算公e)外管流体与钻孔壁之间单位长度换热系数计算公式g——土壤温度，℃;h3——外管内壁面对流换热系数，W/(㎡·热器的设计取热功率进行计算，若采用其他管径可参考表A.1进行调整。表A.1不同管径组合的中深层井下同轴换1井下同轴换热器阻力特性直接影响到热源侧输送系统的运行性能，关系到热源侧运行调控策略，因此需要明确井下同轴换热器和管道水力计算方法。以实际项目为研究对象，分别对2000米和2500米井下同轴换热器进出口压力、循环水量进行连续监测。图B.1显示了一个供热季连续运行情况下两根不同深度井下同轴换热器循环压降随循环流量的变化情况。图B.1井下同轴换热器循环压降实测结果对于井下同轴换热器，循环压降由沿程阻力与局部阻力组成，主要以沿程阻力为主，其中局部阻力仅考虑地埋管底部折返过程的压力损失，可近似取为沿程阻力的0.02倍。由此井下同轴换热器管道水力计算方法如公式（B.1）~公式（B.3）所示ΔP=1.02´ΔPf=1.02´λfλf=aReevΔPe——井下同轴换热器循环压降，kPa；ΔPf——井下同轴换热器循环沿程压降，kPa；结合实际运行数据，