DG∕TJ08-2324-2020 浅层地热能开发利用检测技术标准

上海市工程建设规范浅层地热能开发利用监测技术标准DG/TJ08—2324—2020J15282—2020主编单位:上海市地矿工程勘察院批准部门:上海市住房和城乡建设管理委员会施行日期:2021年3月1日2021上海上海市住房和城乡建设管理委员会文件上海市住房和城乡建设管理委员会关于批准《浅层地热能开发利用监测技术标准》为上海市工程建设规范的通知各有关单位:由上海市地矿工程勘察院主编的《浅层地热能开发利用监测技术标准》,经我委审核,现批准为上海市工程建设规范,统一编号为DG/TJ08—2324—2020,自2021年3月1日起实施。本规范由上海市住房和城乡建设管理委员会负责管理,上海市地矿工程勘察院负责解释。特此通知。上海市住房和城乡建设管理委员会二。二。年八月十三日—1—根据上海市住房和城乡建设管理委员会《关于印发〈2019年上海市工程建设规范、建筑标准设计编制计划〉的通知》(沪建标定〔2018〕753号)的要求,由上海市地矿工程勘察院会同有关单位,经广泛调查研究,认真总结实践经验,参考国内外相关标准,并在广泛征求意见的基础上,编制本标准。本标准主要内容包括:总则;术语;基本规定;区域监测;场地监测;监测数据采集与传输;监测系统运行维护及监测数据分析。各单位及相关人员在执行本标准过程中,如有意见和建议,请反馈至上海市规划和自然资源局(地址:上海市北京西路99号;邮编:200003;E-mail:guihuaziyuanfagui@126.com),或上海市地矿工程勘察院(地址:上海市静安区灵石路930号;邮编:200072;E-mail:drkf@),上海市建筑建材业市场管理总站(地址:上海市小木桥路683号;邮编:200032;E-mail:bzglk@),以供今后修订时参考。主编单位:上海市地矿工程勘察院参编单位:上海亚新建设工程有限公司上海市地质调查研究院同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司参加单位:上海市地质学会上海市岩土工程检测中心上海市岩土地质研究院有限公司上海巨徽新能源科技有限公司主要起草人:王小清孙婉寇利齐志安黄坚季善标才文韬王庆华王洋王晓阳˝2˝王健王浩王颖车学娅巫虹杨天亮张大明陈敏周晋高世轩章长松董美琪游京谢世红臧学轲主要审查人:张阿根张波周念清周强周亚素瞿燕张伟强上海市建筑建材业市场管理总站˝1˝1总则 12术语 23基本规定 34区域监测 44.1监测网布设 44.2地温长期监测孔设计 44.3地温长期监测孔施工 55场地监测 75.1监测要素 75.2监测系统设计 85.3监测系统施工 106监测数据采集与传输 126.1监测设备 126.2数据传输 126.3数据采集频率 137监测系统运行维护及监测数据分析 147.1系统运行维护 147.2监测数据分析 147.3监测成果报告 15附录A地温长期监测孔结构 16附录B地温长期监测孔孔口保护装置 17附录C场地监测地温监测孔结构 19附录D场地监测地温监测孔孔口保护装置 20附录E监测软件 21˝2˝本标准用词说明 23引用标准名录 24条文说明 25˝3˝contents1Generalprovisions12Terms23Basicrequirements 34Regionalmonitoring 44.1Layoutofmonitoringnetwork44.2Designoflongtermgroundtemperaturemonitoringhole44.3constructionoflongtermgroundtemperaturemonitoringhole55Fieldmonitoring 75.1Monitoringelements75.2Designofmonitoringsystem85.3constructionofmonitoringsystem 106collectionandtransmissionofmonitoringdata 126.1Monitoringequipments 126.2Datatransmission 126.3Dataacquisitionfrequency 137Maintenanceofmonitoringsystemandanalysisofmonitoringdata 147.1Maintenanceofsystem 147.2Analysisofmonitoringdata 147.3Monitoringresultsreport 15AppendixAStructureoflongtermgroundtemperaturemonitoringhole 16˝4˝AppendixBProtectiondeviceoflongtermgroundtemperaturemonitoringhole 17AppendixCStructureofgroundtemperaturemonitoringhole 19AppendixDProtectiondeviceofgroundtemperaturemonitoringhole 20AppendixEMonitoringsoftware 21Explanationofwordinginthisstandard 23Listofquotedstandards 24Explanationofprovisions 25¸1¸1总则1.0.1为规范本市浅层地热能资源开发利用行为,提高浅层地热能开发利用效率,保护地质环境,制定本标准˛1.0.2本标准适用于本市浅层地热能的区域监测及应用工程场地监测˛1.0.3浅层地热能开发利用区域监测、场地监测,除应符合本标准外,尚应符合国家、行业和本市现行有关标准的规定˛¸2¸2术语2.0.1浅层地热能shallÔwgeÔthermalenergy蕴藏在地表以下200m深度范围以内的岩土体、地下水和地表水中,温度低于25℃,具有开发利用价值的热能˛2.0.2地质环境geÔlÔgicalenvirÔnment自然环境的一种,指由岩石圈、水圈和大气圈组成的环境系统˛2.0.3区域监测regiÔnalmÔnitÔring对上海市全域范围典型地层原始地温及浅层地热开发利用集中区域地层温度场进行监测˛2.0.4地温长期监测孔lÔngtermgrÔundtemperaturemÔnitÔringhÔle对地层原始温度进行长期监测的地温监测孔˛2.0.5场地监测fieldmÔnitÔring布置监测设施对浅层地热能应用工程现场进行跟踪监测˛2.0.6地源热泵系统grÔund-sÔurceheatpumpsystem以岩土体、地下水或地表水为低温热源,由水源热泵机组、地热能交换系统、热泵机房辅助设备组成的冷热源系统˛根据地热能交换系统形式的不同,地源热泵系统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˛2.0.7监测硬件mÔnitÔringhardware配合监测平台工作的各种物理装置总称,主要包括采集设备、存储设备、传输设备等˛2.0.8监测软件mÔnitÔringsÔftware为采集、传输、存储、分析、共享监测数据而设计开发的计算机程序集合˛¸3¸3基本规定3.0.1浅层地热能监测宜采用自动化监测系统˛3.0.2浅层地热能监测系统宜作为浅层地热能应用工程的组成部分ˇ列入建设计划ˇ同步设计、同步施工和验收˛3.0.3浅层地热能监测系统应采用成熟、可靠的技术与设备˛3.0.4浅层地热能监测系统不应影响建筑用能系统功能及降低系统设计指标˛—4—4区域监测4.1监测网布设4.1.1应统筹考虑区域地层结构类型和水文地质条件,能够掌握所在区域浅部地温场变化。4.1.2监测网布设密度依据浅层地热能开发利用管控分区确定,开发利用区布设密度高,限制开发区布设密度低。4.1.3应充分利用已有的地质环境监测点。4.1.4应定期对浅层地热能监测网的运行状况进行评价及优化调整。4.2地温长期监测孔设计4.2.1地温长期监测宜采用封闭井管内注水测温方式。4.2.2地温长期监测孔结构应符合下列要求:1深度不应小于150m。2开孔直径不宜小于200mm,井管直径不宜小于40mm。3井管材料宜选用钢管。4.2.3监测孔回填料的导热系数不应小于周围岩土体的导热系数,渗透系数应满足地下水抗渗要求。4.2.4地温监测点的垂向设置应符合下列要求:1主要地层监测点数量不应少于1个。2地层埋深小于24m时,监测点间距不应大于2m;埋深大于24m时,监测点间距不应大于10m。—5—4.2.5监测孔应加装孔口保护装置。孔口保护装置结构参照本标准附录B。4.3地温长期监测孔施工4.3.1施工前应进行现场踏勘,了解施工条件和环境条件,并编制施工组织设计。4.3.2监测孔位置应满足设计要求,定位允许误差为±20mm,高程测量允许误差为±5mm。4.3.3钻探施工应符合下列规定:1根据地层条件、孔深、孔径等合理选择钻探设备和钻进工艺,钻探施工应符合现行行业标准《水文水井地质钻探规程》DZ/T0148中的规定。2钻进过程中应采取护壁措施,确保孔壁稳定。3钻孔深度宜大于设计深度2m。4钻孔的孔斜不应大于1.5。。4.3.4井管安装应符合下列规定:1井管应采用机械辅助下入。2井管应安装扶正器,扶正器尺寸和数量应根据成孔孔径、井管直径和长度确定。3井管顶端应垂直并固定于孔口中心,顶端高度应满足设计要求。4.3.5回填应符合下列规定:1回填材料及配比应符合设计要求,浆液水灰比应能满足注浆回填要求。2回填材料应通过注浆管自孔底向上进行注浆回填。3回填结束后,应检查回填质量,沉陷部分应及时补浆。4.3.6监测设备信号传输及供电采用线缆时,应开槽铺设PE管保护线缆。—6—4.3.7温度传感器安装应符合下列要求:1温度传感器安装前应进行校准,防水、抗压满足要求。2温度传感器安装前应保证井管内注满清水,温度传感器安装后应对井管补充注水至井口。3温度传感器安装至井内后应与水平排放的信号线、电源线连接并进行联通检测,连接段应满足防水、抗拉要求。—7—5场地监测5.1监测要素5.1.1浅层地热能应用工程场地监测宜包括地源热泵机房系统运行状态和地下换热区地质环境。5.1.2地源热泵机房系统运行状态监测宜包含下列内容:1地源侧水流量。2用户侧水流量。3地源侧供、回水温度。4用户侧供、回水温度。5地源热泵机组耗电量。6循环水输配系统耗电量。5.1.3地埋管地源热泵应用工程地下换热区地质环境监测要素,宜包括换热区地层温度和地下水水温、水质,要素设置应满足表5.1.3的要求。5.1.4地下水地源热泵应用工程地下换热区地质环境监测宜包含下列内容:—8—1水源井抽取及回灌的地下水流量、水温。2目标含水层水温、水位、水质。3换热区地表沉降。5.2监测系统设计I机房系统监测5.2.1地源热泵机房内系统运行状态参数监测点的布置应具有代表性,应能够直接反映系统运行状态,且不得妨碍监测对象的正常工作。5.2.2机房系统监测的计量装置布置应符合下列规定:1地源侧总进水管应布置循环水流量传感器。2用户侧总进水管应布置循环水流量传感器。3地源侧总进水管、总出水管均应布置水温传感器。4用户侧总进水管、总出水管均应布置水温传感器。5地源热泵机组配电输入端应布置功率传感器或者电能表,数量根据机组实际情况确定。6循环水输配系统配电输入端应布置功率传感器或者电能表,数量根据输配系统实际情况确定。Ⅱ地埋管换热区地质环境监测5.2.3地温监测宜采用封闭井管注水测温方式,监测孔结构应符合下列规定:1监测孔应满足长期监测需要。2监测孔深度应大于换热孔深度2m。3监测孔开孔直径不宜小于160mm,井管直径不宜小于40mm,井管材料宜选用PE管。4监测孔温度传感器数量应根据换热区地层结构确定,数—9—量不应少于5个。5监测孔回填料的导热系数不应小于周围岩土体的导热系数,回填料的渗透系数应满足地下水抗渗要求。5.2.4地温监测孔布置应符合下列规定:1监测孔数量根据换热孔的布置方式及数量确定,换热孔群内部区域不应少于1个,外围区域不应少于2个。2内部区域宜布置在相邻换热孔的中心位置,外围区域宜在10m范围内及10m~30m范围内各布置1个监测孔,两孔间隔不宜小于10m。5.2.5换热孔深度范围内存在多层主要含水层时,宜对地下水进行分层监测。5.2.6地下水监测井布置应符合下列规定:1监测井结构应符合现行国家标准《供水水文地质勘察规范》GB50027的要求。2监测井深度根据换热孔深度范围内主要含水层埋藏深度确定。3监测井布置在换热孔群内部,数量不应少于1口。5.2.7地下水监测应符合下列规定:1地下水质采样应符合现行行业标准《水质采样技术指导》HJ494和《水质采样样品的保存和管理技术规定》HJ493的规定。采样前应进行抽水,抽水量不应小于井内水量的3倍。2水质分析项目应包含水温、电导率、PH值、溶解氧、浊度、高锰酸盐指数、总磷、氨氮。Ⅲ地下水换热系统地质环境监测5.2.8含水层水温、水位、水质监测应布设地下水监测井,监测井应符合下列规定:1监测井结构应满足现行国家标准《供水水文地质勘察规范》GB50027和现行上海市工程建设规范《地面沉降监测与防治—10—技术规程》DG/TJ08—2051的要求。2监测井深度应根据含水层埋藏深度确定。3监测井结合水源井的位置进行布设,应能在平面上和垂向上掌握监测场地地下水位、水温、水质的变化规律,监测井数量不应少于3个。4监测井地下水温传感器应设置在滤水器中间位置。5监测井应加装孔口保护装置。孔口保护装置结构参照本标准附录D。5.2.9地下水质动态监测应符合本标准第5.2.7条的规定。5.2.10换热区地面沉降监测应符合下列规定:1监测范围宜包括水源井分布区及地下水抽、灌影响区。2监测应建立由地面沉降基准点、水准点等监测设施组成的监测网和布设覆盖监测影响范围的地面沉降水准剖面,宜布设分层标组监测土体分层沉降。3当影响范围内存在保护建筑时,应进行建筑沉降监测。4监测精度应符合现行国家标准《国家一、二等水准测量规范》GB/T12897和现行上海市工程建设规范《地面沉降监测与防治技术规程》DG/TJ08—2051的规定。5.3监测系统施工5.3.1机房系统监测计量装置的安装应符合下列规定:1水流量传感器应安装在水管直管段,距离上游不应少于10倍管径,下游不应少于5倍管径。2温度传感器应置于管道中流速最大处,逆水流方向斜插或沿管道直线安装。3电能表垂直、牢固安装,表中心线倾斜不应大于1。。5.3.2地温监测孔宜与地埋管换热孔施工同时进行,应符合本标准第4.3.2~4.3.5条的规定。—11—5.3.3地温监测孔温度传感器安装应符合本标准第4.3.7条的规定。5.3.4地下水监测井钻探施工应满足下列要求:1宜采用全取芯钻进,粘性土岩芯采取率不应低于90%,砂性土不应低于70%。2钻进中每50m及终孔校正孔深,偏差不应大于0.1%。3钻进中每50m及终孔测孔斜,孔斜不应大于1.5。。5.3.5地下水监测井成井应符合现行上海市工程建设规范《地面沉降监测与防治技术规程》DG/TJ08—2051的规定。5.3.6地下水监测井温度传感器应安装在滤水管中间位置,偏差不应大于0.1m。5.3.7地下水监测井自动水位监测传感器位置应低于最低水位,差值不应小于3m。5.3.8地面沉降监测设施施工应符合现行上海市工程建设规范《地面沉降监测与防治技术规程》DG/TJ08—2051的规定。5.3.9水平传输线缆PE保护管宜与地埋管换热器水平埋管同程铺设进入机房。—12—6监测数据采集与传输6.1监测设备6.1.1监测设备的选择应满足下列要求:1稳定性:设备运行稳定可靠,符合长时间高强度监测要求。2高精度:设备应满足监测精度要求。3易维护:设备易于维护和更换。6.1.2机房系统水温度传感器精度不应低于0.2℃,水流量传感器精度不应低于2%,输入功率传感器精度不应低于2.0级。6.1.3地温温度传感器精度不应低于0.2℃。6.1.4水位传感器精度不应低于1.0cm。6.2数据传输6.2.1应用建筑面积大于20000m时,地源热泵系统宜设置监测数据采集中心,可与热泵控制系统或与楼宇自动化管理系统监测中心合用。6.2.2监测数据应由自动监测温度传感器实时采集,通过自动传输方式实时传输至数据中心。6.2.3数据通信应使用基于IP协议的数据网络,在传输层使用TCP协议。6.2.4监测软件宜具有管理、数据采集、查询维护、数据分析、数据备份以及数据共享等功能。监测软件的具体要求参照本标准附录E。¸13¸6.3数据采集频率6.3.1区域监测地温数据采集时间间隔不应大于24h˛6.3.2地源热泵系统运行期ˇ机房系统运行状态参数数据采集时间间隔不应大于10min˛6.3.3地埋管地源热泵系统地下换热区地温宜采用自动化监测ˇ运行期间地温数据采集时间间隔不宜大于1hˇ非运行期数据采集时间间隔不宜大于24h˛6.3.4地下水地源热泵系统地下水位、水温宜采用自动化监测ˇ运行期间数据采集时间间隔不宜大于1dˇ非运行期不宜大于10d˛6.3.5地下水质采样ˇ每年不应少于4次ˇ热泵系统夏季运行前和运行期末、冬季运行前和运行期末各取样1次˛6.3.6沉降监测间隔时间不应大于3个月˛—14—7监测系统运行维护及监测数据分析7.1系统运行维护7.1.1监测系统应定期进行维护,维护内容包含监测系统电力保障、故障排查、监测系统安全防护、监测设备校验保养;宜每季度维护1次。7.1.2监测数据应及时检查,数据的完整性及可靠性应满足要求。7.2监测数据分析7.2.1监测数据应及时整理分析,剔除异常数据,绘制相关参数随时间变化曲线图。7.2.2区域地温监测数据分析应包含变温带、恒温带及增温带的动态特征。7.2.3地埋管地源热泵系统场地监测数据分析应包括下列内容:1地源侧水循环量和水温的动态特征。2换热区地温场和地下水质的动态特征。3系统取、排热量的计算。4换热区热平衡状态。7.2.4地下水地源热泵系统场地监测数据分析应包括下列内容:1地下水采灌水量、水温和水位的动态特征。2监测井地下水位、水温和水质的动态特征。3地表沉降的动态特征。—15—4系统取排、热量的计算。5换热区热平衡状态。7.3监测成果报告7.3.1区域监测及场地监测均宜编制年度监测报告,监测报告提供的数据、图表应客观、真实、准确。7.3.2区域监测报告宜包括下列内容:1概况。2监测方法。3区域地温动态。4结论与建议。7.3.3场地监测报告宜包括下列内容:1工程概况。2监测方法。3地源热泵系统性能分析。4换热区热平衡分析。5地质环境影响评价。6结论与建议。附录A地温长期监测孔结构16¸¸16附录B地温长期监测孔孔口保护装置地温长期监测孔孔口保护装置可采用直径340mm、高400mm的半封闭式金属圆桶,下部有3根约250mm长的金属支脚插入地下用于固定,圆桶底部仅预留与钢管外径相当的圆孔,钢管穿入桶内后将钢管与圆孔进行焊接封闭或涂刷防水胶,防止水从底部进入桶内;上部设有桶盖,桶盖直径略大于桶体外径,桶盖与桶体之间设有橡胶密封圈,防止水从上部及侧面进入桶内,桶盖下部设有金属托架供数据采集器存放,防止有水意外进入桶内而造成采集器遇水损坏;保护桶两侧设有排气孔,孔内水汽可从此孔排出o地温长期监测孔孔口保护装置剖面图见图B.0.1o—17—¸18¸由于地温长期监测孔直接暴露于野外,因此为确保有效保护及后期维护,一般应在监测孔周围划出2m×2m区域加设围护栏,并设置孔标牌,标明监测孔名称、孔深、孔径、建设日期、建设单位、主管部门、联系电话及警示标语等˛同时,一般以孔口加盖、加锁保护为宜˛地温长期监测孔孔口保护装置外部参考图见图