水源热泵中央空调系统项目设计方案.doc

水源热泵中央空调系统项目设计方案第一章 公司简介一、企 业 介 绍吉林省龙达热力有限公司是一家涵盖热泵工业与工程各环节、提供整合运营服务的热力企业，旗下的子公司为客户提供方案规划、产品生产、工程安装、售后服务的集成化服务。吉林省龙达热力有限公司拥有独立的企业安装资质，在长春设有安装公司吉林佳合利升建设配套工程有限公司，为客户提供热泵机房系统、室内采暖（制冷）系统、室外管网系统的整合式安装服务。为客户提供最完整的技术整合服务：前期的热泵工作环境分析与调研，热泵技术方案制做，包括了从钻井设计、外网设计、热泵机房设计、室内系统设计的全方位热泵系统设计。吉林省龙达热力有限公司作为中国第一批能源合同管理公司，集中指导与分配全国十三个售后服务站的热泵运行与维护工作；同时与世界多家风险投资公司合作，为大型供暖及空调客户（二十万平米以上）提供风投服务，即吸引风投资金，承建大型供热站，通过收取供暖费的方式收回投资并实现盈利，减少了用户的投资；同时还为客户争取建设部与财政部的国家可再生能源示范资金及国际二氧化碳减排资金。拥有独立的钻井资质，为客户提供地源热泵系统的钻孔服务，水源热泵的钻井服务；同时与中国地堪院、中国地质大学、天津地堪院、北京地堪院、内蒙地堪院、河北地堪院、河南地堪院、辽宁地堪院等多家院校实现地堪数据资源共享，为客户提供准确的地堪资料服务。截止到2010年底, 已安装在北河北、内蒙、辽宁、吉林等十几个省市自治区的100多个项目，200多万平方米的工程中(其中包括国家级项目多项)。连续多年的大面积安装，使公司积累了丰富的热泵系统的设计、生产、施工经验。公司坚持生产，安装，售后服务为一体的发展模式，在安装中又坚持水源热泵系统是从末端到钻井的整合工程，并以此作为设计与安装的起点，为客户提供最完整的热泵技术服务。第二章 工程概况第一节 工程概况一、建筑概况双阳市商场改造工程，总建筑面积为25000平方米。本项目室内设计为中央空调采暖（制冷）系统。热（冷）源拟采用水源热泵系统。二、气候条件冬季室外计算空气温度：-6冬季室外计算相对温度：54%夏季通风室外计算温度：30.8夏季空气调节室外计算湿球温度：26.8极端最低温度:-19.3极端最高温度：42.9最大冻土层深度:55CM第二节 方案设计依据第三节 低品位热源概况(即水源概况)根据经验钻井深度70米，水量120吨，水温12度。（以上数据以钻井后的实际测量为准）。第四节 工程设计原则水源热泵采暖（制冷）系统工程，总建筑面积约25000。要求采暖（制冷）系统设计与整体工程设计理念结合,与项目建设周期、土建工程进度要求同步进行，以尽快发挥其经济效益和社会效益。工程方案中应明确的设计原则如下：1、充分利用长春市地区地下水丰富，水温较高的特点，做到热能综合利用，达到最佳经济运行状态。2、室内温度设计：冬季18；夏季26。3、系统的冷热源设备按大功率水源热泵机组设计选用。4、供热冷系统热力站规划：依据用户提供的功能要求，需要冬季采暖，夏季制冷。并根据节省投资、节省运行费用的原则，采用一个机房配置。5、室内末端系统：采用中央空调系统（风机盘管）。本工程设计方案遵循技术先进、投资省、效率高、经济实用、节省能源，无污染，运行管理简便的原则。第五节 工程设计及施工范围1、工程设计范围：水源热泵供暖机房设备、工艺管道及电气控制设计，室外管线系统设计及室内末端系统设计。2、工程施工范围：水源热泵供暖机房设备、工艺管道安装、机房内电气控制安装、室外管线安装及室内末端系统设计。 第三章 企业热泵系统规划第一节 现场岩土科学的测试、试验及分析一、地下水地源热泵系统方案设计前，应根据地源热泵系统对水量、水温和水质的要求，对工程场区的水文地质条件进行勘察。二、地下水换热系统勘察应包括下列内容：地下水类型含水层岩性、分布、埋深及厚度含水层的富水性和渗透性地下水径流方向、速度和水力坡度地下水水温及其分布地下水水质地下水水位动态变化三、地下水换热系统勘察应进行水文地质试验。试验应包括下列内容：抽水试验回灌试验测量出水水温取分层水样并化验分析分层水质水流方向试验渗透系数计算地下水水质参考标准序号项目名称单位允许值序号项目名称单位允许值1含沙量1/2000007SO42+含量mg/L15002混浊度mg/L108硅酸含量mg/L1753pH值7.0-9.29游离氯含量mg/L0.5-1.04Ca、Mg含量mg/L20010矿化度mg/L35Fe含量mg/L0.511油污含量mg/L5（此值不应超出）6Cl含量mg/L1000第二节 水源水井系统的合理设计与注意事项一、水井设计应确定以下各项内容：每口井的预期功能和容量水井的数量与具体位置井深和直径套管要求灌浆和回填材料，以及操作过程取水点和回灌点的位置、朝向和大小钻井设备的要求二、水井设计注意事项如下：氧气会与井内存在的铁反应生成铁的氧化物，也能产生气体粘合物，引起井阻塞。为此，热源井设计时，应采取有效措施消除氧气侵入现象。回灌点应低于回灌井静水位至少3m。总的设计取水量，应超过预期饮用水水量和地下水热泵系统所需最大水量之和。在系统未运行时，通过使用连通管消除水井间的虹吸作用。当供水井数量大于一口井时，每口井应安装井源逆止阀。应采取措施，使地下水排水管维持较小的正压状态，这样可以防止空气进如管道、降低噪声、防止水锤发生。可以适用重锤式逆止阀或稳压阀。它们使系统运行更平稳，但价格更高，系统更复杂，维护工作量也会增加。在每个回灌井的井口，稳压装置的后面安装一个排气阀。排气阀的作用是排出空气，以避免空气被带入回灌区域。使用适当的材料，以保证水井具有合理的使用寿命。在确保抽水和回灌不互相影响的前提下，抽水井应尽可能靠近回灌井，以减小对地下水正常分布的影响。同时，较小井间距离，可以降低成本和节约浅层地能资源。通常热源井的位置靠近机房，便于检修和维护。供水井越深，打井费用越高。同时深层水质较好，适于饮用。为此通常井深不宜超过200m。第三节 成熟可靠的水源水井施工技术及实施保障能力一、地下水换热系统检验与验收应完成下列项目：1、热源井应单独进行验收，且应符合GB502961999供水管井技术规范，以及CJJ121987供水水文地质钻探与凿井操作规程的规定。2、抽水试验应稳定持续12h，出水量不应小于设计出水量，降深不应大于5m；回灌试验应稳定延续36h以上，回灌量应大于设计回灌量。3、抽水试验结束前应采集水样，进行水质测定和含砂量测定。经处理后的水质应满足系统设备的使用要求。4、热源井持续出水量和回灌量应稳定，并应满足设计要求。持续出水量和回灌量应满足规范规定。验收后，施工单位应提交热源井成井报告。报告应包括管井综合柱状图，洗井、抽水和回灌试验、水质检验及验收资料。输水管网设计、施工与验收应符合GB131986室外设计给水规范以及GB502681997给水排水管道工程施工及验收规范的规定。二、施工工艺流程图：第四节 系统调试过程中的科学测试手段及技术分析能力调试分为局部调试和完整系统调试两个过程局部调试：将完整的空调系统分割成几部分，分别进行调试。目的是保证空调系统的每一部分都能正常运行，以确保整个空调系统运行安全、高效。包括水系统调试、末端调试、主机调试。完整系统调试：待局部调试完成后，整个空调系统试运行24小时，观测整个系统的运行状态及相关参数，最后确保的是每个房间设计要求的效果。第四章 方案设计第一节 热负荷热负荷设计：依据该地区气候条件，以及建筑物的使用特点，节能标准（节能墙体）计算负荷如下：一、冷热指标 本项目总建筑面积30000，通过理论计算及结合当地气候条件，确定平均冷指标为80W/，热指标为60W/。二、冷、热负荷夏季冷负荷平均冷指标按80 W/计算制冷冷负荷为：80W/30000 m2=2400KW冬季热负荷：平均热指标按60W/计算采暖热负荷为:60W/m230000 m2=1800KW三、热泵机组选择以最大满足需求的负荷来选择机组数量及型号，根据2400KW的负荷，选择2台SSDR-1500BHP型双机头热泵机组供暖及制冷。在冬季地下水温12度时，提取6度温差，运行1.5台机组，其制热量为1971KW；夏季地下水温13度，35度冷凝时运行两台机组，其制冷量为2448KW。第二节 地下水应用的方案设计一、工程所在地的水文地质情况 本工程所在地含水层较浅，通常在70米左右，含水量在120吨/小时左右，水温为12度左右（从相关部门了解到的资料，具体水文地质资料由建设单位发包的钻井施工单位出具）。二、关于水源井的成井建议1、 成井工艺建议，（具体按照国家验收标准）1.1、 井孔孔径大于600MM，配合使用双滤网过滤器使过水断面增大，利于增加井的采灌量。因为滤网内的滤料相对稳定，不因采灌的双向水流冲击作用改变原有的排列顺序，故而能保证管井长期的采灌运行。1.2、 双层滤网内的预填2-3MM砾料和管外间隙充填的2-5MM砾料形成梯极砾料反滤层，不仅可以阻挡采水和回扬时细颗粒进入井内，而且保证了百分之二十五的孔隙率。1.3、 填砾高度高于滤水管20-30米，可以防止因长期抽灌亏砂，粘土下滑阻塞含水层。1.4、 洗井采用正压活塞洗井和负压的复合式洗井方法，洗井较为彻底，达到了清除泥皮，水清砂净，增加单位出水量与回水量的效果。1.5、 在提水设备上自上而下安装水位测管，可以在运行中随时进行水位观察，掌握井的运行状况。2、 因为本串联取热与真空回灌技术（本项目中因地下水温较高，非常适宜采用串联取热技术，反以本方案设计采用了串联取热技术）串联取热与真空回灌是我公司独有的两项技术，串联取热可以减少地下水用量，从而减少初投资与运行费用，真空回灌可以保证在回灌井最少的前提下实现百分之百回灌。2.1、 串联取热对于地下水温较高的地区（十五度以上），通常机组一次提取只能提取五度温差，余下十度的水如果直接回罐地下，会造成资源浪费。我公司在2001年安装本溪三江花园时试验了串联取热技术，并取得了良好效果。至今，我公司已有上百万平米的水源热泵空调建筑应用上了串联取热技术，为客户减少了大量钻井投资，也节省了大量的运行费用。2.2、 真空回灌真空回灌是指在泵管内形成0.1Mpa压力的条件下，由泵管将回灌水灌入井下含水层的一种方法，其工艺流程如下：1、打开阀门 X1、XP， 关闭其余阀门测静水位2、开泵扬水至水扬清测动水位6、定时纪录灌量、水温、真空度、回灌水位3、关阀门XP同时停泵拉真空4、缓慢打开BH1X15、观测真空度调节回灌量正式回灌需要着重指出：在真空回灌过程中，最忌讳空气进入井内。但是，绝对密封是难以达到的，回灌时或多或少会有点漏气。应该用真空表测定管道内真空度大小。一般认为：真空度为-0.060.07Mpa时，密封效果好；当真空度小于-0.05 Mpa时，密封程度差，应立即维修。当回扬后停泵、关控制阀门，则真空表显示负压，如小于-0.06 Mpa这时并不能认为密封效果已经很好，需在8小时后基本保持不变或未下降至0.05 Mpa以下，才可以进行真空回灌。除上述外，真空回灌还应注意以下事项：1)、 必须定期回扬，回扬时间根据回灌井畅通情况而定，一般一天回扬一次，每次20-40分钟，至水清砂净。2)、 回灌井初期使用时回灌量应由小到大逐渐增加，以免因反向水流作用过大，冲击过滤层造成通水不畅。3)、 注意停灌期的保养管理工作，至少每15天回扬一次，以保证水流畅通，防止井内水变质和滤网被堵。4)、 灌采互用井应每年洗井一次，以防止滤水层累计淤塞，影响井的使用寿命。三、地下水回路运行中易出现的问题及预防措施水源热泵技术的成败关健在于地下水的回灌技术。回灌问题解决了，其他的只是普通意义上的供暖制冷问题，通过处理都可以解决。现将我公司多年来关于回回灌问题的研究与经验，予以介绍：1、回灌阻塞问题。回灌井堵塞和溢出是大多数地下水源热泵都会出现的问题。回灌经验表明，真空回灌时对于第四纪松散沉积层来说，颗粒细的含水层单位回灌量一般为单位开采量的1/31/2，而颗粒粗的含水层则约为1/22/3。回灌井堵塞的原因和处理措施大致可以归纳为下列情况。、 悬浮物堵塞。注入水中的悬浮物含量过高会堵塞多孔介质的孔隙，从而使井的回灌能力不断减小直到无法回灌，这是回灌井堵塞中常见的情况。因此，通过预处理控制回灌井中悬浮物的含量是防止回灌井堵塞的首要因素。在回灌灰岩含水层的情况下，控制悬浮物在30mg/L以内是一项普遍认可的标准。、 微生物的生长。注入水中或当地的微生物可能在适宜的条件下在回灌井周围迅速繁殖形成生物膜，堵塞介质孔隙，降低含水层的导水能力。防止生物膜的形成只要是通过去除水中的有机质或者进行预消毒杀死微生物的手段来实现。在多数用氮消毒的情况下，典型的残存氮值是15mg/L。、 化学沉淀。当注入水与含水层介质或地下水不相容时，可能引起某些化学反应，不仅可能因形成的化学沉淀堵塞水的通过，甚至可能因新生成的化学物质而影响水质。有些碳酸盐地区通过加酸来改变水的pH值以防止化学沉淀的生成。、 气泡阻塞。回灌入井时，在一定的流动情况下，水中可能夹带大量气泡，同时水中的溶解性气体可能因温度、压力的变化而释放出来。此外，也可能因生化反应而生成气体物质，最典型的如反硝化反应会生成氮气和氮氧化物。气泡的生成在潜水含水层中并不成为问题，因为气泡可自行溢出；但在承压含水层中，除防止注入水夹带气泡之外，对其他原因产生的气体应进行特殊处理。、 黏性颗粒膨胀和扩散。这是报道最多的因化学反应产生的堵塞，所以单独列为一种。具体原因是水中的离子和含水层中黏土颗粒上的阳离子发生交换，这种交换会导致黏性颗粒的膨胀和扩散。这种原因引起的堵塞可以通过注入CaCl2等来解决。、 含水层细颗粒重组。当回灌井井兼作抽水井时，反复的抽、回灌可能引起存在于井壁周围的细颗粒介质的重组，这种堵塞一旦形成，很难处理。所以在次种情况下，回灌井用于抽水井的频率不易太高。2、腐蚀与水质问题。腐蚀和生锈是早期地下水源热泵遇到的普遍性问题之一。地下水的水质是引起腐蚀的根本因素。因此，国内外学者对地下水的水质问题进行分析，对地下水水质的基本要求是：澄清、水质稳定、不腐蚀、不滋生微生物或生物、不结垢等。地下水对水源热泵机组的有害成分有：铁、锰、钙、镁、二氧化碳、溶解氧、氮离子、酸碱度等。、 腐蚀性。溶解氧对金属的腐蚀性随金属而异。对于钢铁，溶解氧含量大则腐蚀速率增加；铜在淡水中的腐蚀速率较低，但当水中氧和二氧化碳含量高时，铜的腐蚀速率增加。水中游离二氧化碳的变化主要影响碳酸盐结垢。但在缺氧的条件下，游离的二氧化碳会引起铜和钢的腐蚀。氮离子会加剧系统管道的局部腐蚀。、 结垢。水中以正盐和碱式盐形成存在的钙、镁等离子易在换热面上析出沉积，形成水垢，严重影响换热效果，即影响地下水源热泵机组的效率。地下水中的Fe2+以胶体形式存在，Fe2+易在换热面上凝聚沉积，促使碳酸钙析出结晶，加剧水垢形成，而且Fe2+遇到氧气发生氧化反应生成Fe3+，在碱性条件下转化为呈絮状物的氢氧化铁沉积而阻塞管道，影响机组的正常运行。、 混浊度与含砂量。地下水的混浊度高会在系统中形成沉积而阻塞管道，影响正常运行。地下水的含砂量高会对机组、管道和阀门造成磨损，加快钢材等的腐蚀速度，严重影响机组使用寿命；而且混浊度和含砂量高还会造成地下水回灌时含水层的阻塞，影响地下水的回灌。适合于地下水源热泵的地下水质大致上为：含沙量应小于210-5，浊度应小于20mg/L。Ca2+、Mg2+总矿度应小于200mg/L。如果系统中采用板式换热器，水源中固体颗粒的粒径应小于0.5mm。根据地下水的水质不同，可以采用相应的防腐措施。3、可采用的解决办法 、 除砂。地下水要经过水过滤器和除砂设备后再进入机组，目前多采用旋流除砂器，也可采用预沉淀池。前者初投资较高，后者较低，但采用开式水箱氧气容易进入，加速设备的腐蚀。、 除铁。我国地下水的含铁量一般都超过允许值，因此在使用前要进行除铁。除铁的方法一直是供水工程的研究课题之一。曾采用曝气氧化法，但效果不够理想。现多使用除铁设备进行除铁，尽管初投资和管理费用增加，但效果很好。、 软化。目前供暖空调行业多采用软化设备除去地下水中的钙、镁离子并将水软化以达到用水标准。、 防气泡。回灌井管置于水位以下，这样可以最大限度减速水气泡产生，从而减轻了气泡阻塞问题。、 运行管理。运行管理是任何一项HVAC系统的重要组成部分，对于地下水源热泵这种非普通的设计而言更是关键因素。要使运行管理人员不仅知道怎样操作，更要使这些人员知道为什么这样操作，只有这样才能做到安全经济运行。在运行管理中应注意下述几个问题。 定期采用回扬清洗的方法来预防和处理管井堵塞问题，回扬次数和回扬时间视含水层的透水性大小而定，在回扬中要抽取水样进行水质检验。 合理利用水资源，长期开发必须严格按照国家颁布的有关法规执行以确保水源不被污染，不对地质环境造成灾害。 随着使用时间的推移，抽水井和回灌井的能力都会下降，甚至其能力不能再满足热泵运行的需要。这一过程可以用井的老化这一概念加以概括，为了防止水井快速老化，应定期洗井和加强技术管理。 搞好水源监测工作，严格遵守控制水源水质的标准。四、所需地下水用量计算1、夏季地下水用量计算：制冷时系统供回水温度按7/12计算，地下水供回水温度13/30时，在最大制冷负荷时所需地下水流量为（2448+480）KW0.86G =148T小时 (30-13)12、冬季地下水用量计算：采暖时系统按供回水温度45/40计算，地下水供回水温度12/6时，在最大供暖负荷时所需地下水流量为（1971-466）0.86G =216T小时(12-6)13、根据计算数据确定钻井方案以2口（出水量120T12H）70米深水井作为提水井，回水井按附近工程回水经验设计为4口。4、自然环境侧载体水的应用要点：1、冬季供暖自然环境侧载体水温度较低时，采用大流量小温差的设计方式，以尽量提高机组的蒸发温度，提高制热量，提高机组效率；水温较低、水量又不足时，需尽量增大热泵机组蒸发器的面积，保证其较高的蒸发温度，较高的运行效率。2、夏季制冷自然环境侧水温较高时，采用大流量小温差的设计方式，以尽量降低机组的冷凝温度，提高制冷量，提高机组效率；水温较高、水量又不足时，需尽量增大热泵机组冷凝器的面积，保证其较低的冷凝温度，较高的运行效率。3、适当提高载体水的流速，可在一定范围内提升换热器的换热效率，保证较高的蒸发温度，较低的冷凝温度。4、在应用地下水时，深井泵的流量受到管道阻力影响很大，深井泵扬程的设计是关键，设计小了造成水流量不足，设计大了会提高井泵的提水能力，造成井水不够抽；在有多口提水井的井群设计时，深井泵的流量与扬程要考虑井群同时工作的横向影响。5、自然环境侧载体水质会对热泵机组换热器的使用寿命与换热效果造成一定影响，在热泵机组选型前，一定做好载体水质的化验，选择与之匹配的换热器材质与形式。6、蒸发器出水温度太低，会在换热器铜管表面形成一层冰膜，大大降低换热效率，因此，建议蒸发器出水温度不要低于3度。第三节 系统侧循环水量计算空调系统侧水流量计算1、采暖时系统侧按供回水温度45/40计算，在最大供暖负荷时所需系统水流量为 1800KW0.86 G= -1.05=325T/H 45-402、制冷时系统侧按供回水温度12/7计算，在最大制冷负荷时所需系统水流量为2400KW0.86G= 1.05=433T/H12-73、人工环境侧载体水的应用要点：1、冬季供暖人工环境侧载体水温度要求较高，采用大流量小温差的设计方式，以尽量降低机组的冷凝温度，提高机组制热量，提高机组效率。2、夏季制冷人工环境侧载体水温度要求较低，采用大流量小温差的设计方式，以尽量提高机组的蒸发温度，提高制冷量，提高机组效率。3、适当提高载体水的流速，可在一定范围内提升换热器的换热效率，保证较高的蒸发温度，较低的冷凝温度。4、人工环境侧载体水要经过处理，以防止人工环境侧管道与设备堵塞、结垢，影响吸热与放热效果。5、人工环境侧载体水温度要满足散热（冷）设备的要求，以期达到设计的散热（冷）量。6、人工环境侧的散热（冷）总量，必须满足建筑负荷要求。7、提高系统水的供回水温差，会大大降低热泵机组的工作效率，因此，建议制热工况时，冷凝器供回水温差不要超过6度，制冷时蒸发器供回水温差不要超过5度。第四节 各种水泵选型：1、室内侧系统循环水泵选择：Q=187T/H，H=28M，N=22KW ，设计四台，三用一备，冬季运行两台,夏季运行三台。2、深井泵选择：Q=125T/H，H=48M，N=25KW ，设计两台。3、供暖及制冷系统侧变频补水定压装置：Q=10.8T/H，H=60M，N=7.5KW。设计两套，一用一备。第五节 热泵机房内部技术方案1.水系统管道公称大于DN25mm的管路用焊接或法兰连接；小于等于DN25mm的管路采用螺纹连接。2.设备（如地源热泵机组、水泵等）、附件（阀门、金属软管接头等）的连方式根据产品要求来确定。3.系统安装完毕冲洗后应按要求进行试压，地源热泵机房空调水系统工作压力为1.0MPa；室外地埋管侧水系统工作压力为0.3MPa。试压时室内外管线应断开。4.防腐:明装的管道及支架涂刷一道防锈漆，两道银粉。保温管道刷两道防锈漆。5.保温:机房内管道保温材料采用橡塑保温采用32mm厚难燃型发泡橡塑管壳（氧指数不小于32）,保温系数应优于0.03375+0.0001375tmW/(m2.k)。6.管路上必须配置必要的支、吊、托架，具体形式由安装单位根据现场实际形式选定，做法参见国标95R417-1且间距不得大于下表。7.管道穿防火墙处应设固定支架，并用不燃材料对穿墙的缝隙进行封堵。8.在水管路系统的最低点处，应设置DN25的泄水管；在水管路系统的最高点处，应设置DN15的自动排气阀。9.管路安装完毕并经试压合格后，应对室内系统单独进行冲洗。10.公称直径大于DN50的管道阀门采用蝶阀；小于等于DN50mm的阀门采用闸阀。所有阀件的工作压力要求不小于1.0MPa，工作温度不小于100。冬夏转换阀抗水路两侧压力要求不小于1.0MPa。11.软水设备如果接市政上水，要加防污染隔断阀。12.机房内的明装管道外表面应涂刷颜色漆以示区别，且应以鲜明颜色箭头表示管道内水流方向。13.各种阀门的安装应注意将操作手柄配置在便于操作的位置。14.压力表、温度计设置应按01R405、01R406进行安装。15.水泵的基础配减振基座；水泵和热泵机组接管设软接头。热泵机房内管道采用减振型支吊架，穿结构处均采用减噪措施。16.室内部分施工说明与机房外管道系统设计相冲突时按机房外部分执行。具体设计附机房图纸第六节 电 气 一、电气设计依据根据暖通空调专业提供的电气设计资料和电气设计规范进行设计。二、设计范围水源热泵供热机房的配电、设备控制、接地等。三、设计内容1、采暖机房配电及控制、室外井泵配电及控制。2、电源：电源采用三相五线制（380V50Hz3F+T+N）配电,由甲方配送至采暖机房内配电柜上端。四、用电负荷计算：五 运行费用计算（此运行费用为理论计算值） 夏季工况： 冬季工况：第六章 水源热泵用井设计及施工要求第一节 设计要求1一般规定1.1 设计管井时，应明确下列主要内容：1 水的用途、需水量（或井数）及水质要求；2 拟建井区的范围；3给水设计意图和建设进度；4 用户的其他要求等。1.2 管井设计前，应搜集建井地区的有关资料，并应进行现场踏勘。1.3 管井设计应根据需水量、水质和建井地区的地质及水文地质条件进行。并宜符合下列要求：1 靠近主要用水地区；2 井群布置合理，平均井间干扰系数宜为25%30%；3 井位与建（构）筑物应保持足够的安全距离。1.4 井群设计时，应留有备用管井。备用管井的数量宜按设计水量的10%20%设置，并不得少于一口。1.5 井群设计时，应根据建井地区的水文地质条件和需水量、水质要求，布置长期观测网，对地下水开采动态进行监测。1.6 管井结构设计，宜包括下列内容：1 井身结构；2 井管配置及管材的选用；3 填砾位置及滤料规格；4 封闭位置及材料；5 井的附属设施。1.7 井径设计，应包括下列内容：1 开口井径；2 井段数量及变径；3 安泵段井径；4 开采段井径5 终止井径。1.8 对已有不符合设计要求或不适用的管井，应提出回填或处理方案。2 管井布置2.1 冲、洪积平原地区，井群宜垂直地下水流方向等距离或梅花状布置，当有古河床时，宜沿古河床布置。2.2 大型冲、洪积扇地区，当地下水开采量接近天然补给量时，井群宜垂直地下水流方向呈横排或扇形布置，当地下水开采量小于天然补给量时，井群宜呈圆弧形布置；当开采存储量用作调节时，井群宜近似方格网布置。2.3 傍河地区，井群宜平行河流单排或双排布置。2.4 大厚度含水层或多层含水层，且地下水补给充足地区，可分段或分层布置取水井组。2.5 间歇河谷地区，井群宜在含水层厚度较大的地段布置。2.6 碎屑岩类地区，井群应根据蓄水构造及地貌条件布置，并宜符合下列要求： 1 侵入体接触带富水段，可沿此带附近布置； 2 断裂破碎带或背斜轴部富水段，可按线状布置； 3 均质含水层，可按方格网、梅花状或圆弧形布置。2.7 碳酸盐岩类地区，井群应根据蓄水构造及地貌条件布置，并宜符合下列要求： 1 向斜构造盆地富水段，宜沿向斜轴布置； 2 倾伏背斜轴部富水段，宜沿背斜轴布置； 3 单斜构造深部富水段，宜垂直地下水流方向在径流或排泄区布置； 4 断裂破碎带富水段，宜沿带布置； 5 当岩溶河谷是岩溶含水层的排泄基准面时，宜在岸边布置； 6 碳酸盐岩类与非碳酸盐岩类接触富水时，宜在碳酸盐岩一侧布置。2.8 岩浆岩类地区，井群应根据其分布与裂隙发育程度布置，并宜符合下列要求： 1 风化裂隙，宜按地形在富水地段布置； 2 构造裂隙，宜按构造部位在富水地段布置。3 井身结构设计3.1 井身结构应根据地层情况、地下水埋深及钻进工艺设计，并宜按下列步骤进行： 1 按成井要求确定开采段和安泵段井径； 2 按地层、钻进方法确定井段的变径和相应长度； 3 按井段变径需要确定井的开口井径。3.2 开采段井径，应根据管井设计出水量、允许井壁进水流速、含水层埋深、开采段长度、过滤器类型及钻进工艺等因素综合确定。3.3 安泵段井管内径，应根据设计出水量及测量动水位仪器的需要确定，并宜比选用的抽水设备标定的最小井管内径大50.3.4 松散层地区非填砾过滤器管井的开采段井径，应比设计过滤器外径大50.3.5 管井深度设计，宜根据拟开采含水层（组、段）的埋深、厚度、水质、富水性及其出水能力等因素综合确定。3.6 沉淀管长度，应根据含水层岩性和井深确定，宜为210m。3.7 基岩地区管井井身结构设计，应符合下列规定：1 当上部有覆盖层或不稳定岩层时，应设置井壁管。下部开采段岩层破碎时，应设置过滤器；2 当同时在覆盖层取水时，覆盖层段的管井设计应按松散层管井的要求进行；3 安泵段部位，应设置井管；4 井段长度、数量及其变径位置，应根据岩层情况。成井工艺和钻进方法确定。3.8 基岩地不下过滤器管井的开采段井径，应根据含水层的富水性和设计出水量确定，并不得小于130.3.9 松散层地区管井封闭位置的设计，宜符合下列规定：1 井口外围，应封闭；2 水质不良含水层或非开采含水层井管外围，应封闭。3.10 基岩地区管井封闭位置的设计，宜符合下列规定:1 覆盖层不取水时，井管外围应封闭；2 覆盖层取水时，应按本规范第3.3.9条的规定执行。覆盖层井管底部与稳定岩层间宜封闭；3 非开采含水层井管变径间的重叠部位，应封闭；4 水质不良含水层（或上部已污染含水层）与开采含水层间，应封闭。3.11 管井的设计，应有测量水位的孔眼，并应防止杂物的进入。3.12 管井的管材，应根据水的用途、地下水水质、井深、管材强度、无污染和经济合理等因素综合确定。4 过滤器的设计4.1 过滤器类型，应根据含水层的性质按设计采用。4.2过滤器制作材料的选择，应根据地下水质、受力条件和经济合理等因素确定。4.3当地下水具有腐蚀性或容易结垢时，过滤器(管)设计，应符合下列要求：1应采用耐腐蚀材料制作，当采用抗腐蚀性差的材料时，应作防腐蚀处理；2含水层颗粒组成较粗时，宜采用骨架过滤器；3缠丝过滤器的缠丝材料，宜采用不锈钢丝、铜丝或增强型聚乙烯虑水丝等。4.4在均质含水层小于设计过滤器时，其长度宜采用下列规定：1含水层厚度小于30m时，宜取含水层厚度或设计动水位以下含水层厚度；2含水层厚度大于30m，宜根据含水层的富水性和设计出水量确定。4.5非均质含水层的过滤器，应安置在主要含水层部位，其长度应符合下列规定：1层状非均质含水层，过滤器累计长度宜为30m；2裂隙、溶洞含水层，过滤器累计长度宜为3050m。4.6设计过滤器直径时，应根据设计出水量、过滤管长度、过滤管面层孔隙率和允许过滤管进水流速确定。4.7缠丝过滤器的设计，应符合下列规定：1骨架管的穿孔形状、尺寸及排列方式，应按管材强度和加工工艺确定，孔隙率宜为15%30%；2骨架管上应有纵向垫筋。垫筋高度宜为68mm，垫筋其间距保证缠丝距管壁24mm，垫筋两端应设挡箍；3缠丝材料应采用无毒、耐腐、抗拉强度大和膨胀系数小的线材。缠丝断面形状，宜为梯形或三角形；4缠丝不得松动。缠丝间距允许偏差为设计丝距地20%。4.8缠丝过滤器的孔隙尺寸，应根据含水层的颗粒组成和均匀性确定，并宜符合下列规定：1 砂石土类含水层，宜采用d20；2 砂石土类含水层，宜采用d50；注：1 d20为碎石土类含水层筛分样颗粒组成中，过筛重量累计为20%时的最大颗粒直径； 2 d50为砂石土类含水层筛分颗粒组成中，过筛重量累计为50%时的最大颗粒直径；4.9缠丝过滤器缠丝面孔隙率的设计，宜按下式计算确定： P= (3.4.9)式中P缠丝面孔隙率；d垫筋宽度或直径（mm）;垫筋中心距离（mm）缠丝直径或宽度（mm）缠丝中心距离(mm)4.10填砾过滤器的滤料规格，可按下列规定确定：1 砂土类含水层：D=（68）d （3.4.10-1）2碎石土类含水层，当d202mm时，可不填砾或充填1020mm的填料；4滤料的不均匀系数应小于2.注：1 砂土类中的粗砂含水层当颗粒不均匀系数大于10时，应除去拆分样中部分粗颗粒后重新拆分，直径不均匀系数小于10时，取其D50代入式（3.4.10-1）确定滤料规格；2 D50为滤料筛分样颗粒组成中，过筛重量累计为50%时最大颗粒直径。4.11填砾过滤器骨架管缝隙尺寸，宜采用D10.注：D10为虑料筛分样颗粒组成中，过筛累计为10%时最大颗粒直径。4.12填料过滤器的厚度和高度，宜符合下列规定：1滤料厚度应按含水层的岩性确定，宜为75150mm;2滤料高度应超过过滤管的上端。4.13非均质含水层或多层含水层中设计滤料规格时，宜符合下列规定:1分层填砾时，应分层设计过滤器骨架管缠丝孔隙尺寸和滤料规格，滤料的充填高度应超过细颗粒含水层的顶板和底板；2无需分层填砾时，应全部按细颗粒含水层要求进行。4.14双层填料过滤器，其滤料规格应符合下列规定：1外层滤料，宜按本规范第3.4.10条执行；2内层滤料，宜为外层规格的46倍；3滤料厚度，外层宜为75100mm，内层宜为3050mm;4内层滤料网笼，宜设保护装置。5出水量设计复核5.1管井井群设计的总出水量，应小于开采地区地下水允许开采量。5.2 管井设计出水量，应小于过滤管的进水能力。过滤管的进水能力，应按下式计算确定： Q= （3.5.2）式中 Qg过滤管的进水能力（m3/s）；N过滤管进水面层有效孔隙率，宜按过滤管面层孔隙率的50%计算；Vg允许过滤管进水流速（m/s），不得大于0.03m/s； Dg过滤管外径（m）；L过滤管有效进水长度（m）宜按过滤管长度的85%计算。5.3 松散层管井的设计出水量，除应符合本规范第3.5.2条的规定外，应以下式进行允许井壁进水流速复核： Vj （3.5.3） 式中 Q设计出水量（m3/s）; Dk开采段井径（m）； L过滤器长度（m）； Vj允许井壁进水流速（m/s）。5.4 允许井壁进水流速宜按下式计算： Vj=/15 （3.5.4）式中 K含水层的渗透系数（m/s）。5.5 当地下水具有腐蚀性和容易结垢时，对本规范第3.5.2条中的允许过滤管进水流速，应按减少1/31/2后确定。第二节 钻井施工要求1 一般规定1.1 施工前，应进行现场踏勘，了解施工条件、地下水开采情况等。1.2 现场踏勘后，应编制管井施工组织设计。施工组织设计宜包括下列内容：1 工程任务及要求；2 施工技术措施；3 主要设备、人员、材料、费用和施工进度。2 钻井、护壁与冲洗介质2.1 管井施工采用钻进设备和工艺，应根据地层岩性、水文地质条件和井身结构等因素选择。2.2 松散层钻进过程中，当遇漂石、块石等钻进困难时，可进行井内爆破。爆破前应进行爆破设计，并应保证地面建筑物安全。2.3 井身应圆正、垂直，并应符合下列规定：1 井身直径，不得小于设计井径；2 小于或等于100m的井段，其顶角的偏斜不得超过1；大于100m的井段，每百米顶角偏斜的递增速度不得超过1.5。井段的顶角和方位角不得有突变。2.4 设置的护口管，应保证在管井施工过程中不松动，井口不坍塌。2.5 钻进的护壁方法应根据地层岩性、钻进方法及施工用水情况确定。2.6 冲洗介质应根据地层岩性、钻进方法和施工条件选择清水、泥浆、空气或泡沫等，并应符合下列要求：1 保证井壁的稳定；2 减少对含水层渗透性和水质的影响；3 提高钻进效率等。2.7 冲洗介质的各项性能指标，应符合有关规定的要求。钻进过程中，应定时测量各项性能指标。3 岩性鉴别3.1 管井地层岩性的划分，应根据水文物探测井资料及钻进岩屑综合分析确定。当没有水文物探测井资料时，应按下列规定采取图样和岩性。1 松散层地区，含水层宜取土样一个；2 基岩地区，应根据采取的岩芯或反出的岩粉确定。3.2 松散层土名称的确定，应符合设计规定。注：定名时应根据粒径分组由大到小，以最先符合者确定。3.3 勘探开采井的土样、岩样的采取，应按现行国家标准供水水文地质勘察规范GBJ27-88有关规定执行。3.4 管井施工时采取的土样、岩样，应妥善保存。4井管安装4.1 井管安装前，应做好下列准备工作： 1 根据井管结构设计，进行配管； 2 检查井管质量，并应符合要求； 3 下管前，应进行探井； 4 泥浆护壁的井，应适当稀释泥浆，并清除井底的稠泥浆。4.2 下管方法，应根据管材强度、下置深度和起重设备能力等因素选定，并宜符合下列要求： 1 提吊下管法，宜用于井管自重（或浮重）小于井管允许抗拉力和起重的安全负荷； 2 托盘（或浮板）下管法，宜用于井管自重（或浮重）超过井管允许抗拉力和起重的安全负荷； 3 多级下管法，宜用于结构复杂和下置深度过大的井管。4.3 下置井管时，井管必须直立于井口中心，上端口应保持水平。井管的偏斜度，应符合本规范第4.2.3条的要求。过滤器安装深度的允许偏差宜为300mm。4.4 沉淀管应封底。当松散层下部已钻进而不使用时，井管应坐落牢固，防止下沉；基岩管井的井管应坐落在稳定岩层的变径井台上。4.5 采用填砾过滤器的管井，应设置找中器。5填砾与管外封闭5.1 下置填砾过滤器的管井，井管安装后，应及时进行填砾。填砾前，应做好下列准备工作： 1 井内泥浆应稀释（高压含水层除外）； 2 按设计要求准备滤料，其数量宜按下式计算确定： V=0.785 （4.5.1） 式中 V滤料数量（m3）； Dk填砾段井径（m）； Dg过滤管外径（m）； L填砾段长度（m）； 超径系数，一般为1.21.5.5.2 滤料的质量宜符合下列要求：1 滤料应取样筛分，不符合规格的数量，不得超过设计数量的15%；2 颗粒的磨圆度较好，严禁使用棱角碎石；3 不应含土和杂物；4 滤料宜用硅质砾石。5.3 填砾方法应根据井壁稳定性，冲洗介质类型和管井结构等因素确定。5.4 填砾时，滤料应沿井管四周均匀连续填入，随填随测。当发现填入数量及深度与计算有较大出入时，应及时找出原因并排除。5.5 采用双层填砾过滤器的管井，按设计规格应先进行内层滤料的填入。外层虑料的填砾方法与单层填砾过滤器相同。5.6 井管外围用粘土封闭时，应选用优质粘土做成球（块）状，大小宜为2030mm，并应在半干（硬塑或可塑）状态下缓慢填入。5.7 井管外围用水泥封闭时，水泥的性能指标及封闭方法，应根据地层岩性、地下水水质、管井结构和钻进方法等因素确定。5.8 井口管外围应封闭。5.9 井管封闭后，应检查效果，当未达到要求时，应重新进行封闭。6 洗井与出水量的确定6.1 洗井必须及时进行。6.2 洗井方法应根据含水层特性、管井结构及管井强度等因素选用，并宜采用两种或两种以上洗井方法联合进行。6.3 松散层的管井在井管强度允许时，宜采用活塞与压缩空气联合洗井。6.4 泥浆护壁的管井，当井壁泥皮不易排除时，宜采用化学洗井与其他洗井方法联合进行。6.5 碳酸盐岩类地区的管井宜采用液态二氧化碳配合六偏磷酸钠或盐酸联合洗井。6.6 碎屑岩、岩浆岩地区的管井宜采用活塞、空气压缩机或液态二氧化碳等方法联合洗井。6.7 洗井效果的检查，宜符合下列规定： 1 出水量应接近设计要求或连续两次单位出水量之差小于10%；2 水的含砂量应符合本规范第4.6.11条的要求。6.8 洗井结束后，应捞取井内沉淀物并进行抽水试验。6.9 抽水试验的下降次数宜为一次，出水量不宜小于管井的设计出水量。6.10 抽水试验的水位和出水量应连续进行观测，稳定延续时间为68h。管井出水量和动水位应按稳定值确定。6.11 抽水试验结束前，应进行抽出的水的含砂量测定。管井出水的含砂量应小于1/200000（体积比）。7 水样采集与送检7.1 抽水试验结束前，应根据水的用途或设计要求采集水样进行检验。7.2 采集水样的容器，应符合下列要求： 1 容器应选用硬质玻璃瓶或聚乙烯瓶； 2 容器必须洗净。采样时，应用采样水冲洗三次。7.3 水样应在抽水设备的出水管口处采集。采集数量宜为23L。特殊项目的水样的采集数量应符合有关规定。7.4 卫生细菌检验用的水样容器，必须进行灭菌处理，并应保证水样在采集、运送和保存过程中不受污染。7.5 水样采集后，应贴上标签置于阴凉处，并及时送交检验。需要加入保存剂的水样，应符合有关规定。第三节 工程验收5.0.1 供水管井工程应按本规范进行验收。5.0.2 管井的验收应在现场进行，并应符合下列质量标准： 1 出水量应基本符合设计出水量； 2 井水的含砂量，应符合本规范第4.6.11条的要求； 3 井斜应符合本规范第4.2.3条的规定； 4 井内沉淀物的高度，应小于井深的5.