地源热泵系统工程技术规范

地源热泵系统工程技术规范1总则1.1为规范地源热泵系统工程的设计、施工、验收及运行管理，确保系统安全、高效、节能、环保地运行，制定本规范。地源热泵系统作为一种利用地表浅层地热资源进行供热制冷的节能空调技术，其工程技术涵盖地质勘察、系统设计、设备选型、工程施工、调试运行及维护管理等多个环节，必须坚持统一规划、科学设计、严格施工、规范管理的原则。1.2本规范适用于以岩土体、地下水、地表水为低温热源，以水或添加防冻剂的水为传热介质，采用热泵技术进行供热、空调或生活热水供应的系统工程设计、施工及验收。对于新建、改建、扩建的民用建筑以及工业建筑，其地源热泵系统的实施均应严格遵循本技术条款。1.3地源热泵系统的实施不应破坏地下水资源、土壤热平衡及生态环境。系统的设计与建设必须符合国家现行有关资源利用、环境保护、节能安全、卫生防疫等法律法规和标准的规定。在实施过程中，应优先采用节能产品与节能措施，充分考虑系统的部分负荷性能及全年能效比。1.4地源热泵系统工程的设计、施工及验收，除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。工程设计单位应具备相应的资质，施工单位应具备相应的安全生产许可证及专业施工能力，监理单位应全过程监督工程质量。2术语2.1地源热泵系统：以岩土体、地下水、地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统的形式不同，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。2.2岩土热响应试验：在现场采用测试仪器，对测试孔进行恒热流或恒温度加热或制冷，通过测量地埋管换热器的进出口流体温度、流量等数据，计算岩土体平均热物性参数及钻孔热阻的测试过程。该试验是获取准确地质数据、优化系统设计的关键依据。2.3地埋管换热系统：一种通过埋设在地下垂直或水平管中的循环介质，与岩土体进行热交换的系统。传热介质通常为水，在寒冷地区为防止冻结需添加防冻剂。该系统通过封闭的循环管路，实现热量的提取与排放。2.4抽水井与回灌井：用于地下水地源热泵系统中，从含水层中抽取地下水的井称为抽水井；将经过热交换后的地下水回灌到同一含水层的井称为回灌井。系统的可持续运行核心在于确保严格的等量回灌。2.5传热介质：在地源热泵系统中，用于在热泵机组与地热能交换系统之间输送热量的液体介质，通常为水或添加防冻剂的水溶液。介质的物理化学性质需满足热交换效率、流动阻力及材料兼容性的要求。2.6土壤热平衡：地埋管地源热泵系统在运行过程中，向岩土体排放的热量与从岩土体提取的热量保持平衡的状态。长期的热失衡会导致土壤温度持续升高或降低，进而导致系统效率下降甚至瘫痪。3工程勘察3.1一般规定3.1.1地源热泵系统方案设计前，应进行工程场地状况调查，并对浅层地热能资源进行勘察。勘察内容包括地形地貌、地层结构、岩土体热物性、地下水分布、水质及流速、地表水水文特征等。对于地埋管系统，岩土热响应试验是必不可少的环节。3.1.2勘察工作应由具备相应资质的专业勘察单位承担。勘察报告应提供准确、详细的地质参数，为系统设计提供可靠依据。当场地条件复杂或已有资料不足时，应进行补充勘察。3.2地埋管系统勘察3.2.1地埋管系统勘察应查明拟建场地的岩土层分布、各层岩土的厚度、岩性、颗粒度、密度、含水率及导热系数等物理参数。对于垂直地埋管，应重点查明钻孔深度范围内的岩土结构。3.2.2岩土热响应试验应在工程现场进行，测试孔的数量应根据场地大小和地质复杂程度确定，通常不宜少于2个。测试孔的深度应与设计钻孔深度一致，测试时间应持续足够长（通常不少于48小时），以恢复岩土初始温度并获取稳态数据。3.2.3勘察报告应给出岩土体的平均导热系数、比热容、钻孔热阻以及每延米换热量的参考值。设计单位应依据实测数据进行换热器长度的计算，严禁仅凭经验估算。3.3地下水及地表水系统勘察3.3.1地下水系统勘察应查明含水层的岩性、分布、厚度、埋深、渗透系数、给水度、地下水水质、水温及水位变化规律。应进行抽水试验和回灌试验，确定单井出水量、回灌能力及影响半径。3.3.2地表水系统勘察应收集水源的水位、流速、流量、水质、水温随季节的变化规律以及水体底层与表层温差。对于开式地表水系统，还需评估取水与排水对水生态环境的影响。4地埋管换热系统设计4.1一般规定4.1.1地埋管换热系统设计应根据岩土热响应试验结果，结合建筑物冷热负荷、全年土壤热平衡计算，确定地埋管的形式、长度、数量及布置方案。设计应遵循“以热定井”的原则，确保系统在寿命周期内高效运行。4.1.2地埋管换热系统设计应进行全年动态负荷模拟计算。当建筑物全年向土壤的排热量与取热量不平衡时，应设计辅助冷热源或采取复合系统形式，以维持土壤热平衡。例如，在南方制冷为主的地区，可设置冷却塔辅助排热；在北方供热为主的地区，可设置锅炉辅助供热。4.2地埋管管材与流体介质4.2.1地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数高、流动阻力小的管材。目前工程中普遍采用高密度聚乙烯管（PE80或PE100），其质量应符合国家现行标准。管外径与壁厚之比（SDR）不应大于11。4.2.2地埋管及管件的压力等级应高于系统运行压力的1.5倍，且不应低于1.0MPa。所有埋地管道必须无金属构件，以防电化学腐蚀。4.2.3传热介质应优先选用水。在可能出现冻结风险的地区，应添加防冻剂。常用的防冻剂包括乙二醇、丙二醇或氯化钙水溶液。选用防冻剂时，需综合考虑其冰点、腐蚀性、毒性、粘度及热物性。防冻剂的配比应保证系统在最低设计水温下不结冰，且浓度不宜过高以免影响换热效率。防冻剂类型优点缺点适用场景乙二醇水溶液换热性能好，价格适中有毒性，需防止泄漏，对金属有腐蚀性闭式系统，需加强密封丙二醇水溶液无毒，环保，食品级价格较高，粘度较大，换热略差有环保要求或泄漏风险高的场所氯化钙水溶液价格低廉，防冻效果好对金属腐蚀性强，需加重防腐剂临时性或特定工业系统4.3地埋管换热器设计4.3.1地埋管换热器有水平和竖直两种埋管方式。竖直埋管占地面积小、换热性能稳定，应用最为广泛。水平埋管埋深较浅，受地表气温影响大，适用于土地面积充裕且有绿化覆盖的场地。4.3.2竖直地埋管钻孔的深度宜为60m~150m，孔径宜为110mm~200mm。钻孔间距应根据地质条件和换热负荷计算确定，通常为3m~6m，以避免钻孔间的热干扰。4.3.3竖直地埋管内的管路连接方式可采用串联或并联。并联方式水力平衡性好，管路阻力小，工程中多采用双U形管并联。双U形管相比单U形管换热能力可提高15%~30%。4.3.4地埋管换热系统循环泵的流量应根据系统换热负荷和温差确定，供回水温差设计值宜为5℃。循环泵应设置变频控制，根据系统末端负荷变化调节流量，实现节能运行。4.3.5地埋管换热系统必须设置反冲洗装置和排气装置，并在分集水器设置压力及温度监测点。管道最高点应设自动排气阀，最低点设泄水阀。5地下水换热系统设计5.1一般规定5.1.1地下水换热系统设计必须采取可靠的回灌措施，确保地下水同层等量回灌，严禁将地下水直接排放或混入其他污水管网。回灌是地下水地源热泵系统可持续运行的生命线。5.1.2地下水取水段宜设置在含水层下部，回灌段宜设置在含水层上部。抽水井与回灌井的间距应根据水文地质条件确定，避免发生“热贯通”现象，即抽水井直接抽到回灌的低温或高温水。5.2系统设计5.2.1热泵机组与地下水之间的换热方式可分为直接换热和间接换热。直接换热是指地下水直接进入热泵机组，效率较高，但对水质要求极高，且存在腐蚀和结垢风险。间接换热是通过中间板式换热器将地下水与循环介质隔开，机组侧循环介质为清洁水或防冻液，保护了机组，应用更为广泛。5.2.2地下水系统应设置水质处理装置。当地下水含砂量、浑浊度过高时，应设置除砂过滤器；当地下水具有腐蚀性或易结垢时，应设置电子水处理仪、投加缓蚀阻垢剂或采用耐腐蚀材料换热器。5.2.3抽水泵与回灌泵的选型应满足水量和扬程要求。回灌压力应小于含水层的允许压力，防止破坏地层结构。为保障回灌效果，宜采用真空回灌、加压回灌等组合技术，并定期进行回扬洗井。5.2.4地下水管路设计应考虑气阻和堵塞问题，管内流速不宜过低，防止沉淀物淤积。系统应设置流量计、水压表、温度计等监测仪表，实时监控抽水量、回灌量及水温变化。6地表水换热系统设计6.1一般规定6.1.1地表水换热系统分为开式系统和闭式系统。开式系统直接从水体取水，经热泵机组换热后排回水体；闭式系统通过沉浸在水体中的盘管换热器与水体进行热交换。闭式系统对水体环境影响小，应用较多。6.1.2地表水换热系统设计应计算水体在不同季节的排热与取热能力，确保换热盘管或取水口设置在有效水深范围内。取水口应设置在水质较好、不易淤积的区域，并设置格栅或滤网防止漂浮物进入。6.2闭式地表水换热系统6.2.1闭式换热盘管宜采用高密度聚乙烯管。盘管设置形式有盘卷式和排管式。盘管应牢固固定在水体底部或悬浮支架上，防止水流冲刷移位或冬季结冰上浮。6.2.2换热盘管的长度应根据水体热物性参数、设计温差及换热量计算确定。设计计算时，应考虑水体结冰或水温极值的影响。对于冬季有结冰的水体，盘管应设置在冰层以下至少1.5米处。6.2.3闭式地表水系统中的循环介质同样需要根据最低水温添加防冻剂。由于换热盘管位于外部，防冻剂的浓度需留有足够余量。6.3开式地表水换热系统6.3.1开式系统取水口应设置在湖泊、水库或河流的深水区，远离排污口和浅滩。取水管线宜敷设在河床或湖床下，防止航运破坏。6.3.2开式系统必须设置水处理设备，去除水中的藻类、悬浮物、贝类等生物，防止堵塞热泵机组换热器。换热器宜选用板式或壳管式，并预留清洗接口。7建筑物内系统设计7.1热泵机组选型7.1.1水源热泵机组的选型应根据建筑物冷热负荷特性、地热能换热系统的供水温度及流量确定。机组应满足最高负荷需求，并具有良好的部分负荷性能调节特性（IPLV值高）。7.1.2机组制冷工况下的进水温度不宜高于32℃，出水温度不宜低于7℃；制热工况下的进水温度不宜低于10℃，出水温度不宜高于50℃。当水温超出机组允许范围时，应采取串级连接或设置调峰设备。7.1.3机组应具备完善的控制保护功能，包括压缩机高低压保护、电机过载保护、缺相逆相保护、防冻保护、排气温度保护等。7.2输配系统设计7.2.1建筑物内循环水系统应采用闭式循环系统。系统管路设计应进行水力计算，确保各环路水力平衡。当系统规模较大时，宜采用异程系统并在末端设平衡阀，或采用同程系统。7.2.2循环水泵应采用高效节能泵，并设置变频控制。水泵的扬程应计算最不利环路阻力，流量应按系统设计流量附加一定余量。7.2.3系统应设置膨胀水箱、定压补水装置及水处理设备。补水水质应符合相关标准，防止系统结垢腐蚀。7.3控制系统设计7.3.1地源热泵系统应设置集中监控系统，实现对地源侧、负荷侧及热泵机组的全面监测与控制。监控参数包括温度、压力、流量、能耗、设备运行状态等。7.3.2控制策略应优化启停顺序，实现地源侧与负荷侧的联动控制。在部分负荷下，应优先调节机组台数和循环泵频率，维持系统在高效区运行。7.3.3系统应具备能量计量功能，对地源侧取热量、排热量及建筑物耗冷量、耗热量进行分项计量，为系统运行评价和优化提供数据支持。8施工与安装8.1地埋管施工8.1.1地埋管钻孔施工前，应平整场地，清除障碍物，并确定钻孔位置。钻孔过程中应严格控制垂直度，偏差不应大于2%。钻孔到达设计深度后，应进行孔底清理，确保孔内无沉渣。8.1.2下管是地埋管施工的关键工序。下管前应进行管道试压，确保无泄漏。下管时应保持匀速，防止管道刮擦孔壁。对于深孔，宜采用灌浆法或重力法下管，确保U形管两支管长度一致，且在孔底处于中心位置。8.1.3灌浆回填是保证换热效果的关键。回填材料宜选用膨润土、水泥、砂的混合浆，其导热系数应大于岩土体的平均导热系数。回填应采用从孔底向上返浆的方式，确保无空隙。回填完成后，应保压静置，直至浆体凝固。8.1.4地埋管系统安装完成后，必须进行两次水压试验。第一次在钻孔回填前进行，试验压力不应小于管道工作压力的1.5倍；第二次在所有钻孔回填完成后且地埋管与环路集管连接前进行，试验压力不应低于0.6MPa，稳压时间不少于12小时，压力降不应大于3%。8.2地下水系统施工8.2.1管井施工应按照《供水管井技术规范》执行。成井后应进行抽水试验，测定出水量、含砂量及回灌能力。井管应选用耐腐蚀材料，滤水管设计应与含水层颗粒级配匹配。8.2.2回灌井的施工质量至关重要。回灌井结构应便于洗井和回扬，防止物理堵塞和化学堵塞。井口应密封良好，防止空气进入导致氧化沉淀。8.2.3抽水管路和回灌管路应安装柔性接头，减少泵组振动传递。管路系统安装完毕后，应进行冲洗和试压，去除管内杂质，检查严密性。8.3机组及设备安装8.3.1热泵机组吊装就位时，应减震防震。机组水平度偏差不应大于1/1000。减震装置的安装应符合设计要求，确保运行平稳。8.3.2管道与设备连接时，严禁强力对口。管道焊接或法兰连接应紧固严密，外观整洁。阀门安装位置应便于操作和检修，手轮方向应一致。8.3.3电气安装应符合国家电气装置安装工程施工及验收规范。接地系统必须可靠，电阻值满足设计要求。电缆敷设应排列整齐，标识清晰。9调试、试运转与验收9.1系统调试9.1.1系统安装完毕后，应进行单机试运转和系统联合调试。调试前，应编制详细的调试方案，并对所有设备、仪表、阀门进行检查确认。9.1.2水泵试运转应点动启动，检查电机转向、电流及振动是否正常。连续运转时间不应少于2小时，轴承温升应符合产品技术要求。9.1.3热泵机组负荷调试应逐步进行。先启动水系统，待水流正常后再启动压缩机。调试过程中应监测吸排气压力、油压、油温、冷凝温度、蒸发温度等参数，确保机组在安全范围内运行。9.2综合效能调适9.2.1系统联合调试应在带负荷条件下进行，连续运行时间不应少于24小时。检测系统的供回水温度、流量、各房间室内温湿度是否达到设计要求。9.2.2应对地源热泵系统的能效进行现场测试。测试内容包括系统制冷能效比（EER）、制热性能系数（COP）。测试结果应达到设计预期或合同约定的节能指标。9.2.3控制系统逻辑验证是调试的重要内容。应模拟各种工况，验证传感器数据准确性、执行器动作可靠性及联锁保护功能的有效性。9.3工程验收9.3.1工程验收分为分项工程验收、分部工程验收和竣工验收。验收资料应包括图纸会审记录、设计变更文件、隐蔽工程验收记录、设备材料合格证、试验记录、调试报告等。9.3.2隐蔽工程（如地埋管钻孔、回填、直埋管道）必须在隐蔽前进行验收，并留存影像资料。未经验收，严禁进行下道工序。9.3.3验收合格后，应签