地热能+多能互补清洁能源供热系统应用技术规范

地热能+多能互补清洁能源供热系统应用技术规范前言本技术规范按照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》给出的规则起草。请注意本技术规范的某些内容可能涉及专利，本技术规范的发布机构不承担识别专利的责任。本技术规范由中国可再生能源学会提出，由中国可再生能源学会地热能专业委员会归口。本技术规范起草单位：中国地质科学院水文地质环境地质研究所、清华大学建筑节能研究中心、国网能源研究院有限公司、北京华清地热开发集团有限公司、山东能源集团新能源有限公司、浙江联丰热能科技股份有限公司、西安建筑科技大学。本技术规范主要起草人：李刚、张敏、王磊、刘芳、陈阳、赵伟、孙浩、周丽、吴涛、郑宇、马丽、冯凯、张宇、李娜、董强、韩雪。本技术规范为首次发布。1范围本技术规范规定了地热能+多能互补清洁能源供热系统（以下简称“多能互补供热系统”）的术语和定义、总则、系统构成与选型、设计要求、施工安装、调试运行、检验检测、运维管理、安全环保及附则。本技术规范适用于以地热能（浅层地热能、中深层地热能）为核心，互补太阳能、空气能、生物质能、谷电等清洁能源的集中式、分布式供热系统的规划、设计、施工、安装、调试、运行、维护及检验检测，涵盖居住建筑、公共建筑、工业建筑及园区等各类供热场景，其他类似多能互补供热系统可参照执行。多能互补供热系统的应用除应符合本技术规范外，尚应符合国家、行业现行有关标准的规定。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本技术规范必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本技术规范；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本技术规范。GB/T1.1标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则GB50019采暖通风与空气调节设计标准GB50366地源热泵系统工程技术规范GB50176民用建筑热工设计规范GB/T20291地源热泵系统术语GB/T18430.1蒸气压缩循环冷水（热泵）机组第1部分：工业或商业用及类似用途的冷水（热泵）机组GB/T18430.2蒸气压缩循环冷水（热泵）机组第2部分：户用及类似用途的冷水（热泵）机组GB50242建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范GB50254电气装置安装低压电器施工及验收规范GB/T51347浅层地热能利用工程技术标准GB/T51403中深层地热能供热工程技术规范GB/T25127.1太阳能供热采暖工程技术规范第1部分：系统设计与安装GB/T30534空气源热泵供暖系统应用技术规程GB/T29149生物质能供热系统技术条件CJ/T133地源热泵机组JGJ142地源热泵系统工程技术规范DL/T5374电力系统节能降耗技术导则3术语和定义下列术语和定义适用于本技术规范。3.1地热能来自地球内部的热能，包括浅层地热能（地表以下200m以内的土壤、地下水、地表水所蕴含的热能）和中深层地热能（地表以下200m以上的岩石、地热流体所蕴含的热能）。3.2多能互补以地热能为核心供热能源，合理搭配太阳能、空气能、生物质能、谷电等一种或多种清洁能源，通过系统集成与智能调控，实现能源互补利用、提升供热稳定性和节能效益的模式。3.3地热能+多能互补清洁能源供热系统由地热能采集系统、互补能源系统、换热系统、输配系统、智能控制系统及辅助系统组成，以地热能为主、其他清洁能源为辅，实现高效、稳定、低碳供热的系统总称。3.4浅层地热能采集系统用于采集浅层土壤、地下水、地表水热能的系统，包括地埋管换热系统、地下水换热系统、地表水换热系统等。3.5中深层地热能采集系统用于采集中深层地热流体（热水、蒸汽）热能的系统，包括地热钻井、地热流体开采、处理及回灌系统等。3.6互补能源系统辅助地热能实现稳定供热的清洁能源系统，包括太阳能集热系统、空气源热泵系统、生物质能燃烧供热系统、谷电储能供热系统等。3.7智能调控系统用于监测、控制、调节多能互补供热系统各环节运行参数，实现能源优化分配、负荷动态匹配、系统高效运行的自动化控制系统。3.8供热负荷供热对象（建筑、园区等）在一定时间内所需的热量，包括基本负荷和峰值负荷，单位以kW或GJ表示。4总则4.1多能互补供热系统的应用应遵循“因地制宜、节能低碳、安全可靠、经济合理”的原则，结合当地地热能资源条件、气候条件、供热需求及其他清洁能源可利用情况，合理规划系统构成与规模。4.2系统设计、施工、安装、调试、运行及维护应符合国家节能、环保、安全相关法律法规及现行行业标准，确保系统运行效率、供热质量及安全性。4.3系统应优先利用地热能资源，合理搭配互补能源，减少化石能源消耗，降低碳排放，实现能源高效利用与环境友好。4.4系统应具备智能调控能力，实现负荷动态匹配、能源优化分配，提升系统运行稳定性和经济性，降低运维成本。4.5系统建设前应进行地热能资源勘察、供热负荷核算及可行性论证，确保系统设计与实际需求匹配。5系统构成与选型5.1系统总体构成多能互补供热系统主要由以下部分构成，各部分协调配合，实现高效供热：（1）地热能采集系统：负责采集浅层或中深层地热能，为系统提供核心热源；（2）互补能源系统：根据实际需求配置，弥补地热能供应不足，保障峰值负荷供热；（3）换热系统：实现地热能、互补能源与供热介质的热量交换，满足供热温度要求；（4）输配系统：将换热后的热水输送至供热对象，包括管网、水泵、阀门等设备；（5）智能控制系统：监测、控制各系统运行，实现负荷匹配与能源优化；（6）辅助系统：包括补水、定压、除污、防腐、降噪等系统，保障系统稳定运行。5.2地热能采集系统选型5.2.1浅层地热能采集系统选型应结合当地地质条件、水文条件及供热规模，优先选用地埋管换热系统（竖直埋管、水平埋管）；地下水丰富且水质符合要求的区域，可选用地下水换热系统；有地表水（河流、湖泊、水库等）可利用的区域，可选用地表水换热系统。5.2.2中深层地热能采集系统选型应根据地热资源勘察结果，选用合适的钻井工艺和开采方式，配套建设地热流体回灌系统，实现地热资源可持续利用，严禁无序开采。5.2.3地热能采集系统的换热功率应满足系统基本供热负荷需求，且预留10%～15%的冗余量，确保系统稳定运行。5.3互补能源系统选型5.3.1互补能源系统应根据当地气候条件、能源资源禀赋、供热负荷特性及经济性，合理选择一种或多种清洁能源，优先选用可再生能源。5.3.2太阳能资源丰富的区域，可配置太阳能集热系统，与地热能系统协同运行，降低地热能消耗；冬季低温期可搭配空气源热泵系统，弥补地热能供热不足。5.3.3生物质资源丰富的区域（如农村、工业园区），可配置生物质能燃烧供热系统，作为峰值负荷补充；电网条件允许的区域，可配置谷电储能供热系统，利用谷电时段储能，平抑电网负荷，降低供热成本。5.3.4互补能源系统的供热功率应根据峰值负荷与地热能供应能力的差值确定，确保峰值负荷时段供热稳定，且具备灵活启停能力。5.4核心设备选型5.4.1地源热泵机组、空气源热泵机组的选型应符合GB/T18430.1、GB/T18430.2及CJ/T133的规定，机组COP值（性能系数）应满足设计要求，且具备高效节能、稳定运行的特点。5.4.2换热设备（板式换热器、壳管式换热器等）的选型应根据换热功率、介质参数确定，换热效率不低于90%，且具备防结垢、易清洗的特点。5.4.3输配系统的水泵、阀门等设备应选用高效、节能、耐腐蚀的产品，水泵运行效率不低于75%，阀门密封性能良好，使用寿命不低于15年。5.4.4智能控制系统的传感器、控制器、执行器等设备应选用精度高、可靠性强、兼容性好的产品，支持远程监测、控制及数据上传。6设计要求6.1总体设计6.1.1系统设计应先进行地热能资源勘察和供热负荷核算，明确地热能可利用量、供热负荷大小及分布，合理确定系统规模、供热范围及运行模式。6.1.2系统应采用“地热能为主、互补能源为辅”的运行模式，根据室外温度、供热负荷、地热能供应能力等参数，实现各能源系统的协同运行与智能切换。6.1.3系统设计应考虑节能降耗，优化管网布局，减少热量损失，管网散热损失应控制在总供热量的5%以内；采用保温性能良好的管道及保温材料，保温层厚度应符合相关标准要求。6.1.4系统设计应预留扩展空间，便于后续互补能源系统的升级改造及供热范围的扩大。6.2地热能采集系统设计6.2.1浅层地埋管换热系统设计：竖直埋管深度应根据地质条件确定，一般为80m～150m，埋管间距不小于3m；水平埋管深度不小于1.5m，埋管间距不小于1.2m，避免换热干扰；地埋管管材应选用耐腐蚀、耐高温的PE管或PE-RT管，管道连接应密封可靠，无泄漏。6.2.2地下水换热系统设计：抽水井与回灌井的间距不小于50m，避免地下水串流；抽水量与回灌量应保持平衡，回灌率不低于90%；地下水处理系统应根据水质情况配置，去除杂质、硬度及腐蚀性物质，防止设备结垢、腐蚀。6.2.3中深层地热能采集系统设计：地热钻井深度应根据地热资源勘察结果确定，钻井工艺应符合GB/T51403的规定；地热流体开采量应控制在资源可承受范围内，回灌系统应确保回灌顺畅，回灌温度、压力应符合设计要求，防止地层污染。6.3互补能源系统设计6.3.1太阳能集热系统设计：太阳能集热器的安装面积应根据当地太阳能辐照量、供热需求确定，集热器效率不低于50%；集热系统应配置储能水箱，储能容量应满足夜间或阴雨天的供热需求，水箱保温性能应符合相关标准。6.3.2空气源热泵系统设计：空气源热泵机组的安装位置应通风良好，避免遮挡，远离噪声敏感区域；机组制热性能应适应当地冬季最低气温，低温工况下COP值不低于1.8；系统应配置除霜装置，确保冬季稳定运行。6.3.3生物质能供热系统设计：生物质燃料储存、输送系统应符合防火、防爆要求；燃烧设备的热效率不低于85%，尾气排放应符合国家环保标准，配备脱硫、除尘装置。6.3.4谷电储能供热系统设计：储能装置的容量应根据谷电时段、供热负荷确定，储能效率不低于80%；系统应与电网协同，确保谷电时段充电、高峰时段放热，降低供热成本。6.4换热系统设计6.4.1换热系统应采用间接换热方式，避免地热能流体、互补能源介质与供热介质直接接触，防止污染及设备腐蚀。6.4.2换热器的选型应根据换热介质的温度、压力、流量确定，换热面积应预留10%～15%的冗余量；换热器应设置排污口、排气口，便于清洗、维护。6.4.3换热系统的水温控制应符合供热要求，供水温度一般为45℃～60℃，回水温度一般为35℃～45℃，可根据供热对象调整。6.5输配系统设计6.5.1输配管网应根据供热范围、负荷分布合理布局，优先采用枝状管网，大型园区可采用环状管网，确保管网水力平衡。6.5.2管道材质应选用耐腐蚀、耐高温、耐压的钢管或PE管，管道连接应可靠，无泄漏；管网应设置阀门、补偿器、排气阀、排污阀等附件，便于调节、维护及故障处理。6.5.3输配系统的水力计算应符合GB50019的规定，确保各供热区域流量均匀，压力稳定，水泵扬程、流量应满足设计要求。6.5.4管网保温应采用阻燃、保温性能良好的材料，保温层外应设置保护层，防止破损、受潮，减少热量损失。6.6智能控制系统设计6.6.1智能控制系统应具备参数监测、自动控制、故障报警、数据统计、远程调控等功能，实现系统全流程自动化运行。6.6.2监测参数应包括：地热能采集系统的温度、压力、流量；互补能源系统的运行参数；换热系统的供回水温度、压力、流量；输配系统的压力、流量；室内温度等。6.6.3控制系统应能根据室外温度、室内温度、供热负荷及各能源系统运行状态，自动调节地热能采集量、互补能源投入量、换热温度及输配流量，实现能源优化分配。6.6.4系统应设置故障报警功能，当设备运行异常、参数超标时，及时发出报警信号，并记录故障信息，便于排查处理；支持远程监控，可实现手机、电脑端的实时监测与控制。6.7辅助系统设计6.7.1补水系统应配置补水泵、软化水设备，补水量应根据系统泄漏量、蒸发量确定，软化水硬度应控制在0.03mmol/L以内，防止管道、设备结垢。6.7.2定压系统应采用膨胀水箱或定压泵定压，定压压力应根据管网最高点压力确定，确保系统无负压、无泄漏。6.7.3除污系统应配置除污器，安装在管网入口处，及时去除介质中的杂质，防止管道堵塞、设备磨损。6.7.4防腐、降噪系统应根据设备运行特点配置，设备、管道应采取防腐处理，噪声源应采取降噪措施，确保噪声排放符合国家相关标准。7施工安装7.1施工准备7.1.1施工前应编制详细的施工组织设计，明确施工流程、施工工艺、质量控制要点及安全措施，经审批后方可施工。7.1.2施工前应核对设计图纸，确认施工场地、地质条件、设备型号及规格，清理施工场地，做好施工准备工作。7.1.3施工所用设备、材料应符合设计要求及相关标准，进场前应进行检验，合格后方可使用；严禁使用不合格设备、材料。7.1.4施工人员应具备相应的专业资质，熟悉施工工艺及安全操作规程，经培训合格后方可上岗。7.2地热能采集系统施工7.2.1浅层地埋管换热系统施工：钻孔应垂直，孔径、孔深应符合设计要求，钻孔过程中应记录地质情况；埋管前应清理钻孔，确保孔壁光滑，无坍塌；地埋管连接应采用热熔连接，连接后应进行压力试验，试验压力不低于0.8MPa，保压30min无泄漏后方可回填；回填材料应选用导热性能良好、无腐蚀性的材料，回填应密实，无空隙。7.2.2地下水换热系统施工：抽水井、回灌井的钻井工艺应符合设计要求，钻井完成后应进行洗井，确保井水清澈；井管安装应牢固，密封可靠，防止漏水；抽水泵、回灌泵安装应水平、牢固，连接部位密封良好。7.2.3中深层地热能采集系统施工：地热钻井应委托具备相应资质的单位施工，钻井过程中应严格按照设计要求控制钻井深度、孔径及钻井工艺；地热流体开采、回灌管道安装应密封可靠，无泄漏，管道防腐处理应符合要求；回灌系统安装应确保回灌顺畅，具备流量、压力监测功能。7.3互补能源系统施工7.3.1太阳能集热系统施工：太阳能集热器安装应牢固，朝向应朝南，倾斜角度应根据当地纬度确定，一般与纬度一致或略大；集热器连接管道应密封可靠，保温层应完整，无破损；储能水箱安装应水平、牢固，水箱接口连接应密封，防止漏水。7.3.2空气源热泵系统施工：机组安装应水平、牢固，安装基础应符合设计要求，具备减震措施；机组与管道连接应密封可靠，管道保温应完整；除霜装置安装应正确，确保运行正常。7.3.3生物质能供热系统施工：生物质燃料储存仓安装应符合防火、防爆要求，通风良好；燃烧设备安装应牢固，与管道连接密封可靠；脱硫、除尘装置安装应正确，确保尾气排放达标。7.4换热系统及输配系统施工7.4.1换热设备安装应水平、牢固，接口连接应密封可靠，安装位置应便于操作、维护；换热器安装前应进行压力试验，试验压力不低于设计压力的1.5倍，保压30min无泄漏后方可安装。7.4.2输配管道安装应符合GB50242的规定，管道敷设应平整、牢固，坡度应符合设计要求，便于排气、排污；管道连接应密封可靠，无泄漏；阀门、补偿器等附件安装应正确，操作灵活。7.4.3管网保温施工应在管道压力试验合格后进行，保温层厚度应符合设计要求，保温层应平整、密实，无破损、空鼓；保护层安装应牢固，防水、防潮性能良好。7.5智能控制系统及辅助系统施工7.5.1智能控制系统的传感器、控制器、执行器等设备安装应正确，位置合理，便于监测、维护；线路敷设应规范，接线牢固，绝缘性能良好，避免干扰。7.5.2辅助系统的补水泵、软化水设备、定压设备、除污器等安装应正确，运行灵活，密封可靠；管道连接应牢固，无泄漏；防腐、降噪措施应落实到位。7.6施工质量控制7.6.1施工过程中应严格按照施工组织设计及施工工艺要求施工，加强质量检查，每道工序完成后应进行验收，验收合格后方可进行下一道工序。7.6.2管道压力试验、设备调试等关键工序应重点控制，做好试验记录，确保符合设计要求及相关标准。7.6.3施工过程中应做好成品保护，防止设备、管道、保温层等受到损坏。8调试运行8.1调试准备8.1.1系统施工完成后，应进行全面检查，确认设备安装正确、管道连接可靠、线路敷设规范、保温层完整，无泄漏、松动等问题。8.1.2调试前应清理管道、设备内的杂物、积水，检查各设备的运行状态，确保设备正常启动。8.1.3调试人员应熟悉系统设计及设备性能，制定详细的调试方案，明确调试步骤、调试内容及合格标准。8.2分系统调试8.2.1地热能采集系统调试：启动采集系统，监测地热能采集量、温度、压力、流量等参数，调整系统运行状态，确保采集系统运行稳定，参数符合设计要求；浅层地埋管系统应进行换热性能测试，中深层系统应测试开采量、回灌量及温度变化。8.2.2互补能源系统调试：分别启动各互补能源系统，测试系统运行参数、供热功率，调整系统运行状态，确保系统运行稳定，满足设计要求；太阳能集热系统测试集热效率，空气源热泵系统测试低温工况下的制热性能。8.2.3换热系统调试：启动换热系统，监测供回水温度、压力、流量等参数，调整换热器运行状态，确保换热效率符合要求，水温控制在设计范围内。8.2.4输配系统调试：启动输配系统，测试管网压力、流量，调整水泵运行参数，确保管网水力平衡，各供热区域流量均匀，无泄漏、堵塞等问题。8.2.5智能控制系统调试：启动控制系统，测试参数监测、自动控制、故障报警等功能，调整控制逻辑，确保系统能根据负荷变化、能源供应情况自动优化运行；测试远程调控功能，确保运行正常。8.2.6辅助系统调试：启动补水、定压、除污等辅助系统，测试系统运行状态，确保补水及时、定压稳定、除污效果良好，满足系统运行需求。8.3系统联合调试8.3.1分系统调试合格后，进行系统联合调试，启动整个多能互补供热系统，模拟实际供热工况，测试系统整体运行性能。8.3.2联合调试过程中，监测系统总供热量、各能源系统投入比例、供热温度、管网损失等参数，调整系统运行参数，确保系统运行稳定、高效，供热质量符合要求。8.3.3联合调试时间不少于72h，期间系统无故障、参数稳定，视为调试合格；若出现故障，应及时排查处理，重新进行调试。8.4系统试运行8.4.1系统联合调试合格后，进入试运行阶段，试运行时间不少于30天，模拟实际供热负荷，全面检验系统运行稳定性、可靠性及供热质量。8.4.2试运行期间，应安排专人值守，定期监测系统运行参数，记录运行数据，及时处理运行过程中出现的问题。8.4.3试运行结束后，对运行数据进行分析，评估系统运行效率、节能效果及经济性，对存在的问题进行整改，整改完成后，系统方可正式投入运行。9检验检测9.1检验检测分类多能互补供热系统检验检测分为出厂检验、施工验收检验、运行检验及型式检验。9.2出厂检验9.2.1系统所用设备（地源热泵、空气源热泵、换热器、水泵等）出厂前必须进行出厂检验，检验合格并出具出厂检验报告后，方可出厂。9.2.2出厂检验项目应包括设备外观、性能参数、密封性能、电气性能等，检验结果应符合设计要求及相关标准。9.3施工验收检验9.3.1系统施工完成后，应进行施工验收检验，检验合格后方可进行调试运行；施工验收检验应由建设单位组织，施工单位、设计单位、监理单位及检测机构参与。9.3.2施工验收检验项目：设备安装质量、管道敷设质量、接口密封性能、保温层质量、线路敷设质量、辅助系统安装质量等，检验结果应符合本技术规范及相关标准。9.3.3管道压力试验、设备性能测试等关键项目应委托具备相应资质的检测机构进行检测，检测报告作为验收依据。9.4运行检验9.4.1系统正式投入运行后，应定期进行运行检验，每月至少进行一次常规检验，每年进行一次全面检验。9.4.2常规检验项目：系统运行参数（温度、压力、流量）、设备运行状态、管网泄漏情况、保温层完整性等，及时发现并处理运行过程中出现的问题。9.4.3全面检验项目：地热能采集系统换热性能、互补能源系统供热效率、换热系统换热效率、输配系统热量损失、智能控制系统运行性能等，检验结果应符合设计要求。9.5型式检验9.5.1有下列情况之一时，应进行型式检验：（1）新产品定型时；（2）系统结构、设备型号、运行模式有重大变更，可能影响系统性能时；（3）系统停产超过1年，恢复运行时；（4）正常运行每3年进行一次；（5）国家、行业主管部门要求进行型式检验时；（6）运行检验结果出现不合格，且涉及关键性能指标时。9.5.2型式检验项目：本技术规范第9章规定的所有检验项目，检验应委托具备相应资质的检测机构进行，检验合格后方可继续运行。10运维管理10.1日常运维10.1.1建立完善的运维管理制度，明确运维人员职责，配备专业运维人员，定期对系统进行巡检、维护、保养。10.1.2日常巡检应包括：设备运行状态、管道密封情况、管网压力、流量、温度等参数，及时发现并处理泄漏、异响、参数异常等问题；巡检记录应完整、规范，实现运维过程可追溯。10.1.3定期对设备进行清洁、保养，清除设备表面灰尘、杂物，检查设备润滑情况，及时添加润滑油；对换热器、除污器等设备定期清洗，防止结垢、堵塞。10.1.4定期检查保温层完整性，发现破损、脱落及时修复，减少热量损失；检查阀门、补偿器等附件，确保操作灵活、密封可靠。10.2定期维护10.2.1每月维护：检查地热能采集系统、互补能源系统运行参数，调整系统运行状态；检查智能控制系统的传感器、控制器，确保监测准确、控制可靠；检查辅助系统运行状态，及时补充软化水、润滑油等。10.2.2每季度维护：清洗换热器、除污器，检查管道腐蚀情况，采取防腐措施；检查地埋管换热系统的运行性能，排查换热异常问题；检查互补能源系统的核心部件，确保运行正常。10.2.3每年维护：对系统进行全面检修，检查设备磨损情况，更换老化、损坏的部件；测试系统整体性能，调整运行参数，优化系统运行模式；对中深层地热能回灌系统进行全面检查，确保回灌顺畅。10.3故障处理10.3