地源热泵工程设计条件及设计原则

一、地源热泵工程需勘察内容

（一）一般规定
     1．地源热泵系统方案设计前。应进行工程场地状况调查，并应对浅层地热能资源进行勘察。
     ﹙工程场地状况及浅层地热能资源条件是能否应用地源热泵系统的基础。地源热泵系统方案设计前，应根据调查及勘察情况，选择采用地埋管、地下水或地表水地源热泵系统。浅层地热能资源勘察包括地埋管换热系统勘察、地下水换热系统勘察及地表水换热系统勘察﹚。
     2．对已具备水文地质资料或附近有水井的地区，应通过调查获取水文地质资料。﹙在工程场区内或附近有水井的地区，可调查收集已有工程勘察及水井资料。调查区域半径宜大于拟定换热区100一200m。调查以收集资料为主，除观察地形地貌外，应调查已有水井的位置、类型、结构、深度、地层剖面、出水量、水位、水温及水质情况，还应了解水井的用途，开采方式、年用水量及水位变化情况等﹚。
     3．工程勘察应由具有勘察资质的专业队伍承担。工程勘察完成后，应编写工程勘察报告，并对资源可利用情况提出建议。
     4．工程场地状况调查应包括下列内容﹙工程场地可利用面积应满足修建地表水抽水构筑物(地表水换热系统)或修建地下水抽水井和回灌井(地下水换热系统)或埋设水平或竖直地埋管换热器(地埋管换热系统)的需要。同时应满足置放和操作施工机具及埋设室外管网的需要﹚：
     （1）场地规划面积、形状及坡度；
     （2）场地内已有建筑物和规划建筑物的占地面积及其分布；
     （3）场地内树木植被、池塘、排水沟及架空输电线、电信电缆的分布；
     （4）场地内已有的、计划修建的地下管线和地下构筑物的分布及其埋深；
     （5）场地内已有水井的位置；

（二）地埋管换热系统勘察
     1．地埋管地源热泵系统方案设计前，应对工程场区内岩土体地质条件进行勘察﹙岩土体地质条件勘察可参照《岩土工程勘察规范》GB-50021及《供水水文地质勘察规范》GB- 50027进行﹚。
     2．地埋管换热系统勘察应包括下列内容﹙采用水平地埋管换热器时，地埋管换热系统勘察采用槽探、坑探或研探进行。槽探是为了了解构造线和破碎带宽度、地层和岩性界限及其延伸方向等在地表挖掘探槽的工程勘察技术。探槽应根据场地形状确定，探槽的深度一般超过埋管深度1m。采用竖直地埋管换热器时，地埋管换热系统勘察采用钻探进行。钻探方案应根据场地大小确定，勘探孔深度应比钻孔至少深5m。岩土体热物性指岩土体的热物性参数，包括岩土体导热系数、密度及比热等。若埋管区域已具有权威部门认可的热物性参数，可直接采用已有数据，否则应进行岩土体导热系数、密度及比热等热物性测定。测定方法可采用实验室法或现场测定法﹚：
     （1）岩土层的结构（实验室法:对勘探孔不同深度的岩土体样品进行测定，并以其深度加权平均，计算该勘探孔的岩土体热物性参数;对探槽不同水平长度的岩土体样品进行测定，并以其长度加权平均，计算该探槽的岩土体热物性参数）；
     （2）岩土体热物性（现场测试法:现场测试岩土体应在测试埋管状况稳定后进行。根据埋管深度或长度，测试一般应在测试埋管安装完毕72h后进行。对两个勘探孔(槽)及两个以上勘探孔(槽)的测试，其测试结果取算术平均值）；
     （3）岩土体温度；
     （4）地下水静水位、水温、水质及分布；
     （5）地下水径流方向、速度；
     （6）冻土层厚度。

（三）地下水换热系统勘察
     1、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（水文地质条件勘察可参照《供水水文地质勘察规范》GB 50027,《供水管井技术规范》GB 50296进行。通过勘察，查明拟建热源井地段的水文地质条件，即一个地区地下水的分布、埋藏，地下水的补给、径流、排泄条件以及水质和水量等特征。对地水资源作出可靠评价，提出地下水合理利用方案，并预测地下水的动态及其对环境的影响，为热源井设计提供依据。渗透系数指单位时间内通过单位断面的流量(m/d)，一般用来衡量地下水在含水层中径流的快慢。水文地质勘探孔即为查明水文地质条件、地层结构，获取所需的水文地质资料，按水文地质钻探要求施工的钻孔）。
     2、地下水换热系统勘察应包括下列内容；
     （1）地下水类型；
     （2）含水层岩性、分布、埋深及厚度；
     （3）含水层的富水性和渗透性；
     （4）地下水径流方向、速度和水力坡度；
     （5）地下水水温及其分布；
     （6）地下水水质；
     （7）地下水水位动态变化。
     3、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：
     （1）抽水试验；
     （2）回灌试验；
     （3）测量出水水温；
     （4）取分层水样并化验分析分层水质；
     （5）水流方向试验；
     （6）渗透系数计算。
     4、当地下水换热系统的勘察结果符合地源热泵系统要求时，应采用成井技术将水文地质勘探孔完善成热源井加以利用。成井过程应由水文地质专业人员进行监理。

（四）地表水换热系统勘察
     1、地表水地源热泵系统方案设计前，应对工程场区地表水源的水文状况进行勘察。（地表水水温、水位及流量勘察应包括近20年最高和最低水温、水位及最大和最小水量;地表水水质勘察应包括:引起腐蚀与结垢的主要化学成分，地表水源中含有的水生物、细菌类、固体含量及盐碱量等）。
     2、地表水换热系统勘察应包括下列内容：
     地表水水源性质、水面用途、深度、面积及其分布；
     不同深度的地表水水温、水位动态变化；
     地表水流速和流量动态变化；
     地表水水质及其动态变化；
     地表水利用现状；
     地表水取水和回水的适宜地点及路线。

 二、地源热泵系统设计原则

﹙一﹚地下水地源热泵系统
     1．设计规定
     ﹙1﹚在进行地下水地源热泵系统方案设计前，应咨询、了解当地政策法规是否允许开采地下水。采用地下水地源热泵系统时应不破坏、不污染地下水资源。
     ﹙2﹚在政策许可的条件下应进行工程场地状况调查，在确定有可利用的地下水资源时，应对工程场地进行水文地质勘察和水文地质试验。
     ﹙3﹚应根据地下水换热系统的设计方案进行地下水地源热泵系统可行性及技术经济比较，确定是否采用地下水地源热泵系统。采用地下水地源热泵系统时，应向当地水资源行政管理部门提出申请，取得取水许可。
     ﹙4﹚地下水换热系统应根据水文地质勘察资料进行设计。地下水被利用后，应采取可靠的回灌措施，将利用后的地下水全部回灌到同一含水层，并不得对地下水资源造成浪费及污染。
     ﹙5﹚地下水供水管和回灌管均不得与市政管网相连。
     2．设计原则
     ﹙1﹚在水温适宜、水量充足稳定、水质较好、开采方便且不会造成地质灾害及当地政策法规允许的条件下，空调系统的冷热源可优先选用地下水地源热泵系统。
     ﹙2﹚热源井的设计单位应具有水文地质勘察资质，热源井的设计应符合现行国家《供水管井技术规范》GB50296-99的规定。
     ﹙3﹚当地下水换热系统的勘察结果符合地下水地源热泵系统要求时，应将勘探孔完善成热源井。
     ﹙4﹚为确保地下水地源热泵系统长期稳定运行，地下水的持续出水量应满足地下水地源热泵系统最大放热量或吸热量的要求。抽水管和回灌管上应设置计量装置，并且对地下的抽水量、回灌量及其水质应定期进行检测。
     ﹙5﹚地下水地源热泵机组性能应符合现行国家标准《水源热泵机组》GB/T19409—2003的相关规定，且满足地下水地源热泵系统运行参数的要求。

﹙二﹚地埋管地源热泵系统
     1、设计规定
     ﹙1﹚在进行地埋管地源热泵系统方案设计前，应进行工程场地状况调查，并应对浅层地热能资源和工程场区内岩土体地质条件进行勘察。
     ﹙2﹚地埋管地源热泵系统工程勘察应包括以下内容：岩土层的结构及分布、岩土体的热物性参数、岩土体的温度分布；地下水温度、静水位、径流方向、流速及分布；冻土层的厚度。
     ﹙3﹚应根据工程勘察结果评估地埋管换热系统实施的可行性及经济性。
     2、设计原则
     ﹙1﹚当有合适的浅层地热能资源且经过技术经济比较可以利用时，应优先采用地埋管地源热泵系统。
     ﹙2﹚在现场工程勘察结果的基础上，结合现场可用地表面积、岩土类型和热物性参数以及钻孔用费用等因素，确定地埋管换热器采用水平埋管还是竖直埋管方式。
     ﹙3﹚地埋管换热系统设计应进行全年动负荷计算，最小计算周期不得小于1年，在此计数内，地源热泵系统总释热量宜与其总吸热量向平衡。

（三）地表水换热系统
     1、一般规定
     1.1  地表水换热系统设计前，应对地表水地源热泵系统运行对水环境的影响进行评估。
     1.2  地表水换热系统设计方案应根据水面用途，地表水深度、面积，地表水水质、水位、水温情况综合确定。
     1.3  地表水换热盘管的换热量应满足地源热泵系统最大吸热量或释热量的需要。
     2、地表水换热系统设计
     2.1  开式地表水换热系统取水口应远离回水口，并宜位于回水口上游。取水口应设置污物过滤装置
     2.2  闭式地表水换热系统宜为同程系统。每个环路集管内的换热环路数宜相同，且宜并联连接;环路集管布置应与水体形状相适应，供、回水管应分开布置。
     2.3  地表水换热盘管应牢固安装在水体底部，地表水的最低水位与换热盘管距离不应小于1. 5m。换热盘管设置处水体的静压应在换热盘管的承压范围内。
     2.4  地表水换热系统可采用开式或闭式两种形式，水系统宜采用变流量设计。
     2.5  地表水换热盘管管材与传热介质应符合本规范第4.2节的规定。
     2.6  当地表水体为海水时，与海水接触的所有设备、部件及管道应具有防腐、防生物附着的能力;与海水连通的所有设备、部件及管道应具有过滤、清理的功能。
     3、地表水换热系统施工
     3.1  地表水换热系统施工前应具备地表水换热系统勘察资料、设计文件和施工图纸，并完成施工组织设计。
     3.2  地表水换热盘管管材及管件应符合设计要求，且具有质量检验报告和生产厂的合格证。换热盘管宜按照标准长度由厂家做成所需的预制件，且不应有扭曲。
     3.3  地表水换热盘管固定在水体底部时，换热盘管下应安装衬垫物。
     3.4  供、回水管进入地表水源处应设明显标志。
     3.5  地表水换热系统安装过程中应进行水压试验。水压试验应符合本规范第6.4.2条的规定。地表水换热系统安装前后应对管道进行冲洗。
     4、地表水换热系统检验与验收
     4.1  地表水换热系统安装过程中，应进行现场检验，并应提供检验报告，检验内容应符合下列规定:
     （1）  管材、管件等材料应具有产品合格证和性能检验报告；
     （2）  换热盘管的长度、布置方式及管沟设置应符合设计要求；
     （3）  水压试验应合格；
     （4）  各环路流量应平衡，且应满足设计要求；
     （5）  防冻剂和防腐剂的特性及浓度应符合设计要求；
     （6）  循环水流量及进出水温差应符合设计要求。
     4.2  水压试验应符合下列规定:
     1、闭式地表水换热系统水压试验应符合以下规定:
     1)  试验压力: 当工作压力小于等于1.OM Pa时，应为工作压力的1 5倍，且不应小于0.6MPa;当工作压力大于l.OMPa 时，应为工作压力加0.5MPa.
     2)  水压试验步骤:换热盘管组装完成后，应做第一次水压试验，在试验压力下，稳压至少15min,稳压后压力降不应大于3 % ，且无泄漏现象；换热盘管与环路集管装配完成后，应进行第二次水压试验，在试验压力下，稳压至少30 m in, 稳压后压力降不应大于3%,且无泄漏现象；环路集管与机房分集水器连接完成后，应进行第三次水压试验，在试验压力下，稳压至少12 h, 稳压后压力降不应大于3%。
    2、开式地表水换热系统水压试验应符合现行国家标准《通风与空调工程施工质量验收规范》GB 50243的相关规定。