重庆市_地埋管地源热泵系统技术规程_解读

'准解读OnTechnicalRegulationsofGroundSourceHeatPumpwithBuriedPipe卢军1，曾利悦1，王勇1，陈金华1，彭清元2（1重庆大学城市建设与环境工程学院重庆400045；2重庆市地勘局南江水文地质工程地质队，重庆401147）摘要：介绍了重庆市《地埋管地源热泵系统技术规程》的编制背景、特点并对重点条文进行了解读。《规程》在国家标准的基础上，结合重庆市气候、岩土条件特点及近年来的工程实践，对地埋管地源热泵系统工程的勘察、设计、施工及验收进行了完善，以提高重庆地埋管地源热泵系统的设计水平，实现节能减排的战略目标。关键词：地埋管；地源热泵；暖通空调；热响应试验中图分类号：TU831.6文献标识码：A文章编号：1671-9107（2014）06-0026-04Abstract:Thecompilationbackground,featuresandkeycontentsofTechnicalRegulationsofGroundSourceHeatPumpwithBuriedPipeinChongqingareexpounded.TheRegulation,basedonnationalstandardandcombinedwithlocalclimate,rockandsoilconditionandpracticalprojectsinrecentyears,optimizestheexploration,design,constructionandacceptanceofgroundsourceheatpumpwithburiedpipesystem.Thus,thedesignlevelofthesystemisraisedandthegoalofenergysavingandemissionreductionisrealized.Keywords:buriedpipe；groundsourceheatpump；HVAC；thermalresponsetest灰岩等沉积岩），基岩的导热率比北京、上海高15%～20%[2]，地编制背景1下100m内岩土平均未受热干扰温度一般为20℃左右，土壤源热泵机组的实际运行效率一般能达到4.0以上，庆地区利用浅层地温的优势条件。这些都成为重1.1重庆市地埋管地源热泵应用现状地埋管地源热泵系统是以地表浅层岩土体为低温热源，由水源热泵机组、地埋管换热系统及建筑物内系统组成的供热、重庆市属于典型的夏热冬冷地区，夏季冷负荷较大，冷热负荷不均将导致地温随系统运行逐年上升，进而降低系统能效比。辅助冷源配合地埋管地源热泵系统组成的复合式地源热泵系统因其初投资低的优势和有利于地温恢复的特点，成为符合重庆市气候特征的有利系统形式，各高校针对复合式地源热泵系统也开展了大量研究。1.3编制目的《地源热泵系统工程技术规范》GB50366面向全国广大地区，需兼顾不同气候及岩土条件，偏重原则性，且适用于地埋管、地下水及地表水源热泵。通过大量工程实践发现，一方面，适合重庆市的系统形式、设计参数及施工方法值得推广和引导；另一方面，地埋管地源热泵系统的勘察、设计、施工及验收整个流程中，国标中未涵盖的一些具体问题也会对整个系统的良好运行造成影响，而设计人员可能未引起足够重视。针对以上两个问题，重庆大学和重庆市设计院根据重庆市城乡建设委员会《关于下达2009年建设科技计划项目的通知》，会同有关单位共同编制了重庆市《地埋管地源热泵系统设计规程》（下简称《规程》），以完善重庆地区地埋管地源热泵系统设计方法，推动地埋管地源热泵系统在重庆市的高效利用，达到节能减排的目的。空调或生活热水供应系统。自《地源热泵系统工程技术规范》GB50366实施以来，重庆市地埋管地源热泵项目快速发展，积累了大量的工程实践经验，开展了许多土壤源热泵示范项目，如：南江水文地质工程地质队集资楼、永川区会议服务中心及司法综合办公大楼、后勤工程学院绿色建筑示范楼、潼南县人民医院、重庆大学农学院及生命科学研究院、重庆市会议展览馆二期项目，部分项目已通过验收。《规范》对地埋管地源热泵系统的设计、施工起到了很好的指导作用。重庆市建筑节能“十二五”专项规划指出：2011年至2012年期间，可再生能源建筑规模化应用面积达180万m2，其中地源热泵系统建筑应用面积达到30万m2；2013年至2015年期间，可再生能源建筑规模化应用面积达270万m2，其中地源热泵系统建筑应用面积达到50万m2[1]。由此可见目前地埋管地源热泵系统正处于快速发展期，总结已有的实践经验，形成完善的地埋管地源热泵技术体系将对未来重庆市地源热泵发展提供坚实的技术支持。1.2重庆市气候及岩土特点重庆市地域广阔，地质条件以砂岩、泥岩为主，地质大部分以导热率为2.5W/(m·k)以上的基岩为主（基岩包括砂岩、泥岩、要点解读收稿日期：2014-05-09作者简介：卢军（1966-），男，四川渠县人，博士，教授，主要从事建筑节能研究工作。226ChongqingArchitecture2014.NO.6 重庆市《地埋管地源热泵系统技术规程》解读绿《规程》共9章，包括：总则、术语、工程勘察、地埋管换热系统设计、冷热源及室内系统设计、系统计量与监控、施工安装、系统调试与验收和附录，适用于重庆市内新建、改建和扩建的以岩土体为低温热源，以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质，采用蒸气压缩热泵技术进行供暖、空调及生活热水供应的地埋管地源热泵系统工程的勘察、设计、施工及验收。色建筑标准解读《规程》结合重庆市气候、地质条件，细化了地埋管换热系统设计，强化了复合式地源热泵相关内容，增加冷热源设计及计量监控内容，增强了《规程》在重庆市应用的实用性和可操作性，下面将结合以上特点对重点条文进行解读。2.1强调工程勘察工程勘察作为地源热泵系统设计的基础，决定了系统设计的科学合理性。《地源热泵系统工程技术规范》特别强调了岩土热响应试验的内容，对是否需要实施岩土热响应试验提出了明确的界限，并推荐了岩土热响应测试的放热试验方法[3]。《规程》沿用了国标中岩土热响应测试的方法，与国标实施热响应试验所规定的条件基本一致，并提供了热响应试验报告样例，在条文说明中还附上了根据重庆地热勘察部门资料整理的重庆地区主要岩土的热物性参数。《规程》第3章工程勘察部分有两条强条，分别是：3.1.1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，并应对工程场区内岩土体地质条件进行工程勘察。3.3.2当地埋管地源热泵系统的应用建筑面积A≥5000m2时，应进行岩土热响应试验；应用建筑面积大于10000m2时，应至少进行两个测试孔的热响应实验。勘察测试孔应位于埋管范围内，两个或两个以上测试孔，应选取在岩层特征不同的位置。其中，3.3.2条规定了应用建筑面积大于10000m2时，应至少进行两个测试孔的测试以及测试孔的位置。因为从目前工程实践看，一些大型项目面积较大，相应的能耗也较大，其节能运行更应得到保证。这是考虑到重庆市的地质特征及地埋管地源热泵系统的应用特点。结合国外已有的经验，为了保证大型地埋管地源热泵系统的安全运行和节能效果，作此规定。另外，重庆多数地区为基岩山区，岩层蕴藏着较丰富的构造裂隙水，地下水补给区与排泄区的相对位置与高差决定着地下水径流的方向与径流速度；含水层的补给条件与排泄条件愈好、透水性愈强，则径流条件愈好。地下水赋存状况对地下温度场的变化有较大影响，应查明埋管区域内地下水赋存状况。近年来，重庆市针对热响应试验及计算方法开展了不少研究[4-5]，有的还开发了相应的软件[6]。为了推广最新科研成果，提高我市地埋管地源热泵设计水平，《规程》推荐了采用软件进行图1岩土热响应测试计算软件界面细化地埋管换热系统设计流程2.2地埋管换热器的设计是地埋管地源热泵系统设计的核心内容。地埋管换热器的设计应按场地规划、埋管换热负荷、埋管形式、地埋管长度设计和水力平衡及承压能力计算步骤进行。结合重庆市气候及岩土条件，《规程》从以下方面提出了相应的建议：（1）推荐换热器形式《规程》第4.3.3条，对地质条件为岩石的埋管区域，推荐竖直埋管换热器形式；第4.3.24条，对于建筑密度低的单层、多层建筑，经技术经济比较分析后，可以采用水平埋管、桩基埋管和换热桩技术；第4.3.14条，结构桩基埋深大于8m的建筑物优先采用桩基埋管和换热桩技术。桩基埋管和换热桩技术是一种符合重庆市岩土特点的形式。因为重庆市为山地城市，建筑用地内多存在回填区，回填区内结构桩基埋深常常在8～30m。地埋管可以和桩基相结合，减少地埋管系统钻孔成本，所以宜优先采用桩基埋管。该项技术在欧洲地区、我国的贵州、上海、武汉均得到成功应用。另外，第4.3.10条根据重庆市单U和双U管的工程测试和技术经济分析，双U管的单位价值换热量要高于单U，推荐优先选用双U换热器。第4.3.15条综合传热效率、管材承压、钻孔难度等因素，规定：竖直地埋管换热器埋管深度应大于恒温层深度，埋管深度宜取50～150m，单U形埋管钻孔孔径不宜小于110mm；双U形埋管钻孔孔径不宜小于130mm。相关研究，具有一定的引导性。（2）优化设计计算参数以上条款结合了近年来岩土热响应测试计算的方法，可实现岩土热响应试验数据导考虑到重庆市冷负荷较大，冷热负荷不平衡的情况下地温恢复能力较弱，随着系统运行地温将逐年上升，进而影响地埋入、岩土热物性参数计算、钻孔热阻计算及地埋管每延米换热量计算等（图1）。重庆建筑2014.N0.6第13卷总第128期27 绿色建筑标准解读管换热器的换热性能，降低地埋管换热系统的运行效率。因此第4.3.4条在国标的基础上，规定地埋管换热系统设计全年动态负荷计算最小计算周期不应少于1年，并提出宜按10～50年为周期计算。4.3.7条规定制冷运行期间，地埋管换热器出口最高温度宜低于30℃；供暖运行期间，不添加防冻剂的地埋管换热器进口最低温度宜高于4℃。此规定是出于对地埋管地源热泵系统节能性的考虑，同时保证热泵机组的安全运行。夏季，如果重庆地区地埋管换热器出口温度高于30℃，地埋管地源热泵系统无法充分体现其节能性；在冬季，制定地埋管换热器出口温度限值，是为了防止温度过低，机组结冰，系统能效比降低。（3）输配系统推荐分区设计地埋管输配系统的水力特性也对地源热泵系统性能有着较大影响，《规程》为此增加了相关条款，旨在强化设计人员的相关意识，如：4.3.12条规定地埋管换热系统宜进行分区设计，保证地埋管运行的间歇性和地温的恢复；图2复合式地源热泵系统模拟界面独立控制并单独运行，在部分负荷下具备地埋管换热器与辅助散热/加热装置灵活转换运行的能力。另外，对于复合式地源热泵系统，也可用软件进行系统设计模拟：通过导入全年动态负荷，利用地源热泵传热模型，计算地源侧换热量、地埋管总换热量、地埋管延米换热量、地埋管进出口水温、系统能效、地源侧总流量、单孔总流量等参数，水平地埋管换热器宜进行分组连接，每组换热器管总长不宜大于5000m；竖直地埋管每组孔数不超过30个。各组换热以确定地埋管设计管长、有无辅助冷源条件下地源热泵系统器形成的地埋管环路两端应分别与供、回水环路集管连接，应采取同程式布置，并应在各环路的总接口处设置检查井，井内设置相应的阀门。2.3强化复合式地源热泵相关条款重庆市地处夏热冬冷区，冷负荷较大，冷热负荷不平衡较明显。复合式地源热泵既能保证用户冷热负荷，又能有效保证性能特性、以及不同控制策略下的地埋管分区运行性能特性等，方便工程设计。2.4增加冷热源设计及计量监控内容此部分对应《规程》第5章：冷热源及室内系统设计和第6章：系统计量与监控，均是对国标的详细补充。冷热源设计及系统计量监控的合理性对系统的良好运行地下岩土体温度全年平衡，是一种有优势的系统方式。辅助冷有着重大影响，不合理的计量监控可能引起系统能效达不到要求，甚至带来安全隐患，而这些都是设计人员可能未引起足够重视的地方。第5章对冷热源设备性能要求及系统设计做出了相关规定，包括机组参数及功能要求等。为了指导实际设计操作，还涉及了多种常用空调系统冷热源设计的条款，如：生活热水供应的水源热泵热水机，温湿度独立控制系统的主机，辅助热源或热汇等，具有一定的实用性。热源可采用冷却塔、冷水机组或锅炉等方式。《规程》针对复合式地源热泵系统，在冷热源选型、系统控制等方面提供了指导：当冬夏季吸放热不平衡时，宜采用辅助热源或热汇与地埋管换热器并用的复合式地源热泵系统，并保证地下岩土体温度在全年使用周期内得到有效恢复。热汇采用冷却塔时宜采用闭式冷却塔，如采用开式冷却塔应加中间换热器。对于建筑密度低的单层、多层建筑，宜取冷/热负荷中的高值作为热泵机组的选型依据，可不考虑其他辅助冷热源。对于集中监控系统便于工况转换和运行调节，可以减少运行维护工作量，提高管理水平；有利于系统合理利用能量，实现大中型建筑，宜取冷/热负荷中的低值作为热泵机组的选型依节能运行；可以有效防止事故，保证设备和系统运行安全可据。如热负荷大于冷负荷，冬季采用地埋管地源热泵加辅助热源联合供热；如冷负荷大于热负荷，夏季采用地埋管地源热泵加常规制冷方式联合供冷。6.4.2条对复合式地埋管地源热泵系统的控制提出了要求：复合式地埋管地源热泵系统的辅助散热/加热装置应能够靠。第6章对室外温湿度监控、地下换热器循环水温度、压力和流量监控、温度监测井布置、换热器温度传感器、机组及循环水泵功率计量等内容做出了规定。2.5详化施工安装操作ChongqingArchitecture2014.NO.628 重庆市《地埋管地源热泵系统技术规程》解读绿施工质量是保证地埋管地源热泵系统运行的前提。本部分对管材、管件质量、管道连接；钻孔、下管、回填过程及冷热源系统安装做了较为详细的规定。本部分有一条强条：7.3.5灌浆应密实，无空腔。此规定是为了确保不降低地埋管传热效果，影响工程质量。此外，结合重庆市地质特征，重庆属于基层山区，岩石裂点。色建筑标准解读增加了地埋管地源热泵系统冷热源设计及计量监控（4）内容。（5）结合重庆市地质特征详化了施工安装操作。本规程结合了近年来重庆市地源热泵工程实践和相关研究，在国标《地源热泵系统工程技术规范》GB50366的基础上，隙较为发育，提出钻孔时跳孔施工，以防止冲洗液或空气串考虑重庆市气候及岩土特征，完善了重庆地区地埋管地源热孔，影响相邻钻孔。另外，7.3.5条规定，为保持地下水的流动泵系统设计体系，旨在指导重庆市地埋管地源热泵系统设计性，增强对流换热效果，不宜采用水泥基料灌浆。与施工，提高重庆市地埋管地源热泵技术水平。参考文献：[1]重庆市建筑节能“十二五”专项规划.重庆市城乡建设结语3委员会，2011，03.[2]张甫仁，彭清元，朱方圆，张华民，杨新杰，陶嘉祥.重庆主城区浅层地温能资源量评价研究[J].中国地质，2013，03:974-980.[3]朱清宇，徐伟，沈亮.《地源热泵系统工程技术规范》修订要点解读[J].暖通空调，2010，40(7):40-43.[4]卢军，黄光勤，徐永军.定热流热响应实验确定岩土热物性方法[J].土木建筑与环境工程，2012，02:98-104.[5]廖了，黄光勤，陈余量.岩土热物性参数的估算方法比选[J].煤气与热力，2013，10:1-3+7.本规程是在重庆市可再生能源项目迅速发展的背景下编制，结合了重庆市气候及岩土特点，为地埋管地源热泵系统勘察、设计、施工及验收整个流程提供指导。其主要特点是：针对重庆市气候特征加强了复合式地源热泵的相关（1）条款，更利于地源热泵系统在重庆市的推广应用。强调了工程勘察并对岩土热响应测试条件及内容做（2）出了规定。（3）在地埋管换热系统设计流程中，地埋管换热器形式及系统设计计算的相关条款充分结合了重庆市气候及岩土特责任编辑：孙苏，李红（上接第25页）重庆市开展绿色建材评价应注意的问题366.[3]CarolineGauthier.MeasuringCorporateSocialandEnvi-ronmentalPerformance:TheExtendedLife-CycleAssessment[J].JournalofBusinessEthics，2005（59）:200-206.[4]霍李江.生命周期评价（LCA）综述[J].中国包装，2003（1）：44.[5]赵平，同继锋，马眷荣.我国绿色建材产品的评价指标体系和评价方法[J]建筑科学，2007，23（4）.[6]王立久，李礼，马震宇.新型乡村经济建材认证的产品评价体系[J].混凝土，2010（4）.[7]汪培明.浅述国内新型建筑材料发展现状[J].国外建材科技，2004，25（4）.随着科学技术快速发展，建设领域新材料、新技术和新产品不断推陈出新，这给绿色建材评价工作提出了更高要求，需要绿色建材评价指标体系及评价方法既要与建筑材料生产发展水平相适应，又不能局限于现状，保护落后，阻碍技术进步。因此，重庆市绿色建材评价指标体系及评价方法应具有动态性，并根据发展需要适时进行修订完善。参考文献：[1]白尚平.国内外绿色建材发展综述[J].科学情报开发与经济.2007（35）:56-57.[2]祝频.论绿色建材及其评价标准[J].广东建材，2004（8）:责任编辑：孙苏，李红重庆建筑2014.N0.6第13卷总第128期29'