1、地源熱泵系統工程技術規范2009年局部修訂2 術語2.0.25 土熱響應試驗 rock-soil thermal response test通過測試儀器，對項目所在場區的測試孔進行一定時間的連續加熱，獲得巖土綜合熱物性參數及巖土初始平均溫度的試驗。2.0.26 巖土綜合熱物性參數 parameter of the rock-soil thermal properties是指不含回填材料在內的，地埋管換熱器深度范圍內，巖土的綜合導熱系數、綜合比熱容。2.0.27 巖土初始平均溫度initial average temperature of the rock-soil從自然地表下10m20m至豎直

2、地埋管換熱器埋設深度范圍內，巖土常年恒定的平均溫度。2.0.28 測試孔vertical testing exchanger按照測試要求和擬采用的成孔方案，將用于巖土熱響應試驗的豎直地埋管換熱器稱為測試孔。3 工程勘察3.2 地埋管換熱系統勘察3.2.2A 當地埋管地源熱泵系統的應用建筑面積在3000 m25000 m2時，宜進行巖土熱響應試驗；當應用建筑面積大于等于5000 m2時，應進行熱響應試驗。3.2.2B 巖土熱響應試驗應符合附錄C的規定，測試儀器儀表應具有有效期內的檢驗合格證、校準證書或測試證書。4 地埋管換熱系統4.3 地埋管換熱系統設計4.3.5A 當地埋管地源熱泵系統的應用建

3、筑面積在5000m2以上，或實施了巖土熱響應試驗的項目，應利用巖土熱響應試驗結果進行地埋管換熱器的設計，且宜符合下列要求：1 夏季運行期間，地埋管換熱器出口最高溫度宜低于33；2 冬季運行期間，不添加防凍劑的地埋管換熱器進口最低溫度宜高于4。 地埋管換熱系統應根據地質特征確定回填料配方，回填料的導熱系數不宜低于鉆孔外或溝槽外巖土體的導熱系數。附錄B 豎直地埋管換熱器的設計計算 豎直地埋管換熱器鉆孔的長度計算宜符合下列要求；1制冷工況下，豎直地埋管換熱器鉆孔的長度可按下式計算： （B.0.2-1）FcTc1 / Tc2 （B.0.2-2）式中 Lc制冷工況下，豎直地埋管換熱器所需鉆孔的總長度（m

4、）；Qc水源熱泵機組的額定冷負荷（kW）； EER水源熱泵機組的制冷性能系數；tmax制冷工況下，地埋管換熱器中傳熱介質的設計平均溫度，通常取3336；t埋管區域巖土體的初始溫度（）；Fc制冷運行份額；Tc1一個制冷季中水源熱泵機組的運行小時數，當運行時間取一個月時，Tc1為最熱月份水源熱泵機組的運行小時數；Tc2一個制冷季中的小時數，當運行時間取一個月時，Tc2為最熱月份的小時數。2供熱工況下，豎直地埋管換熱器鉆孔的長度可按下式計算： （B.0.2-3）FhTh1 / Th2 （B.0.2-4）式中 Lh供熱工況下，豎直地埋管換熱器所需鉆孔的總長度（m）；Qh水源熱泵機組的額定熱負荷（kW）

5、；COP水源熱泵機組的供熱性能系數；tmin供熱工況下，地埋管換熱器中傳熱介質的設計平均溫度，通常取-26；Fh供熱運行份額；Th1一個供熱季中水源熱泵機組的運行小時數；當運行時間取一個月時，Th1為最冷月份水源熱泵機組的運行小時數；Th2一個供熱季中的小時數；當運行時間取一個月時，Th2為最冷月份的小時數。附錄C 巖土熱響應試驗C.1 一般規定C.1.1 在巖土熱響應試驗之前，應對測試地點進行實地的勘察，根據地質條件的復雜程度，確定測試孔的數量和測試方案。地埋管地源熱泵系統的應用建筑面積大于等于10000 m2時，測試孔的數量不應少于2個。對2個及以上測試孔的測試，其測試結果應取算術平均值。

6、C.1.2 在巖土熱響應試驗之前應通過鉆孔勘察，繪制項目場區鉆孔地質綜合柱狀圖。C.1.3 巖土熱響應試驗應包括下列內容：1 巖土初始平均溫度；2 地埋管換熱器的循環水進出口溫度、流量以及試驗過程中向地埋管換熱器施加的加熱功率。C.1.4 巖土熱響應試驗報告應包括下列內容：1項目概況；2測試方案；3參考標準；4測試過程中參數的連續記錄，應包括：循環水流量、加熱功率、地埋管換熱器的進出口水溫；5項目所在地巖土柱狀圖；6巖土熱物性參數；7測試條件下，鉆孔單位延米換熱量參考值。C.1.5 測試現場應提供穩定的電源，具備可靠的測試條件。C.1.6 在對測試設備進行外部連接時，應遵循先接水后接電的原則；

7、C.1.7 測試孔的施工應由具有相應資質的專業隊伍承擔。C.1.8 連接應減少彎頭、變徑，連接管外露部分應保溫，保溫層厚度不應小于10mm。C.1.9 巖土熱響應的測試過程應遵守國家和地方有關安全、勞動保護、防火、環境保護等方面的規定。C.2 測試儀表C.2.1 在輸入電壓穩定的情況下，加熱功率的測量誤差不應大于±1%。C.2.2 流量的測量誤差不應大于±1%。C.2.3 溫度的測量誤差不應大于±0.2。C.3 巖土熱響應試驗方法C.3.1 巖土熱響應試驗的測試過程，應遵循下列步驟：1 制作測試孔；2 平整測試孔周邊場地，提供水電接駁點；3 測試巖土初始溫度； 4

8、 測試儀器與測試孔的管道連接；5 水電等外部設備連接完畢后，應對測試設備本身以及外部設備的連接再次進行檢查；6 啟動電加熱、水泵等試驗設備，待設備運轉穩定后開始讀取記錄試驗數據；7 巖土熱響應試驗過程中，應做好對試驗設備的保護工作；8 提取試驗數據，分析計算得出巖土綜合熱物性參數；9 測試試驗完成后，對測試孔應做好防護工作。C.3.2 測試孔的深度應與實際的用孔相一致。C.3.3 巖土熱響應試驗應在測試孔完成并放置至少48h以后進行。C.3.4 巖土初始平均溫度的測試應采用布置溫度傳感器的方法。測點的布置宜在地埋管換熱器埋設深度范圍內，且間隔不宜大于10米；以各測點實測溫度的算術平均值做為巖土

9、初始平均溫度。C.3.5 巖土熱響應試驗測試過程應符合下列要求：1 巖土熱響應試驗應連續不間斷，持續時間不宜少于48h；2 試驗期間，加熱功率應保持恒定；3 地埋管換熱器的出口溫度穩定后，其溫度宜高于巖土初始平均溫度5以上且維持時間不應少于12h。C.3.6 地埋管換熱器內流速不應低于0.2m/s。C.3.7 試驗數據讀取和記錄的時間間隔不應大于10分鐘。引用標準名錄1. 水源熱泵機組GB/T194092. 室外給水設計規范GB500133. 建筑給水排水設計規范GB500154. 采暖通風與空氣調節設計規范GB500195. 通風與空調工程施工質量驗收規范GB502436. 給水排水管道工程

10、施工及驗收規范GB502687. 制冷設備、空氣分離設備安裝工程施工及驗收規范GB502748. 供水管井技術規范GB502969. 供水水文地質鉆探與鑿井操作規程CJJ1310. 埋地聚乙烯給水管道工程技術規程CJJ101條文說明2 術語 對于工程設計而言，最為關心的是地埋管換熱系統的換熱能力，這主要反映在地埋管換熱器深度范圍內的綜合巖土導熱系數和綜合比熱容兩個參數上。由于地質結構的復雜性和差異性，因此通過現場試驗得到的巖土熱物性參數，是一個反映了地下水流等因素影響的綜合值。 一般來說，從地表以下10m20m深度范圍內，巖土受外部環境影響，其溫度會隨季節發生變化；而在此深度以下至豎直地埋管換

11、熱器埋設深度范圍內，巖土自身的溫度受外界環境影響較小，常年恒定。3 工程勘察3.2 地埋管換熱系統勘察采用水平地埋管換熱器時，地埋管換熱系統勘察采用槽探、坑探或矸探進行。槽探是為了了解構造線和破碎帶寬度、地層和巖性界限及其延伸方向等在地表挖掘探槽的工程勘察技術。探槽應根據場地形狀確定，探槽的深度一般超過埋管深度1m。采用豎直地埋管換熱器時，地埋管換熱系統勘察采用鉆探進行。鉆探方案應根據場地大小確定，勘探孔深度應比鉆孔至少深5m。巖土體熱物性指巖土體的熱物性參數，包括巖土體導熱系數、密度及比熱等。若埋管區域已具有權威部門認可的熱物性參數，可直接采用已有數據，否則應進行巖土體導熱系數、密度及比熱等

12、熱物性測定。測定方法可采用實驗室法或現場測定法。1 實驗室法：對勘探孔不同深度的巖土體樣品進行測定，并以其深度加權平均，計算該勘探孔的巖土體熱物性參數；對探槽不同水平長度的巖土體樣品進行測定，并以其長度加權平均，計算該探槽的巖土體熱物性參數。2 現場測試法：即巖土熱響應試驗，巖土熱響應試驗詳見本規范附錄C。3.2.2A 應用建筑面積是指在同一個工程中，應用地埋管地源熱泵系統的各個單體建筑面積的總和。根據近幾年對我國應用地埋管地源熱泵系統情況的調查，大中型地埋管地源熱泵系統的應用建筑面積多在5000 m2以上，5000 m2以下多為小型單體建筑；根據國外對商用和公用建筑應用地埋管地源熱泵系統的技

13、術要求，應用建筑面積小于3000m2時至少設置一個測試孔進行巖土熱響應試驗。考慮我國目前地埋管地源熱泵系統應用特點，結合國外已有的經驗，為了保證大中型地埋管地源熱熱泵系統的安全運行和節能效果，做此規定。B 測試儀器所配置的計量儀表，如流量計、溫度傳感器等，滿足測試精度與要求。4 地埋管換熱系統4.3 地埋管換熱系統設計4.3.5A 利用巖土熱響應試驗進行地埋管換熱器的設計，是將巖土綜合熱物性參數、巖土初始平均溫度和空調冷熱負荷輸入專業軟件，在夏季工況和冬季工況運行條件下進行動態耦合計算，通過控制地埋管換熱器夏季運行期間出口最高溫度和冬季運行期間進口最低溫度，進行地埋管換熱器的設計。條文中對冬夏

14、運行期間地埋管換熱器進出口溫度的規定，是出于對地源熱泵系統節能性的考慮，同時保證熱泵機組的安全運行。在夏季，如果地埋管換熱器出口溫度高于33，地源熱泵系統的運行工況與常規的冷卻塔相當，無法充分體現地源熱泵系統的節能性；在冬季，制定地埋管換熱器出口溫度限值， 是為了防止溫度過低，機組結冰，系統能效比降低。為了便于設計人員采用，本條文分別規定了冬夏期間地埋管換熱器進出口溫度的限值，通常地埋管地源熱泵系統設計時進出口溫度限值的的確定，還應考慮對全年運行能效的影響：在對有利于提高冬夏全年運行能效和節能量的條件下，夏季運行期間地埋管換熱器出口溫度和冬季運行地埋管換熱器進口溫度可做適當調整。 傳熱介質不同

15、，其摩擦阻力也不同，水力計算應按選用的傳熱介質的水力特性進行計算。國內已有塑料管比摩阻均是針對水而言，對添加防凍劑的水溶液，目前尚無相應數據，為此，地埋管壓力損失可參照以下方法進行計算。該方法引自地源熱泵工程技術指南（Ground-source heat pump engineering manual）。1 確定管內流體的流量，公稱直徑和流體特性。2 根據公稱直徑，確定地埋管的內徑。3 計算地埋管的斷面面積： （1）式中 A地埋管的斷面面積（m2）；dj地埋管的內徑（m）。4 計算管內流體的流速： （2）式中 V管內流體的流速（m/s）；G管內流體的流量（m3/h）。5 計算管內流體的雷諾數R

16、e，Re應該大于2300以確保紊流： （3）式中 Re管內流體的雷諾數；管內流體的密度（kg/m3）；管內流體的動力粘度（N·s/m2）。6 計算管段的沿程阻力Py ： （4） （5）式中 Py計算管段的沿程阻力（Pa）；Pd計算管段單位管長的沿程阻力（Pa/m）；L計算管段的長度（m）。7 計算管段的局部阻力Pj： （6）式中 Pj計算管段的局部阻力（Pa）；Lj計算管段管件的當量長度（m）。管件的當量長度可按表1計算。表1 管件當量長度表名義管徑彎頭的當量長度（m）T形三通的當量長度（m）90°標準型90°長半徑型45°標準型180°標準型

17、旁流三通直流三通直流三通后縮小1/4直流三通后縮小1/23/8"DN100.40.30.20.70.80.30.40.41/2"DN120.50.30.20.80.90.30.40.53/4"DN200.60.40.31.01.20.40.60.61"DN250.80.50.41.31.50.50.70.85/4"DN321.00.70.51.72.10.70.91.03/2"DN401.20.80.61.92.40.81.11.22"DN501.51.00.82.53.11.01.41.55/2"DN631.81

18、.31.03.13.71.31.71.83"DN752.31.51.23.74.61.52.12.37/2"DN902.71.81.44.65.51.82.42.74"DN1103.12.01.65.26.42.02.73.15"DN1254.02.52.06.47.62.53.74.06"DN1604.93.12.47.69.23.14.34.98"DN2006.14.03.110.112.24.05.56.18 計算管段的總阻力 Pz： （7）式中 Pz計算管段的總阻力（Pa）。4.4 地埋管換熱系統施工 灌漿回填料一般為膨潤土和

19、細沙（或水泥）的混合漿或其它專用灌漿材料。膨潤土的比例宜占46。鉆孔時取出的泥沙漿凝固后如收縮很小時，也可用作灌漿材料。如果地埋管換熱器設在非常密實或堅硬的巖土體或巖石情況下，宜采用水泥基料灌漿，以防止孔隙水因凍結膨脹損壞膨潤土灌漿材料而導致管道被擠壓節流。對地下水流豐富的地區，為保持地下水的流動性，增強對流還熱效果，不宜采用水泥基料灌漿。附錄B 豎直地埋管換熱器的設計計算 地埋管換熱器中傳熱介質的設計平均溫度的選取，應符合本規范第4.3.5A條的規定。附錄C 巖土熱響應試驗C.1 一般規定 工程場地狀況及淺層地熱能資源條件是能否應用地源熱泵系統的前提。地源熱泵系統方案設計之前，應根據實地勘查

20、情況，選擇測試孔的位置及測試孔的數量，確定鉆孔、成孔工藝及測試方案。如果在打孔區域內，由于設計需要，存在有成孔方案或成孔工藝不同，應各選出一孔做為測試孔分別進行測試；此外，對于地埋管換熱器埋設面積較大，或地埋管換熱器埋設區域較為分散，或場區地質條件差異性大的情況，應根據設計和施工的要求劃分區域，分別設置測試孔，相應增加測試孔的數量，進行巖土熱物性參數的測試。C.1.2 通過對巖土層分布、各層巖土土質以及地下水情況的掌握，為熱泵系統的設計方案遴選提供依據。鉆孔地質綜合柱狀圖是指通過現場鉆孔勘察，并綜合場區已知水文地質條件，繪制鉆孔揭露的巖土柱狀分布圖，獲取地下巖土不同深度的巖性結構。 作為地源熱

21、泵系統設計的指導性文件，報告內容應明晰準確。參考標準是指在巖土熱響應試驗的進行過程中（含測試孔的施工），所遵循的國家或地方相關標準。由于鉆孔單位延米換熱量是在特定測試工況下得到的數據，受工況條件影響很大，不能直接用于地埋管地源熱泵系統的設計。因此該數值僅可用于設計參考。報告中應明確指出，由于地質結構的復雜性和差異性，測試結果只能代表項目所在地巖土熱物性參數，只有在相同巖土條件下，才能類比作為參考值使用，而不能片面的認為測試所得結果即為該區域或該地區的巖土熱物性參數。 測試現場應提供滿足測試儀器所需的、穩定的電源。對于輸入電壓受外界影響有波動的，電壓波動的偏差不應超過5；測試現場應為測試儀器提供

22、有效的防雨、防雷電等安全防護措施。 先連接水管和地埋管換熱器等外部非用電的設備，在檢查完外部設備連接無誤后，最后再將動力電連接到測試儀器上，以保證施工人員和現場的安全。C.2 測試儀表C.2.3 對測試儀器儀表的選擇，在選擇高精度等級的元器件同時，應選擇抗干擾能力強，在長時間連續測量情況下仍能保證測量精度的元器件。C.3 巖土熱響應試驗方法 測試儀器的擺放應盡可能的靠近測試孔，擺放地點應平整，便于有關人員進行操作，同時減少水平連接管段的長度以及連接過程中的彎頭、變徑，減少傳熱損失。在測試現場，應搭設防護措施，防止測試設備受日曬雨淋的影響，造成測試元件的損壞，影響測試結果。 測試孔的深度相比實際

23、的用孔過大或過小都不足以反映真實的巖土熱物性參數；如果測試孔與實際的用孔相差過大，應當按照實際用孔的要求，制作測試孔；或將制成的實際用孔做為測試孔進行測試。 通過近年來對多個巖土熱響應試驗的總結，由于地質條件的差異性以及測試孔的成孔工藝、深度不一，測試孔恢復至巖土初始溫度時所需時間也不一致，通常在48h后測試埋管的狀態基本穩定；但對于采用水泥基料作為回填材料的，由于水泥在失水的過程中會出現緩慢的放熱，因此對于使用水泥基料做回填材料的測試孔，測試孔應放置足夠的時間（宜為十天以上），以保證測試孔內巖土溫度恢復至與周圍巖土初始平均溫度一致；此外，測試孔成孔完畢后，要求將測試孔放置48h以上，也是為了

24、使回填料在鉆孔內充分的沉淀密實。 隨著巖土深度以及巖土性質的不同，各個深度的巖土初始溫度也會有所不同。待鉆孔結束，鉆孔內巖土溫度恢復至巖土初始溫度后，可采用在鉆孔內不同深度分別埋設溫度傳感器（如鉑電阻溫度探頭）或向測試孔內注滿水的PE管中，插入溫度傳感器的方法獲得巖土初始的溫度分布。 巖土熱響應試驗是一個對巖土緩慢加熱直至達到傳熱平衡的測試過程，因此需要有足夠的時間來保證這一過程的充分進行。在試驗過程中，如果要改變加熱功率，則需要停止試驗，待測試孔內溫度恢復至與巖土的初始平均溫度一致時，才能再進行巖土熱響應試驗。對于采用加熱功率的測試，加熱功率大小的設定，應使換熱流體與巖土保持有一定的溫差，在

25、地埋管換熱器的出口溫度穩定后，其溫度宜高于巖土初始平均溫度5以上。如果不能保持一定的溫差，試驗過程就會變得緩慢，影響試驗效果，不利于計算導出巖土熱物性參數。地埋管換熱器出口溫度穩定，是指在不少于12h的時間內，其溫度的波動小于1。 為有效測定項目所在地巖土熱物性參數，應在測試開始前，對流量進行合理化設置：地埋管換熱器內流速應能保證流體始終處于紊流狀態，流速的大小可視管徑、測試現場情況進行設定，但不應低于0.2 m/s。 巖土熱物性參數作為一種熱物理性質，無論對其進行放熱或是取熱試驗，其數據處理過程基本相同。因此本規范中只要求采用向巖土施加一定加熱功率的方式，來進行熱響應試驗。現有的主要計算方法

26、，是利用反算法推導出巖土熱物性參數。其方法是：從計算機中取出試驗測試結果，將其與軟件模擬的結果進行對比，使得方差和取得最小值時，通過傳熱模型調整后的熱物性參數即是所求結果。其中，為第時刻由模型計算出的埋管內流體的平均溫度；為第時刻實際測量的埋管中流體的平均溫度；為試驗測量的數據的組數。也可將試驗數據直接輸入專業的地源熱泵巖土熱物性測試軟件，通過計算分析得到當地巖土的熱物性參數。以下給出一種適用于單U形豎直地埋管換熱器的分析方法，以供參考。地埋管換熱器與周圍巖土的換熱可分為鉆孔內傳熱過程和鉆孔外傳熱過程。相比鉆孔外，鉆孔內的幾何尺寸和熱容量均很小，可以很快達到一個溫度變化相對比較平穩的階段，因此埋管與鉆孔內的換熱過程可近似為穩態換熱過程。埋管中循環介質溫度沿流程不斷變化，循環介質平均溫度可認為是埋管出入口溫度的平均值。鉆孔外可視為無限大空間，地下巖土的初始溫度均勻，其傳熱過程可認為是線熱源或柱熱源在無限大介質中的非穩態傳熱過程。在定加熱功率的條件下：1. 鉆孔內傳熱過程及熱阻鉆孔內兩根埋管單位長度的熱流密度分別為q1和q2，根據線性疊加原理有：(1)式中Tf1,