地源热泵系统工程勘察规范简介

《地源热泵系统工程勘察规范》编制简介徐前建设综合勘察研究设计院•一、编制的背景和必要性•二、主要内容•一、编制的背景•地源热泵系统的特点，需要专项的勘察规范；•作为开采评价浅层地热能的勘察不适合工程的需要；•当前的勘察工作针对性不强，市场管理思路不清，相对于其它勘察工作，因为缺少相应规范，审图不易进行；•关于岩土体的传热特性，工程使用期间影响温度长期变化的因素及温度变化预测等，还有许多需要研究的问题。而岩土工程师和暖通工程师的沟通不够，我们希望通过勘察规范促进对这些问题的合作研究；•需要专门的工程勘察规范指导有关地源热泵系统建设的勘察工作；•二、主要内容•1总则•2术语及符号•3地源热泵系统工程勘察一般要求•4勘探、取样及试验•5现场试验•6地下水•7地表水•8地源热泵系统的监测•9地源热泵系统工程勘察成果报告•1总则•目的、适用范围、一般要求。本规范的定位•和现有规范的关系：《岩土工程勘察规范》、《地源热泵系统工程技术规范》，其它规范•2术语与符号•浅层地热能•《地源热泵系统工程技术规范》3.1.1条规定“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”。•在其后续的规定中，没有和“资源”相关的内容或规定，实际上都是和地质环境有关的内容。•在地矿部门的有关资料中，都强调了浅层地热能的“典型资源属性”。•我们认为就工程层面上来说，地源热泵系统不应被看做“开采”地热资源，而是在利用“工程环境”。所以本规范中将不使用“浅层地热能”或类似的词语。•3地源热泵系统工程勘察的一般要求•1基本规定•1）地源热泵系统工程勘察宜分阶段进行。•拟分为可行性研究阶段和施工图阶段两个阶段。•2）地源热泵系统工程勘察应划分不同的勘察等级。•勘察等级划分可根据工程重要性、规模和特征及岩土介质复杂程度将地源热泵系统工程勘察划分为甲、乙、丙三个等级。•2地源热泵系统工程勘察的技术要求•1）可行性研究阶段勘察的技术要求•2）施工图阶段勘察的技术要求•3）不同类型换热系统在可行性勘察及施工图阶段的勘察技术要求•①地埋管换热系统勘察技术要求；•②地下水换热系统勘察技术要求；•③地表水换热系统勘察技术要求。•3勘察工作量布置•1）勘探工作量布置原则•①勘探点数量及平面布置•（与勘察等级相关）•②勘探点深度及现场试验、测试内容•（与地层结构及换热类型有关系）•2）勘探取样、现场试验测试方法及要求•4勘探、取样•4.1一般规定•1明确勘探的目的，钻探、槽探、静力触探、动力触探及地球物理勘探均作为勘察手段的一种。•地源热泵工程的勘探，应该有成孔方法的描述（最好多于一种），空壁稳定性的指标，指导以后成孔施工。•2实施勘探工作时，应考虑对环境的影响。例如在天然地基底板下，进行地埋管勘察时，应评价成孔工艺对地基土的影响。•3.、静力触探、动力触探作为勘探方法时，只能用于确定覆盖层的厚度，并且应有同孔的钻探资料作为类比。•钻探、槽探（水平埋管时的）、取样•如何布置工作量，什么手段是合适的•对于勘察孔深度的规定•4.2钻探•1钻探的施工应满足现行国家规范要求，同时要满足地源热泵工程勘察的需要，例如：确定勘探孔的深度及孔径等。•2对于各类钻探方法，进行适宜性评估。•3制定钻探操作的特殊细则，以满足地源热泵系统的需要。如：在天然地基或复合地基土中的勘察孔或测试孔，在没有套管护壁的情况下，不能使用风动设备成孔。根据地层分布情况和地下赋存状态，确定钻探孔的回填材料及操作细则。•对野外记录应该有专门的规定，突出地源热泵勘探的需要。例如：钻孔过程中或完成后，应有孔壁稳定性况的描述；对于无芯钻探，应界定其使用条件，确定出描述细则；对于岩石，除了描述其完整程度外，尚应重点描述其含水情况，为以后进一步确定地下水状态提供依据。•4.3槽探•1槽探的主要目的是在不需要了解深部地层的情况，可以比较直观地揭示上部地层。槽探的深度不应低于水平管的埋设深度。•2槽探工作量大饿布置。•4.4岩土试样的采取•1岩土试样应根据扰动不同，进行分级。分级原则上遵循国家现行规范，但在试验内容上有所区别，突出表现在比热、导热系数这两个指标上。•2根据不同的试验目的和试样等级，应明确采取试样的工具及方法。•3对不同质量等级的试样，在保管和运输是否作出特别细则。•4确实岩石试样采取的方法细则，对岩石试样的几何尺寸应有明确的参数。对破碎岩石，尚应有特别的采取方法。•4.5地球物理勘探•1地球物理勘探是一种间接的勘探方法，它不能单独应用于地源热泵的勘察，应该是一种极具针对性的勘察手段，主要用于查明地下水的分布情况或间接判明岩体的破碎带。•2规范中可能只需要规定该种方法的适用条件及验证方法，不需要另行规定操作细则和判识标准。•5室内试验和现场测试•5.1.1土壤鉴别法•5.1.1.1室内试验作为岩土热物性传统方法，适用于对岩土热物性的估算。•5.1.1.2在所需要测试的地区附近钻井取得样品，应按照试验相关规范妥善保存，防止样品各种物理性状改变。•5.1.1.3所获样品应尽快送实验室进行检测，确定井周围土壤和岩土的类别•5.1.1.4对确定的类别应根据热物性参数表查取对应的导热系数取值范围。•5.1.1.5根据取得样品各类别的土壤和岩土厚度，以及它们对应的导热系数，应加权平均计算出整个试验部分的热物性参数。•5.1.1.6同一土壤和岩土的导热系数变化很大，根据热物性参数表计算的结果不能作为设计和施工的依据，宜作为参考。•5.1.2稳态测试法•5.1.2.1稳态测试法应是在试验样品上温度分布达到稳定后进行的，测试原理是傅里叶导热定律。•5.1.2.2对测试样品应首先取得横截面积和厚度，以恒定的热功率加热，待达到稳定状态后，就可以计算出待测物的导热系数。•5.1.2.3测试可采用稳态平板法。•5.1.2.4在进行实验室测试时，即使不考虑径向热流损失，也有很大误差。样品的物理性状有所改变。同时获得稳定温差，需要较长时间，测定若干点温度值。因此结果不能作为设计和施工的参数依据，宜作为参考。•5.2现场试验•5.2.1岩土热物性测试•5.2.1.1应根据建筑物的规模等级、地区经验等，决定是否需要进行岩土热物性测试。•5.2.1.2岩土热物性测试的结果应作为设计和施工的技术依据。•5.2.1.3岩土热物性测试主要有稳态测试法，实验室取样测试法和现场测试法，其中宜采用现场测试法。•5.2.1.4岩土热物性测试时，必须在拟建项目地点进行样品采集或数据采集作业。•5.2.1.5岩土热物性测试应委托具有水文地质（水资源）勘察（查）资质的专业队伍承担，编写专项勘察报告，并给出相关参数。•5.2.2岩土热响应测试•5.2.2.1在岩土热响应测试前，应根据测试地点的水文地质勘察报告，确定测试孔的数量和测试方案。•5.2.2.2地埋管地源热泵系统的应用建筑面积大于或等于10000平方米时，测试孔的数量不应少于2个。对于2个及以上的测试孔测试，其测试结果应取算术平均值。•5.2.2.3测试现场应提供稳定的电源，具备可靠的试验条件。•目前的仪器设备有多种，测试的流程和标准也不尽相同，拟在《地源热泵系统工程技术规范》补充的热响应试验规定的基础上，进一步确定标准化的试验规程，以便于过程中数据的采用和对比，以及经验的积累。•5.2.3探针试验•5.2.3.1探针试验是利用非稳态法线热源原理的有效测试手段，测试时应将探针插入需要测试的岩土层。•5.2.3.2探针试验具有反应速度快，结构简单，制作要求低的特点，宜用于现场小范围岩土热物性的测试。•5.2.3.3受到测试探针长度的局限，探针试验测量的岩土热物性数据仅是小范围和深度的数据，不宜作为地源热泵整个换热系统的参考数据。•5.3岩土体初始温度测定•岩土体初始温度的测定方法•当地下水与地表水联系紧密时，地下水温度随季节变化时，初始温度及岩土热物性参数的测定应如何确定。给出不同季节的温度变化曲线最好，但在一个工程勘察项目中是否能做到。•6地下水•6.1一般规定及要求•6.1.1根据地源热泵系统工程的要求，应通过现场调查和勘察手段，掌握下列水文地质特征：•地下水的类型和赋存状态；•主要含水层的分布规律，包括含水层岩性、分布、埋深、厚度、富水性和渗透性等；•地下水的水温、水质及分布；•区域性气候资料，如年降水量、蒸发量及其变化对地下水位的影响；•地下水的补给排泄条件、地表水与地下水的补排关系及其对地下水位的影响；•是否存在对地下水和地表水的污染源及其可能的污染程度。•6.1.2对缺乏常年地下水位监测资料的地区，在地源热泵系统的初步勘察阶段，宜设置长期观测孔，对有关层位的地下水进行长期观测。•6.2含水层分布及特征、地下水的来源•6.2.1通过调查访问、现场钻探等手段，查清工程场地的含水介质、含水层厚度等特征。•6.2.2查清工程场地地下水的补给来源，场地附近的江、河、湖泊等分布情况。•6.3水文地质参数的测定及试验方法•6.3.1水文地质参数的测定包括地下水位高程、渗透系数的测定。•6.3.2地下水位的量测应符合下列规定：•1遇地下水时应量测水位；•2稳定水位应在初见水位后经一定的稳定时间后量测；•3对多层含水层的水位量测，应采取止水措施，将被测含水层与其他含水层隔开。•6.3.3初见水位和稳定水位可在钻孔、探井或测压管内直接量测，稳定水位的间隔时间按地层的渗透性确定，对砂土和碎石土不得少于0.5h，对粉土和粘性土不得少于8h，并宜在勘察工作结束后同一量测稳定水位。量测读数至厘米，精度不得低于±2cm。•6.3.4渗透系数宜采用现场抽水试验测定。•6.4水质分析•6.4.1土壤源热泵系统宜采取水样进行水质简分析，水源热泵系统、污水源热泵系统应采取水样进行水质全分析，必要时应采取水样进行专门分析；•6.4.2采取的地下水试样必须代表天然条件下的客观水质情况；•6.4.3水样采集的数量：进行简分析时，每件试样宜为1000ml；进行全分析时，每件试样宜为3000ml；需进行专门分析时，根据具体分析项目确定；•6.4.4水试样应及时试验，清洁水放置时间不宜超过72小时；稍受污染的水不宜超过48小时；受污染的水不宜超过12小时。•6.5地下水径流方向、速度•6.5.1地下水径流方向可采用几何法来量测，量测点不应少于呈三角形分布的3个测孔。测点间距按岩土的渗透性、水力梯度和地形坡度确定，宜为50～100m。应同时量测各孔内水位，确定地下水的径流流向。•6.5.2地下水流速的测定可采用指示剂法或充电法。•6.6抽水试验•6.6.1抽水试验应符合以下规定：•1抽水试验宜采用三次降深；•2水位量测应采用同一方法和仪器，读数对抽水孔为厘米，对观测孔为毫米；•3当涌水量与时间关系曲线和动水位与时间的关系曲线，在一定范围内波动，而没有持续上升和下降时，可认为已经稳定；•4抽水结束后应量测恢复水位。•6.6.2抽水试验的成果整理参照《供水水文地质勘察规范》（GB50027－2001）进行。•6.7回灌试验•对于地源热泵来说，回灌试验的重要性不亚于抽水试验。•鉴于回灌试验缺乏相关的标准规定，我们拟对回灌试验做出明确的规定，为此需要进行一些专题性的研究。该试验应特别强调回灌入抽水层的重要性和试验方法。•7地表水•一般规定•地表水来源及水位•水质•水量•水温变化•水体生态环境•8地源热泵系统的监测（工程项目级别）•此处的监测不涉及机房和末端，仅为地质体、地下水、地表水的监测•一般规定•地埋管地源热泵系统，主要是地质体温度变化的监测•地下水地源热泵系统•地下水水位变化监测•水质监测•抽水井水量及含沙量监测•回灌监测•水温变化监测•监测井结构•传感器要求，精度和稳定性等•监测记录•地表水监测•9地源热泵系统工程勘察成果报告•成果报告的基本要求•成果报告的内容•成果报告中的基本评价•专题研究项目•热响应试验的标准规定•常见岩土比热研究•同层回灌试验及技术规定•时间进度•2010年开始，2011年10月完成初稿，2012年6月报批稿•欢迎对编制工作提出建议•徐前•84021080•[e-mail]