新疆维吾尔自治区工程建设标准.docx
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新疆维吾尔自治区工程建设标准
新疆维吾尔自治区工程建设标准
J00000—2011XJJ000—2012
新疆地下水水源热泵工程技术规程
Xinjiangtechnicalregulationfor
groundwaterheatpumpSystem
2012-00-00发布2012-00-00实施
新疆维吾尔自治区住房和城乡建设厅发布
1总则
1.0.1为规范新疆浅层地下水资源的合理利用,促进我区可再生能源建筑应用水平整体提高,根据《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005,充分结合新疆地域气候特性和工程特点,制定本规程。
1.0.2本规程适用于新疆地下水换热系统水文地质勘察、地下水换热系统、地下水取水回灌管网、热泵机房和系统设计、供热(冷)循环系统,以及整体全面的科研论证、设计、施工、运行管理等基本要求。
1.0.3地下水热泵系统可以提供热水与冷水,来满足建筑的冬季供热、夏季供冷和全年生活热水系统使用要求。
1.0.4新疆维吾尔自治区居住建筑的节能设计,除应符合本细则的规定外,尚应符合国家现行有关标准以及本自治区地方标准的规定。
2术语
2.1.1浅层地热能资源shallowgeothermalresources
蕴藏在地表以下一定深度范围内岩土体、地下水和地表水中具有开发利用价值的热能资源。
注:
是指通过地源热泵换热技术利用的蕴藏在地表以下200m以内,温度低于25℃的热能资源。
2.1.2地下水换热系统groundwatersystem
与地下水进行热交换的地热能交换系统,分为直接地下水换热系统和间接地下水换热系统。
2.1.3直接地下水换热系统directclosed-loopgroundwatersystem
由抽水井取出的地下水,经处理后直接流经水源热泵机组热交换后返回地下同一含水层的地下水换热系统。
2.1.4间接地下水换热系统indirecttclosed-loopgroundwatersystem
由抽水井取出的地下水经中间换热器热交换后返回地下同一含水层的地下水换热系统。
2.1.5含水层aquifer
导水的饱和岩土层。
2.1.6井身结构wellstructure
构成钻孔柱状剖面技术要素的总称,包括钻孔结构、井壁管、过滤管、沉淀管、管外滤料及止水封井段的位置等。
2.1.7抽水井productionwell
用于从地下含水层中取水的井。
2.1.8回灌井injectionwell
用于向含水层灌注回水的井。
2.1.9热源井heatsourcewell
用于从地下含水层中取水或向含水层灌注回水的井,是抽水井和回灌井的统称。
2.1.10抽水试验pumpingtest
一种在井中进行计时计量抽取地下水,并测量水位变化的过程,目的是了解含水层富水性,并获取水文地质参数。
2.1.11回灌试验injectiontest
一种向井中连续注水,使井内保持一定水位,或计量注水、记录水位变化来测定含水层渗透性、注水量和水文地质参数的试验。
2.1.12地下水循环利用量recyclegroundwatercirculation
从含水层中抽取利用后,完全回灌到原含水层中的地下水量。
2.1.13地下水groundwater
埋藏于地表以下各种类型重力水的统称。
2.1.14潜水phreaticwater
地表以下,第一个稳定隔水层(渗透性能极弱的岩土层)之上具有自由水面的地下水。
2.1.15承压水confincdwater
充满于两个隔水层之间具承压性质的地下水。
2.1.16水文地质条件hydrogLlologicalcondition
地下水的分布、埋藏、补给、径流和排泄条件,水质和水量及其形成地质条件等的总称。
2.1.17水文地质参数hydrogeologicalparameters
表征地层水文地质特征的数量指标,包括渗透系数、导水系数、释水系数、给水度、越流参数等。
2.1.18水文地质单元hydrogcologica1unlt
具有统一边界和补给、径流、排泄条件的地下水系统。
2.1.19水文地质勘探孔hydrogeologicalexplorationboreho1e
为查明水文地质条件,按水文地质钻探要求施工的钻孔。
2.1.20过滤器骨架管孔隙率percentageofopenareaofscreen
骨架管的滤水孔眼的总面积与滤水管的表面积之比。
2.1.21单孔抽水试验singlewellpumpingtest
只在一个抽水井中进行的不带观测孔的抽水试验。
2.1.22群孔抽水试验pumpingtestofwellgroup
两个或两个以上的抽水井同时抽水,各井的水位和水量有明显相互影响的抽水试验。
2.1.23稳定流抽水试验steady-flowpumpingtest
在抽水过程中,要求出水量和动水位同时相对稳定,并有一定延续时间的抽水试验。
2.1.24非稳定流抽水试验unsteady-flowpumpingtcst
在抽水过程中,一般仅保持抽水量固定而观测地下水位变化,或保持水位降深固定,而观测抽水量和含水层中地下水位变化的抽水试验。
2.1.25地下水补给量groundwaterrecharge
在天然或开采条件下,单位时间内以各种形式进入含水层的水量。
2.1.26地下水储存量groundwaterstorage
赋存于含水层中的重力水体积。
2.1.27地下水可开采量allowab1eyieldofgroundwater
是指在经济合理、技术可能且不发生因开采地下水而造成水位持续下降、水质恶化、海水入侵、地面沉降等水环境问题和不对生态环境造成不良影响的情况下,允许从含水层中取出的最大水量,地下水可开采量应小于相应地区地下水总补给量。
2.1.28水文地质概念模型conceptualhydrogeologica1model
把含水层实际的边界类型、内部结构、渗透性质、水力特征和补给、排泄等条件概化为便于进行数学与物理模拟的模式。
2.1.29地下水数值模型numericalmodelofgroundwater
以水文地质概念模型为基础所建立的,能逼近实际地下水系统结构、水流运动特征和各种渗透要素的一组数学关系式。
2.1.30地下水预报groundwaterforecast
在模型识别和检验的基础上,给定模型的初始、边界条件,预报地下水的水位、水量、水温在时间和空间上的变化。
静水位:
在水泵未工作时,天然状态下相对于地面或井套管顶部井水面所处的水平位置;
动水位:
水泵从水井中抽水、回灌时,总会导致水井水位下降或上升,水位所达到的新位置称之为动水位。
该水位在某一时段内有其相对确定的波动数值即可认定为稳定动水位。
单位涌水量(specificfield):
抽水试验时井孔内水位每下降一米时的涌水量,它是对比含水层出水能力大小的重要指标。
单位是L/s.m或m3/h·m。
3地下水换热系统水文地质勘察
3.1一般规定
3.1.1地下水源热泵系统方案规划设计中,应遵守国家的有关法律、法规和规定。
法律主要为中华人民共和国水法、土地管理法、能源法、可再生能源法、环境保护法、水土保持法、资源保护法等。
3.1.2地下水源热泵工程地下水换热系统水文地质勘察工作应具有相应水文地质勘察资质的专业单位承担完成。
水文地质勘察工作完成后,应编写地下水换热系统水文地质勘察报告,并对地下水可利用情况作出综合评价,对热源井的规划设计方案提出建议。
3.1.3地下水源热泵工程立项前以及方案设计前,应对工程场地状况进行调查,并应对地下水换热系统水文地质条件进行勘察。
勘察区域半径宜大于工程取水影响范围。
勘探深度小于200m。
3.1.4根据区域地质条件,地下水源热泵工程的适用范围为:
山前倾斜平原、河谷阶地,地下水埋深大于10m,且地下水位年下降值小于1.5m的地区。
3.1.5地下水换热系统水文地质勘察阶段分为项目论证阶段、设计阶段、施工阶段、运行管理阶段。
不同勘察阶段工作的成果,应满足相应设计阶段的要求。
3.1.6勘查评价取水规模:
按地下水源热泵工程的换热需水量大小划分为四级:
⑴特大型,需水量≥15万m3/d;⑵大型:
5万m3/d≦需水量<15万m3/d;⑶中型:
1万m3/d≦需水量﹤5万m3/d;⑷小型:
<1万m3/d。
3.1.7地层符号、图例选用应统一按照《供水水文地质勘察规范》GB50027附录B、附录C的规定标准选取。
3.2目的与任务
3.2.1地下水源热泵工程地下水换热系统场地水文地质勘察工作开始前,必须明确勘察任务和要求,搜集分析现有资料,进行现场踏勘,提出勘察纲要。
水文地质勘察工作结束后,应编写地下水换热系统水文地质勘察报告。
3.2.2工程场地状况调查应包括下列内容:
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。
3.2.3各勘察阶段的勘察目的与任务:
1项目论证阶段:
项目论证阶段的勘察目的主要是为地下水源热泵工程设计前及立项前进行的工程可行性、适宜性提供依据。
主要任务是初步查明规划场地的水文地质条件,地下水分布规律,初步评价地下水地质资源(包括水量、水质、水温等),进行地下水源热泵工程可行性和适宜性评价。
该阶段水文地质勘察工作主要内容为调查收集分析评价各地州、县地下水资源评价资料,或场地周边同一水文地质单元已建地下水源热泵工程水文地质勘察和运行情况资料,原则上不增加新的勘探工作量。
该阶段勘察比例尺为1:
10万—1:
5万;
2设计阶段:
设计阶段勘察的目的是查明规划场地的水文地质条件,地下水分布规律,进一步评价地下水资源(包括水量、水质、水温等),提出合理的热源井井群规划设计方案建议,为地下水源热泵工程地下水换热系统施工图设计提供基础依据。
勘察技术方法包括水文地质测绘、物探、钻探、现场与室内试验等。
该阶段勘察比例尺为1:
2.5万—1:
5千。
3施工阶段:
施工阶段勘察是设计勘察阶段的延伸,主要是对地下水源热泵工程地下水换热系统设计施工进行监理、调整、检验和验收。
4运行管理阶段:
运行管理阶段勘察的目的主要是查明地下水换热系统热负荷变化或水量增减可能性,或研究抽水、回灌水量减少,地下水水温发生变化、水质恶化和不良环境工程地质现象等发生的原因。
在开采、回灌动态或专门试验研究的基础上,为合理利用和保护浅层地热能资源,为地下水源热泵工程的改、扩建设计提供依据。
3.2.4设计阶段勘察主要内容:
1勘察前应收集建设场地及其周边一定范围内的水文、气象、地质、水文地质资料,已建地源热泵工程勘察和运行情况等资料,确定相应的勘察方法;
2利用水文地质测绘、物探、钻探、测试、试验等水文地质勘察技术手段,查明工程场地范围内地层岩性结构,含水层类型及埋藏条件、地下水补径排条件、地下水温度及其分布、地下水水质特征、地下水水位动态变化特征、含水层的富水性和渗透性、地下水资源量等;
3水文地质勘探及开采井应进行抽水和回灌试验。
通过抽水试验获得单井出水量及相应的水位降深,地下水水温等资料,通过回灌试验获得单井回灌量及相应的水位上升值;
4在水文地质勘探及开采井施工终孔后应进行地球物理测井,为含水层划分、井深结构提供依据。
5抽水试验结束后并取水样分析地下水水质;
6进行地下水换热系统场地地下水资源评价,确定合理的地下水循环利用量和热源井井群规划设计建议方案。
3.3水文地质测绘
3.3.1水文地质测绘,宜在比例尺大于或等于测绘比例尺的地形地质图或地形图基础上进行。
当只有地形图而无地质图或地质图的精度不能满足要求时,应进行综合地质、水文地质测绘。
3.3.2设计阶段勘察水文地质测绘的比例尺为1:
1万—1:
5千或更大的比例尺。
水文地质观测点数每平方公里5—15个。
3.3.3水文地质测绘的内容宜包括:
地貌调查、地层岩性调查、地质构造调查、泉的调查、水井调查、地表水调查、水质调查等。
各项调查的具体内容应满足《供水水文地质勘察规范》GB50027—2001中的相关要求。
3.4水文地质物探
3.4.1采用水文地质物探(简称物探)方法,应根据勘察区的水文地质条件,被探地质体的物理特征和不同的工作内容等因素确定。
宜采用多种物探方法进行综合探测。
3.4.2对勘探及开采井、勘探孔应进行水文地质测井工作,配合钻探取样划分地层,为划分含水层及井身结构,取得有关水文地质参数提供依据。
3.4.3对物探的实测资料、应结合地质和水文地质条件进行综合分析,提出具有相应水文地质解释的物探成果。
3.5水文地质钻探
3.5.1水文地质勘探井(包括勘探开采井与勘探孔)的位置,应在水文地质测绘和物探的基础上进行确定。
勘探井的布置,应能查明勘察区的地质和水文地质条件,取得有关水文地质参数和评价地下水资源所需的资料。
3.5.2水文地质勘探井的数量,应根据工程热负荷的大小确定。
一般勘探井数量应满足:
工程热负荷q<500kW时,为1—2眼;工程热负荷500kW≤q<2000kW时,为2—3眼;工程热负荷q≥2000kW时,为大于等于3眼。
勘探井深度一般宜小于200m。
3.5.3勘探井结构的设计,应根据勘察区的地层岩性特性、测试要求及钻探工艺等因素综合考虑,宜尽量简化,并应满足《供水水文地质勘察规范》GB50027—2001中的相关要求。
3.5.4水文地质勘探井的施工和成孔工艺质量指标,应符合《供水水文地质勘察规范》GB50027—2001的有关规定。
3.5.5当水文地质条件简单,现有资料较多,热源井井群已基本确定,少数管井能满足需水要求时,可直接打探采结合井。
当地下水换热系统的勘察结果符合地源热泵系统要求时,如不影响统一开采布局,应采用成井技术将水文地质探采结合井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。
3.6抽水试验与回灌试验
3.6.1抽水试验及回灌试验的目的是确定项目规划区域内含水层水文地质参数,单井提水量、回灌量,确定抽水井、回灌井的数量和布局。
3.6.2抽水、回灌试验应在地下水换热适宜区内进行,一般试验组数小型工程1—2组,中型2—3组,大型大于等于3组。
试验井的位置应具有代表性,试验井可为条件适宜的水井、已建或新建的换热井,不具备上述条件的应专门施工探采结合井。
3.6.3回灌试验应符合以下要求:
1回灌试验宜采用定流量试验方法;
2回灌试验时,回灌井水位的稳定延续时间应不小于36h;在稳定期间内,扣除试验前水位日变幅值后的水位上升速率小于2.0cm/h或水位波动范围在±10cm以内;
3回灌水水质应不劣于回灌含水层地下水的水质,含砂量不大于1/200000(体积比);
4回灌试验结束后,应对井内沉淀物进行处理。
3.6.4根据抽水试验同步观测的地下水温度和气温,评价含水层中地下水的温度特征,以及气温对地下水温的影响程度。
3.7地下水换热系统浅层地热能评价
3.7.1计算评价场地各项水文地质参数、地下水各项补给量、地下水储存量、地下水可开采量等。
评价地下水换热系统循环利用地下水量的保证程度。
3.7.2对大型及特大型工程,应委托国内有关科研单位,根据工程的需水量及冷、热负荷量建立数值模型,对开采利用情况下地下水流场、地下温度场的变化和储热量的变化量进行预测评价。
3.8地下水水质评价
3.8.1地下水水质评价,应在查明地下水的物理性质、化学成分、卫生条件和变化规律的基础上进行。
对与开采的含水层有水力联系的其他含水层,以及能影响该层水质的地表水均应进行综合评价。
3.8.2水质评价的数量视工程的大小进行1—3组。
根据水质化验资料成果进行地下水换热系统水质评价,水质评价项目及技术指标应符合附录B的规定。
3.9地下水资源保护
3.9.1在地下水源热泵工程的地区,为了地下水及浅层地热能的合理开发和保护,应做好地下水动态监测工作,并按国家有关规定的要求,设置地下水源热泵工程卫生防护带。
3.9.2在地下水换热过程中,根据地下水动态观测资料,应对地下水的补给量、储存量、可开采量进一步进行计算和评价。
对水位、水质、水温的变化和不良环境地质现象的发生作出预测。
必要时,应提出调整开采方案或采取防护措施的建议。
3.9.3凡出现下列情况的地区,在没有采取专门措施时,不应再进行扩大热源井开采量的勘察:
1地下水资源严重超采,地下水水位年下降速率大于1.5m;
2水质明显恶化不能满足需要;
3地下热量失去平衡,地下温度场发生大的变化,表现为地下水温度持续上升或持续下降。
现有热源井的开采已产生危害性的环境地质问题。
4地下水换热系统设计、施工及检验与验收
4.1一般规定
4.1.1地下水换热系统应根据水文地质勘察资料进行设计。
必须采取可靠回灌措施,确保置换冷量或热量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。
4.1.2地下水换热系统投入运行后,应对抽水量、回灌量、地下水温度、地下水水位及其水质进行定期监测。
宜设计为自动化遥控摇信监测系统。
地下水长期观测网的布置和长期观测孔的设计应符合现行国家标准《供水水文地质勘察规范》GB50027—2001第7章的规定。
4.1.3地下水的循环利用量应满足地下水源热泵系统最大吸热量或释热量的要求。
同时冷、热负荷量为大型的地下水源热泵工程,应考虑热量平衡的要求。
4.1.4地下水供水管、回灌管不应与市政管道连接。
4.1.5地下水水源热泵系统的设备施工图设计图纸应包括地下水取水井、回灌井总平面、管井剖面图;井口口部设计详图;地下水供回水管网、输配电与自控图纸。
4.1.6热源井的设计单位应具有水文地质勘察资质。
4.1.7热源井一般布置在山前倾斜平原区、河谷阶地区等地下水源热泵工程适宜区。
井群宜垂直地下水流方向等距离或梅花状布置。
热源井数量较少时(只有几眼),回灌井相对抽水井应布置在地下水流下游区,以便于回灌。
热源井数量较多时,应将抽水井与回灌井相间布置,以免形成大的抽水降落漏斗和地下水回灌水丘。
抽水井与回灌井之间最小距离宜大于50m,抽水井与抽水井之间距离宜大于100m,亦可参照附录B选取。
4.1.8热源井的设计应根据地下水循环利用量的大小、水温、水质要求和建井地区的地质及水文地质条件进行。
并宜符合下列要求:
1热源井群尽量靠近热泵机房,力求供、回水管道长度最短;
2井群布置合理,平均井间干扰系数小于20%;
3井位与建(构)筑物应保持足够的安全距离。
4.1.9热源井井群设计时,应留有备用井,备用井的数量宜按设计抽水井和回灌井数量的10%—20%设置。
4.1.10热源井设计应符合现行国家标准《供水管井技术规范》GB50296-99的相关规定,并应包括下列内容:
1热源井抽水量和回灌量、水温和水质;
2热源井数量、井位分布及取水层位;
3井管配置及管材选用,抽灌设备选择;
4井身结构、填砾位置、滤料规格及封闭止水位置、材料;
5抽水试验和回灌试验要求及措施;
6井口装置及附属设施。
4.1.11抽水井与回灌井宜能相互转换,以达到定期回扬或反冲洗的目的。
其间应设排气装置。
抽水管和回灌管上均应设置水样采集口及监测口。
4.1.12回灌井通常采用的回灌方式有真空回灌、加压回灌等。
热源井设计时均应采取减少空气侵人的措施。
各种回灌方法的管路装置都必须达到封闭要求。
尤其对井管口、阀门轴及泵管接头、管路接头等部位,应严格密封,以防进气造成各种堵塞现象(通常为气相堵塞、悬浮物堵塞、铁细菌堵塞等),影响正常回灌。
4.1.13热源井数目应满足持续抽水量和完全回灌的需求。
4.1.14热源井位的设置应避开有污染的地面或地层。
热源井井口应严格封闭,井内装置应使用对地下水无污染的材料。
4.1.15取水井、回灌井井口设计应满足以下要求:
1检查口井室结构应安全可靠、有封盖,尺寸大小应满足管道与部件的安装与检修;井管高出井室地面500mm,井室底部应设积水坑,井室管井外壁0.5m深应做细石混凝土密闭防渗水处理。
2取水井超过一口,应在每一口取水井供水管上设一止回阀和球阀(或碟阀)、远传流量计、压力表、温度计,DN15的水样采集管。
3在回灌井的回水管管顶应设一自动排气阀和球阀(或碟阀)、远传流量计、压力表、温度计。
4.1.16热源井井管外部应设计安装观测管,以供抽水试验、回灌试验与地下水长期监测时观测水位时使用,或者对抽水井、回灌井水井进行水位远传监控。
4.1.17回灌井中的动水位距离管井口地面出口位置应大于5.0m,回灌井中回灌水管应埋入最大动水位以下1.0—3.0m。
4.1.18冬夏季供热、供冷时,取水井中取水泵对应的流量与扬程应协调一致。
4.1.19抽水井水泵的扬程计算应为取水井中的最低动水位与回灌井最高水位之间的垂直高度+回灌井中回水立管的垂直淹没高度+取回灌水流经整个管路系统管道、设备的阻力+虹吸作用产生的压差。
4.1.20地下水换热系统应根据水源水质条件采用直接或间接系统;水系统宜采用变流量设计。
4.1.21有条件时,宜将热源井均按抽灌两用井进行设计,并应有回扬措施。
如采用单纯回灌井时,回灌井中应有回扬措施,回扬泵的流量不应小于单井回灌水流量。
4.1.22取水、回灌水管与热泵机组的连接不应采用镀锌管或铸铁管,宜采用聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯管(PE)给水管塑料管。
4.1.23非连续使用的热泵系统,宜在地下水供水干管与热泵机组入口之间设置隔膜式膨胀灌。
4.1.24取水、回灌水管埋深应在各地冻土线以下0.3m,距离地面最小埋深不应小于1.2m;供、回水管应有保温。
4.1.25热泵系统的回灌水水温不应小于5℃。
4.2热源井井身结构设计
4.2.1热源井的井身结构应根据水文地质勘察成果资料的地层情况、地下水埋深及钻进工艺等进行设计。
4.2.2热源井井径,应根据管井设计出水量、允许井壁进水流速、含水层埋深、开采段长度、过滤器类型及钻进工艺等因素综合确定,并不得小于200mm。
考虑到热源井的回灌特征,回灌井管径宜大于377mm,并宜比选用的抽水设备标定的最小井管内径大50mm。
4.2.3热源井深度设计,应根据拟开采含水层(组、段)的埋深、厚度、水质、富水性及其出水能力等因素综合确定。
热源井过滤器的下端,应设置管底封闭的沉淀管。
沉淀管长度,应根据含水层岩性和井深确定,宜为3.0—5.0m。
4.2.4热源井封闭位置的设计,宜符合下列规定:
⑴井口外围,应用粘土封闭,且封闭段长度一般不小于3—5m。
⑵水质不良含水层或非开采含水层井管外围,应用粘土封闭。
4.2.5热源井的管材,应根据地下水水质、井深、管材强度、无污染和经济合理等因素综合确定。
考虑到热源井既有抽水,又有回灌的双重要求,对管材要求较高。
因此要求使用钢质过滤器,且板材厚度不宜小于6mm。
4.2.6热源井过滤器设计应符合《供水水文地质勘察规范》GB50027—2001及《供水管井技术规范》GB50296—99中的相关规定。
同时要充分参照利用探采结合井的设计结果。
4.3地下水换热系统施工
4.3.1热源井的施工队伍应具有相
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