地源热泵地埋管系统现场热物性测试方法与要求

1 总则1.1.1为规范江苏省地源热泵桩基埋管技术应用工程的工程勘察、测试、设计、施工、验收及运行维护等技术工作，使地源热泵桩基埋管工程符合安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、节能环保与减排的要求，制定本规程。

1.1.2本规程适用于江苏省内采用桩基埋管地源热泵换热系统的建筑工程。

1.1.3采用本规程进行地源热泵桩基埋管工程勘察、测试、设计、施工、验收及运行维护除执行本规程外，尚应符合国家和江苏省现行其它标准的要求。

12 2 术语和符号2.1 术 语2.1.1 桩基埋管换热器 Pile foundation buried heat exchange pipe埋设于桩内的密闭循环管组构成的换热器，根据管路安装型式不同，常见的有垂直U 型桩基埋管换热器、W 型桩基埋管换热器和螺旋型桩基埋管换热器等。

2.1.2 埋管桩基（能源桩） Energy pile通过在建筑桩基础中埋设换热器装置(即桩基埋管)，进行浅层低温地热能交换，起到基础承载和换热的双重功能的桩基础，也称为能源桩。

2.1.3 桩基埋管换热系统 Heat transfer system of buried pipe pile foundation传热介质通过桩基埋管换热器与岩土体进行热交换的地热能交换系统。

2.1.4 热响应测试 Geo-thermal response test通过测试仪器，对地埋管换热器或能源桩进行一定时间内的连续加热或取热，以获得岩土体或桩基埋管（能源桩）综合热物性参数的试验。

2.1.5 荷载-温度联合测试 Mechanical-thermo test for energy pile在埋管桩基静载试验同时进行一定时间内的连续加热或取热，以确定埋管桩基单桩热-力耦合作用承载力的试验方法。

2.1.6岩土综合导热系数 Geothermal comprehensive thermal conductivity parameter of the earth通过热响应测试得到的钻孔埋管或埋管桩基（能源桩）穿越岩土层的综合导热系数。

《地源热泵系统工程技术规范》2009年局部修订2 术语2.0.25土热响应试验 rock-soil thermal response test通过测试仪器，对项目所在场区的测试孔进行一定时间的连续加热，获得岩土综合热物性参数及岩土初始平均温度的试验。

2.0.26岩土综合热物性参数 parameter of the rock-soil thermal properties是指不含回填材料在内的，地埋管换热器深度范围内，岩土的综合导热系数、综合比热容。

2.0.27岩土初始平均温度initial average temperature of the rock-soil从自然地表下10m～20m至竖直地埋管换热器埋设深度范围内，岩土常年恒定的平均温度。

2.0.28测试孔vertical testing exchanger按照测试要求和拟采用的成孔方案，将用于岩土热响应试验的竖直地埋管换热器称为测试孔。

3 工程勘察地埋管换热系统勘察3.2.2A当地埋管地源热泵系统的应用建筑面积在3000 m2～5000 m2时，宜进行岩土热响应试验；当应用建筑面积大于等于5000 m2时，应进行热响应试验。

3.2.2B岩土热响应试验应符合附录C的规定，测试仪器仪表应具有有效期内的检验合格证、校准证书或测试证书。

4 地埋管换热系统地埋管换热系统设计4.3.5A当地埋管地源热泵系统的应用建筑面积在5000m2以上，或实施了岩土热响应试验的项目，应利用岩土热响应试验结果进行地埋管换热器的设计，且宜符合下列要求：1 夏季运行期间，地埋管换热器出口最高温度宜低于33℃；2 冬季运行期间，不添加防冻剂的地埋管换热器进口最低温度宜高于4℃。

4.3.13地埋管换热系统应根据地质特征确定回填料配方，回填料的导热系数不宜低于钻孔外或沟槽外岩土体的导热系数。

附录B 竖直地埋管换热器的设计计算竖直地埋管换热器钻孔的长度计算宜符合下列要求；1制冷工况下，竖直地埋管换热器钻孔的长度可按下式计算：()()c max 100011c f pe b s c sp c Q R R R R F R F EER L t t EER ∞⎡⎤+++⨯+⨯-+⎛⎫⎣⎦= ⎪-⎝⎭（） F c ＝T c1 / T c2 （）式中 L c ——制冷工况下，竖直地埋管换热器所需钻孔的总长度（m ）；Q c ——水源热泵机组的额定冷负荷（kW ）；EER ——水源热泵机组的制冷性能系数；t max ——制冷工况下，地埋管换热器中传热介质的设计平均温度，通常取33℃～36℃；t ∞——埋管区域岩土体的初始温度（℃）；F c ——制冷运行份额；T c1—一个制冷季中水源热泵机组的运行小时数，当运行时间取一个月时，T c1为最热月份水源热泵机组的运行小时数；T c2—一个制冷季中的小时数，当运行时间取一个月时，T c2为最热月份的小时数。

地埋管换热系统技术规范1 工程勘察1.1 一般规定1.1.1 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。

1.1.2 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1.1.3 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。

1.1.4 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）场地内已有的水井的位置。

1.2 地埋管换热系统勘察1.2.1 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。

1.2.2 地埋管换热系统勘察应包括下列内容:1）岩土层的结构;2）岩土体热物性;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。

2 地埋管换热系统2.1 一般规定2.1.1 地埋管换热系统设计前，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。

2.1.2 地埋管换热系统施工时，严禁损坏既有地下管线及构筑物2.1.3 地埋管换热器安装完成后，应在埋管区域做出标志或标明管线的定位带，并应采用2个现场的永久目标进行定位。

2.2 地埋管管材与传热介质2.2.1 地埋管及管件应符合设计要求，且应具有质量检验报告和生产厂的合格证。

2.2.2 地埋管管材及管件应符合下列规定:1）地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小的塑料管材及管件，宜采用聚乙烯管(PE80或PE100)或聚丁烯管(PB)，不宜采用聚氯乙烯(PVC)管。

管件与管材应为相同材料2）地埋管质量应符合国家现行标准中的各项规定。

管材的公称压力及使用温度应满足设计要求，且管材的公称压力不应小于1.O MPa。

地源热泵系统设计技术要求一、地埋管换热系统㈠、一般规定1、地埋管换热系统设计前，应根据岩土体地质勘查结果评估地埋管换热系统实施的可行性及经济性。

2、埋管区域建筑物之间的距离，应符合地下构筑物与建筑物间距的相关规定。

3、地埋管施工时严禁损坏其它地下管线及构筑物。

4、地埋管换热器安装完成后，应在埋管区域做出标志或表明管线的定位带，并以现场的两个永久目标进行定位。

㈡、底埋管管材与换热工质1、地埋管管材应符合以下规定：①.底埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小、热膨胀型号的塑料管及管件，不应采用金属管道或聚氯乙烯（PVC）管及管件。

宜采用高密度聚乙烯管。

②.地埋管质量应符合国家规定标准中的各项规定，管材工称压力不得小于1.0Mpa。

工作温度应在-20℃～-50℃范围内。

地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择。

③.地埋管应能按设计要求长度成捆供应，中间不得有机械接口及金属接头2、换热工质应以水为首选。

本工程建宜采用水与乙二醇（体积浓度10%）的防冻液。

㈢、地埋管换热系统设计1、地埋管换热系统设计前应明确待埋管区域内各种地下管线的种类、位置及深度，预留未来地下管线所需的埋管空间及埋管区域进出重型设备的车道位置和荷载。

2、地埋管换热器应根据可使用地面面积、岩土体地质勘查结果及挖掘成本等因素确定埋管方式。

3、地埋管换热器设计计算应考虑岩土体及回填材料热物性的影响，宜采用专用软件进行设计计算。

4、垂直地埋管换热器埋管深度应大于30m，宜为60m～150m；钻孔间距宜为3m～6m。

水平管埋深应不小于1.2m。

5、地埋管换热器水平干管坡度宜为0.3%，不应小于0.2%。

6、地埋管环路之间应并联且同程布置，两端应分别与供、回水管路集管相连接。

每个环路集管连接的环路数宜相同。

7、地埋管换热器宜靠近机房或以机房为中心设置。

铺设供、回水集管的管沟宜分开布置；供、回水集管的间距不应小于0.6m。

8、地埋管换热系统应设自动冲液及泄漏报警系统。

地源热泵工程设计、施工和验收标准一、前言㈠、什么是热泵热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤等中获取低品位热，经过电力做功，输出可用的高品位热能的设备，可以把消耗的高品位电能转换为3倍甚至3倍以上的热能，是一种高效供能技术。

热泵技术在空调领域的应用可分为空气源热泵、水源热泵以及地源热泵三类。

由于热泵是提取自然界中能量，效率高，没有任何污染物排放，是当今最清洁、经济的能源方式。

在资源越来越匮乏的今天，作为人类利用低温热能的最先进方式，热泵技术已经在全世界范围内受到广泛关注和重视。

夏季，环。

通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由循环水路将冷媒中所携带的热量吸收，最终通过室外地能换热系统转移至地下水或土壤里。

在室内热量通过室内采暖空调末端系统、水源热泵机组系统和室外地能换热系统不断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气热交换器（风机盘管），以13℃以下的冷风的形式为房供冷。

㈡、地源热泵制冷原理地源热泵系统在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换向。

由室外地能换热系统吸收地下水或土壤里的热量，通过水源热泵机组系统内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。

在地下的热量不断转移至室内的过程中，以室内采暖空调末端系统向室内供暖。

㈢、地源热泵的技术特点环保：使用电力，没有燃烧过程，对周围环境无污染排放；不需使用冷却塔，没有外挂机，不向周围环境排热，没有热岛效应，没有噪音；不抽取地下水，不破坏地下水资源。

使用寿命长：使用寿命20年以上，是分体式或窗式空调器的2-4倍。

地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用。

全电脑控制，性能稳定，可以电话遥控，可以进行温湿度控制。

1收集了472高40%3减少70置减少25％的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。

《地源热泵系统工程技术规范》2009年局部修订2 术语2.0.25土热响应试验rock-soil thermal response test通过测试仪器，对项目所在场区的测试孔进行一定时间的连续加热，获得岩土综合热物性参数及岩土初始平均温度的试验。

2.0.26岩土综合热物性参数parameter of the rock-soil thermal properties是指不含回填材料在内的，地埋管换热器深度范围内，岩土的综合导热系数、综合比热容。

2.0.27岩土初始平均温度initial average temperature of the rock-soil从自然地表下10m～20m至竖直地埋管换热器埋设深度范围内，岩土常年恒定的平均温度。

2.0.28测试孔vertical testing exchanger按照测试要求和拟采用的成孔方案，将用于岩土热响应试验的竖直地埋管换热器称为测试孔。

3 工程勘察3.2 地埋管换热系统勘察3.2.2A当地埋管地源热泵系统的应用建筑面积在3000 m2～5000 m2时，宜进行岩土热响应试验；当应用建筑面积大于等于5000 m2时，应进行热响应试验。

3.2.2B岩土热响应试验应符合附录C的规定，测试仪器仪表应具有有效期内的检验合格证、校准证书或测试证书。

4 地埋管换热系统4.3 地埋管换热系统设计4.3.5A当地埋管地源热泵系统的应用建筑面积在5000m2以上，或实施了岩土热响应试验的项目，应利用岩土热响应试验结果进行地埋管换热器的设计，且宜符合下列要求：1 夏季运行期间，地埋管换热器出口最高温度宜低于33℃；2 冬季运行期间，不添加防冻剂的地埋管换热器进口最低温度宜高于4℃。

4.3.13地埋管换热系统应根据地质特征确定回填料配方，回填料的导热系数不宜低于钻孔外或沟槽外岩土体的导热系数。

附录B 竖直地埋管换热器的设计计算 B.0.2 竖直地埋管换热器钻孔的长度计算宜符合下列要求；1制冷工况下，竖直地埋管换热器钻孔的长度可按下式计算：()()c max 100011c f pe b s c sp c Q R R R R F R F EER L t t EER ∞⎡⎤+++⨯+⨯-+⎛⎫⎣⎦= ⎪-⎝⎭（B.0.2-1） F c ＝T c1 / T c2 （B.0.2-2）式中 L c ——制冷工况下，竖直地埋管换热器所需钻孔的总长度（m ）；Q c ——水源热泵机组的额定冷负荷（kW ）；EER ——水源热泵机组的制冷性能系数；t max ——制冷工况下，地埋管换热器中传热介质的设计平均温度，通常取33℃～36℃；t ∞——埋管区域岩土体的初始温度（℃）；F c ——制冷运行份额；T c1—一个制冷季中水源热泵机组的运行小时数，当运行时间取一个月时，T c1为最热月份水源热泵机组的运行小时数；T c2—一个制冷季中的小时数，当运行时间取一个月时，T c2为最热月份的小时数。

33科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 工 程 技 术近10年来,地源热泵在中国得到了飞速发展。

在这样的高速增长中,会出现一些毛病和问题工程,例如供暖效果不佳、运行费贵、COP值不高,其症结是地下部分做的不合适所造成的。

若要应对和解决矛盾,就应该进行地下热物性测试,从而可以提前优化设计,阻止不利因素的形成,解决问题,实现工程的合理节能经济。

1 测试目的开展地下换热特性实验的重要目的在于通过现场钻孔实验,掌握浅层土壤在外界热激励作用下的动态响应过程,从而获得土壤初始温度、热物性参数以及地下换热规律,为进一步的地源热泵系统优化设计与节能运行提供必要的数据依据。

2 测试原理埋地换热器的地下换热响应特性实验在理论上可以归结为在一定热流边界条件下的非稳态传热问题。

其数学解析主要有两种模型:(1)基于线热源理论的线模型;(2)基于圆柱热源理论的柱模型。

本实验采用了柱热源数学模型。

对于地下换热量q (W/m)而言,它是根据流量和进出口温差获得的,即: Ht t mc q c j p(1)其中,m 为质量流量,p c 为定压比热,H 为埋地换热器的有效深度,j t 和c t 分别为进口/出口水温。

对于钻孔内稳态传热过程,满足:b b f qR t t (2)其中,f t 为流体平均温度,且2/)(c j f t t t ,b t 为钻孔壁温度,b R 为钻孔总热阻,其计算可参见有关文献。

在钻孔传热分析中,G函数定义如下:),(2H r t G q t t bso b (3)其中,o t 为平均土壤初始温度。

综合(1)(3)式可以看出,通过圆柱热源模型解决钻孔与土壤传热问题的一个重要手段是求解G 函数。

本实验采用改进G 函数模型,从而可以比较方便地获得地下换热量以及土壤的导热系数。

3 测试系统与钻孔概况3.1测试系统本次实验采取恒温测试方法,实验装置主要由控制主机和测量系统两部分组成。

地源热泵系统施工质量验收规程＜1＞地埋管换热系统施工质量验收＜1.1＞一般规定1、地埋管换热系统施工前应了解埋管场地内已有地下管线、其他地下构筑物的功能及其准确位置。

2、地埋管换热器施工应符合下列规定：（1）管材和管件存放、搬运过程中，应小心轻放，排列整齐，采用柔韧性好的皮带、吊带或吊绳进行装卸，不得随意抛摔和沿地拖拽；（2）未使用的管材、管件应避光存放；（3）当室外环境温度低于0℃时，不宜进行地埋管换热器的施工；（4）竖直埋管换热器的U 形弯管接头宜采用注塑成形的U形地热专用弯头；（5）地埋管换热器管道应采用热熔或电熔连接。

聚乙烯管道连接应符合国家现行标准《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101的有关规定。

3、地源热泵换热系统施工进场后，应根据施工艺及埋管区域的种类分别进行热响应试验，检测结果若与设计参数不一致时应提交设计单位进行设计修改或调整施工艺。

热响应试验应符合国家现行标准《地源热泵系统工程技术规范》GB50366 的规定。

4、地埋管换热系统安装过程中，应进行现场检验及检查，并应符合下列规定：（1）管材、管件等材料应符合国家现行标准的规定：（2）钻孔、水平埋管的位置和深度、地埋管的直径、壁厚及长度均应符合设计规定；（3）回填料应符合设计规定；（4）水压试验应符合现行国家标准《地源热泵系统工程技术规范》GB50366 及本规程的相关规定；（5）各环路流量应平衡，且与设计偏差应不大于10％。

＜1.2＞主控项目1、地埋管换热系统的形式应符合下列规定：（1）地埋管换热器的形式、系统流程及井位分区符合设计规定；（2）检查井的设置数量、安装位置、尺寸、功能符合设计规定并便于维护。

检查数量：全数检查。

检查方法：查阅图纸现场核对，检查施工记录。

2、地埋管换热器钻孔的施工应符合下列规定：（1）钻孔的平面布黄、数量、间距符合设计规定；（2）钻孔孔位偏差不应大于0.1m，钻孔的竖直偏差不应大于1.0％，钻孔终孔孔径不应小于设计孔径；（3）护壁的方法、套管的材质和规格应符合施工方案的要求。

当代置业地源热泵钻井及地埋管安装工程标准化技术要求目录第一章重点须知 (1)第二章总则 (2)第一节技术要求范围说明 (2)第二节工程规范和条例 (3)第三节工程界面及范围 (3)第三章深化设计技术要求 (4)第一节施工图、招投标图纸使用说明 (4)第二节施工深化图纸要求 (5)第三节竣工图纸要求 (10)第四章施工技术要求 (10)第一节前期准备 (12)第二节主要设备材料 (12)第三节水平沟槽开挖 (15)第四节管材进场 (16)第五节钻孔 (17)第六节下管 (18)第七节竖直井孔回填 (22)第八节水平集管铺设及与竖直地埋管连接 (23)第九节沟槽回填 (25)第十节水平集管穿入地库窗井 (27)第十一节地源侧分集水器制作安装与管道连接 (32)第十二节地埋管热交换器水压试验与清洗 (33)第十三节地埋管换热系统的检验与验收 (35)第一章重点须知本技术要求承包单位应仔细完整阅读,深入理解并严格遵守。

若有疑问或不明之处,应与业主、总承包单位、设计咨询单位及其它相关单位及时沟通。

若无疑问视为完全接受。

以下为本技术要求的关键重点摘要,作为重点检查项目。

1. 承包单位应仔细阅读并理解工程界面及范围。

(第3~4页)2. 当地源井数量在300口以下时采用地埋管和水平管(集分水器回路)一对一连接。

地源井数量多于300口时,地埋管和水集平管(集分水器回路)可采用多对一,但地源井连接数量不超过五口。

(第10页)3. 地埋管应选用浙江伟星、湖北金牛、或乔治费歇尔品牌的PE100型管材,承压不低于1.6MPa。

双U头应选用300mm长型防堵U型弯头成品件。

双U头与垂直埋管采用电熔连接后成套供应。

(第14~15页)4. 地源井中两路垂直供/回水管先通过Y型(人字形)三通汇成一路,再通过T 型三通与水平集管连接采用连接。

(第16~17页)5. 应以100~200口地源井为一个埋管区域,在埋管区土壤中心的地埋管上设置两组温度传感器(地埋管上每隔20m设置一个探头)。

浅谈地埋管热响应试验摘要：地源热泵技术能耗和污染相对其它能源低、系统运行平稳。

但是，由于增加了室外地埋管换热系统，再加上不适当的设计、粗糙的施工和粗放的运行管理造成了初始投资的大幅度升高，使地源热泵的优势不能完全体现，从而制约地源热泵的应用。

因此必须从设计、施工及运行三方面来保证地源热泵系统的正常使用，发挥节能环保的优势。

本文对地埋管热响应试验进行了系统化分析。

关键词：地埋管，热响应试验1 地埋管热响应试验1.1 热响应试验目的通过测试，获得埋地换热器与周围土壤间的换热规律、每延米井深的换热量、地下岩土的热物性参数等，为地源热泵系统设计提供依据；通过对地埋管钻孔施工，掌握钻孔施工周期，为整体工期提供保障依据；通过地下温度场的变化曲线，核定换热孔的回填状况。

1.2 试验过程1.2.1 测试准备(1)确定试验井的数量；(2)确定试验井的位置：根据打井区域的地形，并考虑后期的使用条件和尽可能的位置方便；(3)保证水和380伏特稳定电源的供应；(4)配置：搅拌机、打井设备、搅拌机、回填料、泵、测试柜、试验平台、适配器、双U型管、注水用的软管。

1.2.2试验步骤(1)地下换热器的布置(2)进行热响应试验首先，将试验平台与控制柜通电，保证整个试验过程中的用电供应；其次，在地下换热器上安装适配器；然后，用已经进行了保温的绝缘橡胶管道搭接上需要进行试验的装置，应将试验设备放在避光处，提高试验数据的可靠性；之后向试验装置加入水，并维持加水压力的稳定；排气完成启动设备，开启电加热器的先决条件是系统运行平稳，此时如果各个环节没有问题便可以开启试验和记录数据了，期间需要确保系统运行的持续性和稳定性，这样得到的数据才是真实有效的。

(3)测试数据内容整理a. 岩土平均初始温度b. 进回水温度随加热时间的变化情况(4)地下土壤导热系数的确定地埋管换热器的计算常用IGSHPA线源模型，其计算表达式如1.1所示：（1.1）式中，——随时间变化的地埋管换热器进出水平均温度，℃；——单位延米地埋管换热孔换热量，W/m；——岩土体导热系数，W/m·K；——岩土体导温系数，m2/s；——钻孔半径，m；——常数，0.5772；——钻孔内热阻，m·K/W；——地层初始温度，℃。

地源热泵是一种利用地下土壤或地下水等地热资源的节能建筑技术，其效率和性能直接影响到建筑的能耗和舒适度。

以下是地源热泵系统常规的检测标准：
1. 性能参数：
- 系统检测应当包括地源供暖能力、制冷能力、热水供应能力、能源消耗等关键性能参数的测量，以验证地源热泵系统的设计和工程施工质量是否符合要求。

2. 冷媒循环性能：
- 地源热泵系统应当检测冷媒在系统内的循环性能，包括制冷剂的流量、回气温度、压力等，并根据设计要求和规范标准进行评估。

3. 系统配管：
- 检测地源热泵系统的管道和阀门等构件的安装质量和工作性能，以确保系统中冷热媒体的流通畅通。

4. 噪声和振动：
- 测量地源热泵的噪声和振动值，并检查系统中的绝缘材料和隔音措施是否符合要求。

5. 安全：
- 对地源热泵系统的安全性能进行检测，包括电气绝缘和接地、水路压力的稳定性等，以确保系统安全可靠。

总的来说，地源热泵检测应当覆盖系统的设计、安装、调试和现场试运行等多个环节，结合相关标准和规范，进行全面深入的检测和评估，确保地源热泵系统的质量和性能达到设计要求，并为建筑节能和保障建筑用户舒适度提供坚实的保障。