DB11/T 2038-2022 中深层地热供热技术规范 井下换热

ICS27.010

CCSP45

DB11

北京市地方标准

DB11/T2038—2022

中深层地热供热技术规范井下换热

Technicalspecificationsformedium-deepgeothermalheatingsystem

Heatexchangerinborehole

2022-12-27发布2023-04-01实施

北京市市场监督管理局发布

DB11/T2038—2022

目次

前言.................................................................................II

1范围...............................................................................1

2规范性引用文件.....................................................................1

3术语和定义.........................................................................1

4基本规定...........................................................................2

5勘查与评估.........................................................................2

6系统设计...........................................................................4

7施工安装...........................................................................7

8调试与验收.........................................................................8

9智能监控..........................................................................10

附录A（资料性）井下同轴换热器传热分析模型.......................................14

附录B（资料性）井下同轴换热器管道水力计算方法...................................16

附录C（资料性）中深层地热井下换热供热工程质量检查验收记录表.....................17

参考文献.............................................................................25

I

DB11/T2038—2022

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起

草。

本文件由北京市发展和改革委员会提出并归口。

本文件由北京市发展和改革委员会组织实施。

本文件起草单位：清华大学、北京节能环保中心、北京市市政工程设计研究总院有限公司、北京清

华同衡规划设计研究院有限公司、清华大学建筑设计研究院有限公司、北京城市副中心站综合枢纽建设

管理有限公司、北京市建筑设计研究院有限公司、北京市标准化研究院、中国中元国际工程有限公司、

北京市热力工程设计有限责任公司、中国石油勘探开发研究院新能源研究中心、中国石化集团新星石油

有限责任公司、自然资源部浅层地热能重点实验室、北京市工程地质研究所、北京市地质工程勘察院、

建科环能科技有限公司、北京建筑大学、中国石油大学（北京）、北京市工程咨询有限公司、陕西西咸

新区沣西新城能源发展有限公司、中国石油华北(北京)新能源有限公司、煤炭科学研究总院有限公司、

北京市华清地热开发集团有限公司。

本文件主要起草人：魏庆芃、孙干、陈向春、邓杰文、魏本平、张辉、刘加根、李科、刘立军、王

娟、刘少敏、张进平、张文秀、韩敏霞、李海东、王刚、单天红、王文学、王卓卓、张登科、马静晨、

李文峰、韩东梅、杜林芳、刘宁、杨彩青、江绍辉、石英、方朝合、向烨、马琳、李海泉、王治、杨亚

军、王立志、杨灵艳、郝学军、张宇宁、白景辉、李海军、强聪望、李敏、刘洪涛、贾卿、陈大野、付

昌鸿、刘振晓、王成、张威。

II

DB11/T2038—2022

中深层地热供热技术规范井下换热

1范围

本文件规定了中深层地热井下换热供热系统工程（简称地热工程）的基本规定、勘查与评估、系统

设计、施工安装、工程调试与验收、智能监控等技术要求。

本文件适用于以地下3000米内中深层岩体为低温热源、采用井下同轴换热器换热的地热工程建设

和运行。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T11615地热资源地质勘查规范

GB/T14848地下水质量标准

GB50194建设工程施工现场供用电安全规范

GB50243通风与空调工程施工质量验收规范

GB50274制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范

GB50366地源热泵系统工程技术规范

GB55015建筑节能与可再生能源利用通用规范

CJJ/T34城镇供热管网设计标准

DZ/T0260地热钻探技术规程

JGJ33建筑机械使用安全技术规程

JGJ46施工现场临时用电安全技术规范

JGJ59建筑施工安全检查标准

NB/T10266地热井钻井工程设计规范

SY/T5374.1固井作业规程第1部分：常规固井

SY/T6592固井质量评价方法

DB11/T852有限空间作业安全技术规范

DB11/1066供热计量设计技术规程

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

地热换热井boreholeforgeothermalheatexchange

全井封闭（包含底端），可安装换热器与周围地层、岩体或构造带进行换热的井状结构。

3.2

1

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井下同轴换热器coaxialheatexchangerinborehole

以高导热性质坚固材料为外管、高保温性质材料为内管、内外管同心轴方式安装在地热换热井内的

换热器。

3.3

井下换热循环工质circulatingmediaofheatsourceside

井下同轴换热器中循环流动的与周围地层、岩体或构造带进行热交换的液体。

中深层地热井下换热系统medium-deepgeothermalboreholeheatexchangersystem

利用安装在中深层地热井内的封闭换热器，经过换热器管内循环工质对流热交换、管外壁与周边地

下岩体换热从而提取地热能的换热系统。

3.4

中深层地热井下换热供热系统medium-deepgeothermalborehole-styleheatexchangerwith

heatpumpsystemforspaceheating

利用中深层地热井下换热系统持续提取热量，经换热或热泵机组提温后，向建筑物持续稳定供热的

系统。

4基本规定

4.1地热工程前期策划应与能源规划、清洁供热规划、可再生能源规划等相协调。

4.2地热工程承担单位在勘查、设计、施工安装、运维等方面应具有相应的技术能力。

4.3地热工程设计方案应符合安全可靠、绿色低碳、高效节能、经济合理、精细智慧的要求。

4.4地热工程应选用兼高效节能设备和绿色环保材料。

4.5地热工程施工前应进行工程场地状况调查和中深层地热勘查。

5勘查与评估

5.1一般规定

5.1.1地热资源勘查应符合GB/T11615的规定，收集建设场地及周边一定范围内地质、水文地质等

方面的基本资料，查明场地地层及岩性特征、地质构造、地温场特征，核算地温梯度，编制地热资源

勘查评估报告。

5.1.2应综合分析建设场地及周边一定范围内中深层地热资源条件、地温梯度、岩层热导率等，提

出合理可行的中深层地热供热方式。

5.1.3地热换热井底岩体温度宜不低于60℃，地温梯度宜不小于2.0℃/100m。

5.2场地与资源调查

5.2.1地热工程场地调查应包括建设区域内场地状况、热泵机房及配套设施的建筑空间条件。

5.2.2场地状况调查应包括下列内容：

a)场地内可供开发利用的中深层地热容量、地质构造、地层特征、岩性特征和地温场特征；

b)场地附近如果已有中深层地热水热型供热系统，需了解其位置、用途、类型、结构、深度、地

层分布、出水量、年用水量、水位及变化、水温和水质情况；

2

DB11/T2038—2022

c)场地内已有或规划范围内的地面建筑物位置分布、占地面积、建筑面积、建筑物功能和建筑热

负荷情况；

d)场地内地热换热井施工的条件。

5.2.3地热地质资料不充分区域宜采用数值模拟方法预测中深层地热取热容量，或开展地热地质勘

查，选1个钻孔作为探采结合井，并包括以下勘查测试内容：

a)样品采集与测试：对探采结合井取热段每个热储层取1~3组岩心，并进行岩心样密度、孔隙

度、导热系数、热扩散系数和比热容参数测试，取岩心的位置、数量和质量符合GB/T11615

的要求；

b)对探采结合井进行全井段测温，获取岩体温度和地热增温率；

c)热泵供热机房与井下换热场地、管线路由情况；

d)热泵供热机房和配套设施建筑空间所需面积、层高、承重、抗震、隔音和防水性能需求。

5.3资源评估

5.3.1应从能量平衡的角度对建设场地内中深层地热可利用资源容量进行计算和评估，计算方法可

参考GB/T11615，按照运行100年、消耗20%地热储热量，根据公式（1）计算单个井下换热器每年

最大可利用的累积取热量。

Q=AHCv(Tp−Tc)×0.2/100...............................(1)

式中：

Q——换热器每年最大可利用的累积取热量，单位为焦耳(J)；

A——中深层地热井下换热器釆热影响面积，按公式（2）计算，单位为平方米(m2)；

H——中深层地热井下换热器对应热储层深度，单位为米(m)；

3

Cv——热储的体积比热容，单位为焦耳每立方米每摄氏度［J/(m・℃)］；

Tp——热储层平均温度，单位为摄氏度(℃)；

Tc——基准温度，建议取为当地全年平均气温，单位为摄氏度(℃)。

A=πR2........................................(2)

式中：

R——中深层地热井下换热器取热影响半径，建议值为50，单位为米(m)。

5.3.2对于具有多套热储层的中深层地热井下换热器，可分层计算各层热储的体积比热容及地热储

量，叠加获得总地热储量。

5.3.3勘查评估报告内容宜包括：

a)项目概况；

b)自然地理条件；

c)场地调查工作概况；

d)供热工程场区供暖期气象条件；

e)供热建筑物的用能需求及特征；

f)工程场区场地条件；

g)工程场区地质条件；

h)地温场特征；

i)中深层地热可利用容量；

j)井下换热器换热能力及供热能力分析评价：对中深层地热取热量和建筑供热量之间进行长期热

平衡分析，长期热平衡分析的计算周期不少于25年；

k)地质环境影响及安全性评价；

3

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l)可行性分析与可靠性评价；

m)换热井钻探建议方法和成本估算；

n)结论与建议。

6系统设计

6.1一般规定

6.1.1井下换热系统设计应充分结合项目工程场地与资源调查、地热资源评估和钻井成本等因素综

合考虑。

6.1.2供热系统设计应符合GB55015的要求，宜采用市政热力、空气源热泵、蓄能等辅助热源优化

系统设计，提高系统全生命周期运行的经济性。

6.1.3宜进行建筑动态负荷计算，并对换热井取热量进行数值模拟计算，根据计算结果开展中深层

地热供热系统设计。

6.1.4换热井位置宜靠近热泵机房和供热建筑；当设有多个地热井时，应依据地质条件和场地条件

对排布方式与井间距进行评估与设计。

6.2井下换热系统设计

6.2.1设计范围应包括中深层地热井下换热器和井下换热侧循环工质管路及设备。

6.2.2井下换热系统取热量的确定应考虑以下因素：

a)单个地热换热井连续供热运行时的设计取热功率、供热季设计累积取热量；

b)地热换热井数量，以及多个换热井间距、排布方式，对单井实际取热量的影响；

c)井下同轴换热器埋深宜为2000m~3000m，根据建筑负荷、场地条件和地温梯度确定井下同轴换

热器的安装深度。

6.2.3单个井下同轴换热器供热系统依据地温梯度、岩石导热系数和安装深度设计取热功率，按照

公式（3）进行计算（井下同轴换热器传热分析模型见附录A）。

H

Q=(17.61↔T↔K+49.2↔T−2.23↔K)↔−8.63↔T↔K−61.93↔T−7.92..............(3)

iss1000s

式中：

Qi——单个中深层地热井下换热器取热功率，单位为千瓦（kW）；

H——中深层地热井下换热器安装深度，单位为米（m）；

T——地温梯度，单位为摄氏度每百米（°C/100m）；

Ks——岩土导热系数，单位为瓦每米每摄氏度[W/(m·°C)]。

注1：设计取热功率计算公式中对应井下换热器结构为：外管管径φ177.8*9.19mm，内管径φ110*10mm同轴套管换热

器。

注2：设计取热功率计算公式对应的计算工况为：24小时连续供热运行，换热器进水温度10℃，循环流量28m³/h。

注3：实际工程设计时，可根据实际地质条件、换热器结构尺寸及材料物性、进水温度和循环流量，进行数值模拟，

计算得到更准确的单个井下同轴换热器在连续供热运行时的设计取热功率。

6.2.4多个井下同轴换热器供热系统宜根据公式（1）、公式（2）、公式（3）计算单个换热器供热

季最大可利用的累积取热量和设计取热功率，并根据建筑设计供热负荷、供热季累积耗热量设计值、

井群布置形式及衰减情况等，进行全生命周期技术经济分析测算，合理确定井下同轴换热器数量和排

布。相邻地热换热井间距不宜小于50米。

6.2.5井下同轴换热器的运行宜满足以下要求：

a)入口温度在10°C~25°C进行调节，不应低于4℃；

4

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b)介质循环采用大温差、变流量运行工况设计。循环工质的具体设计流量和设计进出口温差，根

据实际地质条件按公式（3）计算后，参考建筑设计供热负荷、供热季累积耗热量设计值等进

行确定，设计流量取值为20m³/h~30m³/h，循环工质进出口设计温差取值为10℃~15℃；

c)井下同轴换热器确定设计循环流量后，宜根据设计循环流量进行井下同轴换热器和管道水力计

算，确定循环水泵扬程、功率。井下同轴换热器管道水力计算方法见附录B。

6.2.6管材与循环工质性能宜满足以下要求：

a)井下同轴换热器应采用化学性稳定、耐腐蚀、承压强和流动阻力小的管材及管件；

b)井下同轴换热器外管的管材宜采用导热系数大、承压能力强的特质钢套管或石油钢套管；

c)井下同轴换热器内管采用高热阻管材，导热系数不大于0.4W/(m·°C)，且其强度、耐温性及耐

久性满足设计和使用要求，并具有温差补偿措施；

d)管材进行拉伸强度和应力验算，满足设备安装、运行和恢复期间的安全运行要求；

e)循环工质可使用不低于GB/T14848中规定的II类水质量标准的水，水中不得加注乙二醇等

对环境产生危害的添加剂。

6.3钻井工程设计

6.3.1地热换热井钻井工程设计应符合DZ/T0260、NB/T10266的要求，并作为钻井施工组织管理

和完井验收的依据。

6.3.2钻井工程设计宜包括：地质概况、设计依据、质量要求、井身结构、钻进方法、钻井设备、

钻具组合与强度校核、钻井参数设计、取芯设计、钻井液设计、裂隙堵漏设计、含水层保护要求、固

井设计、钻井施工重点技术要求、测试要求、井口装置、钻井资料收集要求、钻井进度计划和相关表

格等。

6.3.3应根据场地地质特征确定固井方式：

a)固井材料的导热系数不低于岩土体的导热系数；

b)当地热换热井穿透含水层时，采取止水措施防止地下水串层。

6.3.4井下换热系统的钻孔孔径不宜小于200mm。

6.4供热工程设计

6.4.1应确定中深层地热在建筑供热负荷中的比例、供热系统流程、建筑内供热末端系统形式以及

不同供热负荷时的调节、保障手段等。

6.4.2中深层地热取热功率与供热系统经热泵机组提升温度后的供热功率应满足公式（4）、公式

（5）：

Qs=Qq+Whp+Wh...................................(4)

Qq=Qi↔N......................................(5)

式中：

Qs——热泵机组输出的供热功率，单位为千瓦（kW）；

Qq——中深层地热取热功率，单位为千瓦（kW）；

Qi——单个地热换热井取热功率，单位为千瓦（kW）；

Whp——热泵机组压缩机轴功率，单位为千瓦（kWp）；

Wh——井下换热循环水泵轴功率，单位为千瓦（kWp）；

N——中深层地热换热井数量。

6.4.3中深层地热不能全部满足建筑物供热需求时，应考虑辅助供热，宜优先选用清洁能源，并满

足以下要求：

5

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a)中深层地热的供热量满足建筑物冬季采暖需求的基础负荷，辅助供热作为调峰使用；

b)多能耦合供热方案应能保障建筑物不同供热需求，并满足经济性要求；

c)辅助热源不应对中深层地热系统正常运行时的压力、流量、温度及水质产生影响；

d)辅助热源与中深层地热供热之间避免直接混水，根据建筑实际供热需求采用串联、并联混水等

设计方案及调节策略。

6.4.4供热系统可根据项目应用电价政策和场地条件，设置蓄热设施，节约运行成本，并具备与电

网进行需求侧响应的能力。

6.4.5供热管线应做好有效防冻措施，避免故障停机和运维检修时出现水管冻结的风险。

6.4.6供热系统配电设计应满足不间断供电要求，停开机时需缓慢降速或增速运行，避免因流量或

压力突变造成井内管路不可逆的形变及影响。

6.4.7消防安全设计应符合以下规定：

a)供热机房内水路系统管道保温、电气系统导线护套等采用耐火阻燃材料；

b)供热机房内不得堆放易燃易爆危险品；

c)供热机房内设置灭火器、消火栓等消防设施，设置起火自动报警和自动灭火装置；

d)供热机房内设置防火门、疏散通道、安全出口，且划定和设置其他设施时不得占用和堵塞；

e)在出入口、电梯口、防火门等醒目位置设置提示安全逃生路线、安全出口、消防设施器材使用

方法的明显标志和警示标语。

6.5热泵机组及辅助设备

6.5.1热泵机组容量及高效运行工作区，应综合建筑尖峰供热工况、部分负荷工况下需求的供回水

温度及流量等进行选择。

6.5.2热泵机组应具备负荷调节功能，满足热负荷变化时的调节要求，宜采用变频压缩机。

6.5.3热泵机组一般不宜少于2台,当一台故障或维修时，剩余机组供热能力不应低于设计总供热能

力的65%。

6.5.4热泵机组蒸发器取热侧设计进水温度宜为30℃。热泵机组蒸发器进出水温差不宜大于10℃。

6.5.5热泵机组冷凝器供水温度设计值宜为45℃，运行调节时可在40℃~60℃范围内调节，热泵机

组冷凝侧进出水温差不宜大于10℃。

6.5.6热泵机组的制热性能系数可按公式（6）进行计算：

Q

COP=s.......................................(6)

Whp

式中：

COP——热泵机组制热性能系数；

Qs——热泵机组供热输出热量功率，单位为千瓦（kW）；

Whp——热泵机组输入电功率，单位为千瓦（kWp）。

6.5.7热泵机组制热性能系数：不宜低于5.0。

6.6供热输配系统及供热末端

6.6.1供热输配系统及设备应满足以下要求：

a)供热管道采取可靠的保温措施，并计算热损；

b)地热换热井出口至热泵侧的管网热损失率指标不大于1%；热泵至末端供热管网的热损失率指

标符合CJJ/T34相关要求；

c)井下换热系统独立设置定压与补水系统，补水水箱可与其他系统共用；

6

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d)井下换热系统板换及阀门附件承压不低于1.6MPa；当井下同轴换热器与热泵机组直接连接时，

井下换热系统热泵机组蒸发器的管道设备及附件承压不低于1.6MPa。

6.6.2供热系统应结合系统能效、末端供热与空调系统方案综合确定供水温度，热泵直接供热供水

温度不宜高于60℃。

6.6.3供热末端设备宜优先采用辐射供暖、风机盘管、钢制板型散热器等低温供热末端，其中辐射

地板、钢制板型散热器设计供回水温度为45/35℃、毛细管辐射末端设计供回水温度为40/35℃、风

机盘管设计供回水温度为45/40℃。

6.6.4供热系统循环水泵应具有变频调节功能。

7施工安装

7.1一般规定

7.1.1应根据项目建设场地评估报告、设计文件和相关图纸编制详细的施工组织方案，制定安全生

产实施细则。

7.1.2应对钻井工程、井下换热系统安装、热泵供热机房安装等主要施工过程进行视频监控。视频

监控资料应齐全、连续，宜可远程查看视频监控。施工过程视频监控资料应作为工程竣工验收资料之

一存档。

7.1.3施工过程主要材料、配件、部件和设备进场时应遵守下列规定：

a)对主要材料、配件、部件和设备的品种、规格、包装、外观和尺寸等进行检查验收，并经建设

单位代表确认，形成相应的记录；

b)对主要材料、配件、部件和设备的质量证明文件进行核查，并经建设单位代表确认，纳入工程

技术档案。系统主要组成材料、配件、部件和设备均具有产品合格证、出厂检测报告、产品说

明书及产品性能检测报告；定型产品和成套技术有检验报告，进口材料和设备按规定进行出入

境商品检验。

7.1.4施工安全应满足以下规定：

a)施工企业按规定实行安全资格认证，并依法取得安全生产许可证；

b)施工企业负责人按国家规定经过安全卫生管理资格培训合格；

c)专职管理人员培训合格，取得上岗资格；

d)特种作业人员经培训考核取得特种作业人员操作证后持证上岗。

7.2钻井工程及井下换热系统施工与安全生产要求

7.2.1井下换热系统施工前，应预留未来地下管线所需埋管空间及埋管区域进出重型设备的车道位

置，严禁损坏地下既有管线和构筑物。井下换热系统施工后，应在埋管区域标明管线的定位。

7.2.2钻井施工工作宜符合下列要求：

a)场地要求：施工场地宽度大于15m，长度大于35m，场地平整；

b)施工前掌握地热换热系统地下所有管线及构筑物的功能和准确位置，由建设单位和施工单位共

同标记，确保既有管线及建（构）筑物安全；

c)施工前由建设单位和施工单位组织安全生产专项教育和培训，并严格执行安全施工和安全生产

各项规定；

d)钻井施工设备污染物排放达到国家和地方相关环保标准要求；平整、清理施工场地地面、空中

施工障碍；

e)施工人员、机械设备、材料已经进场，机械试运行正常，特种设备已在相关部门备案并通过了

质量安全检查验收；

f)钻井施工可参考DZ/T0260。

7

DB11/T2038—2022

7.2.3固井应符合下列要求：

a)固井作业符合SY/T5374.1及SY/T6592的要求；

b)井下换热系统进行严格固井，可采用延迟水泥固井技术，封固套管外部环形空间。延迟固井水

泥选用无毒、稠化时间长且流动性好的材料；

c)固井作业在钻孔作业结束后24h之内完成，防止施工过程中出现地下水串层现象。

7.3供热系统热泵机房及供热管线安装

7.3.1热泵机房等建筑物内系统安装应符合GB50243、GB50274及GB50366的规定。

7.3.2供热管线定线测量宜符合下列规定：

a)按照主管线、支干线、支线的次序进行，主管线起点、终点、中间各转角点及其它特征点在地

面上定位，支干线、支线可按主干线方法定位；

b)直线段上中线桩位的间距不大于50m，管线中线量距可用全站仪、电磁波测距仪或检定过的钢

尺丈量；

c)管线中的固定支架、地上构