2.0.6水源热泵机组

2.0.7 加热系统末端

用于加热沼气发酵池内料液的热交换装置，有池内力 和池外换热器两种形式。

钢筋工程由地热能换热系统、加热系统末端、水源热泵机组和控制系统 组成的、为沼气发酵池内料液增温的系统。

heatlossof envelope

气发酵池内外温差的作用下，池壁、池底和池顶等围护结 环境的热交换引起的热量损失，单位为W。

.0.10进料耗热量 heat loss by feeding

heat loss by feeding

将进料加热至池内设计温度时所消耗的热量，单位为

搅拌器在搅拌过程中，带动发酵液做机械运动，造成液体与设 备之间、液体与液体之间的摩擦而产生的热量，单位为W。

2.0.13沼气发酵池热负

在某一室外温度下，为达到要求的沼气发酵池内温度 统在单位时间内向沼气发酵池供给的热量，单位为W。

2.0.14沼气发酵池热负荷概算指标

在方案初步设计或扩初阶段，为了对沼气工程热负荷进行快 速计算而提出的沼气发酵池热负荷估算指标，包括围护结构热负 荷指标（W/m）和日进料耗热量指标MI/m·d）l

程场地状况调查和浅层地热能资源勘察。工程勘察应符合现行国 家标准《地源热泵系统工程技术规范》GB50366中的相关规定。 3.1.2地源热泵式沼气发酵池加热系统的设计应以设计合同书 业主要求、地源热泵工程勘察报告、沼气工程相关工艺参数为依 据。 3.1.3 地源热泵式沼气发酵池加热系统的设计应包括下列内容： 1 沼气发酵池热负荷计算； 2 加热系统方案的确定： 3 地热能换热系统设计； 4 加热系统未端设计； 5 监测与控制系统设计。 3.1.4 地源热泵式沼气发酵池加热系统设计文件应包括设计总 说明、系统原理图、平面布置图、设备选型及安装大样图等。 3.1.5对手配备地源热泵加热系统的沼气工程，应对沼气发酵池 体进行保温，并且应采取外保温的形式，经济保温厚度计算方法可 按本规程的附录A执行。

3.2沼气发酵池热负荷计算

3.2.1沼气发酵池热负荷，应根据沼气发酵池的下列散失和获得 的热量确定： 1围护结构耗热量; 2 进料耗热量；

3 内部得热量（搅拌热、生物热）。

3 内部得热量（搅拌热、生物热）。 2 围护结构耗热量应包括基本耗热量和附加耗热量。 3 围护结构的基本耗热量应按下式计算：

3.2.2围护结构耗热量应包括基本耗热量和附加耗

式中：Qw 围护结构的基本耗热量（W）； 围护结构的传热系数[W/（m·℃）; A 围护结构的面积（m），取围护结构的外表面面积： t 沼气发酵池内计算温度（℃）； t 沼气发酵池外计算温度（℃）

3.2.4地上部分围护结构的附加耗热量，应按其占基本耗热量的

2风力附加率fw：沼气发酵池在不避风的高地、河边、海岸、 扩野上时，垂直的外围护结构附加5%～10%。 3高度附加率fh：对于高度超过3m的沼气发酵池，每高出 1m应附加2%，但总的附加率不应超过15%。 3.2.5计算围护结构耗热量时，沼气发酵池内计算温度应根据沼 气工程工艺参数确定，对于具有明显温度分层的沼气发酵池，应根 据温度梯度在高度方向进行必要的修正。温度梯度值不能确定 时，可按本规程第3.2.4条第3款规定的高度附加率进行修正。 3.2.6进料耗热量应按下式计算：

式中:Q 进料耗热量（W）；

C 进料比热容Lk/（kg·℃），不能确定时可取4.18kJ (kg : ℃); m一 每天的进料量（kg/d）： t,一一进料温度(℃); T,一每天的进料时间(h/d)。 3.2.7内部得热量主要包括生物热和搅拌热两部分，生物热应按 下式计算：

Q, = 0. 334V.9h

式中Q生物热(W); V。一每天的产气量(m* /d); Qb——每摩尔甲烷产量的生物热(kJ/mol),取135.6kJ/mol。 当采用机械搅拌方式时，搅拌热应按下式计算：

Q. = 1000ninzN/n

代中：Q 机械搅拌热（W）； N一 搅拌机的电动机功率（kW）： 7 电动机效率。电机在沼气发酵池内时，刀取75%～ 89%；电动机在沼气发酵池外时n取1； n一 利用系数，电机最大实效功率与安装功率之比，一般 取0.7~0.9; n2—电动机负荷系数，"般取0.5左右。 当采用液体或气体搅拌的方式时，搅拌热可忽略不计。 2.8沼气发酵池的瞬时总热负荷为围护结构耗热量、进料耗热

式中：Q.一 沼气发酵池总热负荷（W）： 进料时间系数，有进料时入取1，无进料时入取0。

据实际工程积累的经验数据进行估算，或通过热负荷概算指标按

3.3加热系统方案的确定

合确定，并应符合下列规定： 1对于进料流量大、热负荷集中的沼气工程，宜采用池内加 热的末端形式。 2对于进料流量大、但热负荷相对分散的沼气工程，宜采用 池内加热和池外加热相结合的末端形式。 3.3.4水源热泵机组的制热功率应根据沼气发酵工艺要求和热 负荷特点，经过技术经济比较后确定。最小制热功率应符合下列 规定： 1沼气工程在最冷月启动时，水源热泵机组应能在沼气发酵 工艺规定的启动调试时间内将发酵池内料液温度提升至设计温 度。 2沼气工程在最大热负荷日正常运行时，水源热泵机组应能 维持发酵池内料液温度稳定在设计温度范围内。

负荷特点，经过技术经济比较后确定。最小制热功率应符合下列 规定： 1沼气工程在最冷月启动时，水源热泵机组应能在沼气发酵 工艺规定的启动调试时间内将发酵池内料液温度提升至设计温 度。 2沼气工程在最大热负荷日正常运行时，水源热泵机组应能 维持发酵池内料液温度稳定在设计温度范围内

3.4地热能换热系统设计

3.4.1地热能换热系统设计应符合现行国家标准《地源热泵系统 工程技术规范》GB50366中的相关规定。 3.4.2进行地热能换热系统设计前，宜进行沼气工程的全年日耗 热量动态分析，地热能换热系统的换热量应满足地源热泵系统最 大吸热量的需求。

3.4.3对于地埋管换热系统的设计，应采用专用软件对地埋管附

近土壤温度变化进行预测分析，在沼气工程的生命周期内，地理管 附近土壤的最低温度应能满足地埋管的换热需求；不能满足时，应 采取一定的热平衡措施。

3.5加热系统末端设计

3.5.1加热系统末端的设计应与水源热泵机组的参

3.5.2池内加热形式的加热系统末端设计应符合下列规定： 1热交换盘管的总长度，应根据水源热泵机组制热功率经过

热交换盘管的总长度，应根据水源热泵机组制热功率经过

换热计算确定。 2换热盘管内传热介质应处于紊流状态，管内流速不宜小于 0.25m/s。 3热交换盘管应根据沼气工程规模、热泵机组制热功率划分 为若干个并联环路，各并联环路的长度不宜超过120m，且在沼气 发酵池底部至少应设置一个环路：四壁设有加热环路时，环路的最 高点应在料液高度的3/4处以下。 4热交换盘管设有多个加热环路时，各加热环路的管长应尽 量接近，并且应对各加热环路进行水力平衡计算，热交换盘管的水 力计算可按现行行业标准《地面辐射供暖技术规程》GJ142进行。 5热交换盘管的间距应根据热交换盘管的总长度和盘管布 置区的面积确定，对于公称外径为16mm的管，热交换盘管的间 距宜取150mm；对于公称外径为20mm的管，热交换盘管的间距 宜取200mm。 6热交换盘管应与发酵池的内壁面保持一定间距布置，间距 宜取50mm~150mm。 7热交换盘管系统应设置反冲洗装置。 3.5.3池外加热形式的加热系统末端设计应符合下列规定： 1外加热池形式的加热系统末端设计应符合本规程第3.5.2 条的规定，且外加热池内应设置搅拌装置。 2池外换热器形式的加热系统末端应选专用的耐腐蚀污水 换热器，换热器应由最高进料温度工况进行选型设计。 3.5.4加热系统末端管材应符合下列规定： 1加热系统末端应选用导热系数大、流动阻力小及耐腐蚀的

4加热系统末端管材应符合下列规定：

4管材公称压力不应小于1.0MPa。

地制宜选择监测指标和自动化程度。 3.6.2地源热泵式沼气发酵池加热系统，宜对下列参数进行监 测： 1 沼气发酵池内温度。 2 水源热泵机组热源侧的供回水温度、压力、流量。 3 水源热泵机组用户侧的供回水温度、压力、流量。 4 水源热泵机组、循环水泵的耗电量。 水泵进出口压力、过滤器前后压力。 6 水源热泵机组、水泵、搅拌器等设备的后停状态。 3.6.3 蓝测与控制系统的仪表、设备应选用耐腐材料或进行相应 的防腐处理。 3.6.4沼气发酵池内温度、设备后停状态等代表性的参数，宜在 控制配电室内设置检测仪表以便于观察。 3.6.5检测沼气发酵池内温度的传感器布置应符合下列规定：

3.6.4沼气发酵池内温度、设备启停状态等代表性的参数，宜在

1在竖直方向上，应布置在距离沼气发酵池底部1/3～1/2 高度处。 2在水平方向上，应布置在距离池内壁不小于0.5m处。 3.6.6地源热泵式沼气发酵池加热系统的自动运行控制策略，应 根据热负荷特点、沼气发酵工艺要求及水源热泵制热功率等因素 通过技术经济比较后确定。控制系统的设置应符合下列规定： 1加热系统中各相关设备及附件应与热泵机组连锁，顺序后 停。加热系统与搅拌系统应进行电气连锁，加热时间段内搅拌系 统的运行时间应根据加热系统要求确定。 2设计自动运行控制的加热系统时，应同时设置手动控制方式

4.1.1地源热泵式沼气发酵池加热系统的施工应由具有相应资 质的单位承担。 4.1.2地源热泵式沼气发酵池加热系统施工前，应由设计单位进 行技术交底，施工单位应编制施工方案。 4.1.3建造沼气发酵池时，应为地源热加热系统预留必要的用 于管道、仪表设备安装和维修的孔洞。 4.1.4地热能换热系统、机电设备的施工安装应符合国家现行有 关标准的规定。

4.2.1 池内加热盘管安装前应具备设计文件和施工图纸。 4.2.2 施工的环境温度不宜低于5℃，低于5℃时应采取升温措 施。

4.2.3加热管应按设计图纸标定的管间距和走向进行敷设。管

1管道安装时应防止管道扭曲。 2塑料加热管的弯曲半径不宜小于6倍管外径，当加热管设 计间距较小，平行型布置L图（a）或双平行型布置L图（b）不能满 足最小弯曲半径要求时，可采用回折型布置方式图（c）。 3加热管弯曲时，圆弧的顶部应加以限制，并应固定，不得出 现“死折”。

4.2.5沼气发酵池内部的加热管不应有接头，内部加热盘管应通

4.2.6加热管应设固定装置，宜用卡件将加热管固定在铺设于沼 气发酵池内壁面上的网格上，严禁采用扎带等强度不足的管件固 定方式。

4.2.8设有多个加热环路时，应通过分、集水器连接各个环路， 分、集水器应安装在沼气发酵池外部易于维护操作的地方，且分水 器、集水器宜在开始铺设加热管之前进行安装，安装位置应高于环 路最高点。

.2.10在分、集水器处，宜对各加热环路的供回水管安

4.3.1地源热泵式沼气发酵池加热系统的防雷与接地应按现行 国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057、《交流电气装置的接 地设计规范》GB/T50065等相关规定执行。 4.3.2地源热泵式沼气发酵池加热系统的金属管及管件、仪表设

备应采取必要的防腐措施；明装PPR管道和保温管道应做防直射 处理。

4.3.3保温材料在施工现场不得雨淋或存放在潮凝场所。

4.3.5从事矿渣棉、玻璃纤维棉（毡）等作业时，衣领、袖口、裤脚 应批紧。

5.1.1试验、调试与验收应由施工单位提出书面报告，监理单位

5.1.1试验、调试与验收应由施工单位提出书面报告，监理单位 组织各相关专业进行检查和验收，并应做好记录。 5.1.2地源热泵式沼气发酵池加热系统交付使用前，应进行系统 验收，合格后方可投人使用。

5.2.1地热能换热系统验收应符合现行国家标雄《地源热泵系统 工程技术规范》GB50366的相关规定。 5.2.2池内加热盘管安装过程中，应进行现场检验，并应提供检 验报告。检验内容应符合下列规定： 1管材、管件、分集水器、阀门配件等应符合国家现行有关标 准的规定。 2加热管的管间距、弯曲半径应符合设计要求，管道固定应 牢靠。 每个加热环路的管总长度与设计图纸误差不应大于8%。 4 加热管与分水器、集水器的连接处应无渗漏。 5 加热管在发酵池内应没有接头。 加热管穿越沼气发酵池壁面时密封应严密。 加热管路水压试验合格。 8 加热管路通水试验合格。 5.2.3 池内加热管路水压试验应符合下列规定： 1 水压试验应在系统冲洗之后进行。 2水压试验宜进行两次，分别为池内加热盘管安装固定牢靠

工程技术规范》GB50366的相关规定。

1各个部件的规格、性能及技术参数等应符合设计要求，并 具备产品合格证书、产品性能检测报告及产品说明书等文件。 2热泵机组、附属设备及管路系统的验收应符合现行国家标 准《制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范》GB50274 及《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243的规定。 3电气工程的验收应符合现行国家标《电气装置安装工程 低压电器施工及验收规范》GB50254及《建筑电气工程施工质量

验收规范》GB50303的规定，

1系统调试前，应编制调试方案。 2调试过程中，应进行小力平衡调试，确定系统循环总流量， 各分支流量均达到设计要求。各环路流量、压力应达到基本平衡： 并应符合设计要求。 3水力平衡调试完成后，应进行热泵机组的试运转，并填写 运转记录，运行数据应达到设备技术要求。 4热泵机组试运转正常后，应进行连续24h的系统试运转。 系统试运转中，应观测监控系统的状态参数是否正确显示，设备连 锁、自动调节、自动保护机构是否能够正确动作。 5系统调试合格后，应编写调试报告及运行操作规程，并提 交甲方确认后存档。 5.3.3加热系统调试合格后应进行竣工验收，峻工验收应由建设 单位负责，组织施工、设计、监理等单位共同进行，验收合格后应

付录A沼气发酵池经济保温厚度计算方法

附录C池内加热盘管布置方式

图C池内加热盘管布置方式

1为便于在执行本规程条文时区别对待，对要求严格程度 不同的用词说明如下： 1）表示很严格，非这样做不可的： 正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”； 2）表示严格，在正常情况下均应这样做的： 正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”； 3）表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的： 正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”； 4）表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。 2条文中指明应按其他有关标推执行的写法为：“应符合 的规定”或“应按执行”

《建筑物防雷设计规范》GB50057 《交流电气装置的接地设计规范》GB/T50065 《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243 《电气装置安装工程低压电器施工及验收规范》GB50254 《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268 《制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范》GB50274 《建筑电气.丁程施工质量验收规范》GB50303 《地源热泵系统工程技术规范》GB50366 《地面辐射供暖技术规程》JGJ142 《外墙外保温工程技术规程》IGI144

《建筑物防雷设计规范》GB50057 《交流电气装置的接地设计规范》GB/T50065 《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243 《电气装置安装工程低压电器施工及验收规范》GB50254 《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268 《制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范》GB5027 《建筑电气.丁程施工质量验收规范》GB50303 《地源热泵系统工程技术规范》GB50366 《地面辐射供暖技术规程》JGJ142 《外墙外保温工程技术规程》GJ144

CECS 339 : 2013

总 则 (27) 设 计 (28) 3. 1 一般规定 (28) 3.2 沼气发酵池热负荷计算 (29) 3. 3 加热系统方案的确定 (32) 3. 4 地热能换热系统设计 (34) 3.5 加热系统末端设计 (34) 施 工 (36) 4. 2 加热系统末端施工 (36)

4. 2加热系统末端施工

1.0.2根据现行行业标《沼气工程规模分类》NY/T66.7，沼气 工程规模分为大型、中型和小型气工程。对于小型沼气工程，热 需求量较小，单独配备一套地源热泵加热系统在经济上不划算。 为此，本技术规程主要是针对大、中型沼气工程。同时，由于当前 常规地源热泵机组出水温度一般在55℃以下，用常规地源热泵机 组为采用高温发酵工艺（46℃60℃）的沼气池加热时，很难保证 发酵池内温度要求且能源利用效率低下，不建议使用。

泵系统的基础。地源热泵加热系统方案设计前，应根据调查及勘 察情况，合理地选用低位热源的形式。浅层地热能资源的勘察包 括地理管换热系统勘察、地下水换热系统勘察及地表水换热系统 勘察，现行国家标准《地源热泵系统工程技术规范》GB50366对这 三种低位热源系统的勘察内容作了详细的规定，进行工程勘察时 应按该标准的相关规定执行。 3.1.2前期搜集的基础资料主要为后期的方案设计与计算提供 依据。工程勘察报告应包含工程场地状况调查及浅层地热能资源 勘察两部分，主要为确定地源热泵系统低位热源形式（地理管、地 下水、地表水）提供依据。沼气发酵池内、外计算温度、进料参数 （温度、进料量、进料方式）及围护结构参数决定了沼气工程的热量 需求规律，是沼气工程设计的主要工艺参数。其中，沼气发酵池外 计算温度应根据沼气发酵池的外部环境确定，沼气发酵池的地下 部分，通过当地的地层资料获取。沼气发酵池暴露在大气环境中 的地上部分，其外部计算温度可通过气象资料获取，取典型气象年 的逐时、逐日或逐月平均干球温度。沼气发酵池内的温度，通常会 由于搅拌不均、消化器过高等因素在高度方向存在温度梯度，因 此，结合已有的工程经验，本规程规定沼气发酵池内计算温度为 （1/3～1/2）高度处的池内设计温度。进料温度主要由原料的存放 地点、发酵工艺等因素决定。存放在室外的原料通常比存放在室 内的原料温度低，原料的处理工艺也会影响进料的温度，由消化器 内上清液稀释的原料通常要比自来水或地表水稀释的原料温度

高，因此，进料温度应在考虑这些因素的基础上，根据工程经验和 理论推导获得。

高，因此，进料温度应在考虑这些因素的基础上，根据工程经验和 理论推导获得。 3.1.5对于地源热泵式沼气发酵池加热系统，沼气发酵池围护结 构的散热是其热负荷构成的主要因素之一。因此，通过保温减少 围护结构的散热量，可以大大地降低沼气工程的热量需求，进而达 到降低沼气工程加热成本的目的。但是，增加池体的保温势必会 增加工程的初投资，所以，应结合当地的气候条件，从投资经济性 角度出发，选取一个适宜的经济保温层厚度。另外，由于沼气发酵 池内壁面常年与发酵料液接触，不适合于做内保温。

3.2沼气发酵池热负荷计算

3.2.1沼气发酵池热负荷应通过建立沼气发酵池的热平衡模型 进行计算。对于沼气发酵池来说，热量损失主要来自两部分：围护 结构与周边环境的热传递引起的热量损失和进出物料引起的热量 损失。在中温发酵和高温发酵条件下，设计的池内温度一般都要 比环境温度高，所以将围护结构与周边环境的热传递过程归为热 失项，并称之为围护结构耗热量，当环境温度高于设计的池内温 度时，该项取负值，即为得热项。进出物料包括进出料液和产出沼 气两部分，根据物料平衡，每天进人消化器的料液的质量应等于每 天排出的料液及产出的沼气质量之和，而由于排出的料液和产出 的沼气的温度都等于消化器内设计温度，所以进出物料引起的热 量损失实际上就是补偿进入料液达到池内设订温差所需的热量： 因此该项可归纳为进料耗热量。另外，沼气发酵池还会由于生物 热、搅拌等内部热扰获得一部分热量，这部分得热量虽然不是很 大，但在进行较精确的能量平衡计算时，应将其计算在内。沼气发 酵池的热平衡计算模型如图1所示。

3.2.2影响围护结构耗热量的因素很多

图1沼气发酵池的热平衡计算模型

艺影响固护结构耗热的因系根多，如围炉结构的传热系 数、传热温差、面积、朝向、高度及所在地的风速等。在这些影响因 素中，有的可以当做是基本状态量，通过建立一般的传热模型进行 分析计算，而很多因素对围护结构耗热量的影响很难通过建立模 型求解获得，只能根据经验进行相应的修正。所以，计算围护结构 耗热量时，应将这两部分分开

3.2.3进行围护结构基本耗热量计算时，应将围护结构的传热系

数不同的部分（如池顶和其他围护结构的传热系数有差异时）或沼 气发酵池外计算温度不同的部分（如沼气发酵池有地下和地上两 部分时）分开计算装修CAD图纸，然后将各部分的耗热量进行叠加。

温度在高度方向存在定的梯度，从沼气发酵池的底部到顶部呈 现温度增大的趋势。而在搅拌的作用下，这种垂直的温度梯度会 得到一定程度的减小，减小的程度取决于搅拌的强度。对于搅 强度不是很大的沼气发酵池来说，当沼气发酵池的（1/3～1/2高

度处达到沼气发酵池内计算温度时，其（1/3～1/2）以上高度区域 的温度将会大于沼气发酵池内计算温度，这就使得该区域的实际 耗热量要比按公式（3.2.3）计算出的耗热量大，为此，应根据实际 情况对进行修正。

3.2.5进行朝向修正主要是基于两方面的考虑：一是围护结构受 到太阳辐射的影响，其外壁面温度升高，导致围护结构的实际耗热 量会有所降低，故应附加一个负的修正率，但由于不同朝问的太阳 辐射强度值不一样，所以朝向附加率会有所不同；二是受围护结构 低温长波辐射的影响，围护结构的实际耗热量会有所增加，故应附 加一个正的修正率。在综合考这两方面影响的基础上，可以得 出以下结论：北向应附加，南向附减；沼气发酵池外计算温度越高， 北向附加值越大；池顶冬季附减，复季附加。风力修正主要是基于 风速对围护结构外表面换热系数考虑的。风速越大，表面换热系 数越大，围护结构耗热量就越大。由于沼气发酵池内温度梯度的 影响，往往使沼气发酵池上部的传热量加大，故应进行高度附加， 并且由于高度附加是在朝向修正和风力修正的基础上进行的，所 以高度附加率应附加于围护结构的基本耗热量和其他附加耗热量 上。 3.2.6在能确定发酵原料组分的情况下，应对进料的比热容进行 计算。不确其组分时，由于进料一般为6%～12%浓度的料液 故可将其比热容近似地认为是水的比热容，即4.18kJ/（kg·℃）。 进料耗热量之所以以瓦（W）为单位，是为了方便进行负荷叠加获 得沼气发酵池瞬时总热负荷，因此，进行进料耗热量计算时，应特 别注意进料的时间段概念，只有在进料的时间段内才有进料耗热 量项，否则，该项为0

3.2.5进行朝向修正主要是基于两方面的考虑：一是

然贝 古算。面根据已有的研究结果和工程经验，内部得热量比消化器 的耗热量要小很多，因此路桥图纸，利用热负荷概算指标进行沼气工程热负 荷估算时可以不考虑内部热扰得热量，即热负荷概算指标只包括