淺層地下水在地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用
2007-03-07 14:34:24來(lái)源：深藍(lán)空調(diào)網(wǎng)友評(píng)論:
6條進(jìn)入論壇簡(jiǎn)介：深藍(lán)水、地源熱泵中央空調(diào)作為希望深藍(lán)向市場(chǎng)力推的重頭產(chǎn)品，其發(fā)展速度可謂日新月異，真正體現(xiàn)了爭(zhēng)分奪秒的深藍(lán)效率。2001年，深藍(lán)水源熱泵項(xiàng)目開(kāi)始上馬；2002年，深藍(lán)水源熱泵隆重上市，開(kāi)始攪動(dòng)市場(chǎng)格局；2003年，深藍(lán)水源熱泵乘勝追擊，勢(shì)如破竹，在最短的時(shí)間里把希望深藍(lán)的大旗插上了中國(guó)水源熱泵領(lǐng)域的最高峰。 面對(duì)新的市場(chǎng)需求，冷氣公司全體員工群策群力，在整體機(jī)方面又開(kāi)發(fā)了眾多新產(chǎn)品。
地源熱泵以其高效節(jié)能、能利用可再生資源、中央空調(diào)系統(tǒng)無(wú)需鍋爐及鍋爐房，無(wú)需冷卻塔，節(jié)省采暖鍋爐的燃料消耗，節(jié)省鍋爐、鍋爐房、冷卻塔等設(shè)備投資，節(jié)省鍋爐污染治理投資，節(jié)省鍋爐運(yùn)行管理人員成本等一系列優(yōu)勢(shì)，代表著節(jié)能型中央空調(diào)的發(fā)展趨勢(shì)，符合國(guó)家的能源發(fā)展政策，正以其迅猛之勢(shì)，在各應(yīng)用領(lǐng)域強(qiáng)勢(shì)推廣。
地源熱泵應(yīng)用系統(tǒng)可分為地下水循環(huán)式、埋管式、地面水直接利用式等多種形式。其中地下水循環(huán)式分為深層水地下水循環(huán)式和淺層地下水循環(huán)式。本文著重介紹淺層地下水在地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用方法與應(yīng)用實(shí)例。
淺層地下水應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短、技術(shù)難度低、投資風(fēng)險(xiǎn)小、成本低、適用范圍廣。深藍(lán)空調(diào)系統(tǒng)在西南、華中、華東、北京等地均有地源熱源的應(yīng)用實(shí)例。但是，淺層地下水的應(yīng)用，在很大程度上受地理位置及地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件限制，在地下水位低、純粘性土壤結(jié)構(gòu)的地區(qū)不大適用。
在淺層地下水開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面，我們進(jìn)行了多種形式的應(yīng)用試驗(yàn)，在鋼管井異井回灌、鋼管井同井回灌、大口徑淺井等應(yīng)用方面積累了一些的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 一、錘入式鋼管井的應(yīng)用系統(tǒng)
在川西平原、湘江流域、華東地區(qū)等地，農(nóng)村常用手搖泵取水，其所采用的就是錘入式鋼管井或塑料管井，其成井方法極為簡(jiǎn)單。
１、備料 首先，根據(jù)出水量的要求，準(zhǔn)備ＤＮ２５～ＤＮ５０左右的鍍鋅鋼管，在管井底部的管壁密布的鉆制濾水孔，一般鋼管井鉆孔部位長(zhǎng)度約為１～３ｍ，根據(jù)當(dāng)?shù)睾畬雍穸榷āＴ阡摴芫锥撕附愉撝茖?dǎo)向錐體，如圖所示。
２、打井 人工用榔頭或采用簡(jiǎn)易打井機(jī)械，將鋼管垂直打入地下，鋼管由多段組成，每段鋼管的長(zhǎng)度根據(jù)不同的打井方法而定，一般２～６ｍ，以便于操作為準(zhǔn)。
每段鋼管之間采用現(xiàn)場(chǎng)焊接，當(dāng)一段鋼管打入地下后，再焊接上一段鋼管后繼續(xù)向下打，直至所需的井深要求，通常６～１２ｍ深。
另一種方法是，采用簡(jiǎn)易打井機(jī)械，利用機(jī)械重錘，先將鋼制探桿打入地下，探桿頭部直徑略大于鋼管井直徑，當(dāng)探桿打入所需的深度后，利用機(jī)械將探桿撥出，再將鋼管井分段的放入或打入探井，其操作方法同上述的人工打井方法。
３、洗井 洗井的目的是清除井內(nèi)泥沙，疏通管井周圍的滲水通道，減少地下水的流動(dòng)阻力，增大出水量，減少地下水帶沙。
將內(nèi)徑φ１０～φ１２ｍｍ左右的軟膠管通入鋼管井底部，膠管中接入０．２～０．４Ｍｐａ的壓縮空氣，利用氣泡泵原理，將從管壁濾水孔中進(jìn)入的沙粒頂出井外。洗井時(shí)間與當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，通常以卵石為主的地層，洗井時(shí)間較短，純沙質(zhì)地層則洗井時(shí)間較長(zhǎng)，洗井至出水清澈為止。
４、取水方法 由于鋼管井直徑較小，不能適用潛水泵，可采用自吸式清水泵，由于自吸泵自帶有真空水腔，自吸能力較強(qiáng)，不用引水，甚至可不用底閥，自吸泵分為單相電源和三相電源，水泵造價(jià)低廉，根據(jù)水泵用材及規(guī)格不同，售價(jià)約４００～１５００元／臺(tái)左右。水泵可安裝于井口地面，當(dāng)?shù)叵滤坏?，超過(guò)水泵有效吸程時(shí)，可采用沉井方式，將水泵低位安裝，但要注意雨季防水。
５、出水量 鋼管井由于管徑較小，單井出水量受到一定限制，根據(jù)地質(zhì)情況及地下水位不同，單井持續(xù)出水量約為２～１５ｍ３／ｈ。
６、成本 鋼管井建造方便，可以不用專用機(jī)械設(shè)備，無(wú)需專用施工通道和施工場(chǎng)地，通常以３人為一工作組，每天可成井２～３口，綜合造價(jià)５０～７０元／ｍ。
７、單井可供空調(diào)面積 當(dāng)單井出水量一定時(shí)，單井可供空調(diào)面積與地下水的有效利用溫差有關(guān)，通常利用溫差分為△ｔ＝５℃、８℃、１０℃、１５℃不等，若以提高空調(diào)系統(tǒng)的效能比（ＣＯＰ）為主，則應(yīng)減小利用溫差；若單井出水量小，水資源有限，則應(yīng)盡可能加大利用溫差。但是，當(dāng)?shù)叵滤脺夭罴哟髸r(shí)，空調(diào)機(jī)組必須特殊訂貨，空調(diào)機(jī)組換熱器的結(jié)構(gòu)和換熱面積必須進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，空調(diào)機(jī)組的成本將有所增加。
通常，單井可供空調(diào)面積３００～８００ｍ２。
８、地下水回灌與井位布置 地下水資源是寶貴的，且各地的水資源管理部門均對(duì)地下水資源的開(kāi)發(fā)利用規(guī)定一些限制條件，所以地下水必須采用回灌式利用，使地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)只利用地?zé)?，不消耗地下水，不污染地下水資源?；毓喾绞椒譃楫惥毓嗪屯毓?。異井回灌時(shí)，取水井和回灌井分別單獨(dú)設(shè)置，取水井和回灌井的距離５～２０ｍ。
深藍(lán)空調(diào)專項(xiàng)開(kāi)發(fā)的鋼管井同井回灌技術(shù)，能有效的防止地下水短路和熱流短路，使成井成本大幅降低，通過(guò)實(shí)際工程的夏、冬季連續(xù)使用，效果完全滿足設(shè)計(jì)要求。
９、鋼管井式地源熱泵中央空調(diào)應(yīng)用實(shí)例
實(shí)例１：
成都市某企業(yè)辦公樓，空調(diào)面積１２８０ｍ２，空調(diào)負(fù)荷２１６ｋｗ，安裝ＳＤＲＡ型小型地源熱泵空調(diào)機(jī)組４８臺(tái)，采用鋼管井３口，井口直徑ＤＮ３２ｍｍ，井深９ｍ，采用同井回灌方式。該工程已正式使用二年，效果良好，同時(shí)，在該項(xiàng)目中，為了考核鋼管井同井回灌系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行效果，曾經(jīng)于冬、夏季二次進(jìn)行過(guò)１０晝夜連續(xù)不停機(jī)的系統(tǒng)運(yùn)行試驗(yàn)，檢測(cè)出水溫度的變化情況，經(jīng)實(shí)側(cè)，出水溫度幾乎不受連續(xù)運(yùn)行時(shí)間的影響。全年出水溫度在１８～２０℃之間。
鋼管井同井回灌系統(tǒng)完全適用于各種中央空調(diào)的間歇運(yùn)行系統(tǒng)和連續(xù)運(yùn)行系統(tǒng)。
實(shí)例２：
四川某酒樓，三層建筑，空調(diào)總面積３４００ｍ２，安裝地源熱泵空調(diào)設(shè)備８２臺(tái)，水量９０ｍ３／ｈ，地下水取水方式為鋼管井，管徑ＤＮ５０，異井回灌，取水井５口，四用一備，回灌井９口，取水井與回灌井距離６０ｍ。該項(xiàng)目已連續(xù)運(yùn)行二年。
該工程在河道附近，地下為細(xì)沙結(jié)構(gòu)，曾經(jīng)出現(xiàn)系統(tǒng)帶沙嚴(yán)重，后增設(shè)了沉沙池，改進(jìn)了濾沙器，目前系統(tǒng)運(yùn)行良好。
二、大口徑淺井的工程應(yīng)用
大口徑淺井是采用人工挖掘的方式，建造直徑3m左右、深度9～12m的開(kāi)口式淺水井，單井出水量可達(dá)100～250m3/h，采用異井回灌。
應(yīng)用實(shí)例：寧波某度假村，總建筑面積31710m2，空調(diào)總負(fù)荷3300kw，安裝SDFRA型、SDRA型、SDRD型、SDRDX型、SDRL型等空調(diào)設(shè)備509臺(tái)套，根據(jù)建筑布局，系統(tǒng)分為九個(gè)獨(dú)立分系統(tǒng)，設(shè)計(jì)地下水總流量800m3/h，取水井5口（其中第5#井供6～9區(qū)），井位成直線分布，井距35～48m，井位與主建筑距離150m，回灌井2處，其中一處為利用廢棄的老井作為回灌井，另一處為利用建筑留下的溝槽，其溝深2m，寬1.5m，長(zhǎng)32m，內(nèi)填卵石，兼作回灌井。
采用雙級(jí)離心水泵，水泵流量１５０ｍ３/ｈ，揚(yáng)程４５ｍ。水泵安裝方式見(jiàn)示意圖：
在井面以下２～２．２ｍ處，設(shè)置水泵安裝平臺(tái)，取水系統(tǒng)設(shè)置真空罐，水泵出口設(shè)止回閥、壓力表、溫度計(jì)等，吸水管未設(shè)底閥。４口取水井的水泵出水管分別引入分集水缸，從分集水缸分出２路供水總管，在建筑物內(nèi)分設(shè)有２個(gè)二級(jí)分水缸，再分別供水至各區(qū)。
由于各區(qū)的空調(diào)面積不一致，為了使各區(qū)水量分配合理，各區(qū)的回水總管上設(shè)置了供回水壓差自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，根據(jù)各區(qū)系統(tǒng)的大小及各區(qū)水系統(tǒng)總阻力損失的大小，分別設(shè)置所需的供回水壓差，由壓差調(diào)節(jié)閥自動(dòng)跟蹤和調(diào)整。
空調(diào)水系統(tǒng)采用變流量控制方式，每臺(tái)空調(diào)設(shè)備均設(shè)有電動(dòng)閥或電磁閥，由空調(diào)機(jī)組自帶的微電腦控制器自動(dòng)控制，深藍(lán)空調(diào)每臺(tái)設(shè)備均設(shè)有電磁閥控制輸出接口和流量開(kāi)關(guān)輸入接口，當(dāng)采用變流量系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，無(wú)需外設(shè)任何控制器，為工程設(shè)計(jì)帶來(lái)便捷，為用戶節(jié)省了投資。
各取水井的水位變化情況詳見(jiàn)下表： （水位單位：mm）
注：1、1#井水位落差最大，出水量最小。
2、5#井專供6~9區(qū)，為該項(xiàng)目二期工程，空調(diào)系統(tǒng)正在安裝施工中。
該項(xiàng)目一期工程由于系統(tǒng)采用了變流量設(shè)計(jì)，通常僅開(kāi)５０％的水泵即可滿足要求。
由于該項(xiàng)目的冬季供水溫度最低時(shí)僅為９．５℃，未達(dá)到預(yù)計(jì)的１５℃水溫，而該項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，使用方提供的設(shè)計(jì)依據(jù)為：冬季供水溫度１８℃，為確保安全，地源熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)，按冬季１５℃進(jìn)水設(shè)計(jì)，因水溫未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在最低水溫時(shí)段，空調(diào)自動(dòng)控制器中與水溫有關(guān)的自動(dòng)保護(hù)裝置曾經(jīng)出現(xiàn)頻繁報(bào)警，如水溫低報(bào)警、制冷系統(tǒng)壓力低報(bào)警、冬季空調(diào)出風(fēng)溫度低報(bào)警、水側(cè)換熱器防凍保護(hù)等等，在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，對(duì)控制器的相關(guān)傳感器位置和報(bào)警值進(jìn)行了適度調(diào)整，使系統(tǒng)運(yùn)行正常。
三、結(jié)束語(yǔ)
地源熱泵中央空調(diào)，無(wú)論是地源熱泵冷熱水機(jī)組或地源熱泵冷熱風(fēng)機(jī)組，其系統(tǒng)運(yùn)行效果均依賴于地源水系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，特別是小型地源熱泵冷熱風(fēng)機(jī)組，由于設(shè)備規(guī)格小，在同一建筑物中的設(shè)備安裝數(shù)量較多，其地源水系統(tǒng)的溫度、雜質(zhì)含量、水量、水流量分配情況等，均直接影響中央空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。地源熱泵機(jī)組的功能及性能穩(wěn)定性，經(jīng)過(guò)設(shè)備生產(chǎn)廠的不斷改進(jìn)，目前已日臻完善。而地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用方式及使用效果，與地理位置、地質(zhì)條件、使用條件、系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等諸多因素有關(guān)，需要相關(guān)設(shè)計(jì)院、設(shè)備生產(chǎn)廠、安裝施工單位的共同努力，探索出各種切實(shí)可行的應(yīng)用方式，以利于符合我國(guó)能源發(fā)展政策的地源熱泵這一朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)的推廣和發(fā)展。
淺談水源熱泵地下水回灌是發(fā)展水源再生利用
時(shí)間： 2010-11-06 15:33:44 | 文章來(lái)源： 中國(guó)泵閥網(wǎng)
淺層地溫能是指在地球表層一定深度內(nèi)參與熱量循環(huán)，在一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下可以被利用的低溫?zé)崮苜Y源。它的來(lái)源以太陽(yáng)輻射為主，還有一小部分來(lái)自地心熱量，是一種可再生能源，一般溫度恒定。淺層地溫能作為一種新型能源，在我國(guó)近幾年發(fā)展迅猛，其中以地
源熱泵和水源熱泵為主，尤以水源熱泵運(yùn)行經(jīng)濟(jì)。水源熱泵一般是以淺層的溫度穩(wěn)定的地下水為介質(zhì)，通過(guò)抽水井和回灌井的水路循環(huán)實(shí)現(xiàn)熱交換的一種節(jié)能環(huán)保的新興技術(shù)。
在近20年來(lái)，地下水源熱泵技術(shù)在西歐逐漸發(fā)展成熟，并于本世紀(jì)迅速推廣到國(guó)內(nèi)。但是地下水源熱泵系統(tǒng)的實(shí)際推廣應(yīng)用還面臨地下水資源的保護(hù)、熱短路、巖土層變形、冷熱島效應(yīng)等一系列地下工程問(wèn)題。
一、回灌問(wèn)題是困擾我國(guó)地下水源熱泵發(fā)展的瓶頸
目前困擾我國(guó)地下水源熱泵發(fā)展的瓶頸是回灌問(wèn)題，一些水源熱泵承包方不了解回灌井的鉆井施工技術(shù)工藝，單純地以供水井的水量衡量回灌量是不正確的，回灌井的施工是一個(gè)比較復(fù)雜的施工工藝。在我國(guó)靠近山區(qū)的沖擊扇上及盆地地區(qū)，卵、礫石及粗砂地層中孔隙度較大，成井后很容易回灌，且回灌使用效果永久。許多地源熱泵承包單位對(duì)水文地質(zhì)條件和鉆井施工工藝不了解，認(rèn)為只要地下有水就能回灌，這是對(duì)回灌井認(rèn)識(shí)不足。由于前期投入非常大，在短時(shí)間內(nèi)能夠回灌，或在一年內(nèi)就形成微量回灌，不但造成水資源的大量浪費(fèi)，而且長(zhǎng)期下去會(huì)引發(fā)局部地面沉降和地質(zhì)災(zāi)害。我們調(diào)查了大量的資料，在歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)水源熱泵所使用的地下水采用的處理方法是加壓回灌和凈化處理，這無(wú)意之中就加大了水源熱泵的利用成本。雖然我國(guó)水源熱泵的發(fā)展迅猛，但是科學(xué)論證不到位，致使把水源熱泵這一可再生資源的重復(fù)利用引入誤區(qū)。
二、近年來(lái)我單位施工回灌井成果
我單位自2000年起對(duì)水源熱泵回灌井的施工是在細(xì)粉砂、細(xì)中砂地層中進(jìn)行的。最深的為250m(承壓水)，最淺的為15m(潛水)，單井涌水量為60m3/h或100m3/h，在全國(guó)多個(gè)地區(qū)進(jìn)行施工，均能實(shí)現(xiàn)100%回灌(一抽兩灌)，并且分別運(yùn)行十幾年均不出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，回灌效果持久，用戶反映良好。
三、回灌井的施工簡(jiǎn)述及取得的成效
回灌井的施工首先要搞清楚當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件，然后根據(jù)第一眼井的物探結(jié)果或地下水埋深及地層含水結(jié)構(gòu)進(jìn)行成井，成井后根據(jù)水量、水溫、靜水位和動(dòng)水位等確定其他井的合理布局?；毓嗑删に嚪浅?fù)雜，不能運(yùn)用單純的傳統(tǒng)供水井施工工藝進(jìn)行施工。
在十多年的回灌井施工中不斷的對(duì)回灌井的施工工藝進(jìn)行總結(jié)和創(chuàng)新?？偨Y(jié)出了一套完整而有效的施工工藝(已獲得國(guó)家專利)。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件，針對(duì)第四系細(xì)粉砂、中細(xì)砂地層采用不同的泥漿、鉆進(jìn)系數(shù)、鉆井口徑、成井口徑、沖孔換漿、礫料規(guī)格、濾水管的纏絲結(jié)構(gòu)、外濾水網(wǎng)的選用、投料高度以及洗井等，均有嚴(yán)格的要求。同時(shí)，回灌井在其使用的過(guò)程中同樣有嚴(yán)格的操作方法及使用要求。為保證永久性回灌，必須對(duì)回灌井進(jìn)行嚴(yán)格的一保、二保、三保養(yǎng)。隨著時(shí)間的推移逐步拉長(zhǎng)保養(yǎng)周期。根據(jù)用戶的反映和我們長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，回灌井如果保持正確的使用方法，應(yīng)該是隨時(shí)間的推移回灌量會(huì)越來(lái)越大，而并非減少。
多年的回灌井施工，我們自成理論體系，經(jīng)過(guò)十幾年的施工經(jīng)驗(yàn)證明，在眾多專家認(rèn)為不易回灌的地區(qū)，我們同樣實(shí)現(xiàn)100%回灌
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