浅层地下水在地源热泵中央空调系统中的应用
2007-03-07 14:34:24来源：深蓝空调网友评论:
6条进入论坛简介：深蓝水、地源热泵中央空调作为希望深蓝向市场力推的重头产品，其发展速度可谓日新月异，真正体现了争分夺秒的深蓝效率。2001年，深蓝水源热泵项目开始上马；2002年，深蓝水源热泵隆重上市，开始搅动市场格局；2003年，深蓝水源热泵乘胜追击，势如破竹，在最短的时间里把希望深蓝的大旗插上了中国水源热泵领域的最高峰。 面对新的市场需求，冷气公司全体员工群策群力，在整体机方面又开发了众多新产品。
地源热泵以其高效节能、能利用可再生资源、中央空调系统无需锅炉及锅炉房，无需冷却塔，节省采暖锅炉的燃料消耗，节省锅炉、锅炉房、冷却塔等设备投资，节省锅炉污染治理投资，节省锅炉运行管理人员成本等一系列优势，代表着节能型中央空调的发展趋势，符合国家的能源发展政策，正以其迅猛之势，在各应用领域强势推广。
地源热泵应用系统可分为地下水循环式、埋管式、地面水直接利用式等多种形式。其中地下水循环式分为深层水地下水循环式和浅层地下水循环式。本文着重介绍浅层地下水在地源热泵中央空调系统中的应用方法与应用实例。
浅层地下水应用系统开发周期短、技术难度低、投资风险小、成本低、适用范围广。深蓝空调系统在西南、华中、华东、北京等地均有地源热源的应用实例。但是，浅层地下水的应用，在很大程度上受地理位置及地质结构条件限制，在地下水位低、纯粘性土壤结构的地区不大适用。
在浅层地下水开发应用方面，我们进行了多种形式的应用试验，在钢管井异井回灌、钢管井同井回灌、大口径浅井等应用方面积累了一些的设计经验与试验数据。 一、锤入式钢管井的应用系统
在川西平原、湘江流域、华东地区等地，农村常用手摇泵取水，其所采用的就是锤入式钢管井或塑料管井，其成井方法极为简单。
１、备料 首先，根据出水量的要求，准备ＤＮ２５～ＤＮ５０左右的镀锌钢管，在管井底部的管壁密布的钻制滤水孔，一般钢管井钻孔部位长度约为１～３ｍ，根据当地含水层厚度而定。在钢管井底端焊接钢制导向锥体，如图所示。
２、打井 人工用榔头或采用简易打井机械，将钢管垂直打入地下，钢管由多段组成，每段钢管的长度根据不同的打井方法而定，一般２～６ｍ，以便于操作为准。
每段钢管之间采用现场焊接，当一段钢管打入地下后，再焊接上一段钢管后继续向下打，直至所需的井深要求，通常６～１２ｍ深。
另一种方法是，采用简易打井机械，利用机械重锤，先将钢制探杆打入地下，探杆头部直径略大于钢管井直径，当探杆打入所需的深度后，利用机械将探杆拨出，再将钢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内泥沙，疏通管井周围的渗水通道，减少地下水的流动阻力，增大出水量，减少地下水带沙。
将内径φ１０～φ１２ｍｍ左右的软胶管通入钢管井底部，胶管中接入０．２～０．４Ｍｐａ的压缩空气，利用气泡泵原理，将从管壁滤水孔中进入的沙粒顶出井外。洗井时间与当地的地质结构有关，通常以卵石为主的地层，洗井时间较短，纯沙质地层则洗井时间较长，洗井至出水清澈为止。
４、取水方法 由于钢管井直径较小，不能适用潜水泵，可采用自吸式清水泵，由于自吸泵自带有真空水腔，自吸能力较强，不用引水，甚至可不用底阀，自吸泵分为单相电源和三相电源，水泵造价低廉，根据水泵用材及规格不同，售价约４００～１５００元／台左右。水泵可安装于井口地面，当地下水位低，超过水泵有效吸程时，可采用沉井方式，将水泵低位安装，但要注意雨季防水。
５、出水量 钢管井由于管径较小，单井出水量受到一定限制，根据地质情况及地下水位不同，单井持续出水量约为２～１５ｍ３／ｈ。
６、成本 钢管井建造方便，可以不用专用机械设备，无需专用施工通道和施工场地，通常以３人为一工作组，每天可成井２～３口，综合造价５０～７０元／ｍ。
７、单井可供空调面积 当单井出水量一定时，单井可供空调面积与地下水的有效利用温差有关，通常利用温差分为△ｔ＝５℃、８℃、１０℃、１５℃不等，若以提高空调系统的效能比（ＣＯＰ）为主，则应减小利用温差；若单井出水量小，水资源有限，则应尽可能加大利用温差。但是，当地下水利用温差加大时，空调机组必须特殊订货，空调机组换热器的结构和换热面积必须进行相应的调整，空调机组的成本将有所增加。
通常，单井可供空调面积３００～８００ｍ２。
８、地下水回灌与井位布置 地下水资源是宝贵的，且各地的水资源管理部门均对地下水资源的开发利用规定一些限制条件，所以地下水必须采用回灌式利用，使地源热泵中央空调系统只利用地热，不消耗地下水，不污染地下水资源。回灌方式分为异井回灌和同井回灌。异井回灌时，取水井和回灌井分别单独设置，取水井和回灌井的距离５～２０ｍ。
深蓝空调专项开发的钢管井同井回灌技术，能有效的防止地下水短路和热流短路，使成井成本大幅降低，通过实际工程的夏、冬季连续使用，效果完全满足设计要求。
９、钢管井式地源热泵中央空调应用实例
实例１：
成都市某企业办公楼，空调面积１２８０ｍ２，空调负荷２１６ｋｗ，安装ＳＤＲＡ型小型地源热泵空调机组４８台，采用钢管井３口，井口直径ＤＮ３２ｍｍ，井深９ｍ，采用同井回灌方式。该工程已正式使用二年，效果良好，同时，在该项目中，为了考核钢管井同井回灌系统的连续运行效果，曾经于冬、夏季二次进行过１０昼夜连续不停机的系统运行试验，检测出水温度的变化情况，经实侧，出水温度几乎不受连续运行时间的影响。全年出水温度在１８～２０℃之间。
钢管井同井回灌系统完全适用于各种中央空调的间歇运行系统和连续运行系统。
实例２：
四川某酒楼，三层建筑，空调总面积３４００ｍ２，安装地源热泵空调设备８２台，水量９０ｍ３／ｈ，地下水取水方式为钢管井，管径ＤＮ５０，异井回灌，取水井５口，四用一备，回灌井９口，取水井与回灌井距离６０ｍ。该项目已连续运行二年。
该工程在河道附近，地下为细沙结构，曾经出现系统带沙严重，后增设了沉沙池，改进了滤沙器，目前系统运行良好。
二、大口径浅井的工程应用
大口径浅井是采用人工挖掘的方式，建造直径3m左右、深度9～12m的开口式浅水井，单井出水量可达100～250m3/h，采用异井回灌。
应用实例：宁波某度假村，总建筑面积31710m2，空调总负荷3300kw，安装SDFRA型、SDRA型、SDRD型、SDRDX型、SDRL型等空调设备509台套，根据建筑布局，系统分为九个独立分系统，设计地下水总流量800m3/h，取水井5口（其中第5#井供6～9区），井位成直线分布，井距35～48m，井位与主建筑距离150m，回灌井2处，其中一处为利用废弃的老井作为回灌井，另一处为利用建筑留下的沟槽，其沟深2m，宽1.5m，长32m，内填卵石，兼作回灌井。
采用双级离心水泵，水泵流量１５０ｍ３/ｈ，扬程４５ｍ。水泵安装方式见示意图：
在井面以下２～２．２ｍ处，设置水泵安装平台，取水系统设置真空罐，水泵出口设止回阀、压力表、温度计等，吸水管未设底阀。４口取水井的水泵出水管分别引入分集水缸，从分集水缸分出２路供水总管，在建筑物内分设有２个二级分水缸，再分别供水至各区。
由于各区的空调面积不一致，为了使各区水量分配合理，各区的回水总管上设置了供回水压差自动调节阀，根据各区系统的大小及各区水系统总阻力损失的大小，分别设置所需的供回水压差，由压差调节阀自动跟踪和调整。
空调水系统采用变流量控制方式，每台空调设备均设有电动阀或电磁阀，由空调机组自带的微电脑控制器自动控制，深蓝空调每台设备均设有电磁阀控制输出接口和流量开关输入接口，当采用变流量系统设计时，无需外设任何控制器，为工程设计带来便捷，为用户节省了投资。
各取水井的水位变化情况详见下表： （水位单位：mm）
注：1、1#井水位落差最大，出水量最小。
2、5#井专供6~9区，为该项目二期工程，空调系统正在安装施工中。
该项目一期工程由于系统采用了变流量设计，通常仅开５０％的水泵即可满足要求。
由于该项目的冬季供水温度最低时仅为９．５℃，未达到预计的１５℃水温，而该项目设计中，使用方提供的设计依据为：冬季供水温度１８℃，为确保安全，地源热泵机组设计时，按冬季１５℃进水设计，因水温未达到设计要求，在最低水温时段，空调自动控制器中与水温有关的自动保护装置曾经出现频繁报警，如水温低报警、制冷系统压力低报警、冬季空调出风温度低报警、水侧换热器防冻保护等等，在系统调试时，对控制器的相关传感器位置和报警值进行了适度调整，使系统运行正常。
三、结束语
地源热泵中央空调，无论是地源热泵冷热水机组或地源热泵冷热风机组，其系统运行效果均依赖于地源水系统的运行状况，特别是小型地源热泵冷热风机组，由于设备规格小，在同一建筑物中的设备安装数量较多，其地源水系统的温度、杂质含量、水量、水流量分配情况等，均直接影响中央空调系统的正常运行。地源热泵机组的功能及性能稳定性，经过设备生产厂的不断改进，目前已日臻完善。而地源热泵中央空调系统的应用方式及使用效果，与地理位置、地质条件、使用条件、系统设计经验等诸多因素有关，需要相关设计院、设备生产厂、安装施工单位的共同努力，探索出各种切实可行的应用方式，以利于符合我国能源发展政策的地源热泵这一朝阳产业的推广和发展。
浅谈水源热泵地下水回灌是发展水源再生利用
时间： 2010-11-06 15:33:44 | 文章来源： 中国泵阀网
浅层地温能是指在地球表层一定深度内参与热量循环，在一定技术经济条件下可以被利用的低温热能资源。它的来源以太阳辐射为主，还有一小部分来自地心热量，是一种可再生能源，一般温度恒定。浅层地温能作为一种新型能源，在我国近几年发展迅猛，其中以地
源热泵和水源热泵为主，尤以水源热泵运行经济。水源热泵一般是以浅层的温度稳定的地下水为介质，通过抽水井和回灌井的水路循环实现热交换的一种节能环保的新兴技术。
在近20年来，地下水源热泵技术在西欧逐渐发展成熟，并于本世纪迅速推广到国内。但是地下水源热泵系统的实际推广应用还面临地下水资源的保护、热短路、岩土层变形、冷热岛效应等一系列地下工程问题。
一、回灌问题是困扰我国地下水源热泵发展的瓶颈
目前困扰我国地下水源热泵发展的瓶颈是回灌问题，一些水源热泵承包方不了解回灌井的钻井施工技术工艺，单纯地以供水井的水量衡量回灌量是不正确的，回灌井的施工是一个比较复杂的施工工艺。在我国靠近山区的冲击扇上及盆地地区，卵、砾石及粗砂地层中孔隙度较大，成井后很容易回灌，且回灌使用效果永久。许多地源热泵承包单位对水文地质条件和钻井施工工艺不了解，认为只要地下有水就能回灌，这是对回灌井认识不足。由于前期投入非常大，在短时间内能够回灌，或在一年内就形成微量回灌，不但造成水资源的大量浪费，而且长期下去会引发局部地面沉降和地质灾害。我们调查了大量的资料，在欧美一些发达国家对水源热泵所使用的地下水采用的处理方法是加压回灌和净化处理，这无意之中就加大了水源热泵的利用成本。虽然我国水源热泵的发展迅猛，但是科学论证不到位，致使把水源热泵这一可再生资源的重复利用引入误区。
二、近年来我单位施工回灌井成果
我单位自2000年起对水源热泵回灌井的施工是在细粉砂、细中砂地层中进行的。最深的为250m(承压水)，最浅的为15m(潜水)，单井涌水量为60m3/h或100m3/h，在全国多个地区进行施工，均能实现100%回灌(一抽两灌)，并且分别运行十几年均不出现质量问题，回灌效果持久，用户反映良好。
三、回灌井的施工简述及取得的成效
回灌井的施工首先要搞清楚当地水文地质条件，然后根据第一眼井的物探结果或地下水埋深及地层含水结构进行成井，成井后根据水量、水温、静水位和动水位等确定其他井的合理布局。回灌井成井工艺非常复杂，不能运用单纯的传统供水井施工工艺进行施工。
在十多年的回灌井施工中不断的对回灌井的施工工艺进行总结和创新。总结出了一套完整而有效的施工工艺(已获得国家专利)。根据区域水文地质条件，针对第四系细粉砂、中细砂地层采用不同的泥浆、钻进系数、钻井口径、成井口径、冲孔换浆、砾料规格、滤水管的缠丝结构、外滤水网的选用、投料高度以及洗井等，均有严格的要求。同时，回灌井在其使用的过程中同样有严格的操作方法及使用要求。为保证永久性回灌，必须对回灌井进行严格的一保、二保、三保养。随着时间的推移逐步拉长保养周期。根据用户的反映和我们长时间的跟踪调查发现，回灌井如果保持正确的使用方法，应该是随时间的推移回灌量会越来越大，而并非减少。
多年的回灌井施工，我们自成理论体系，经过十几年的施工经验证明，在众多专家认为不易回灌的地区，我们同样实现100%回灌
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