论文部分内容阅读
（1.河南省地球物理工程勘察院 河南 郑州 450053；2.2．河南省工程水文地质勘察院 河南 郑州 450052）
【摘 要】虽然地下水源热泵技术经过几十年的发展，已经比较成熟，但仍存在一些问题。最突出的问题是回灌不足，许多地下水源热泵由于回灌井凿井设计和施工不当，或管理不善，回灌效率偏低，造成了地下水的浪费。本文以某小区拟建地下水源热泵系统为例，对抽灌井的试验研究，解决了长期困扰施工回灌井数多，回灌量不足的问题，达到了一抽一回的效果，节约了大量的凿井和运行管理等费用。
【关键词】地下水；热泵系统；抽水与回灌；环保节能
Study On Pump And Recharge Test of Groundwater Heat Pump System
Li Da-ming1，Wang Xiao-hua2
(1.Henan Institute of Geophysical and Engineering Exploration Zhengzhou Henan 450053;
2.Henan Institute of Engineering and Hydrological Exploration Zhengzhou Henan 450052)
【Abstract】 Groundwater heat pumps has developed for several decade years, But some problems still haven't been solved. The biggest one is low recharge efficiency. The factors that lead to this problem include improper design or drilling, bad management of recharge wells. A planned groundwater heat pump in a residential building is introduced in this paper. Based on the study on pump and recharge test, the problem of too many recharge wells is solved. An effective system is established
【Key words】 Groundwater; Heat pump system; Pump and recharge; Environment protection and energy saving
1. 前言
地下水源热泵系统是一种国内外迅速推广的新型节能环保的空调系统，利用地下水冬暖夏凉的特点，抽取地下水通过热泵机组向建筑物供热供冷，然后再回灌到含水层，形成开放式循环系统。冬季从大地吸收热量，夏季向大地排放热量，是一种利用可再生能源的高效节能、环保的既可供热又可供冷的新型空调系统。
地下水源热泵主要开发地下水温度十分稳定的浅层（埋深200m以内）含水层，其热泵效率高、占地面积小、初投资较低、运行成本低、节能环保而且可再生的能源，在全球能源日趋紧张的今天，这种节能环保的空调技术在建筑领域得到更加广泛应用。
虽然地下水源热泵技术经过几十年的发展，已经比较成熟，但仍存在一些问题。最突出的问题是回灌不足，许多地下水源热泵由于回灌井凿井设计和施工不当，或管理不善，回灌效率偏低，造成了地下水的浪费。
本次研究以安阳市枫林水郡小区拟建地下水源热泵系统为例，对抽灌井的试验研究，解决了长期困扰施工回灌井数多，回灌量不足的问题，达到了一抽一回的效果，节约了大量的凿井和运行管理等费用。
2. 工程概况
安阳市枫林水郡小区位于安阳市西部，以住宅楼为主，高度多为6层或11层。拟在A区和BE区设两个地温空调系统，根据建筑面积，经设计单位计算标准工况需水量和经济运行需水量见图1、表1。
3. 水文地质条件
工程所处区域位于安阳河冲洪积扇的上部，地形平缓，地形总体上从西向东部微倾斜。地貌单元为安阳河冲积平原，地表岩性主要为全新统的粉质粘土。凿井位置含水层由第四纪冲积形成的砂砾卵石层组成，原为承压水，由于工农业的大量开采，水位下降，水位埋深达30m左右，现已成潜水。
从已施工的热源井可知，本区含水层主要有三层：第一层埋深21～35m，含水层岩性由A区西部的漂石卵石逐渐过渡到B区东部的卵砾石、砾石，且厚度变小；第二层埋深42～65m，含水层岩性由A区的卵砾石到B区东部的砾石、细砂，且厚度变小，泥质含量增加；第三层埋深在100m左右，厚度4～10m，含水层岩性由A区的细砂到B区东部砾岩，且埋深和厚度均增大。详见图2、水文地质剖面图。
4. 抽灌井的设计与施工
依据设计井深，管井结构和地层情况，决定采用冲击钻机进行施工。一径到底，孔径650mm。
为了提高井的回灌量，延长井的使用寿命，本次热源井要求能适应灌水和抽水的井结构，即抽灌两用井。
在设计和施工过程中，除了按国家有关规范要求，严把凿孔、测井、排管、换浆、下管、填粒、洗井、抽水和回灌试验、取水、水质分析等各道工序的质量关，进料质量关。根据热源井不但要求水量大，含沙量小，并且要求回灌的特点，设计和施工时增大桥式滤水管的长度和桥高及滤料粒径等措施来最大限度的增加单井出水量和回灌量，同时增大施工孔径和滤料厚度，减少水中含沙量等措施，达到了预期的效果。
单井用桥式滤水管48m，桥高1.5mm，孔隙率达15.88%，滤水管直径377mm。滤料粒径3～5mm，孔径达650mm，填粒厚度近14mm。采取以上措施虽增加了凿井成本，并增大了成井风险，但达到了最佳抽水和回灌效果。
在洗井过程中，严格按设计要求，洗井——试抽反复进行，直至两次试抽的单位涌水量的误差小于10%，才进行正式的抽水试验。平均单井回灌量达200m3/h，单井出水量达185m3/h，且井水中的含砂量小于1/200000，达到了1抽1回的效果。
5.抽水与回灌试验结果
抽水试验：供水管井洗井结束后，采用250QJ125（160）-64/4潜水电泵进行试抽及正式抽水试验，水泵下至48～60m。抽水试验均严格按非稳定流抽水试验的要求进行，水位稳定时间大于12小时。涌水量采用水表计量，并用孔口流量计校核，水位采用电测水位计。抽水试验结果见表2。
回灌试验：每眼井抽水试验结束后，以邻近井为水源进行回灌试验，同时对抽水和回灌井水位进行观测，回灌试验要求稳定延续时间不少于36小时，其回灌试验结果见表3。
6.结语
通过对本区热源井的勘察和试验研究，解决了长期困扰施工回灌井数多，回灌量不足的问题。《地源热泵系统工程技术规范》GB 50366-2005要求，“为了保证回灌效果，抽水井与回灌井比例不小于1：2”。枫林水郡水源热泵系统标准工况需水量为1059m3/h（见表8），按单井出水量120m3/h计算需凿井9眼。按规范要求，为了保证回灌效果，抽水井与回灌井比例不小于1：2，按1：2计算，需回灌井至少18眼，加上备用井3眼，总井数应为30眼。
本次施工的热源井不但出水量大，而且回灌效果好，达到1：1的回灌效果，仅凿井15眼就解决了枫林水郡水源热泵系统标准工况需水量1059m3/h的抽水和回灌的要求，节约了大量的凿井和运行管理等费用。
建设节约型社会、发展循环经济是我国的一项国策，抓好建筑节能是一项关系到我国经济可持续发展的重要工作。地源热泵技术利用地球浅表热能等可再生和绿色能源向建筑提供采暖、生活热水供应、制冷，是一项优秀的建筑节能技术，所以相信我国政府将进一步支持此技术的发展，市场也能更进一步的认可此项技术，地源热泵空调系统的前景是十分美好的。它是一项跨专业、跨学科的综合能源利用技术，需要通过相关专业技术人员的通力协作，做好勘测、设计、施工、调试等各项工作才能使系统达到要求的节能、环保性能。
【摘 要】虽然地下水源热泵技术经过几十年的发展，已经比较成熟，但仍存在一些问题。最突出的问题是回灌不足，许多地下水源热泵由于回灌井凿井设计和施工不当，或管理不善，回灌效率偏低，造成了地下水的浪费。本文以某小区拟建地下水源热泵系统为例，对抽灌井的试验研究，解决了长期困扰施工回灌井数多，回灌量不足的问题，达到了一抽一回的效果，节约了大量的凿井和运行管理等费用。
【关键词】地下水；热泵系统；抽水与回灌；环保节能
Study On Pump And Recharge Test of Groundwater Heat Pump System
Li Da-ming1，Wang Xiao-hua2
(1.Henan Institute of Geophysical and Engineering Exploration Zhengzhou Henan 450053;
2.Henan Institute of Engineering and Hydrological Exploration Zhengzhou Henan 450052)
【Abstract】 Groundwater heat pumps has developed for several decade years, But some problems still haven't been solved. The biggest one is low recharge efficiency. The factors that lead to this problem include improper design or drilling, bad management of recharge wells. A planned groundwater heat pump in a residential building is introduced in this paper. Based on the study on pump and recharge test, the problem of too many recharge wells is solved. An effective system is established
【Key words】 Groundwater; Heat pump system; Pump and recharge; Environment protection and energy saving
1. 前言
地下水源热泵系统是一种国内外迅速推广的新型节能环保的空调系统，利用地下水冬暖夏凉的特点，抽取地下水通过热泵机组向建筑物供热供冷，然后再回灌到含水层，形成开放式循环系统。冬季从大地吸收热量，夏季向大地排放热量，是一种利用可再生能源的高效节能、环保的既可供热又可供冷的新型空调系统。
地下水源热泵主要开发地下水温度十分稳定的浅层（埋深200m以内）含水层，其热泵效率高、占地面积小、初投资较低、运行成本低、节能环保而且可再生的能源，在全球能源日趋紧张的今天，这种节能环保的空调技术在建筑领域得到更加广泛应用。
虽然地下水源热泵技术经过几十年的发展，已经比较成熟，但仍存在一些问题。最突出的问题是回灌不足，许多地下水源热泵由于回灌井凿井设计和施工不当，或管理不善，回灌效率偏低，造成了地下水的浪费。
本次研究以安阳市枫林水郡小区拟建地下水源热泵系统为例，对抽灌井的试验研究，解决了长期困扰施工回灌井数多，回灌量不足的问题，达到了一抽一回的效果，节约了大量的凿井和运行管理等费用。
2. 工程概况
安阳市枫林水郡小区位于安阳市西部，以住宅楼为主，高度多为6层或11层。拟在A区和BE区设两个地温空调系统，根据建筑面积，经设计单位计算标准工况需水量和经济运行需水量见图1、表1。
3. 水文地质条件
工程所处区域位于安阳河冲洪积扇的上部，地形平缓，地形总体上从西向东部微倾斜。地貌单元为安阳河冲积平原，地表岩性主要为全新统的粉质粘土。凿井位置含水层由第四纪冲积形成的砂砾卵石层组成，原为承压水，由于工农业的大量开采，水位下降，水位埋深达30m左右，现已成潜水。
从已施工的热源井可知，本区含水层主要有三层：第一层埋深21～35m，含水层岩性由A区西部的漂石卵石逐渐过渡到B区东部的卵砾石、砾石，且厚度变小；第二层埋深42～65m，含水层岩性由A区的卵砾石到B区东部的砾石、细砂，且厚度变小，泥质含量增加；第三层埋深在100m左右，厚度4～10m，含水层岩性由A区的细砂到B区东部砾岩，且埋深和厚度均增大。详见图2、水文地质剖面图。
4. 抽灌井的设计与施工
依据设计井深，管井结构和地层情况，决定采用冲击钻机进行施工。一径到底，孔径650mm。
为了提高井的回灌量，延长井的使用寿命，本次热源井要求能适应灌水和抽水的井结构，即抽灌两用井。
在设计和施工过程中，除了按国家有关规范要求，严把凿孔、测井、排管、换浆、下管、填粒、洗井、抽水和回灌试验、取水、水质分析等各道工序的质量关，进料质量关。根据热源井不但要求水量大，含沙量小，并且要求回灌的特点，设计和施工时增大桥式滤水管的长度和桥高及滤料粒径等措施来最大限度的增加单井出水量和回灌量，同时增大施工孔径和滤料厚度，减少水中含沙量等措施，达到了预期的效果。
单井用桥式滤水管48m，桥高1.5mm，孔隙率达15.88%，滤水管直径377mm。滤料粒径3～5mm，孔径达650mm，填粒厚度近14mm。采取以上措施虽增加了凿井成本，并增大了成井风险，但达到了最佳抽水和回灌效果。
在洗井过程中，严格按设计要求，洗井——试抽反复进行，直至两次试抽的单位涌水量的误差小于10%，才进行正式的抽水试验。平均单井回灌量达200m3/h，单井出水量达185m3/h，且井水中的含砂量小于1/200000，达到了1抽1回的效果。
5.抽水与回灌试验结果
抽水试验：供水管井洗井结束后，采用250QJ125（160）-64/4潜水电泵进行试抽及正式抽水试验，水泵下至48～60m。抽水试验均严格按非稳定流抽水试验的要求进行，水位稳定时间大于12小时。涌水量采用水表计量，并用孔口流量计校核，水位采用电测水位计。抽水试验结果见表2。
回灌试验：每眼井抽水试验结束后，以邻近井为水源进行回灌试验，同时对抽水和回灌井水位进行观测，回灌试验要求稳定延续时间不少于36小时，其回灌试验结果见表3。
6.结语
通过对本区热源井的勘察和试验研究，解决了长期困扰施工回灌井数多，回灌量不足的问题。《地源热泵系统工程技术规范》GB 50366-2005要求，“为了保证回灌效果，抽水井与回灌井比例不小于1：2”。枫林水郡水源热泵系统标准工况需水量为1059m3/h（见表8），按单井出水量120m3/h计算需凿井9眼。按规范要求，为了保证回灌效果，抽水井与回灌井比例不小于1：2，按1：2计算，需回灌井至少18眼，加上备用井3眼，总井数应为30眼。
本次施工的热源井不但出水量大，而且回灌效果好，达到1：1的回灌效果，仅凿井15眼就解决了枫林水郡水源热泵系统标准工况需水量1059m3/h的抽水和回灌的要求，节约了大量的凿井和运行管理等费用。
建设节约型社会、发展循环经济是我国的一项国策，抓好建筑节能是一项关系到我国经济可持续发展的重要工作。地源热泵技术利用地球浅表热能等可再生和绿色能源向建筑提供采暖、生活热水供应、制冷，是一项优秀的建筑节能技术，所以相信我国政府将进一步支持此技术的发展，市场也能更进一步的认可此项技术，地源热泵空调系统的前景是十分美好的。它是一项跨专业、跨学科的综合能源利用技术，需要通过相关专业技术人员的通力协作，做好勘测、设计、施工、调试等各项工作才能使系统达到要求的节能、环保性能。