水源热泵相关的水源问题(二)

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发布时间:2017年6月17日

6.4 管井施工质量

    必须十分重视管井质量问题。应找专业队伍施工,做好每一工艺环节,建成优质井,才能获得较大出水量和优质水。一口优质井可以使用二十多年。成井质量不好,不仅影响井的寿命,还影响到取水和回灌效果,最终影响水源热泵正常工作和制热或制冷效果。甲方应参与最后阶段的抽水试验工作,认定可信和准确的抽水试验结果数据。管井竣工后,应由甲方、施工单位和行政主管部门或监理会同到现场,按合同规定的水量、水温和水质进行工程质量验收。

形式

尺 寸

深 度(m)

适 用 范 围

 

 

出 水 量 (m3/d)

 

 

 

地下水类型

地下水埋深

含水层厚度

水文地质特征

管井

井径50—1000mm150—600mm

井深20—1000m,常用300m以内

潜水,承压水,裂隙水,溶洞水 

200m以内,常用在70m以内

大于5m或有多层含水层 

适用于任何砂、卵石、砾石地层及构造裂隙、岩溶裂隙地带

单井出水量500-6000m3/d,最大可达2-3万m3/d

大口井

井径2—10m,常用4—8m

井深在20m以内,常用6—15m

潜水,承压水

一般在10m以内

一般为5-15m

砂、卵石、砾石地层,渗透系数最好在20m/d以上

单井出水量500-1万m3/d,最大为2-3万m3/d

辐射井

集水井直径4—6m,辐射管直径50-300mm,常用75—150mm

集水井井深3—12m

潜水,承压水

埋深12m以内,辐射管距降水层应大于1m

一般大于2m

补给良好的中粗砂、砾石层,但不可含有飘砾

单井为5000—5万m3/d,最大为3.1万m3/d

渗渠

直径为450—1500mm,常用为600—1000mm

埋深10m以内,常用4—6m

潜水,河床渗透水

一般埋深8m以内

一般为4—6m

补给良好的中粗砂、砾石、卵石层

一般为10—30m3/d.m,最大为50--100m3/d.m

 

7、水质处理与节水技术

7.1 水处理技术

如果水源的水质不适宜水源热泵机组使用时,可以采取相应的技术措施进行水质处理,使其符合机组要求。在水源系统中经常采用的水处理技术有以下几种:

除砂器与沉淀池 当水源水中含砂量较高时,可在水源水管路系统中加装旋流除砂器,降低水中含砂量,避免机组和管阀遭受磨损和堵塞。国产旋流除砂器占地面积较小,有不同规格,可按标准处理流量选配除砂器型号和台数。如果工程场地面积较大,也可修建沉淀池除砂。沉淀池费用比除砂器低,但占地面积大。

净水过滤器 有些水源,浑浊度较大,用于回灌时容易造成管井滤水管和含水层堵塞,影响供水系统的稳定性和使用寿命。对浑浊度大的水源,可以安装净水器进行过滤。

电子水处理仪 在水源中央空调系统运行过程中,冷凝器中的循环水温度较高,特别是在冬季制热工况下,水温常常在50℃以上,水中的钙、镁离子容易析出结垢,影响换热效果。通常在冷凝器循环水管路中安装电子水处理仪,防止管路结垢。

板式换热器 有些水源矿化度较高,对金属的腐蚀性较强,如直接进入机组会因腐蚀作用减少机组使用寿命。如果通过水处理的办法减少矿化度,费用很大。通常采用加装板式换热器中间换热的方式,把水源水与机组隔离开,使机组彻底避免了水源水可能产生的腐蚀作用。当水源水的矿化度小于350mg/L时,水源系统可以不加换热器,采用直供连接。当水源水矿化度为350-500mg/L时,可以安装不锈钢板式换热器。当水源水矿化度>500mg/L时,应安装抗腐蚀性强的钛合金板式换热器。也可安装容积式换热器,费用比板式换热器少,但占地面积大。

除铁设备 水源中央空调系统也可以用来供应生活热水。但有时水源水中含铁较多,虽然对制热没有影响,洗浴时对人体健康也不会造成损害,但溶于水中的铁容易生成氢氧化铁沉淀在卫生洁具上,形成有碍视觉感官的褐色污渍。当水中含铁量>0.3 mg/L时,应在水系统中安装除铁处理设备。

7.2 节水节电技术

水源热泵空调系统的水资源费和井泵运行费往往是工程系统运行费的最大开支,为合理有效利用水源,减少水源浪费和节约电费,在系统设计中应考虑采用节水和节电技术措施。

混水器 为节约水源水用量,可在系统中安装混水设备,一般采用容积式混水器,也可采用射流式混水器。前者体积大费用低,后者体积小费用高。

变频调速器 为节约水源水量和电量,可以安装变频调速器控制水源水泵,取得减少耗水量和耗电量的效果。

8、地下水人工补给(俗称回灌)[2]

8.1 人工回灌及其目的

所谓地下水人工补给(即回灌),就是将被水源热泵机组交换热量后排出的水再注入地下含水层中去。这样做可以补充地下水源,调节水位,维持储量平衡;可以回灌储能,提供冷热源,如冬灌夏用,夏灌冬用;可以保持含水层水头压力,防止地面沉降。所以,为保护地下水资源,确保水源热泵系统长期可靠地运行,水源热泵系统工程中一般应采取回灌措施。

8.2 回灌水的水质

目前,尚无回灌水水质的国家标准,各地区和各部门制定的标准不尽相同。应注意的原则是:回灌水质要好于或等于原地下水水质,回灌后不会引起区域性地下水水质污染。实际上,水源水经过热泵机组后,只是交换了热量,水质几乎没发生变化,回灌不会引起地下水污染。

8.3 回灌类型

根据工程场地的实际情况,可采用地面渗入补给,诱导补给和注入补给。 注入式回灌一般利用管井进行,常采用无压(自流)、负压(真空)和加压(正压)回灌等方法。无压自流回灌适于含水层渗透性好,井中有回灌水位和静止水位差。真空负压回灌适于地下水位埋藏深(静水位埋深在10米以下),含水层渗透性好。加压回灌适用于地下水位高,透水性差的地层。对于抽灌两用井,为防止井间互相干扰,应控制合理井距。

8.4 回灌量

回灌量大小与水文地质条件、成井工艺、回灌方法等因素有关,其中水文地质条件是影响回灌量的主要因素。一般说,出水量大的井回灌量也大。在基岩裂隙含水层和岩溶含水层中回灌,在一个回灌年度内,回灌水位和单位回灌量变化都不大;在砾卵石含水层中,单位回灌量一般为单位出水量的80%以上。在粗砂含水层中,回灌量是出水量的50-70%。细砂含水层中,单位回灌量是单位出水量的30-50%。采灌比是确定抽灌井数的主要依据。

8.5 回扬

为预防和处理管井堵塞主要采用回扬的方法,所谓回扬即在回灌井中开泵抽排水中堵塞物。每口回灌井回扬次数和回扬持续时间主要由含水层颗粒大小和渗透性而定。在岩溶裂隙含水层进行管井回灌,长期不回扬,回灌能力仍能维持;在松散粗大颗粒含水层进行管井回灌,回扬时间约一周1—2次;在中、细颗粒含水层里进行管井回灌,回扬间隔时间应进一缩短,每天应1—2次。在回灌过程中,掌握适当回扬次数和时间,才能获得好的回灌效果,如果怕回扬多占时间,少回扬甚至不回扬,结果管井和含水层受堵,反而得不偿失。回扬持续时间以浑水出完,见到清水为止。对细颗粒含水层来说,回扬尤为重要。实验证实:在几次回灌之间进行回扬与连续回灌不进行回扬相比,前者能恢复回灌水位,保证回灌井正常工作。

9、应用水源热泵的限制条件

水源热泵中央空调系统是一种高效、节能、环保型产品,但并不是在任何条件下都可以应用。其制约条件是电源和水源。目前,我国电力供应较充足,容易解决。而水源则是其主要限制条件,没有适合可靠的水源,就不能使用水源热泵。例如有些工程规模大,制冷或制热负荷大,所需水源水量很多,虽然工程场地有一定面积,也可以钻井,但因水资源量不足,难以完全满足工程负荷需要。有些工程所在场地下面虽然有地下水,但是由于该工程地处繁华市区,场地面积狭小,无处布井取水,场地环境条件限制了水源热泵系统的应用。

10、水源热泵应用工程实例

10.1 工程概况

为治理北京大气污染,北京市地质勘察技术院承担完成了地热加水源热泵供暖示范工程项目。该工程平面示意图见图1,冬季供暖的办公楼和家属楼共6幢,建筑面积约3万平方米,砖混结构,原暖通设计为燃煤锅炉供暖,末端为单管串联上送下回系统,铸铁四柱813型暖气片。示范工程热源为地热井,水温68℃,水量125m3/h,两眼45m浅层第四系水井,水温16℃,单井出水量50 m3/h ,井间距100m。


图1 地热热泵供暖工程平面图


图2 地热加水源热泵供暖工艺流程示意图

该工程因地热钻探施工周期限制,供暖试验分两期进行。工程流程示意图见图2。一期工程从1999年12月5日至2000年3月8日,以16℃地下水为热源,利用水源热泵对五层综合办公楼进行供暖试验。该楼建筑面积4078m2,建筑高度18m,三七墙,单层玻璃窗。供暖前,对运行14年之久的暖气管路进行了化学清洗,更换了部分锈损暖气片。为对比供暖效果和夏季进行制冷,在一、二层办公楼加装了风机盘管。由1号井抽出的16℃地下水送入热泵机组蒸发器吸热后由2号井回灌入地下,保护地下水源。热泵输出的52℃热水对办公楼供暖。

二期工程自2000年3月8日(地热井竣工)至4月5日,进行了地热加水源热泵供暖运行试验。地热井68℃地热水对2.5万 m2建筑进行“一次”供暖,部分地热水经过板换温度降至13℃后作为弃水排放,板换冷侧端的循环水经热泵热能转换后输出52℃热水对办公楼进行供暖。2000年夏季,利用1、2号抽、灌井和水源热泵机组对办公楼进行了制冷空调。

10.2 主要技术参数

热泵主机:清华同方人工环境设备公司生产的GHP型水源中央空调系统,1台,名义制热量360kW,制冷量275 kW,装机功率64 kW,制热工况下冷凝器出/回水温度52℃/42℃,制冷工况下蒸发器出回水温度7℃/12℃,制热/制冷工况切换由水管路阀门组开关实现。板式换热器:BR0.24Ⅶ型1台,12 m2,300 kW,40-13/10-15℃,不锈钢材质。冷水潜水泵:QJ50-50/6 型2台,流量50m3/h,扬程50m,功率7.5kW。南院暖气循环泵:ISG型80-160,3台,流量50 m3/h,扬程32 m,功率7.5 kW。冷水循环泵:DFB80-32B型2台,流量42 m3/h,扬程24m ,功率5.5kW。

10.3 运行效果

冬季供暖,水源热泵连续运行126天,性能稳定,以供回水温度(52/42℃)控制压机启停,平均每小时耗电40度,冷水井水源用量18 m3/h,室外气温-10 ℃时,多数房间室温18℃,供暖系统末端少数房间15-16℃,安装了风盘的房间室温可达20-25℃。夏季制冷,水源热泵连续运行120天,以冷冻水回水温度(12℃)控制压机启停,室外气温33-40 ℃,室内温度22-26℃。