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水源热泵系统地下水回灌施工工法一、前言水源热泵系统是一种利用地下水进行空调或供热的环保技术。
在水源热泵系统中，地下水回灌施工工法是一种关键的施工方法，它能够将已经被抽取过热的地下水重新回灌到地下水层中，以实现对地下水的可持续利用。
本文将详细介绍水源热泵系统地下水回灌施工工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例。
二、工法特点地下水回灌施工工法具有以下几个特点：1. 环保性：地下水回灌施工工法可以最大限度地减少地下水资源的消耗，减少对地下水层的开采压力，从而保护地下水资源的可持续利用。
2. 经济性：通过地下水回灌施工工法，可以降低水源热泵系统的运行成本，提高能源利用效率，对于长期稳定运行的热泵系统而言，地下水回灌可以有效降低热泵系统的运行费用。
3. 可行性：地下水回灌施工工法适应性广，可以在各种地下水层条件下应用，无论是浅层地下水还是深层地下水，都可以进行地下水回灌。
三、适应范围地下水回灌施工工法适用于各种地下水层条件，然而具体的适应范围仍需根据地质勘查、工程设计和地下水资源状况来确定。
一般来说，地下水回灌施工工法适用于：1. 地下水蕴藏量丰富且水质达标的地区。
2. 地下水位较深、地下水温度较低的地区。
3. 地下水层厚度较大、且无重要水源用途的地区。
4. 建筑物周边地区，特别是热泵系统的建设区域。
四、工艺原理地下水回灌施工工法的工艺原理是根据水源热泵系统的运行特点和地下水层的水文地质条件，采取相应的技术措施，将已经被抽取过热的地下水重新回灌到地下水层中。
具体来说，工艺原理主要包括以下几点：1. 地下水回灌井的选择：根据地下水位、水质、温度等因素选择适宜的地下水回灌井，保证回灌水的质量。
2. 地下水回灌水处理：对回灌水进行处理，去除其中的杂质、微生物等有害物质，以保证回灌水的质量。
3. 地下水回灌过程控制：通过控制地下水回灌的流量、压力、时间等参数，保证地下水回灌过程的稳定性和效果。
取水与回灌1．井水回灌难的原因分析①现有的井水回灌方式都是采用传统的开放式水井回灌，设计施工方法和取水井一样，完全依靠井内水位升高与地下水静水面之间形成的压差才能自流回灌，我们称为水柱重力自然回灌。
在地下水静水位较深的地方水柱重力较大自然回灌能力较强，在地下水静水位较浅的地方即使把回灌井里装满了井水，井口至地下水静水面之间距离很小，自然回灌能力十分有限。
井水回灌要在回灌井周围形成水丘，才能具备水往低处流的条件。
地下水位很浅的地方形成不了水丘，因而不能自然回灌。
这是开式回灌井难以保证等量回灌的根本原因。
②采用开放式回灌井回灌，井水与空气接触发生氧化反应，生成氧化粘稠物阻塞回灌井；井水把氧气带入了地下，也会在地下沙层中生成氧化物阻塞孔隙度；井水把氧气带入地下，还会在地下沙层中造成气阻；井水把氧气带入了地下，还会在地下水层中进一步风化沙粒阻塞孔隙度；井水将泥沙带入了井内就会淤塞回灌井，浑水进入地下沙层中也会阻塞孔隙度。
回灌井使用几年以后，回灌井周围的含水层就会变得死板一块；回灌井使用几年后，井壁上长满了青苔藻类，加上氧化粘稠物糊住井壁，即使用刷子刷也刷不掉，天天回扬洗井也无法改善回灌条件。
这是开放式回灌井回灌能力越来越差难以长久轻松回灌的根本原因。
2．合理设计施工取水井和回灌井以上分析我们已经找到了井水难以回灌和难以长久轻松回灌的原因，因此，我们在设计施工取水井和回灌井的过程中必须采取相关技术措施解决这些矛盾。
在多年的水地源项目实施过程中，不断总结不断改进完善，发明了一系列取水还水设备，形成了一整套取水还水设计施工理论。
概括起来就是这样几句话：将传统的开放式自流取水改变为封闭式真空负压取水；将传统的开放式自流回灌改变为封闭式加压回灌；将传统的集中取水集中回灌改变为集中取水分散回灌。
为了实现真空负压取水，发明了真空负压机组，将取水井加上密封的井盖，用真空负压机组针对取水井内抽吸真空度，让取水井内始终保持0.08Mpa负压，可以带来以下几点好处：①与开放式取水井相比，同样出水量情况下井里的静水面可以减少下降8米。
水源热泵回灌技术分析及强制回灌技术的探索摘要：地下水源热泵通过“地下水抽出—能量交换—回灌”的循环过程，实现了夏季地下水温度升高，冬季地下水温度降低，以达到调节室内温度的目的。
因此，在地下水源热泵系统中，除了需要抽取足够的地下水量外，还应该把同量的地下水回灌到原来的含水层中，以使水资源得到循环利用。
在地下水源热泵的运行过程中，地下水的回灌是一个非常重要的环节，地下水回灌技术是地下水源热泵系统的关键技术。
但在回灌过程中，常常出现抽出来的水不能全部回灌的现象。
如果长期不能正常回灌就会导致承压含水层厚度减小，进而导致地下水储量的减少、地面沉降等问题。
若沉降量较大或出现差异沉降过大，还可能造成地面建筑物变形或破坏。
因此，进行地下水源热泵系统回灌理论和回灌条件及方法分析有着重要的意义和实用价值。
关键词：水源热泵回灌强制回灌方式1 国内外研究应用现状对于水源热泵(water source heat pump，简称WSHP)技术，地面上热泵系统的设备和技术都已经相当成熟，而主要的技术/瓶颈0为地下水回灌系统。
很多地区的水源热泵工程存在回灌困难的问题，一些单位将不能回灌的地下水偷偷排入河道或者下水管网，不但造成了洁净淡水资源的极大浪费，也使水源热泵技术在很多地区遭到了人们的排斥。
但水源热泵效率高、占地少的特点又是地源热泵无法比拟的。
因此，积极研究回灌技术，对地下水水源热泵技术的健康发展具有积极的意义。
国内对水源热泵回灌技术进行系统研究的不多，多数工程基本通过经验设计，这些工程里面采用压力回灌的比例也极少。
以北京为例，多数工程都是采用增加回灌井数量的方式来解决回灌困难问题的。
2 地下水源热泵回灌率低机理分析地下水源热泵回灌率低的原因主要有两个：①井的过滤器及井周围的堵塞问题；②抽水后水位下降带来的含水层骨架的压密问题。
2.1 堵塞机理分析地下水源热泵回灌难的一个主要问题是井的过滤器及井周附近含水层的堵塞问题。
通常根据成因将堵塞分为物理堵塞、化学堵塞和生物堵塞 3 种类型。
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。
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。
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。
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。
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。
地下水地源热泵回灌分析【摘要】本文对地下水地源热泵回灌分析，介绍了该技术的发展现状与应用过程中的具体措施，同时说明了水井堵塞显著增加地下水地源热泵的灌压，回扬对于减小系统灌压大有益处，尤其是对于回灌困难的系统。
【关键词】地下水地源热泵回灌一、地源热泵回灌技术的发展现状1、回灌方式及适用范围目前，地下水人工回灌类型一般有真空回灌、无压自流回灌和加压回灌。
(l)真空回灌又称负压回灌，利用真空虹吸作用，在具有密封装置的回灌井中，开泵扬水时，井管和管路内充满地下水，停泵，并立即关闭泵出口的控制阀门，此时由于重力作用，井管内水迅速下降，在管内的水面与控制阀之间造成真空，开启控制阀门和回灌水管路上的进水阀，水就迅速进入井管中，并克服阻力向含水层中渗透。
真空回灌适用于地卜水理层较深(静水位埋藏深度大于10m)，含水层渗透性好的含水层。
由于回灌时，对井的滤水层冲击不强，冲浸适合老井。
(2)无压白流回灌(又称重力回灌)，依靠自然重力进行回灌，即依靠井中回灌水位和静水位之差。
适用于低水位且含水层渗透性好的情况。
通过水分子同位素试验，一般地质条件下，回水层井壁截面积应为出水层截面积的四倍，方能保证井水全部自然回灌，即一出四回，因此这种回灌防范水井数量较多。
这一回灌方式是目前国内外应用最多的方式。
(3)加压问灌既适用于渗透性较差，地下水位高的含水层，也适用于低水位和渗透性好的地下含水层。
但是，由于增大，对井的过滤层和含砂层的冲击力较强。
目前加压回灌的方式一是通过回扬来增大回灌压力，另一方式是在井头安装加压装置来实现，后者在荷兰等欧美国家使用较多。
(4)同井回灌国内应用的同井回灌热泵系统是取水和回灌水在同一口井内进行，通过隔板把井分成两部分，一部分是低压(吸水)区，另一部分是高压(回水)区。
当潜水泵运行时，地下水从低压区被抽至井口换热器中，与热泵低温水换热，地下水释放完热量，再由同井返回到回水区。
在井中加装隔板来提高回灌压力，以改善回灌条件，使回灌水畅通返回地下含水层中。
发展水源热泵解决地下水回灌是关键发布日期：2015-08-13来源：水冷空调作者：水冷空调浏览次数：1003 核心提示：水冷空调网讯：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。
水水冷空调网讯：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。
据调查，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。
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、回灌井的施工简述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。
WESTERN RESOURCES 2021浅层地热能是从地表至地下200m深度范围内，储存于水体、土体、岩石中的温度低于25℃，采用热泵技术可提取用于建筑物供热或制冷等的地热能，这类低温热源可以大大地降低传统供暖与制冷的能耗，节约成本，具有较强的开发潜力，是一种绿色能源［1］。
地下水含水层的回灌能力直接影响地下水地源热泵工程中回灌井的数量，从而影响地下水地源热泵工程建设和运行的成本，是浅层地热能调查评价工作的重要调查内容［2-4］。
单井回灌率是表征地下水含水层的回灌能力的重要参数。
1.常规计算方法作为表征地下水含水层回灌能力的参数，单井回灌率即为单井的回灌量与出水量的比值，一般情况下不同降深（或升程）单井的出水量（或回灌量）不同［5］，因此单井回灌率采用单井单位升程的回灌量（单位回灌量）与单井单位降深的出水量（单位出水量）的比值进行计算（见公式（1））。
X=q灌/q出公式（1）其中：X——单井回灌率，单位%；q灌——单位回灌量，q灌=Q灌/S灌，单位L/（s.m）；q出——单位出灌量，q出=Q出/S出，单位L/（s.m）。
通常采用回灌试验最大升程的回灌量除以最大升程计算单位回灌量，采用抽水试验最大降深的出水量除以最大降深计算单位出水量。
下面以2019年开展的兰陵县乡村振兴浅层地温能调查评价项目中L1号孔抽水、回灌试验（见表1）为例进行探讨。
表1兰陵县L1号孔抽水、回灌试验数据表L1号孔于2019年11月19日至2019年11月22日开展了抽水和回灌试验，其中抽水试验进行了3次降深，抽水延续时间41.5h，最大降深8.82m，对应的单位出水量0.86L/（s.m）；回灌试验进行了1次升程，回灌延续时间50h，最大升程7.17m，对应的单位回灌量0.83L/（s.m）。
根据常规方法进行计算，L1号孔单井回灌率为96.5%。
2.存在问题分析从表1中看出，抽水试验过程中不同降深时计算的单位出水量是不同的，计算的单位出水量在降深最低时最大，降深最大时最小，单位出水量随降深的增大而减小。
水源热泵系统地下水回灌施工工法一、前言水源热泵系统地下水回灌施工工法是一种以地下水资源为能源，通过利用水源热泵系统进行供暖与冷却的绿色环保工法。
本文将详细介绍该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及一个工程实例。
二、工法特点水源热泵系统地下水回灌施工工法具有以下特点：1. 环保节能：通过回灌地下水供暖与冷却，减少对传统能源的需求，降低能耗和碳排放。
2. 系统稳定：地下水温度相对稳定，系统运行效果更为可靠。
3. 操作灵活：根据实际需求，系统可以进行供暖和冷却的切换，满足不同季节的需要。
4. 占地面积小：可以利用地下水源进行供暖与冷却，节约了建筑物内部的空间。
5. 适应性强：适用于不同类型的建筑，可根据具体情况进行系统设计和施工。
三、适应范围水源热泵系统地下水回灌施工工法适用于各种建筑，包括住宅、商业建筑、工业建筑等。
尤其适用于水资源富足的地区，如河流、湖泊等附近的建筑。
四、工艺原理该工法基于水源热泵系统原理，通过地下水中的稳定温度来进行供暖与冷却。
具体实施时，需要进行以下技术措施：1. 预先探明地下水层：通过地质勘探等手段，确定地下水层的水位、温度和水质等参数。
2. 地下水回灌系统设计：根据需要，设计合适的回灌系统，包括地下水取水、过滤、增压等设备。
3. 水源热泵系统设计：根据建筑的供暖和冷却需求，设计合适的水源热泵系统，包括换热器、水泵、空调等设备。
4. 施工前准备：进行地下水回灌系统和水源热泵系统的施工前准备工作，如基坑开挖、设备安装等。
五、施工工艺1. 地下水系统施工：根据设计要求，进行地下水取水装置、过滤系统和增压系统的安装与调试。
2. 水源热泵系统施工：根据设计要求，进行水源热泵系统设备的安装与调试。
3. 管道连接与绝缘：将地下水系统和水源热泵系统的管道进行连接，并进行绝缘处理，确保系统的运行效果。
4. 控制系统安装与调试：安装并调试水源热泵系统的控制系统，确保系统能够正常运行。
地下水地源热泵系统取水与回灌技术的研究摘要：地下水地源热泵工程的建设首先要进行水文地质调查，查清地下水的赋存条件，含水层的空间分布规律，编写合理的取水井和回灌井工程设计，保证地下水100%回灌且回灌后不会引起地下水污染，热泵工程建成后对地下水系统、末端系统进行监测，研究开发利用浅层地热能资源对地质环境影响。
关键词：研究取水回灌地下水地源热泵地源热泵技术是一种高效的节能环保型供热、空调技术。
该技术是以地球表面浅层地热资源作为冷热源，利用热泵工作原理，通过少量的高位电能输入、实现低位热能向高位热能转移的一种技术。
地源热泵技术作为一种有益于环境保护和可持续发展的冷热源形式，在美、加与欧洲已有几十年的应用历史，应用范围涉及空调、采暖、生活热水供应及一些工业和工程上的冷热源提供。
在我国，地源热泵的研究起始于20世纪80年代，该项技术成了国内建筑节能及暖通空调界的热门研究课题，并开始大量应用于工程实践，与此相关的热泵产品应运而生，掀起了一股“地热空调”热潮。
目前，国内许多科研院校、设计单位、生产企业纷纷开展了地源热泵的研究、设计和生产，一些建设工程项目采用了地源热泵空调系统投入使用。
1996年至今在北京、山东、河南、辽宁、河北、江苏、浙江、湖北、上海和西藏等地相继建成了地源热泵工程，应用范围基本覆盖了我国所有省份。
整体来说，地源热泵在我国长江黄河流域、东北、西北、华北等广大对冷热都有需求的地区，具有较高的适用性，对南方部分只有夏季冷量需求而无冬季热量需求的地区也有一定的适用性，对于那些由于条件限制而不能用煤、电、燃气进行采暖供冷的地区可以说是最佳选择。
地下水地源热泵系统为地源热泵类型之一，因其换热效率高、设计施工相对简单、初投资较低、运行稳定等特点，在实际工程中得到了大量应用，对地源热泵技术的推广应用起到了较好的带头和示范作用。
地下水地源热泵一般由水源系统、水源热泵机房系统和末端散热系统三部分组成。
其中，水源系统包括水源、取水构筑物、输水管网和水处理设备等，地下水取水构筑物中最常见的型式是管井，即取水及回灌井。
地下水回灌工程存在问题及优化解决1、应用中需解决的问题水源热泵空调系统由于其所具有的节能环保等特点，近年来该项技术在引入到我国后，应用发展较快。
我公司通过对多个施工项目的总结和跟踪并对河南、山东、河北、北京等地的调研，认为热泵主机运行效果稳定过关，但在利用管井采灌地下水方面，如回灌井结构、回灌工艺方法、地面回灌装置、运行维护管理等方面还存在着问题，会影响到水源热泵的正常使用，应当引起高度重视。
其问题如下:1.1灌井的地面装置不科学，井口、管路没有密封，回灌过程会使空气随着水一起灌到含水层，造成气相堵塞，破坏人工回灌的进行，时间一长，使井的使用年限降低，甚至会使管井报废。
另外有的井由于井身结构不合理或使用操作不当，新井在使用一段时间后回灌量逐渐减少，甚至完全阻塞不能回灌，致使大量地下水在机组提取温度后白白流失。
1.2管井的井身结构不合理，有的回灌井仍采用开采井的单网滤水管或桥式、水泥管等滤水管结构，在采、灌双向水流的冲击作用下，过滤层砾料排列顺序破坏，造成井水上砂。
1.3操作方法不当，缺乏定期的排污和回扬，致使回灌水中所含有的粘土颗粒、结垢物等逐步淤塞过滤层，影响井的透水性能。
有的或采或灌只有单一性能(如两眼采灌对井中仅一眼井下泵)，冬、夏二季长期如此，根据我们的经验，这样操作使用结果不仅不能合理利用地下储能作用而且会使单纯的回灌井造成气阻，物理和生物化学堵塞，长期使用会使回灌井报废。
针对以上问题，我们认为水源热泵技术的关键是管井的采、灌技术。
只有达到地下水灌采平衡，才能实现真正意义上的节能效果，节约地下水资源和运行费用。
2. 采(灌)水目的层的选择依采灌井的作用而言，应尽力加大井的出水量，一般出水量和回灌量是成正比的，即出水量增加则回灌量也相应增加。
水温是充分发挥热泵机组效能的关键指标。
所以，在设计井时应在19-23℃范围内选取富水性强、渗透性好的含水层成井。
在河南、津京、河北、山东及江浙地区都分布有第四系冲击相、河湖相松散沉积层。
地热回灌井回灌效果降低原因及解决策略探讨摘要：随着全球能源需求的增加和对可持续能源的依赖，地热能逐渐成为一种具有潜力的清洁能源选择。
地热回灌井是一种重要的地热开发方式，但在实际应用中，我们常常面临地热回灌井回灌效果下降的问题。
本文通过分析地热回灌井回灌效果降低的原因，并提出一些解决策略，旨在为地热回灌井的可持续开发提供参考。
关键词：地热、回灌；研究原因；解决策略引言地热回灌井是一种将地热能通过回灌井回注至地下水层的过程，以实现能量的存储和再利用。
然而，实践中我们发现，地热回灌井的回灌效果往往不如预期，这不仅会导致能源浪费，还可能对地下水质量产生潜在的风险。
因此，深入研究地热回灌井回灌效果降低的原因，并提出相应的解决策略，对于地热能的可持续开发具有重要意义。
一、地热回灌井回灌技术的国内外发展现状与趋势（一）国内发展现状在国内，地热能作为一种清洁、可持续的能源形式，得到了广泛的关注和研究。
地热回灌井回灌技术作为地热能的重要利用方式之一，也在不断发展和应用。
目前，国内地热回灌井回灌技术的发展主要集中在技术研究、工程应用、政策支持等方面。
国内学术界和研究机构对地热回灌井回灌技术的机理和影响因素进行了深入研究，力图提高回灌效果和能量利用效率。
而一些地热能工程项目开始采用回灌技术进行能量的存储和再利用，如地热供暖系统和地热发电项目等。
（二）国外发展现状在国外，地热回灌井回灌技术也得到了广泛的应用和研究。
一些国家在地热能领域具有较为成熟的技术和经验。
国外地热回灌井回灌技术的发展也主要表现在一些方面。
首先是技术进步，国外一些先进的地热回灌井回灌技术已经达到了较高的水平，能够实现更高效的回灌效果和能量利用效率。
然后，工程示范，一些国外地热能项目已经成功应用了回灌技术，取得了显著的效果，为其他地区的开发提供了借鉴和参考[1]。
二、地热回灌井回灌效果降低的原因（一）地热井的设计参数地热井的设计参数包括井深、井径和井距等。
地下水地源热泵回灌分析
【摘要】本文对地下水地源热泵回灌分析，介绍了该技术的发展现状与应用过程中的具体措施，同时说明了水井堵塞显著增加地下水地源热泵的灌压，回扬对于减小系统灌压大有益处，尤其是对于回灌困难的系统。
【关键词】地下水地源热泵回灌
中图分类号：tu991.11+2 文献标识码：a 文章编号：
一、地源热泵回灌技术的发展现状
1、回灌方式及适用范围
目前，地下水人工回灌类型一般有真空回灌、无压自流回灌和加压回灌。
(l)真空回灌又称负压回灌，利用真空虹吸作用，在具有密封装置的回灌井中，开泵扬水时，井管和管路内充满地下水，停泵，并立即关闭泵出口的控制阀门，此时由于重力作用，井管内水迅速下降，在管内的水面与控制阀之间造成真空，开启控制阀门和回灌水管路上的进水阀，水就迅速进入井管中，并克服阻力向含水层中渗透。
真空回灌适用于地卜水理层较深(静水位埋藏深度大于10m)，含水层渗透性好的含水层。
由于回灌时，对井的滤水层冲击不强，冲浸适合老井。
(2)无压白流回灌(又称重力回灌)，依靠自然重力进行回灌，即依靠井中回灌水位和静水位之差。
适用于低水位且含水层渗透性好的情况。
通过水分子同位素试验，一般地质条件下，回水层井壁截面
积应为出水层截面积的四倍，方能保证井水全部自然回灌，即一出四回，因此这种回灌防范水井数量较多。
这一回灌方式是目前国内外应用最多的方式。
(3)加压问灌既适用于渗透性较差，地下水位高的含水层，也适用于低水位和渗透性好的地下含水层。
但是，由于增大，对井的过滤层和含砂层的冲击力较强。
目前加压回灌的方式一是通过回扬来增大回灌压力，另一方式是在井头安装加压装置来实现，后者在荷兰等欧美国家使用较多。
(4)同井回灌国内应用的同井回灌热泵系统是取水和回灌水在同一口井内进行，通过隔板把井分成两部分，一部分是低压(吸水)区，另一部分是高压(回水)区。
当潜水泵运行时，地下水从低压区被抽至井口换热器中，与热泵低温水换热，地下水释放完热量，再由同井返回到回水区。
在井中加装隔板来提高回灌压力，以改善回灌条件，使回灌水畅通返回地下含水层中。
2、回灌技术影响因素分析
地下水的回灌可以补充地下水源，调节水位，维持储水量平衡。
既可以回灌蓄能提供冷热源，又可以保持水层水压力，防止地面沉降。
地温热泵机组使用后的地下水，只是交换了热量，水温度发生了变化，但水质几乎没有受到丝毫污染，可以直接回灌，而不污染地下水资源。
地下水灌抽比虽然从理论上讲可以达到100%，但是，目前大多数国家的地下水回灌技术尚不成熟，特别在含水层砂粒较细的情况一
民井极容易被堵，回灌的速度大大低于抽水的速度。
回灌效果的好坏，一方面取决于回灌井回水层的渗透性与有效储集空间的大小，一方面取决于回灌水质情况，主要包括回灌地层水组分、水中的悬浮物、氧化物和回灌地层岩层的配伍情况。
对于砂粒较粗的含水层，由于孔隙较大，相对而言，回灌比较容易。
管井回灌量的大小与水文地质条件、管井质量、回灌方法等有关。
中细砂含水层中，单位回灌量约为单位出水量的30—50%；粗砂含水层中，单位回灌量约为50—70%；在砾卵石含水层中，单位回灌量可达80%以上。
抽灌量之比是确定抽灌井数的主要依据。
根据多年的研究及工程实际经验，总结影响回灌的因素主要有：(l)在回灌过程中，由于井管内水位较高，使地下水的运动是发散的径流向。
同时，含水层常出现水丘现象，地下水丘对地下水回灌有一定影响，使静水位线局部升高，或要求提高灌压。
而在原灌压的情况下，回灌水量将会下降。
(2)回灌井堵塞。
回灌井堵塞的原因大致有：浮悬物的堵塞、气泡堵塞、微生物的生长、化学沉淀堵塞、粘粒膨胀和扩散、砂层压密等因素。
(3)腐蚀问题。
地下水质是引起腐蚀的根本原因，管道和过滤器因受电化学腐蚀，水中铁质增加，堵塞了滤网或砂层的空隙，导致灌抽比减小。
(4)渗透系数大小是回灌难以程度的决定因素。
无论哪种水井，回灌的灌压随着水平渗透系数的减小而增加，并且变化剧烈。
为此，
在地下水源热泵空调系统设计和运行中，应采取必要的回灌技术措施，进行地下水回灌，以不断地让地下水返回地下含水层，保持地下水的水位不变，维护储量平衡。
3、增加回灌量的措施分析
(l)回扬回扬对解决堵塞问题具有重要意义。
对中、细砂的含水层，压力回灌每天需要2—3次，真空回灌每天需要回扬1次。
回扬时间的确定，以每天抽完浑浊水后出清水为限，一般需要15—30min；在
停用期，20—30d回扬l次；对于轻度堵塞的回灌井，可采用连续回扬，直到井的单位开采量和动水位恢复，方可恢复回灌：对于严重堵塞的回灌井，可采用回扬与间歇停泵反冲的处理方法或用回扬与压力灌水相结合的处理方法。
(2)包气减压箱，在回灌井口安装包气减压箱，将包气压力降下来，进而消除包气阻力，加大回渗流量，并扩大回灌井径，从而减少回灌井的数量，实现充分、长期、稳定回灌。
这一技术在首先由沈阳省推出，效果良好。
(3)辐射回灌井，北京某学院地源热泵采用的辐射回灌井，如图1所示，经热泵机组热交换后的回灌水先进入沉砂井沉砂，同时也是渗虑井，未被渗虑的回灌水再自流到回灌井群回灌至地下含水层中。
当地下水位升高，回灌井群不能将井水完全回灌时，一部分回灌通过4溢流到溢流井内，溢流井采用辐射井，以保证回灌效果。
图1 地下水源热泵辐射井回灌系统示意图
1回灌水总水管2流量计3沉砂井4沉砂井溢流管
5粘土封闭6辐射渗水管7沉砂井回灌水管8回灌井群
二、堵塞时地下水地源热泵回灌分析
地下水井使用时，经常会发生不同程度的堵塞。
堵塞会减小含水层的渗透系数，导致出水量减小和回灌困难。
因此本文在分析中堵塞时地下水地源热泵回灌为分析对象。
1、考虑堵塞时渗透系数模型
堵塞时渗透系数会减小，一般来说渗透系数应是时间和空间的函数。
但理论分析渗透系数减小模型很困难，一般是先给出衰减的指数模型(时间、空间或同时包含时间和空间的模型)，然后通过回灌试验来拟合模型中的参数。
作为一般性的分析，本文采用某市地热单井回灌试验给出的渗透系数衰减模型，该模型只考虑了渗透系数变化的时间效应，且含水层各向同性。
本文在该模型的基础上考虑回扬，对模型稍作改变。
天津市地热单井回灌试验位于第三系馆陶组热储层中，该热储层为河流相碎屑沉积岩，呈粗—细—粗完整的沉积旋回，即底部为砂砾岩段，中部泥岩段和上部砂岩段。
该热储层厚76 m，单位储水系数为9·81×10-5m-1，井半径为0.1 m。
2、堵塞的影响
堵塞导致抽水和回灌的困难，表现在对于相同流量的抽水或回灌，降深绝对值增加。
图2给出了堵塞(无回扬)对同井回灌时含水层中某点降深的影响。
图2 堵塞对含水层中某点降深的影响
由图2可知水井堵塞对降深的影响很大。
在水井运行96 h时，抽灌同井由于堵塞使其降深较无堵塞时增加了95%，完整井1和完整井2增加了74%，非完整井增加了120%。
从计算点的降深值看，堵塞对于非完整井的影响更为显著，并且随着运行时间的加长，这种影响基本上是与时间成正比关系。
从无堵塞时4类井的比较可以看出，抽灌同井计算点的降深很快达到稳定，而其余3类井计算点降深却一直在上升，不可能达到稳定，尤其是对于较薄的含水层，这种趋势更为明显。
因此，即使刚开始时，完整井1中计算点的降深比抽灌同井小39%，在运行16 h后其降深值基本相等，而在96 h后，完整井1降深反而较抽灌同井大26%。
抽灌同井计算点的降深均小于非完整井和完整井2，由刚开始小3%和75%增加到96 h时的68%和260%。
从有堵塞时4类井的比较可以看出，抽灌同井计算点的降深较非完整井和完整井2要小，并且这种差别随着时间的延续而加大，由刚开始的37%和74%增加到96 h时的89%和220%，也即是说抽灌同井抗堵塞的能力要强于非完整井和完整井2。
而完整井1计算点的降深由刚开始时较抽灌同井小39%，到20 h时基本相等，到96 h时反而较抽灌同井大12%。
这充分说明，随着运行时间的推移，抽灌同井抗堵塞的能力要强于完整井1。
再从96 h期间4类井的计算点降深变化率看，水井运行96 h后，抽灌同井降深增加了124%，而非完整井增加了208%，完整井1和完整井2均增加了311%。
这也
表明抽灌同井抗堵塞能力优于完整井和非完整井。
总结
本文在水井堵塞实例的基础上，考察了水井堵塞对异井回灌地下水地源热泵和同井回灌地下水地源热泵的影响。
抽灌同井的抗堵塞能力优于完整井和非完整井。
热源井堵塞显著增加地下水地源热泵的灌压，回扬对于减小系统灌压大有益处，尤其是对于回灌困难的系统。
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