CN102155823A - 三井循环抽灌地下水冷热源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三井循环抽灌地下水冷热源系统，包括第一抽灌井、第二抽灌井、第三抽灌井、第一抽水管、第二抽水管、第三抽水管、第一回灌管、第二回灌管、第三回灌管、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第一四通、第二四通、提升泵、换热器、第一单向阀、第二单向阀和第三单向阀。本发明采用三个抽灌井循环抽水和回灌，有利于地下水的回灌、改善渗流方向、减少移砂及避免地基不均匀沉降；采用在三个抽灌井周围地层中轮流换热，能有效减少热贯通，利于地下水温度场的扩散及系统高效稳定运行；采用阀门和四通控制不同抽灌井之间的抽水和回灌组合，只需一台提升泵即可完成不同抽灌井中的抽灌水。

Description

三井循环抽灌地下水冷热源系统

技术领域

本发明涉及一种可再生能源系统，尤其涉及一种循环利用地下水的冷热源系统。

背景技术

随着人类资源的日益紧缺和环境问题的日益突出，越来越多的人将目光转向了地下水、土壤等低位可再生能源的开发利用。地下水冷热源系统在冬天代替锅炉或普通空调从土壤和地下水中取热，向建筑物供暖；夏天代替普通空调向土壤和地下水中排热，给建筑物制冷。这种系统因具环保节能等诸多优点而被快速推广运用。

目前，根据地下水抽水和回灌井的组合特征，地下水冷热源系统可以分为直流式、同井回灌和异井回灌三种模式。直流式地下水冷热源系统只有抽水井，没有回灌井，抽出的地下水被吸收或释放热量后直接排放，具有成井费用小，初期投资低，运行管理简单等优点，但水资源浪费，对于入渗补给不及时的地方会严重损坏地下水资源。随着国家水资源政策的调整，直流式模式已逐步被淘汰，除了特殊水文地质条件，现在已很少使用。异井循环系统由抽水井和回灌井组成，地下水从抽水井经水泵通过换热器换热后回灌至回灌井，该模式在抽灌井间距合理的条件下，不存在热贯通问题或热贯通影响很小，系统运行较稳定；可以实现井水的同层等量回灌，利于地下水体的平衡，但也存在一些不足：①回灌井容易产生堵塞而出现回灌困难；②回灌井需定期回扬，浪费水资源，增加水泵能耗；③在保证100%回灌条件下，虽然在抽灌水总量上保持相对平衡，但在空间上从抽水井一侧抽水，从回灌井一侧回灌，抽水井周围的水量不能及时补充，长期运行，给周围建筑的安全会埋下隐患。同井回灌系统分为循环单井、抽灌同井和填砾抽灌同井三种。循环单井系统大部分地下水直接在井孔内循环，不存在回灌困难的问题，但热贯通现象严重，降低了系统运行性能，高峰负荷时，需排放一定量的循环水来引进地下原水，造成了水资源的浪费。抽灌同井和填砾抽灌同井下部低压抽水区的抽水负压有利于上部高压回水区回灌且抽水和回灌在同一井中进行，节约场地，但也存在一些不足：①抽水和回灌在同一井不同深度进行，容易造成不同水层之间的地下水污染；②在渗透系数较小的时候，容易出现回灌困难；③回灌区和抽水区容易产生一定程度的热贯通，尤其是填砾抽灌同井，热贯通现象严重，影响系统运行效率；④井中间设置隔断区，成井工艺更为复杂。

从现有地下水冷热源系统开发模式可以发现，回灌困难和热贯通问题成了该技术推广的两大瓶颈，一方面，需要对各模式的高效、长期运行进行进一步的研究改进；另一方面，亟需对地下换热系统抽水和回灌模式进行进一步研究，探讨长期高效稳定运行的新模式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种易于回灌的三井循环抽灌地下水冷热源系统。

本发明解决其技术问题所采取的技术手段是：该三井循环抽灌地下水冷热源系统包括第一抽灌井、第二抽灌井、第三抽灌井、第一抽水管、第二抽水管、第三抽水管、第一回灌管、第二回灌管、第三回灌管、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第一四通、第二四通、提升泵、除砂器、换热器、第一单向阀、第二单项阀、第三单向阀。所述第一抽灌井、第二抽灌井和第三抽灌井为抽水和回灌两用井，三个抽灌井之间的井间距根据地质情况和系统负荷要求确定；所述第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀分别对应地置于所述第一抽灌井、第二抽灌井和第三抽灌井的液面以下；所述第一抽水管、第二抽水管、第三抽水管的一端分别对应地与所述第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀连通；第一抽水管、第二抽水管、第三抽水管的另一端分别对应地与所述第一阀门、第二阀门、第三阀门连通；所述第一四通分别与所述第一阀门、第二阀门、第三阀门和所述提升泵连通；所述提升泵与所述换热器连通；所述第二四通分别与所述换热器、所述第四阀门、第五阀门和第六阀门连通；所述第四阀门、第五阀门和第六阀门分别对应地与第一回灌管、第二回灌管和第三回灌管的一端连通；所述第一回灌管、第二回灌管和第三回灌管的另一端分别对应地置于所述第一抽灌井、第二抽灌井和第三抽灌井的液面以下。

进一步地，本发明还包括除砂器，所述除砂器的一端与所述提升泵连通，所述除砂器的另一端与所述换热器连通。

进一步地，本发明还包括显示仪表，所述第一抽灌井、第二抽灌井和第三抽灌井的液面以下各自设有温度传感器和液位传感器，各温度传感器和液位传感器均与显示仪表电连接。

与现有地下水冷热源系统相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明系统采用了三个抽灌井循环抽水和回灌，有利于地下水的回灌、改善渗流方向、减少移砂、避免地基的不均匀沉降；

（2）本发明系统采用在三个抽灌井周围地层中循环轮流换热，能有效减少热贯通，有利于地下水温度场的扩散及系统高效稳定运行；

（3）本发明系统采用阀门和四通控制不同抽灌井之间的抽水和回灌组合，只需一台提升泵即可完成不同抽灌井中的抽灌水，有利于节省设备的初投资。

（4）本发明系统节能、环保，并能长期高效稳定循环利用。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图；

图2为本发明由第一抽灌井抽水向第二抽灌井回灌的工作原理图；

图3为本发明由第三抽灌井抽水向第一抽灌井回灌的工作原理图；

图4为本发明由第二抽灌井抽水向第三抽灌井回灌的工作原理图。

图中，1.第一抽灌井、2.第二抽灌井、3.第三抽灌井、1a.第一阀门、2a.第二阀门、3a. 第三阀门、1b.第四阀门、2b.第五阀门、3b.第六阀门、1c.第一抽水管、2c.第二抽水管、3c.第三抽水管、1d.第一回灌管、2d.第二回灌管、3d.第三回灌管、1e.第一单向阀、2e.第二单向阀、3e.第三单向阀、4.第一四通、5.提升泵、6.换热器、7.除砂器、8.温度传感器、9.导线、10.显示仪表、11液位传感器、12.第二四通。

具体实施方式：

如图1所示，本发明三井循环抽灌地下水的冷热源系统主要包括第一抽灌井1、第二抽灌井2、第三抽灌井3、第一抽水管1c、第二抽水管2c、第三抽水管3c、第一回灌管1d、第二回灌管2d、第三回灌管3d、第一阀门1a、第二阀门2a、第三阀门3a、第四阀门1b、第五阀门2b、第六阀门3b、第一四通4、第二四通12、提升泵5、换热器6、第一单向阀1e、第二单向阀2e和第三单向阀3e。第一抽灌井1、第二抽灌井2、第三抽灌井3为抽灌两用井，抽水和回灌均可使用,抽水时能为本发明冷热源系统提供18℃左右的地下水，三个抽灌井之间的井间距根据当地地质情况和系统负荷要求确定。

第一单向阀1e、第二单向阀2e、第三单向阀3e分别对应地置于第一抽灌井1、第二抽灌井2和第三抽灌井3的液面以下；第一抽水管1c、第二抽水管2c、第三抽水管3c一端分别对应地与第一单向阀1e、第二单向阀2e、第三单向阀3e连通；第一抽水管1c、第二抽水管2c、第三抽水管3c的另一端分别对应地与第一阀门1a、第二阀门2a、第三阀门3a连通；第一四通4分别与第一阀门1a、第二阀门2a、第三阀门3a和提升泵5连通；提升泵5与换热器6连通；第二四通12分别与换热器6、第四阀门1b、第五阀门2b和第六阀门3b连通；第四阀门1b、第五阀门2b和第六阀门3b分别对应地与第一回灌管1d、第二回灌管2d和第三回灌管3d的一端连通；第一回灌管1d、第二回灌管2d和第三回灌管3d的另一端分别对应地置于第一抽灌井1、第二抽灌井2和第三抽灌井3的液面以下。

本发明运行时，根据第一抽灌井1、第二抽灌井2和第三抽灌井3中不同的水位水温情况及系统正常运行的要求，通过调节第一阀门1a、第二阀门2a、第三阀门3a、第四阀门1b、第五阀门2b、第六阀门3b不同开关的组合实现第一抽灌井1、第二抽灌井2和第三抽灌井3之间不同的抽水和回灌组合。本发明中，第一阀门1a、第二阀门2a、第三阀门3a、第四阀门1b、第五阀门2b、第六阀门3b可选用电磁阀自动控制阀门的打开和关闭。换热器6的功能是从抽取的地下水中提取热量或冷量，然后将提取的热量或冷量输入到热泵机组，从而为建筑物等供暖或制冷。

如图1至图4所示，作为本发明的优选实施方式，本发明系统还包括显示仪表10及第一抽灌井1、第二抽灌井2、第三抽灌井3的液面以下各自设置的温度传感器8和液位传感器11，各温度传感器8和液位传感器11均和显示仪表10通过导线9电连接，用于监测抽灌井中的水位和水温状况。

如图1至图4所示，作为本发明的优选实施方式，本发明系统还包括除砂器7，除砂器7的一端与提升泵5连通，除砂器7的另一端与换热器6连通。除砂器7的功能是去除系统运行时从第一抽灌井1、第二抽灌井2和第三抽灌井3中抽取的少量泥沙，从而防止换热器6堵塞及泥沙进入第一抽灌井1、第二抽灌井2和第三抽灌井3导致回灌困难。

正常工作时，本发明系统采用周期循环运行。在一个运行周期内，第一抽灌井1、第二抽灌井2和第三抽灌井3轮流循环抽灌，根据系统运行要求可以确定各抽灌井中水位和水温的允许变化范围，当显示仪表10显示的抽灌井中水位和水温不满足系统运行要求时，可通过调节第一阀门1a、第二阀门2a、第三阀门3a、第四阀门1b、第五阀门2b和第六阀门3b不同的开关组合来改变系统不同抽灌井之间抽水和回灌的组合，具体的操作方法为：系统首先进入如图2所示的工作状态，第一阀门1a和第四阀门1b打开，从第一抽灌井1抽水，水流依次通过第一单向阀1e、第一抽水管1c、第一阀门1a、第一四通4、提升泵5后，通过除砂器7除去水中的沙石，然后经过换热器6吸收或释放热量，再经过第二四通12、第四阀门1b和第二回灌管2d回到第二抽灌井2。待第一抽灌井1或第二抽灌井2的水位或水温不满足系统要求时，系统进入如图3所示的工作状态，第一阀门1a和第四阀门1b关闭，第三阀门3a和第六阀门3b打开，系统从第三抽灌井3抽水，水流依次通过第三单向阀3e、第三抽水管3c、第三阀门3a、第一四通4、提升泵5后，通过除砂器7除去水中的沙石，然后经过换热器6吸收或释放热量，再经过第二四通12、第六阀门3b和第一回灌管1d回到第一抽灌井1。待第一抽灌井1或第三抽灌井3的水位或水温不满足系统要求时，系统进入如图4所示的工作状态，第三阀门3a和第六阀门3b关闭，第二阀门2a和第四阀门2b打开，系统从第二抽灌井2抽水，水流依次通过第二单向阀2e、第二抽水管2c、第二阀门2a、第一四通4、提升泵5后，通过除砂器7除去水中的沙石，然后经过换热器6吸收或释放热量，再经过第二四通12、第四阀门2b和第三回灌管3d回到第三抽灌井3。待第二抽灌井2或第三抽灌井3的水位或水温不满足系统要求时，一个运行周期完成，系统进入下一个周期，重复图2、图3和图4所示的上述运行方式。由此可见，本发明冷热源系统易于实现对地下水的抽取和回灌。

本发明在夏季制冷时将建筑物内的热量转移到地层中，根据不同的热泵机组工作需求，从抽灌井抽水进入换热器6的地下水温度例如约为18℃，经过换热器6换热吸收热量后，地下水升高一定的温度例如8℃，然后回灌至回灌井，回灌井中的热量向井周围土壤和地下水扩散迁移,抽取的地下水的温度和经过换热器6换热吸收热量后的地下水升高的温度根据当地地质条件和建筑物制冷需求确定。

本发明在冬季制热时将地层中的热量转移到建筑物内，根据不同的热泵机组工作需求，从抽灌井抽水进入换热器6的地下水温度例如约为18℃，经过换热器6换热释放热量后，地下水降低一定的温度例如8℃，然后再回灌至抽灌井，抽灌井中的冷量向井周围土壤和地下水扩散迁移，抽取的地下水的温度和经过换热器6换热释放热量后的地下水降低的温度根据当地地质条件和建筑物供暖需求确定。

Claims (3)

1.一种三井循环抽灌地下水冷热源系统，其特征是：包括第一抽灌井（1）、第二抽灌井（2）、第三抽灌井（3）、第一抽水管（1c）、第二抽水管（2c）、第三抽水管（3c）、第一回灌管（1d）、第二回灌管（2d）、第三回灌管（3d）、第一阀门（1a）、第二阀门（2a）、第三阀门（3a）、第四阀门（1b）、第五阀门（2b）、第六阀门（3b）、第一四通（4）、第二四通（12）、提升泵（5）、换热器（6）、第一单向阀（1e）、第二单向阀（2e）和第三单向阀（3e）；所述第一单向阀（1e）、第二单向阀（2e）、第三单向阀（3e）分别对应地置于所述第一抽灌井（1）、第二抽灌井（2）和第三抽灌井（3）的液面以下；所述第一抽水管（1c）、第二抽水管（2c）、第三抽水管（3c）的一端分别对应地与所述第一单向阀（1e）、第二单向阀（2e）、第三单向阀（3e）连通；第一抽水管（1c）、第二抽水管（2c）、第三抽水管（3c）的另一端分别对应地与所述第一阀门（1a）、第二阀门（2a）、第三阀门（3a）连通；所述第一四通（4）分别与所述第一阀门（1a）、第二阀门（2a）、第三阀门（3a）和所述提升泵（5）连通；所述提升泵（5）与所述换热器（6）连通；所述第二四通（12）分别与所述换热器（6）、所述第四阀门（1b）、第五阀门（2b）和第六阀门（3b）连通；所述第四阀门（1b）、第五阀门（2b）和第六阀门（3b）分别对应地与第一回灌管（1d）、第二回灌管（2d）和第三回灌管（3d）的一端连通；所述第一回灌管（1d）、第二回灌管（2d）和第三回灌管（3d）的另一端分别对应地置于所述第一抽灌井（1）、第二抽灌井（2）和第三抽灌井（3）的液面以下。

2.根据权利要求1所述的三井循环抽灌地下水冷热源系统，其特征是：还包括除砂器（7），所述除砂器（7）的一端与所述提升泵（5）连通，所述除砂器（7）的另一端与所述换热器（6）连通。

3.根据权利要求1或2所述的三井循环抽灌地下水冷热源系统，其特征是：还包括显示仪表（10），所述第一抽灌井（1）、第二抽灌井（2）和第三抽灌井（3）的液面以下各自设有温度传感器（8）和液位传感器（11），各温度传感器（8）和液位传感器（11）均与显示仪表（10）电连接。

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