CN103822403A - 地下水源热泵群井封闭式自动调节全回灌系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下水源热泵群井封闭式自动调节全回灌系统，包括抽水井、热泵机组和若干个回灌井，热泵机组通过抽水管与管路与抽水井连通、通过回灌管与若干个回灌井分别连通，所述回灌井为封闭式井，在回灌井内安装有回扬装置。本发明主要目的是解决群井回灌自动调节问题，由于系统是封闭的，可以采取无压或局部微压回灌（整个系统不升压），也可以采取低压回灌，能大大增加回灌量。

Description

地下水源热泵群井封闭式自动调节全回灌系统

技术领域

本发明是一种涉及浅层地热能合理开发利用的系统，具体地说是在抽取了地下水，通过热泵技术提取热量后，如何能再把地下水全部回灌到地下的地下水源热泵群井封闭式自动调节全回灌系统，用于地下水源热泵的热源工程，既可充分利用地热资源，又能有效地保护地下水资源。

背景技术

地下水源热泵是开发利用浅层地热能，对建筑物供热或制冷的成熟技术，是国家大力提倡的节能减排的重要措施。将地下水提取热能之后如何能重新回灌到地下却是一个全国性难题。如果因回灌不好而大量排放地下水，浪费宝贵的水资源是得不偿失的。在2009年第一届中国地源热泵高层论坛文献中指出：“据权威业内人士推测，我国已运行的水源热泵系统，可能有70—80%没有达到100%的回灌”。

回灌不好的原因主要是回灌技术不成熟。群井回灌最头痛的问题是对各井灌注水量的分配与调节。群井回灌目前采用的方法全部是开敞式人工调节方法。这种方法的特点是：回灌水从主管道通过支管道分别流入各回灌井，向各井流入的水量有大有小，距机房越远的井流入的水量越小。各个井向地下的渗水量同样大小不一，因而各个井的水位升幅也就有大有小。各个井的井口都是开敞式的，升幅越大的越容易漾水。

为了解决漾水问题，目前的方法是，在每个回灌支管上都安装了一个蝶阀，用人工加以调节。现以图1为例加以说明：热泵机组3通过回灌管8向回灌井2中注水，假设3个回灌井2中I号井的升幅最大，且仍在上升。为了不使I号井漾水就要将其阀门关小，减小流入水量。其结果必然会使向II、III号井流入的水量增大，当III号井快要漾水时就要再去调减III号井的流入水量，反过来又会增大向I、III号井的流入水量，反复调整的结果仍难免哪个井不漾水，为使所有的井都不漾水，就要减小向各个井注入的水量，增加弃水水量。

一个供暖小区往往有十几眼或几十眼回灌井，井数越多，人工调节越困难，总的回灌量很难达到各回灌井应有的回灌量之和。除去地质条件及成井工艺不好影响回灌效果外，开敞式人工调节方法是大多数工程回灌不好最重要的原因。与此同时，回灌井漾井，严重影响小区居民生活也就成了地源热泵供暖普遍存在的问题。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种能够提高回灌率，克服群井回灌调试的困难，实现地下水全回灌的地下水源热泵群井封闭式自动调节全回灌系统。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种地下水源热泵群井封闭式自动调节全回灌系统，包括抽水井、热泵机组和若干个回灌井，热泵机组通过抽水管与管路与抽水井连通、通过回灌管与若干个回灌井分别连通，所述回灌井为封闭式井，在回灌井内安装有回扬装置。

以下是本发明对上述方案的进一步优化：回扬装置包括设置在回灌井内的潜水泵，潜水泵的出水管通过自控阀连通有回扬管。回扬管的末端连通有雨水井。

进一步优化：所述回灌管与潜水泵的出水管通过单向阀和蝶阀连通。

进一步优化：所述每个回灌井的井口分别安装有密封盖。

进一步优化：所述回灌井井内壁从井口距离静水位的部分用混凝土或其它密封性材料进行密封。

进一步优化：所述每个回灌井的上方覆盖有一个锥形的井室，井室的周边为砖砌结构、其底部为混凝土结构，所述回灌管上的蝶阀和单向阀以及回扬管上的自控阀都安装在井室内。

工作时，抽水井内的抽水泵抽取地下水为热泵机组供热，热泵机组换热后，水通过回灌管进入各个回灌井；

由于I号回灌井距离热泵机组最近，I号回灌井的注水量会大于其它回灌井的注水量，当I号回灌井的动水位已升至井口，由于井的结构是封闭的，水不会溢出，但井中的压力会加大；如压力继续加大，I号回灌井的注水量将会逐渐减小，直至注水量与井的渗水量达到平衡；此时其他井的动水位尚未到达井口，会使流向其它回灌井的水量自动增加；

当另一个距离热泵机组较近的II号回灌井因加大了注水量而升幅加大，动水位到达II号回灌井的井口后，注水量将逐步减小，而其它III号回灌井、IV号回灌井的注水量却会如同前面所说的I号回灌井水位到达井口后的情形一样，灌注水量将会自动调增。各井增加的水量有少有多，也是自动调整的。当其他井的动水位达到井口时，向各个井注入水量的自动调节过程皆会如此。

各回灌井的总最大渗水量及总井数可以通过地下水动力学方法计算出来。如果计算正确，自动调整的结果至少会有1个回灌井的动水位达不到井口（即无压力），此时热泵机组末端的管道压力与回灌初始是变化不大的，整个回灌系统仅为微承压，不会增加能耗，而各井的回灌潜力却得到了充分地发挥。如果各个井的动水位都到达了井口，热泵机组末端的压力将会有所升高，回灌系统变为压力回灌，向各井的注入水量仍会是自动调节的。

由于多种原因，回灌井容易发生慢性堵塞而使回灌能力降低，需要对回灌井进行回扬。尤其是对于大部分砂类含水层而言，回扬周期较短，每个井都安装一台固定的潜水泵。当热泵机组末端的压力明显升高且达到一定的限度时可开潜水泵回扬，经过10—20分钟短时间回扬，慢性堵塞物质（例如小气泡、悬浮物等）被抽出来，井的渗水能力得到恢复，管道压力就下降了。

本发明采用上述方案，具有以下优点：

1、本发明的回灌系统为封闭式，整个回灌系统可以无压回灌也可以承受微压至低压回灌而不发生渗水，隔绝了水与空气的接触，可以避免因水中的铁锰离子被氧化而造成的化学堵塞。我国东北地区许多城市铁锰超标严重，例如黑龙江佳木斯、吉林梅河口、晖春等都出现过严重的化学堵塞的问题，如采用本系统这个问题是完全可以解决的。

2、本发明主要目的是解决群井回灌自动调节问题，由于系统是封闭的，可以采取无压或局部微压回灌（整个系统不升压），也可以采取低压回灌，能大大增加回灌量。

3、本发明根据地质条件的需要，在井中安装一台进行了封闭的回扬泵，可以随时开泵回扬，以进一步提高回灌效果。

本发明由于具有以上有益效果，因而只要回灌井数量及成井工艺满足要求，完全可以做到全回灌。

    下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

附图1为本发明背景技术中群井开敞式人工调节回灌示意图；

附图2为本发明实施例中群井封闭式自动调节回灌示意图；

附图3为本发明实施例中封闭式回灌井井口的结构示意图；

附图4本发明实施例中安丘官庄镇政府办公楼群井封闭式自动调节回灌管线图。

图中：1-抽水井；2-回灌井；3-热泵机组；4-压力表；5-蝶阀； 7-供水管；8-回灌管；9-回扬管；10-雨水井；11-井室；12-潜水泵；13-自控阀；14-单向阀；15-抽水泵；16-密封盖。

具体实施方式

实施例，如图2、图3所示，一种地下水源热泵群井封闭式自动调节全回灌系统，包括抽水井1、热泵机组3和若干个回灌井2，热泵机组3通过抽水管7与管路与抽水井1连通、通过回灌管8与若干个回灌井2分别连通，所述回灌井2为封闭式井，所述每个回灌井2的井口分别安装有密封盖16。在回灌井2内安装有回扬装置。

回扬装置包括设置在回灌井2内的潜水泵12，潜水泵12的出水管通过自控阀13和单向阀14连通有回扬管9。回扬管9的末端连通有雨水井10。

所述回灌管8与潜水泵12的出水管通过单向阀14和蝶阀5连通。

所述回灌井2井内壁从井口距离静水位的部分用混凝土或其它密封性材料进行密封。

所述每个回灌井2的上方覆盖有一个锥形的井室11，井室11的周边为砖砌结构、其底部为混凝土结构，所述回灌管8上的蝶阀5和单向阀14以及回扬管9上的自控阀13和单向阀14都安装在井室11内。

工作时，抽水井1内的抽水泵15抽取地下水为热泵机组3供热，热泵机组3换热后，水通过回灌管8进入各个回灌井2；

假设各回灌井的渗水量相等。由于I号回灌井2距离热泵机组3最近，1号回灌井2的注水量会大于其它回灌井的注水量，当I号回灌井的动水位已升至井口，由于井的结构是封闭的，水不会溢出，但井中的压力会加大；（其压力可从B₁点的压力表反映出来），如压力继续加大，I号回灌井的注水量将会逐渐减小，直至注水量与井的渗水量达到平衡；此时其他井的动水位尚未到达井口，B₁点压力的提高，会使流向其它回灌井的水量自动增加；

当另一个距离热泵机组3较近的II号回灌井因加大了注水量而升幅加大，动水位到达II号回灌井的井口后，注水量将逐步减小，而其它III号回灌井、IV号回灌井的注水量却会如同前面所说的I号回灌井水位到达井口后的情形一样，灌注水量将会自动调增。各井增加的水量有少有多，也是自动调整的。当其他井的动水位达到井口时，向各个井注入水量的自动调节过程皆会如此。

各回灌井的总最大渗水量及总井数可以通过地下水动力学方法计算出来。如果计算正确，自动调整的结果至少会有1个回灌井的动水位达不到井口（即无压力），此时热泵机组3末端A点的管道压力与回灌初始是变化不大的，整个回灌系统仅为微承压，不会增加能耗，而各井的回灌潜力却得到了充分地发挥。如果各个井的动水位都到达了井口，A点的压力将会有所升高，回灌系统变为压力回灌，向各井的注入水量仍会是自动调节的。

由于多种原因，回灌井容易发生慢性堵塞而使回灌能力降低，需要对回灌井进行回扬。尤其是对于大部分砂类含水层而言，回扬周期较短，每个井都安装一台固定的潜水泵12。当A点的压力明显升高且达到一定的限度时可开潜水泵回扬，经过10—20分钟短时间回扬，慢性堵塞物质（例如小气泡、悬浮物等）被抽出来，井的渗水能力得到恢复，管道压力就下降了。

安装该系统时，首先应对地面以及地下水进行探测分析，具体步骤如下：1.根据地面物探确定井位；

2.钻井、终孔后进行物探测井，根据测井结果分辨含水层；

3.根据含水层深度及岩性配置滤水管并设计过滤器；

4.成井后进行抽水试验，根据回灌井的抽试资料，计算出各井的适宜回灌量及需要的回灌井数量。

5.按照要求开挖井室、砌筑井室、加工安装井口上下法兰、安装回扬泵、铺设电缆、输水管线及止回阀、蝶阀，对管道进行打压回填。

具体做法如下：

A、回灌井井管要用能承受一定压力的UPVC管或其他不易腐蚀的管材。各节井管的连接处不得渗水。回灌井的成井工艺要符合回灌井的技术要求。

B、按设计要求开挖并砌筑井室。井室底板用混凝土浇筑，要保证不透水不渗水。

C、将底板混凝土以上20厘米向上的井管割断，焊接一个与井管同质同径的法兰盘，即下法兰。

D、用与下法兰同径的管堵加工一个能与下法兰连接的上法兰盘，上法兰盘的直径及螺孔与下法兰盘相同。上法兰盘要加工成一个既可连接回灌进水管及回扬排水管，又可连接井下回扬泵水管和电缆的能严密封闭回灌井的多通承压装置。

6.在回灌管道上安装压力表，在回扬管道上安装自动控制阀门，在回扬时能自动开启，回灌时能自动关闭。在回扬管道末端接雨水井。

7.在回灌管道上要有三通泄水管及蝶阀，初次使用时要先对水源水排放至水质达标后再进行回灌。回灌过程是一个慢性堵塞的过程，回灌系统将自动从无压逐渐过渡为微压至低压。

8.热泵机组之后的管道压力达不到限定值不用回扬，达到限定值后可开泵短时间回扬，恢复系统的回灌能力。回扬周期视含水层状况而异。

如图4所示，申请人将上述系统在安丘官庄镇政府办公楼进行实地安装，具体情况如下：

安丘市官庄镇政府办公楼，面积3400平米，用地下水源热泵，夏制冷冬供暖，打热源井4眼，1抽3回，岩性为白垩系红色泥质砂岩，含水层为岩石中的小裂隙，透水性不好，单位出水量仅为1.1方/时，打井深度38—40米，静水位埋深在地面以下2.3—2.7米，井的极限出水量为20方/时，如果按现有的开敞式人工调节回灌方法根本无法做到全回灌。

我们于2010年10月按照本方法设计了封闭式自动调节回灌系统，至2014年1月28日已运行三年多，热泵机组之后的压力表4最高压力仅为0.1ΜPa，大多数情况下不起压，从没有发生过井口漾水，也不需要人工调节，管理方便，运行稳定，回灌率达到了100%，实现了群井自动调节全回灌。

Claims (7)

1.一种地下水源热泵群井封闭式自动调节全回灌系统，包括抽水井（1）、热泵机组（3）和若干个回灌井（2），热泵机组（3）通过抽水管（7）与管路与抽水井（1）连通、通过回灌管（8）与若干个回灌井（2）分别连通，其特征在于：所述回灌井（2）为封闭式井，在回灌井（2）内安装有回扬装置。

2.根据权利要求1所述的一种地下水源热泵群井封闭式自动调节全回灌系统，其特征在于：回扬装置包括设置在回灌井（2）内的潜水泵（12），潜水泵（12）的出水管通过自控阀（13）连通有回扬管（9）。

3.根据权利要求2所述的一种地下水源热泵群井封闭式自动调节全回灌系统，其特征在于：所述回灌管（8）与潜水泵（12）的出水管通过单向阀（14）和蝶阀（5）连通。

4.根据权利要求3所述的一种地下水源热泵群井封闭式自动调节全回灌系统，其特征在于：所述每个回灌井（2）的井口分别安装有密封盖（16）。

5.根据权利要求4所述的一种地下水源热泵群井封闭式自动调节全回灌系统，其特征在于：所述回灌井（2）井内壁从井口距离静水位的部分用混凝土或其它密封性材料进行密封。

6.根据权利要求5所述的一种地下水源热泵群井封闭式自动调节全回灌系统，其特征在于：所述每个回灌井（2）的上方覆盖有一个锥形的井室（11），井室（11）的周边为砖砌结构、其底部为混凝土结构，所述回灌管（8）上的蝶阀（5）和单向阀（14）以及回扬管（9）上的自控阀（13）都安装在井室（11）内。

7.根据权利要求6所述的一种地下水源热泵群井封闭式自动调节全回灌系统，其特征在于：回扬管（9）的末端连通有雨水井（10）。

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