CN105627632A - 河床潜流水用于水源热泵循环利用的集成方法及集成结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种河床潜流水用于水源热泵循环利用的集成方法及集成结构，在河床底部设置有一个或多个取水井，从取水井向河床含水层安装取水构造，汲取其中的河床潜流水。将河床潜流水输送到集水井，再通过设置在集水井内的取水泵组直接输送到水源热泵机组，经过水源热泵机组换热后，回水可利用地形和一定的水流速度进行势能回收发电，或直接用于城市的绿化、消防、生产杂水和景观用水，形成一水多用。发电或城市景观用后水，可直接排到取水河床上，重新经河床砂卵石层过滤，再次形成河床潜流水，形成循环利用。本方法可大规模开采河床潜流水，水温条件适合，无环境地质问题，占地面积小，管理集中，可进行多用途利用。

Description

河床潜流水用于水源热泵循环利用的集成方法及集成结构
技术领域
本发明涉及水循环技术领域，特别涉及一种河床潜流水用于水源热泵循环利用的集成方法及集成结构。
背景技术
目前，水源热泵是利用地球水所储藏的太阳能资源作为冷、热源，进行转换的空调技术，属于再生能源的范畴。现有的水源热泵系统根据水源的不同可分为海水源热泵、地表水水源热泵和地下水水源热泵，在我国常用的水源热泵主要为地表水水源热泵和地下水水源热泵。根据水源热泵的运行情况，不论是地表水源热泵还是地下水源热泵，在取水中都存在诸多的问题。
对地表水水源热泵来说，主要问题为：1、源水水质较差，泥砂含量高，必须进行相应的水质处理。水处理设施占地面积大，工程造价高，水处理所产生的废水和泥砂还会对环境产生二次污染；2、水温与气温温差较小，并随气温的变化而波动，取水只能采用大流量小温差方式；3、江河水位随季节变化较大，取水泵房和水中设置的取水头会对航运、行洪和景观产生一定的影响；4、机组需设自动清洗装置，使用寿命受一定影响，维护较困难；5、单位需水量较大，占地面积大，工程造价高。
对地下水水源热泵来说，主要问题为：1、受国家相关政策限制，地下水的开采量受限或禁止开采；2、受地质条件影响，单位产水量小，无法形成规模化集中供冷采暖；3、回水必须进行地下回灌处理，但回灌的技术问题难以解决，难度很大，甚至无法回灌；4、易产生地面沉降、地裂缝、地面坍塌、水质二次污染等环境地质问题；5、取水井布置管理分散，占地面积大。
通过以上分析可见，由于在取水上受水温、水量和水质等的影响，造成取水工程造价偏高，已占到水源热泵总工程造价的20～30％，直接影响了水源热泵技术的推广应用。市场上急需一种水温稳定、水量充足、水质较好、工程造价低及可循环利用的新方法应用于水源热泵，推动水源热泵项目大范围的实施应用。
河床潜流水就是指赋存于河水淹没线以下的河床含水层中流动的地下水体，它的特点是储存空间大，为地表江河水充足补给的天然地下水库；经河床自然过滤，水质良好；水温随季节波动较小，比较稳定，属于一种浅层地热资源，目前其大规模开采用于水源热泵在国内外均处于空白状态。
发明内容
本发明提出的一种河床潜流水用于水源热泵循环利用的集成方法及集成结构，实现了大规模的开采河床潜流水，充分利用其特点用于水源热泵，形成低投入、多用途和循环利用的方法集成。
为了解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本思路是：一种河床潜流水用于水源热泵循环利用的集成方法，包括下列步骤：
取水：在河床砂卵石层下方开凿取水井以及与取水井连通的输水通道，取水井内设置取水构造，通过取水构造讲河床潜流水引致取水井；
热传递：在竖水通道的一端或两端设置集水井，集水井底部设置取水泵组，集水井顶端与水源热泵机组设置在同一机房内，通过取水泵组将集水井内的河床潜流水抽取上来，使得抽取的河床潜流水进入水源热泵机组，进行换热，水源热泵机组通过供冷采暖管对用户进行供冷采暖供应，换热后形成机组回水；
回水处理：一方面通过回水管输送到势能回收发电机组，利用地势和水流速进行发电，另一方面用于城市景观用水、绿化用水、消防用水、生活杂用水或进一步的用作自来水厂的初滤水，成为备用水源。
进一步的，所述取水井内的取水构造上还设有控制反冲阀，定期对取水构造进行反冲洗，控制反冲阀为水控、气控或电控。
进一步的，所述集水井和输水通道内还设置市政过江管道
一种河床潜流水用于水源热泵循环利用的集成结构，包括水源热泵机组、取水井以及与取水井连通的输水通道，所述取水井和输水通道设于河床砂卵石层下方，所述取水井内设有取水构造，所述取水构造的一端设于河床砂卵石层内，另一端设于取水井内，所述输水通道的一端或两端设有集水井，所述集水井内设有取水泵组，所述取水泵组通过输水管与水源热泵机组相连，所述水源热泵机组上设有回水管，所述回水管上连接有势能回收发电机组，所述势能回收发电机组上设有排水管，所述排水管的的一端连接在势能回收发电机组上，另一端设于取水河床上。
进一步的，所述取水构造位于取水井的一端上设有控制反冲阀。
进一步的，所述水源热泵机组上的回水管连接城市用水管道。
进一步的，所述集水井和输水通道内设有市政过江管道。
本发明的有益效果为：本发明的一种河床潜流水用于水源热泵循环利用的集成方法及集成结构，可大规模开采河床潜流水，水温条件适合，无环境地质问题，占地面积小，管理集中，可进行多用途利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的结构示意图。
图中：1、取水构造；2、取水井；3、控制反冲阀；4、输水通道；5、集水井；6、取水泵组；7、市政过江管道；8、输水管；9、水源热泵机组；10、回水管；11、势能回收发电机组；12、排水管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
一种河床潜流水用于水源热泵循环利用的集成方法，包括下列步骤：
取水：在河床砂卵石层下方开凿取水井2以及与取水井2连通的输水通道4，取水井2内设置取水构造1，通过取水构造1讲河床潜流水引致取水井2；
热传递：在竖水通道的一端或两端设置集水井5，集水井5底部设置取水泵组6，集水井5顶端与水源热泵机组9设置在同一机房内，通过取水泵组6将集水井5内的河床潜流水抽取上来，使得抽取的河床潜流水进入水源热泵机组9，进行换热，水源热泵机组9通过供冷采暖管对用户进行供冷采暖供应，换热后形成机组回水；
回水处理：一方面通过回水管10输送到势能回收发电机组11，利用地势和水流速进行发电，另一方面用于城市景观用水、绿化用水、消防用水、生活杂用水或进一步的用作自来水厂的初滤水，成为备用水源。
所述取水井2内的取水构造1上还设有控制反冲阀3，定期对取水构造1进行反冲洗，控制反冲阀3为水控、气控或电控。
所述所述集水井5和输水通道4内还设置市政过江管道7。
江河水通过河床砂卵石层的过滤，形成水量丰富的河床潜流水，其水质良好，水温比较稳定，与地下水相似，河床潜流水通过安装在河床砂卵石层中的取水构造，进入到河床下的取水井2内，取水构造的安装通过地面埋设或地下安装；取水构造的底端设置有控制反冲阀3，用于取水构造的开启或关闭，以及定期的对取水构造内反冲洗，防止淤塞，保证取水稳定。控制反冲阀3为水控、气控或电控。
根据河床砂卵石层的结构和分布特点布置取水构造，取水构造设置在取水井2内，可以设置多个取水井2，通过输水通道4串联或并联在一起。
输水通道4设置在取水河床下方，施工方式为人工掘进砌筑、盾构施工、非开挖施工等。
集水井5设置在输水通道4的一端或两端，集水井5的位置在岸边尽量靠近水源热泵机组9，集水井5与水源热泵机组9共设在同一机房内，减少河床潜流水在输水管8中的热能损失。
输水通道4穿过整个河床，集水井5设在其两端，其它城市的市政管道也可以充分利用这一地下结构安装市政过奖管道。
通过取水泵组6抽取河床潜流水，水质优于国家规定的水源热泵机组进水水质标准，无需进行水质处理，可直接进入水源特笨机组，地面仅设集水井5，无其它取水处理设置，占地面积小，河床潜流水的水温与气温温差较大，可进行大温差小流量热泵系统设计。
河床潜流水进入水源热泵机组9进行换热，水源热泵机组9换热后形成回水，回水一方面可以通过回水管10输送到势能回收发电机组11，利用地势和水流速进行发电，进一步开发回水的能量；另一方面也可以用于城市景观用水、绿化用水、消防用水或生活咋用水，也可以用作自来水厂的初滤水，成为备用水源。
经过发电或景观用水后，回水通过排水管12直接排到取水河床上，进过河床砂卵石层的再次过滤，重新形成河床潜流水，再进过取水结构进入机组，形成一个再生循环过程。
如图1所示的一种河床潜流水用于水源热泵循环利用的集成结构，包括水源热泵机组9、取水井2以及与取水井2连通的输水通道4，所述取水井2和输水通道4设于河床砂卵石层下方，所述取水井2内设有取水构造1，所述取水构造1的一端设于河床砂卵石层内，另一端设于取水井2内，所述输水通道4的一端或两端设有集水井5，所述集水井5内设有取水泵组6，所述取水泵组6通过输水管8与水源热泵机组9相连，所述水源热泵机组9上设有回水管10，所述回水管10上连接有势能回收发电机组11，所述势能回收发电机组11上设有排水管12，所述排水管12的的一端连接在势能回收发电机组11上，另一端设于取水河床上。
所述取水构造1位于取水井2的一端上设有控制反冲阀3。
所述水源热泵机组9上的回水管10连接城市用水管道。
所述集水井5和输水通道4内设有市政过江管道7。
地表江河水通过河床砂卵石层的过滤，形成河床潜流水。在河床底部设置有一个或多个取水井2，从取水井2向河床含水层安装取水构造，汲取其中的河床潜流水。多个取水井2通过输水通道4串联或并联在一起，将河床潜流水输送到集水井5，再通过设置在集水井5内的取水泵组6直接输送到水源热泵机组9，经过水源热泵机组9换热后，回水可利用地形和一定的水流速度进行势能回收发电，或直接用于城市的绿化、消防、生产杂水和景观用水，形成一水多用。发电或城市景观用后水，可直接排到取水河床上，重新经河床砂卵石层过滤，再次形成河床潜流水，形成循环利用。
河床潜流水主要来自江河湖泊的直接补充，河床含水层中的浅层河床潜流水资源十分丰富。一般的傍河取水方式单井产水量仅为0.1～0.3万m3/d(0.004～0.013万m3/h)，开采量小；而采用河床底设取水井2方式，可实现单井产水量10～25万m3/d(0.4～1万m3/h)，可大规模开采河床潜流水。
江河水经河床砂卵石层的过滤形成河床潜流水，其水质良好(浊度一般为1度左右、含砂量小于50万分之一)，远高于水源热泵的水质要求(浊度50度、含砂量小于20万分之一)。河床潜流水可以直接供机组换热，无需再设水处理设施和装置，占地面积小，无废水和泥砂产生，不会对环境产生二次污染。
根据已建渗滤取水工程一个水文年的水温监测资料反映，河床潜流水的水温条件良好，南方地区以江西新干县渗滤取水工程为例：冬季气温为0℃～10℃时，其水温为16℃～19℃；夏季气温为23℃～40℃时，其水温为25℃～32℃。北方地区以辽宁北票渗滤取水工程为例：冬季气温为-12℃～2℃时，其水温为14℃～16℃；夏季气温为16℃～28℃时，其水温为10℃～14℃。
由此可见，河床潜与地下水水温条件相似，可满足水源热泵高温差小水量的需求。
河床潜流水水源为江河水的垂直补给，远远大于开采量，且不需要回灌。因此不会产生地面沉降、地裂缝、地面坍塌、地下水质恶化及水体污染等环境地质问题。
由于河床潜流水取水面积很大，垂直补给的入渗速度极为缓慢(仅0.02～0.04m/h，呈超慢滤状态)，因此於塞速度大为减弱。同时工程结构上设置了控制反冲系统，可定期恢复滤床的渗透性。从根本上解决了采取地下水带来的淤塞难题。
河床潜流水主要取水构筑物位于河床以下，充分利用地下空间，节省地表占地面积，取水量大取水集中，运行管理集中，利于进行全面的智能化网络管理。
多途径利用，可有效利用势能差进行发电；水源热泵的回水可以作为河岸景观瀑布用水、绿化、消防和生活杂水；河床潜流水水质好水量大，也可作为城市市政供水工程的备用应急水源，同时还可延缓6～8天江河污染带来的影响；过江输水通道4也可作为各类市政管线的过江通道。
经过发电或城市用水后，回水直接排到取水河床上，经过河床砂卵石层的再次过滤，重新形成河床潜流水，再经过取水结构进入机组，形成一个循环过程，达到水资源循环可再生利用的目的。
本发明是一种节能、可靠、经济、实用的装置，使用方便，适合推广。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种河床潜流水用于水源热泵循环利用的集成方法，其特征在于：包括下列步骤：
取水：在河床砂卵石层下方开凿取水井(2)以及与取水井(2)连通的输水通道(4)，取水井(2)内设置取水构造(1)，通过取水构造(1)讲河床潜流水引致取水井(2)；
热传递：在竖水通道的一端或两端设置集水井(5)，集水井(5)底部设置取水泵组(6)，集水井(5)顶端与水源热泵机组(9)设置在同一机房内，通过取水泵组(6)将集水井(5)内的河床潜流水抽取上来，使得抽取的河床潜流水进入水源热泵机组(9)，进行换热，水源热泵机组(9)通过供冷采暖管对用户进行供冷采暖供应，换热后形成机组回水；
回水处理：一方面通过回水管(10)输送到势能回收发电机组(11)，利用地势和水流速进行发电，另一方面用于城市景观用水、绿化用水、消防用水、生活杂用水或进一步的用作自来水厂的初滤水，成为备用水源。
2.根据权利要求1所述的河床潜流水用于水源热泵循环利用的集成方法，其特征在于：所述取水井(2)内的取水构造(1)上还设有控制反冲阀(3)，定期对取水构造(1)进行反冲洗，控制反冲阀(3)为水控、气控或电控。
3.根据权利要求2所述的河床潜流水用于水源热泵循环利用的集成方法，其特征在于：所述集水井(5)和输水通道(4)内还设置市政过江管道(7)。
4.一种河床潜流水用于水源热泵循环利用的集成结构，其特征在于：包括水源热泵机组(9)、取水井(2)以及与取水井(2)连通的输水通道(4)，所述取水井(2)和输水通道(4)设于河床砂卵石层下方，所述取水井(2)内设有取水构造(1)，所述取水构造(1)的一端设于河床砂卵石层内，另一端设于取水井(2)内，所述输水通道(4)的一端或两端设有集水井(5)，所述集水井(5)内设有取水泵组(6)，所述取水泵组(6)通过输水管(8)与水源热泵机组(9)相连，所述水源热泵机组(9)上设有回水管(10)，所述回水管(10)上连接有势能回收发电机组(11)，所述势能回收发电机组(11)上设有排水管(12)，所述排水管(12)的的一端连接在势能回收发电机组(11)上，另一端设于取水河床上。
5.根据权利要求4所述的河床潜流水用于水源热泵循环利用的集成结构，其特征在于：所述取水构造(1)位于取水井(2)的一端上设有控制反冲阀(3)。
6.根据权利要求4所述的河床潜流水用于水源热泵循环利用的集成结构，其特征在于：所述水源热泵机组(9)上的回水管(10)连接城市用水管道。
7.根据权利要求4所述的河床潜流水用于水源热泵循环利用的集成结构，其特征在于：所述集水井(5)和输水通道(4)内设有市政过江管道(7)。
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