加压回灌技术在地下水源热泵项目中的应用.pdf

以吉林省靖宇县昌盛市场地下水源热泵项目为例，采用密闭加压回灌的方式，解决了玄武岩孔洞裂隙承压水地区无法应用地下水源热泵的问题。项目运行期通过回访调研，验证了该方法的可行性，并提出合理化建议，为该地区地下水源热泵项目应用加压回灌技术提供参考依据。关键词：地下水源热泵；承压水；加压回灌；可行性中图分类号：文献标识码：收稿日期：；改回日期：作者简介：韩天雷（），男，吉林长春人，吉林省水文地质调查所工程师。，：，：；引言地下水源热泵系统指以地下水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。地表浅层的温度常年基本恒定，不受环境温度变化的影响，地下水源热泵系统从相对恒定温度的水源中提取能量，送到建筑物中，为建筑物供暖（制冷）。该系统可实现用 的电力提供 的冷量或热量，比传统空调系统运行效率要高 ，可节省运行费用 左右，同时不消耗地下水也不污染水，也不产生污染物和有害气体，大大降低了温室气体的排放来减轻温室效应，有利于创造绿色环保的环境。地下水源热泵系统非常耐用，地下部分可保证 年，地上部分可保证 年，维护费用极低。项目概况本项目位于吉林省靖宇县，项目占地面积 ，供热（制冷）面积 ，建筑物供暖热负荷为 ，空调冷负荷为 。由于场地条件限制，且该区内赋存有丰富的玄武岩地下水资源，因此，本项目选择地下水源热泵。根据 吉林省主要城市浅层地温能 万水文地质调查报告可知?，靖宇县为地下水源热泵不适宜区。后经大量工作验证，该地区地下水丰富，有些地区地下水不承压，可以做到 抽 灌或抽 灌，但部分地区地下水承压，回灌难度较大。本项目所在的地下水头高于地表，无法按常规的方式进行回灌，故采用密闭加压的回灌方式，实现地下水源热泵的利用。地质、水文地质概况项目区地处玄武岩台地，海拔 ，地层由老到新分别为：（）中太古代（）片麻岩，灰黑色，粗粒变晶结构，片麻状构造，顶板埋深 。（）第四系下更新统军舰山组（）玄武岩，灰黑色，隐晶质结构，气孔状构造，垂向节理裂隙较发育，顶板埋深 。（）新生界第四系全新统（）淤泥质亚黏土，灰黑色，稍湿，手搓沙感强，颗粒以粉粒为主，黏粒含量小于 左右，有腥臭味。地下水类型主要为玄武岩孔洞裂隙水，承压水，单井涌水量 ，水量丰富，含水层厚度约大于 。水头高度高于地表 。水化学类型为重碳酸钙镁型水，矿化度 ，值 。试验井施工抽灌试验开展之前，施工 眼试验井，分别为 、号井，与项目区内原有 眼井 号井共同构成试验场。试验井井深 ，采用潜孔锤钻机钻进，铁管下入 ，管径 ，为玄武岩裸孔，孔径 （图 ）。试验以第四系下更新统军舰山组玄武岩孔洞裂隙承压水为主要图 号井孔柱状图?吉林省水文地质调查所吉林省主要城市浅层地温能开发区 水文地质调查 吉林省水文地质调查所，吉林地质第 卷表 试验井信息统计表 井号管材管径 井深 正水头高度 井口标高 水温 铁管 铁管 铁管 目标层。试验井垂直于地下水方向布置（图 ）。完井后，对井口标高、水位和水温进行测量。试验井信息详见统计表（表 ）。图 项目区试验井平面位置示意图 抽灌试验 抽水试验对 号井进行一次降深稳定流抽水试验，采用智能涡轮流量仪（）观测涌水量，万用表测量动水位，采用 的潜水泵（）进行抽水试验，水泵下入深度 。抽水历时 ，稳定时间 ，水位恢复时间 （图 ）。试验执行 供水水文地勘察规范 要求 ，承压水非完整井当 ，时，可按以下公式计算相关参数。（）槡 式中：为水位影响半径（）；为渗透系数（）；为抽水井水位降深（）；为含水图 抽水试验 号井涌水量、降深时间变化曲线 第 期 韩天雷，等：加压回灌技术在地下水源热泵项目中的应用层厚度（）；为单井涌水量（）；为过滤器长度（）；为抽水井过滤器半径（）。资料整理后得出结论，号井水位降深 时，单 井 涌 水 量 ，渗 透 系 数 为 ，影响半径为 。加压回灌试验试验采用非稳定流抽水，定流量加压回灌（图 ）。号井为抽水井，、号井为回灌井，利用管路连接抽水井和回灌井，分别下入潜水泵，利用变频器控制潜水泵流量，抽水井井口设置流量计、温度计和压力表，回灌井井口安装排气装置，并设置回扬管。管路保证密闭，试验前进行试压，确保没有漏点。图 加压回灌试验示意图 打开蝶阀 、以及排气阀，通过变频控制柜控制抽水井潜水泵流量，进行常压回灌，水量必须由小逐渐变大，并使管路内充满水，排清气体，避免回灌井气堵。调小流量，逐渐关闭蝶阀、和排气阀，观察压力表读数，逐渐增大抽水井潜水泵流量，这时压力表读数升高，直到系统压力升至 且稳定。持续回灌 ，保证管路无渗漏，流量稳定。加压回灌试验为全封闭试验，故不考虑水位、降深值和回升值，在压力满足系统安全的情况下，以灌定采，依据回灌量确定取水量。根据流量计实测，回灌时，抽水井单井出水量为 ；两眼回灌井注水量 。加压回灌结束后进行回灌井回扬，以清除附着在滤水管内表面上随回灌水进入的杂质。开发利用计算由试验验证可知，当系统完全封闭，加压回灌时，个抽水井出水量为 ，个回灌井共同回灌量为 ，可实现出水量全部回灌，本项目采用 抽 灌的抽灌比例，应用地下水源热泵供暖是可以实现的。依据公式计算单井换热功率：式中：为单井换热功率（）；为地下水单井循环利用量（）；为地下水可利用温差（）（冬季 、夏季 ）；为水的密 度（）；为 水 的 比 热 容（）。经计算可知，冬季单井换热功率 ，夏季单井换热功率 ，依据建筑物冷热负荷，本项目需 眼抽水井，眼回灌井，满足冬季供暖和夏季制冷需求。地下水源热泵效果项目建成后，对项目进行回访可知，冬季在极 吉林地质第 卷寒天气下，回灌系统稳定，地源测出水温度 ，回水温度 ，用户测出水温度 ，回水温度 。室内温度能够达到设定标准，系统运行正常，无不良现象发生。结论（）靖宇县地下水资源丰富，主要地下水类型为玄武岩孔洞裂隙水，部分地区地下水承压，甚至向上涌出地表。本项目利用加压回灌的方式，在承压水头较高地段，实现了加压回灌成功范例。（）试验采用密闭加压回灌的方式，抽水井单井涌水量 ，两眼回灌井注水量 ，渗透系数为 ，影响半径为 。通过以灌定采的方式确定地下水循环利用量，采用 抽 灌的抽灌比例布置换热井，利用加压回灌技术开发利用地下水地源热泵供暖（制冷）项目是可行的。（）通对项目进行回访可知，热泵系统加压回灌系统稳定，设备运行效果良好，室内温度能达到设定标准，这也验证了本区采用加压回灌的方式开发地下水源热泵是可行的。参考文献：王平，徐秀云水源热泵系统抽灌井常压、加压回灌试验 煤气与热力，（）：，供水水文地质勘察规范 张海娇豫北某城区地热水人工加压回灌实验研究 西部资源，（）：檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 （上接 页）找矿标志根据成矿地质背景、控矿条件及成矿规律，绕湾沟地区大理岩的找矿标志为：（）晚古生界上石炭统磨盘山组下段大理岩是矿区的主要找矿标志。（）结构较为均匀，结晶程度较高，中粗粒等粒变晶结构，条带状或厚层状构造的灰白色含燧石结核大理岩是矿区理想的找矿标志。结论该矿床赋存于晚古生界上石炭统磨盘山组，矿床成因类型属沉积变质型大理岩矿床，矿石自然类型为灰白色含燧石结核大理岩。勘查类型属类。共圈出 条矿体，呈厚层状产出，矿体规模均为中型。矿体走向 ，倾向北东、倾角 ，矿体地表出露长 ；矿体厚度 ，矿体平均品位 ：；为 ；为 ；矿体厚度、品位均较稳定，矿石质量变化属较稳定类型，是一处可供开发利用的中型大理岩矿床，为本地区进一步提交储量及圈定矿产地，提供了找矿线索，对寻找大理岩矿床有一定借鉴意义。参考文献：徐公愉，方文昌，崔斗烈，等吉林省区域地质志 北京：地质出版社，黄中理，张良弼，李鄂荣，等地球科学大词典 北京：地质出版社，王闯，朱航，赵永刚，等吉林省伊通县张家屯水泥用大理岩矿床地质特征及成因分析 农村科学实验，（）：连倪吉林省通化市东昌区金厂镇白云石大理岩矿床地质特征 吉林地质，（）：黄卫文南武夷地区大理岩矿成矿地质特征及找矿方向 冶金与材料，（）：第 期 韩天雷，等：加压回灌技术在地下水源热泵项目中的应用