中央空调单井回灌

1、地源热泵单井回灌技术探讨董健2010 年 10 月 29 日地源热泵网字体：（大中小）点击： 6668一、地热回灌方式综述地热回灌（ geothermalreinjeetion ）是将水回灌于地下的技术措施。地热回 灌是实现地热资源可持续开发的有力措施，在世界各国已获得广泛应用，它对 于地热资源的保护、减少资源浪费、延长生产井寿命以及减少环境污染等方面 均具有重要意义。目前所采用的地热回灌措施有三类： 同井分层回灌，即在同一眼地热井中存在两个含热水层的情况下进行的 回灌，确定其中的一个含热水层为生产层，而另一个含热水层为回灌层。 对 井回灌，即打两眼地热井，确定其中的一眼为生产井，另一眼为回灌

2、井，生产 层与同灌层可同层，也可不同层。同层回灌的开采井与回灌井必须保持合理距 离。 群井生产性回灌，选择有利场地进行地热尾水的多井集中回灌。回灌量 与全热田的开采量应保持一定的比例。其中同井分层回灌技术作为一种新型的地源热泵系统一直受到大家的关 注，业界对此项技术的应用也存在很多争议。二、单井回灌技术原理同井分层回灌也叫单井回灌地源热泵系统，是一种新型的地源热泵系统。 这种系统的地下换热器由一口井或几口井并联组成，井的上部装有封壳（要据 当地地质条件不同，封壳长度不同，一般只有二、三十米深），下部则是普通 的裸井。该系统由单个水井一端抽取地下水，在热泵中经过换热后从同一个水 井的另一端回灌到

3、含水层。井的深度一般为几百米，直径 15cm 左右。运行过程 中，在回灌口与抽水口间水头差的作用下，系统循环水从井筒壁渗出，在含水 层中与周围土壤直接接触换热后，再由抽水段井筒壁渗入井筒，与沿井筒流下1/ 5 的循环水混合，经抽水管送回热泵系统。因此单井回灌兼有地下水源热泵系统 和地下耦合（埋管）热泵系统的特点，其换热效果优于地下耦合热泵系统，同 时不存在地下水源热泵系统回灌困难和造成地下水浪费的问题。单井回灌系统 在一定的水文地质条件下有独特的优势，可以和其它地源热泵系统共同组成一 个多样化的、完整的技术体系，以便更好地满足不同的建筑物供热和空调系统 的需要。据统计，目前单井回灌方式从水井的

4、结构上来说，主要有如下图所示的三 种：单井循环地下换热系统的三种形式它们都是从含水层下部取水，换热后的地下水再回到含水层的上部。从水 井构造上来说，循环单井使用的是基岩中的裸井；抽灌同井采用的是过滤井 （井孔直径和井管直径相同）；填砾抽灌同井采用的填砾井（井孔直径较井管 直径大，其孔隙采用分选性较好的砾石回填）。与循环单井相比，抽灌同井有井壁，井内设有隔板。三、目前我国采用的单井回灌技术国内采用的同井回灌热泵技术是我国发明的新技术，不同于国外的单井循 环系统。单井循环系统是一种半开式系统，单井循环起到换热器的作用。而同 进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

5、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，地下水释放完热量，再由同井返回到回水区。以些作为热泵的低位热源， 向热泵提供低位热量。因此，上述技术亦称单井抽灌技术。单井回灌的技参数：1.标准单井回灌抽灌井的结构参数为：井孔直径800mm,井管直径500mm,井深85m，抽水和回灌水管直径DN100；2/ 52在粗砂、卵石地层，降深5m时出水量100t/h条件下，标准的单井抽灌 进的性能参数为：井水循环量 100t/h ，水温 1020C，取热时抽灌水温差5C，取热能力580kW;3.井的数量一般取决于主机的配置，原则上，井的出力和主机的需要量应该 相等;4井位与建筑物的距离

6、应大于10m。井与井之间的距离也应大于10m;5.单井抽灌井对于地下水的水质无特殊要求，只要满足国家地下水水质分类 中的五类水即可使用。单井回灌系统示意图在我国，单井回灌技术得到了很好的实践和应用，于 2001 年首次在北京某 工程中投入运行，随后其推广与应用速度很快。据介绍，在北京目前已安装和 运行的 1800万平方米采用地源热泵（含水源热泵、污水源热泵）系统的采暖制 冷建筑中，有 610 万平米是采用了单井回灌技术。在日前举办的专家鉴定会 上， 17位业内专家对恒有源公司自主开发的单井循环地（热）能采集技术作了 权威的鉴定，专家认为：单井回灌技术是一种 “以水为介质的土壤换热装置而不是取水

7、装置，在运行 过程中没有水资源消耗，经 8 年多的跟踪检测，对区域地下水状态和地质结构 无影响 ”。该项技术与国际通用的地埋管相比，在满足环保要求的同时，高效特 点明显；有水的地区一个地能采集井产能可达 500kW ;无水地区一个地能采集 井产能最高可达20kW。在初投资方面，每平方的造价为 250380元;在运行费用方面，冬季供暖的运行费用每平为1328 元。四、单井回灌的技术优势3/ 5单井抽灌技术以地下水为介质，采集周围土壤中的热能。地下水在地下经 过封闭的换热器换取热量后，即刻、就地、原位回灌。因此不消耗水，不污染 水，也不会破坏地下水的正常分布，最大限度降低了对地下水资源的依赖程 度

8、，从根本上避免了多井抽灌造成的问题。单井抽灌与多井抽灌的本质区别在于，单井抽灌以地下水为介质，利用浅 层土壤中的地能而不是地下水中的能量，因此能源更可靠。在对地源热泵单井回灌多年利用过程中，相关专家和部门对地下水源热泵 运行中出现的问题做了很多调查与分析，发现回灌阻塞、腐蚀与水质、水泵功 耗过高等问题是地下水源热泵运行成败的关键问题。由于同井回灌技术采取在 井中加装隔板的技术措施来提高回灌压力，以使回水通畅。因此，在目前应用 此技术的项目中，回灌效果良好。在此项技术应用比较成孰的北京地区，北京 市水利局水环境监测中心在某些井的井内及周围地下水的水质质量（ 27 项指 标）进行了跟踪监测。监测结

9、果表明，在 27 项指标中除出水和回灌水水温外其 余指标均没有明显的变化。这充分表明通井回灌热泵系统未对地下水水质造成 影响。据此，可以为回井回灌热泵系统不破坏地下水的分布、不改变地下水的 水量与水质量。五、单井回灌技术需要解决的问题单井循环地下换热系统虽然在国内外应用广泛，但相关基础理论研究还不 够深入，设计、运行有很在盲目性，工程中时有运行问题出现。为此，需要清 醒认识单井循环地下换热系统可能出现的运行恶化问题，以便在运行时采取适 当的措施，促使系统在下常的状况下运行。（一）解决热贯通问题热贯通亦称热突破，是热泵运行期间抽水温度发生改变的现象。对于地源 热泵，热贯通现象时有发生。由于地下水压力的差异，抽灌同井上部回水通过 含水层或填砾区渗流到抽水区是不可避免的，这样抽水温度会随着热泵的运行 而发生变化；循环单井大部分地下水在井孔内循环，其抽水温度的变化更为迅 速和剧烈。轻微的热贯通是可以接受的，但抽水温度迅速而剧烈的化对热泵机4/ 5 组和地下水是不利的，会降低热泵机组的效率，造成保护性停机，严重的还能 使地下水冻结。（二）季节性蓄能抽灌同井以年度为时间步长的季节性储能很大程度上减轻了对含水层作为 热源（热汇）依赖，而让其作为一种蓄热的载体。但是