基于抽水—回灌试验的水源热泵井设计

赵建洲　尹金香

摘 要：以沈阳市经济技术开发区内某工业厂区为例，对水源热泵系统进行简单阐述，通过抽水-回灌试验，计算出该厂区相关水文地质参数，分析得出厂区内地下水资源可以满足水源热泵空调系统的需求，并对取水井与回灌井的数量与布置进行了合理设计。

关键词：水源热泵 抽水试验 回灌试验

中图分类号：TU831 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）005-100-02

1 引言

近年来，水源热泵空调系统因其显著的节能与环保特点，受到越来越多的重视，并被广泛应用。所涉及地下水源热泵是指利用地下水作为低位热源，通过电驱动制冷系统做热泵循环，吸收地下水的热量通过热力管网和加压泵输送到热用户，其主要优点是：高效节能，节水省地，运行稳定可靠，维护方便，运行维护费用低，寿命长。但地下水源热泵受地下水源的限制，只有在有充足良好的地下水源情况下才可以使用，且必须做好井水回灌工作，做到在使用地下水源的时候尽量保护地表水源。沈阳市地下水资源比较丰富，地下水温常年在11～14℃，地下水位较浅，十分适合采用水源热泵系统采暖。

本文以沈阳市经济技术开发区内某工业厂区为例，通过抽水-回灌试验，分析该厂区内地下水资源是否可以满足水源热泵空调系统的需求。

2 工程概况

某工业厂区位于沈阳市经济技术开发区。本着节约能源、降低污染、改善环境的原则， 该厂区拟采用水源热泵地温空调系统，用水系统为地下水循环系统，末端为盘管制冷，总需水量约为1820m3/h。为此在工厂内的指定位置进行了水文地质勘察，以分析了解厂区内地下水资源状况和水文参数，并评价单井出水量、回灌量及回灌系数等，以评估该地区采用水源热泵制冷时能否满足总需水量需求，为水源热泵空调系统设计提供依据。

3 水文地质条件

本场地地形平缓，场地开阔，无相邻建筑物，地貌单元为高河漫滩。

3.1 地下水的赋存及埋深

本区地下水类型按埋藏条件划分，属潜水。区内主要含水层为中粗砂层、砾砂层。含水层沿各方向变化均不大，勘察期间（2012年5月26日～2012年5月30日）地下水位稳定埋深为9.11～9.5m，测得地面标高为29.28～29.52m，地下水位标高20.17～20.02m。含水层厚度为45～50m。

含水层下伏粘土含砾石层（“泥砾”层），在区内普遍分布，未完全揭穿，该层渗透性较差，视为含水层底板即隔水层。

3.2 地下水流向

根据当地区域水文地质图，勘察区所在区域地下水流向总的方向是由东向西，勘察期间根据试验井及观测孔的地下水位标高值，以及场区四周的地下水位标高值，勘察区局部地下水流宏观上由东北流向西南。

3.3 地下水水温及水质

4 试验方案及参数计算

4.1 抽水-回灌试验方案

4.2 水文地质参数计算

（1）抽水试验水文地质参数计算。

4.3 试验结果分析

抽水-回灌试验结果表明，单孔出水量可达180m3/h，而相应的水位下降值为2.05m，说明该处含水层渗透性较好，水量丰富。由试验结果得到含水层的平均渗透系数为31.5m/d，回灌含水层渗透系数为8.3m/d。由上述参数求得抽水回灌比为q出/q回 =3.795。

虽然从理论上讲，地下水灌抽比可以达到100%，但是，目前地下水回灌技术尚不成熟，特别在含水层砂粒较细的情况下，井极容易被堵，回灌的速度大大低于抽水的速度。对于砂粒较粗的含水层，由于孔隙较大，相对而言，回灌比较容易。表5列出了国内针对不同地下含水层情况典型的灌抽比、井的布置和单井出水量情况。

5 取水井与回灌井的数量与布置

通过上述试验，结合厂区条件和相关经验，水源热泵系统的单井干扰取水量拟定为132m3/h。为满足需水量1820m3/h的要求，需布置17眼井（其中2眼作为预备井），下入125 m3/h的水泵，总取水量为1875m3/h，设计水位降深2.5m。正式设计时需考虑1.2～1.5的安全系数。

根据回灌试验结果，本场区拟布置60眼回灌井，预计水位上升3.6米时，总回灌量为1875m3/h，可满足15眼抽水井的回灌要求，单井干扰回灌量为31.25m3/h。

建议取水、回灌井间距不小于50m，以减少井间干扰，防止热贯通。

6 结论

（1）为满足水源热泵系统对水量的需求，该厂区拟布置取水井17眼 （2眼预备井），回灌井60眼。根据本勘察区的地层条件，建议取水井、回灌井间距离不小于50m，减少各井间的干扰；整体取水区与回灌区的距离应大于200m。

（2）保持地下水资源可持续利用，防止地下水环境造成破坏及避免产生不良水文地质问题是一个极其复杂的问题，因此，建议水井使用部门不要过量抽取地下水。

（3）近年来，随着实际工程的不断改进，水源热泵技术日趋成熟，地下水源热泵在节能环保及经济上都超过集中供热系统，非常值得推广。相信随着环境污染和能源危机的双重威胁，该项技术将会在全国各地得到更为广泛的应用和发展。

参考文献：

[1] 地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2005）[S].

[2] 周志汤，瑞凉，汪斌基.于抽水试验资料确定含水层水文地质参数[J].河海大学学报，1999（5），27（3）.

[3] 刘志峰.小范围群井与单井抽水试验推求水文地质参数的比较分析[J].地质与勘探，2007（1），43（1）.