地下水源热泵系统水井试验研究3.docx
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地下水源热泵系统水井试验研究3
地下水源热泵系统水井试验报告
1引言
随着社会生产力的发展和科技进步,人类生存环境得到了明显改善。
同时,人口的增长、资源的过度耗费、环境的污染等一系列问题,都严重影响到了人类的生存和发展。
国家“十一五”规划明确提出了节能减排的政策方针,走可持续发展之路势在必行。
水源热泵作为一种新型的可再生能源利用技术,由于其在节能环保方面的独特优势,在我国暖通行业受到越来越多的关注。
水源热泵是以地下水或地表水作为供热制冷的冷热源,了解当地的地质构造及其性质状况是水源热泵研究与应用的先决条件,合理的抽回灌井比例设计是影响系统运行和投资的基础。
2地区气象及地质地貌
新乡县属温带大陆性季风气候,四季分明,季节特征明显。
春季干旱风沙多,夏季炎热雨充沛,秋季天高气爽日照长,冬季寒冷雨雪少。
多年平均气温14.3℃,平均温差16.5℃,日照时数2407小时,无霜期191天,多年平均水面蒸发量1652.8mm,多年平均降雨量560.6mm,年际内降雨分布不均,大部分集中在6—9月份,大约占全年降雨量的75%。
根据《新乡县水文地质调查报告》,新乡县水资源可利用量为2.02亿立方米,其中浅层地下水资源1.07亿立方米,中深层水资源0.35亿立方米,利用地表水0.6亿立方米。
新乡县浅层地下水水质类型主要为重碳酸钙镁型水,矿化度小于1g/L;在新乡县中南部的翟坡、小冀、七里营、朗公庙、古固寨等乡镇的古河床背河洼地分布有咸水区,矿化度1.5-2.8g/L。
中深层水水质类型以重碳酸钙镁型为主,矿化度小于1g/L,仅在大召营及翟坡分布有微咸水,矿化度1.1g/L, 水质良好。
3钻孔施工概况
3.1钻进
钻孔施工采用冲击钻,无芯钻进,泥浆护壁,一次成井,井径为650mm,钻至设计深度进行物探测井。
依据物探测井的视电阻率曲线划分地层,含水层下入滤水管,隔水层下入井壁管,井身圆直,井管安装顺利。
抽回灌井位置见图1:
图1抽回灌井位置示意图
3.2钻孔地层
1#井井深101.0m,0~8m为粉质粘土,8~18m为沙砾卵石,以下为中砂、粗砂含砾、砂砾石与粉质粘土不等厚互层。
其余3个井的地层分见图2
3.3井管安装
井管包括井壁管、滤水管和沉淀管3部分,安装采用托底焊接方式,各个井的成井深度和井管长度见表1。
1)井壁管为直径360mm配筋水泥管,壁厚为40mm,内径为280mm,单井下入长度为26.00~64.00m,总长度为211.40m。
2)滤水管为直径360mm配筋水泥管,预留孔外缠12#(直径2.8mm)铅丝,单井长度为24.0~32.0m,总长度为152.00m。
为使井管位于井孔中心位置,每孔在不同深度加3组木扶正器。
3)沉淀管为滤水管下端连接直径360mm配筋水泥管,单井长为1.0~17.0m,总长为36.80m。
3.4填砾、封井和洗井
1)填砾
井管外7~11m井段的环状间隙投入经筛选冲洗干净的渭河砾石,砾径为3~8mm,计算投砾量为单井10.0~20.0m3实际投砾量为13.0~23.0m3填砾高度为45.0~91.0m,填砾厚度为135.0mm。
2)封井
为防止地表水直接渗入井内和回灌水沿井壁涌出地表,依据钻孔所遇地层,封井位置选择在第一层粘土层底板附近,封井材料选用当地粘土。
3)洗井
抽回灌井井管为配筋水泥管,成井前先用提桶将孔内泥浆、砂石捞净,然后下360mm水泥井管。
洗井采用出水量20m3的潜水泵间断洗井,达到水清砂净。
4抽水、回灌试验
4.1抽回水试验设备及测量工具
抽水试验采用200QJ100-55型潜水泵,用直径为100mm的耐压管将抽出的水排入100m外的城市雨水管网,孔口安装有三通阀门、水表、水位观测用电测绳,水量用水表测量、水温用水银温度计测量。
4.2抽水试验
各井抽水前先用水泵间断抽水,待水清砂净后,进行正式抽水试验,抽水试验采用稳定流方法,观测时间先密后疏,抽水稳定时间为4~10h。
1)1#抽水试验
使用潜水泵进行2个落程抽水试验,抽水试段为8~99m,含水层厚为59m。
大落程抽水延续22h,稳定10h,抽前水位埋深为54m,抽水降深为1.43m,出水量为99.40m3/h,单位涌水量为69.51m3/(h·m),水温为17℃(见图3,Q为水流量,S为降深)。
1#井抽水时,距1#井分别为32.55m和63.05m的4#和2#井水位分别下降0.08m和0.06m。
抽水停止后5min,水位恢复1.37m。
1#井小落程抽水延续12h,稳定6h,降深为0.50m,出水量为54m³/h,单位涌水量为108m³/(h·m),水温为17℃(见图4)。
2)2#井抽水试验
2#井抽水试段为11.0~76.0m,含水层厚度为47.0m,抽降一个落程,抽水历时17h,稳定4.0h,抽前水位埋深为5.17m,抽水降深为3.93m,涌水量为105m³/h,单位涌水量为26.72m³/(h·m),水温为17℃(见图5)。
2#井抽水时,距2#井分别为30.5m的和63.05m的4#井和1#井水位分别下降0.15m和0.14m,距2#井108m的5#井水位下降0.05m。
抽水结束后5min,水位恢复3.88m。
3)4#井抽水试验
4#井抽水试段为6.0~51.0m,含水层厚度为34.0m,抽水历时31h,稳定60h,抽前水位埋深为5.32m,抽水降深为5.09m,涌水量为103m³/h,单位涌水量为20.363m³/(h·m),水温为17℃(见图6)。
4#井抽水时,对1#井和5#井水位进行观测,水位分别下降0.12m和0.07m。
停抽后5min,水位恢复5.03m。
4)5#井抽水试验
5#井抽前水位埋深为5.35m,抽水历时9h,水量、水位稳定4h,降深为9.42m,涌水量为100m³/h,单位涌水量为10616m³/(h·m),水温为17℃(见图7)。
5#井抽水时,对1#井、4#井和2#井水位进行观测,水位分别下降0.14、0.10和0.07m。
停抽后5min,水位恢复9.40m。
表2给出了1#~5#井抽水试验结果,由表可知,静水位埋深为5.17~5.40m,1#井抽水降深(井深101.0m)最小为1.43m,单位涌水量最大为69.51m³/(h·m);5#井降深(井深82.20m)最大为9.42m,单位涌水量最小为10.616m³/(h·m);2#、4#井单位涌水量分别为20.236m³/(h·m)和26.72m³/(h·m)。
抽水试验说明,抽水降深为1.43~9.42m,出水量为100m³/h。
4.3回灌试验
回灌试验在1#和2#井进行,回灌时观测水位回升和回灌量变化。
1)1#回灌试验
抽4#井回灌1#井,回灌试验于2008年8月11日8:
40~8月12日22:
30进行,延续时间为37h50min,稳定6h,回灌前水位埋深为5.40m,回灌稳定水位埋深为3.07m,水位升幅为2.35m,回灌量为68m³/h(见图8)。
2)2#回灌试验
抽4#井回灌2#井,回灌试验于2008年8月13日8:
30~8月14日15:
00进行,延续时间为31h30min,稳定9h,回灌前水位埋深为5.15m,水位升幅为2.02m,回灌量78m³/h(见图9)
回灌试验说明,1#井水位回升2.35m,回灌量68m³/h;2#井水位回升2.02m,回灌量为78m³/h,2个井平均回灌量为73m³/h,考虑到长期回灌水量有所减少,每井按50m³/h回灌量设计是有保证的。
5水质评价
1#井抽水结束前取全分析水样一套,做常量元素、有毒元素、细菌和含砂量分析。
分析结果由陕西工程勘察研究院西安水土测试中心给出:
色度5.0度,浊度小于1度,pH值为7.6,属中性水;总硬度为347.8mg/l,属淡水;水化学类型为HCO3-Ca·Mg·Na型;含砂量小于20万分之一。
由以上分析知,该井水除锰、细菌总数、大肠菌群超标外,其它元素和指标均符合饮用水标准[3]。
锰超标是因地层含量高造成,细菌总数、大肠菌群超标因成井时砾石、管材、泥浆污染所致,待长期抽水后将有所减少。
综合评价结果:
该水符合水源热泵对水质的要求。
6结论
1)新乡县地貌主要为太行山冲洪积平原和古黄河冲积平原,含水层丰富,适合水源热泵系统的应用和推广;
2)试验井水位埋深为5.17~5.40m,抽水降深为1.43~9.42m,单井出水量为99.40~103m³/h
3)经对1#和2#井做回灌试验,回灌前水位埋深分别为5.40m和5.15m,水位升幅分别为2.35m和2.02m,回灌量分别为68m³/h和78m³/h,平均回灌量为73m³/h;
4)设计中,当取水量为80~100m³/h时,考虑到长期回灌,由于堵塞或其它原因回灌量会有所减少,单井回灌量按40~50m³/h计算,抽水和回灌井的比例为1:
2;
5)据水质分析结果,矿化度为768.0mg/l,pH值为7.6,硫酸盐含量为72.0mg/l,氯化物含量为39.0mg/l,总硬度为347.8mg/l,水质类型为HCO3-Ca·Mg·Na型。
该水质对供水管道和井壁基本不产生腐蚀。
为了简化的数学模型,分析了地下空间系统运行的送排风临界温差,结合上海某实际工程计算了该地下空间空气蓄冷供冷系统中的最佳通风量,并进一步分析了影响确定最佳通风量的因素,得到以下结论:
1)存在最佳通风量,可使地下空间空气蓄冷供冷系统发挥最大的节能潜力。
2)通风系统阻力的增加使得最佳通风量降低,并削弱了节能效果。
3)送风温度增加时,最佳通风量逐渐增大,且节能潜力增加。
4)增加地下空间的有效换热面积可以提高节能效果,并使最佳通风量升高;地下空间容积的改变对节能潜力以及最佳通风量的确定没有影响。
5)随着每天间歇时间的延长,最佳通风量逐渐增加,但节能潜力下降。
以上结论对于利用地下空间空气蓄冷供冷系统的优化设计具有指导意义,但如何对以上各因素进行综合分析,并提出最佳通风量指标的合理取值范围,还需进一步的研究。
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