水源系統(tǒng)的技術(shù)要求

1、2.3 水源系統(tǒng)的技術(shù)要求對(duì)地質(zhì)水源的要求水源系統(tǒng)的水量、水溫、水質(zhì)和供水穩(wěn)定性是影響水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行效果的重要因素。應(yīng)用水源熱泵時(shí)，對(duì)水源系統(tǒng)的原則要求是：水量充足，水溫適度，水質(zhì)適宜，供水穩(wěn)定。凡是滿(mǎn)足上述四點(diǎn)的任何水源都可以作為水源熱泵系統(tǒng)利用的水源，既可以是再生水，也可以是自然水源。（1）再生水源人工利用后排放但經(jīng)過(guò)處理的城市生活污水、工業(yè)廢水、礦山廢水、油田廢水和電廠冷卻水等。（2）自然水源分布于地球表面和地殼巖石中自然水源分別稱(chēng)之為地表水和地下水，沿海城市還可利用海水。埋藏和運(yùn)移在地表以下含水層中的地下水，分布廣泛，水質(zhì)較好，水溫適宜且全年溫度變化較小是較為理想的水源。地表水比海水

2、和地下水礦化度低，但含泥沙等固體顆粒物、膠質(zhì)懸浮物及藻類(lèi)等有機(jī)物較多，含砂量和渾濁度較高，需經(jīng)必要處理方可利用。（3）水質(zhì)目前尚無(wú)有關(guān)水源熱泵水質(zhì)規(guī)定，設(shè)計(jì)中主要參考冷卻水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和地下水回灌水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，包括渾濁度、硬度、礦化度和腐蝕性等。1）溫度地表水的水溫隨季節(jié)、緯度和高程不同而變化。長(zhǎng)江以北和高原地區(qū)，冬季地表水結(jié)冰，無(wú)法用于制熱供暖。夏季水溫一般低于30，可用于制冷空調(diào)。地下水隨自然地理環(huán)境、地質(zhì)條件變化，不同緯度地區(qū)的恒溫帶深度不同，溫度范圍在1022；恒溫帶以下，溫度隨深度增加，不同地域和巖性的增溫率不同。地殼平均增溫率為2.5/100m。2）含砂量與渾濁度含砂量高對(duì)機(jī)組和

3、管閥會(huì)造成磨損或損壞，回灌時(shí)會(huì)造成含水層堵塞。含砂量應(yīng)1/20萬(wàn)，渾濁度20mg/l。若采用板式換熱器，水中固體顆粒物的粒徑應(yīng)0.5mm。3）化學(xué)成分及其化學(xué)性質(zhì)酸堿度：pH值應(yīng)為6.58.5。硬度：Ca2+、Mg2+總量稱(chēng)為總硬度。硬度大，易生垢，水中CaO含量應(yīng)200mg/l。礦化度：?jiǎn)挝蝗莘e水中所含各種離子、分子、化合物的總量稱(chēng)為總礦化度，礦化度應(yīng)3g/l。腐蝕性：水中Cl-、游離CO2等都具腐蝕性，溶解氧的存在加大了對(duì)金屬管道的腐蝕破壞作用。對(duì)腐蝕性、硬度高的水源，可采用抗腐蝕的不銹鋼換熱器。對(duì)水井的要求從水源地向水源熱泵機(jī)房供水的取水設(shè)施稱(chēng)為取水構(gòu)筑物，分為地表水取水構(gòu)筑物和地下水取

4、水構(gòu)筑物兩類(lèi)，以下主要討論地下水取水構(gòu)筑物。地下水取水構(gòu)筑物有管井、大口井、結(jié)合井、輻射井和滲渠等類(lèi)型，表2-1列出了地下水取水構(gòu)筑物的型式及適用范圍。實(shí)際工程應(yīng)根據(jù)地下水埋深、含水層厚度、出水量大小等因素選取不同形式。表2-1地下水取水構(gòu)筑物形式尺寸深度類(lèi)型埋深含水層厚度水文地質(zhì)出水量管井501000mm，150600mm201000m，常用300m以?xún)?nèi)潛水，承壓水，裂隙水，溶洞水200m以?xún)?nèi)，常用在70m以?xún)?nèi)大于5m或有多層含水層適用于任何砂、卵石、礫石地層及構(gòu)造裂隙、巖溶裂隙地帶5006000m3/d，最大23萬(wàn)m3/d大口井210m，48m20m以?xún)?nèi)，常用615m潛水，承壓水一般在10

5、m以?xún)?nèi)一般為515m砂、卵石、礫石地層，滲透系數(shù)最好在20m/d以上5001萬(wàn)m3/d，最大23萬(wàn)m3/d輻射井集水井46m，輻射管50300mm，常用75150mm集水井井深312m潛水，承壓水埋深12m以?xún)?nèi)，輻射管距降水層應(yīng)大于1m一般大于2m補(bǔ)給良好的中粗砂、礫石層，但不可含有飄礫50005萬(wàn)m3/d，最大3.1萬(wàn)m3/d滲渠直徑為4501500mm，常用601000mm埋深10m以?xún)?nèi)，常用46m潛水，河床滲透水一般埋深8m以?xún)?nèi)一般為46m補(bǔ)給良好的中粗砂、礫石、卵石層1030m3/d，最大50100m3/d管井一般由井孔、井壁管、濾水管、沉砂管組成。井孔用鉆機(jī)鉆成，井壁管安裝在非含水層

6、處，用以支撐井孔孔壁，防止坍塌，井管與孔口周?chē)谜惩粱蛩嗟炔煌杆牧戏忾]，防止地面污水滲入；濾水管安裝在含水層處，除有井壁管作用外其主要作用是濾水擋砂；井管最底部為沉砂管，用以沉積水中泥沙，延長(zhǎng)管井使用壽命。（1）井壁管采用抗壓、抗剪，防腐、防滲和無(wú)毒的管材。一般選用鑄鐵管或鋼管，一般井深大于100m時(shí)常用鋼管，并采用石油套管。選用井壁管口徑的大小要根據(jù)含水層富水性、透水性及抽水設(shè)備等因素決定。當(dāng)安裝抽水設(shè)備時(shí)，井徑應(yīng)比泵管外徑大50100mm。（2）濾水管選用纏梯形銅絲的不銹鋼濾水管，濾水管的纏絲間隙，按含水層顆粒級(jí)配確定，濾水管長(zhǎng)度和設(shè)置部位按含水層的巖性、厚度和地層剖面結(jié)構(gòu)而定。采用雙

7、層纏絲過(guò)濾器籠狀濾水管結(jié)構(gòu)能增加出水量，延長(zhǎng)井的使用年限，對(duì)壓力回灌尤為適用。（3）沉砂管用于進(jìn)入井內(nèi)的細(xì)顆粒的沉淀，防止濾水管淤塞，沉砂管材料同井壁管，其長(zhǎng)度視含水層巖性和井的深度而定，一般為210m，井深1630m，沉砂管長(zhǎng)度不小于3m；井深3190m，沉砂管長(zhǎng)度不小于5m；井深大于90m，沉砂管長(zhǎng)度不小于10m；沉砂管底部應(yīng)設(shè)置在含水層底板處，以防管井下沉。（4）填料層對(duì)儲(chǔ)能井的采灌水量和使用壽命有較大影響。增加填料層高度和厚度，不僅有助于減少水力坡度、避免產(chǎn)生紊流，而且可防止采灌水過(guò)程中因填礫層壓密下沉而產(chǎn)生跑砂現(xiàn)象。為此，管井可采用鼓形和補(bǔ)砂管結(jié)構(gòu)。選擇地下水源和管井取水方案時(shí)，應(yīng)根

8、據(jù)所需水量和地下水回灌需要，結(jié)合場(chǎng)地環(huán)境和水文地質(zhì)條件，按一定采灌比確定抽水井和回灌井井?dāng)?shù)、合理布置井位和井間距；為防止回灌井堵塞，確保水源系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定供水，抽水井和回灌井應(yīng)互相切換使用，因此各個(gè)井的井深和結(jié)構(gòu)應(yīng)相近；井中濾水管和濾網(wǎng)應(yīng)有一定強(qiáng)度以承受抽灌往復(fù)水流的壓力變換。對(duì)設(shè)備的要求當(dāng)水源的水質(zhì)不適宜水源熱泵機(jī)組使用時(shí)，可以采取相應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行水質(zhì)處理使其符合機(jī)組要求，常用的水處理技術(shù)有：（1） 除砂器與沉淀池當(dāng)水源水中含砂量較高時(shí)，可在水源水管路系統(tǒng)中加裝旋流除砂器。若場(chǎng)地面積足夠大，也可修建沉淀池除砂，沉淀池費(fèi)用低，但占地面積大。（2）凈水過(guò)濾器水源渾濁度較大回灌時(shí)容易造成管井濾水管

9、和含水層堵塞，影響供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用壽命。對(duì)渾濁度大的水源，可以安裝凈水器進(jìn)行過(guò)濾。（3）電子水處理儀電子水處理儀用于熱源水側(cè)，冬季制熱工況下冷凝器中循環(huán)水溫度較高，溫度常在45以上，水中的鈣、鎂離子容易析出結(jié)垢，影響換熱效果。（4）板式換熱器對(duì)于礦化度較高的水源，通過(guò)水處理減少礦化度的方法費(fèi)用很大，通常采用加裝板式換熱器中間換熱的方式，使機(jī)組徹底避免了水源水的腐蝕作用。當(dāng)水源水的礦化度350mg/l時(shí)，水源系統(tǒng)可以不加換熱器，采用直供連接；當(dāng)水源水礦化度為350500mg/l時(shí)，可以安裝不銹鋼板式換熱器；當(dāng)水源水礦化度500mg/l時(shí)，應(yīng)安裝抗腐蝕性強(qiáng)的鈦合金板式換熱器。（5）除鐵設(shè)備當(dāng)

10、水源熱泵同時(shí)供應(yīng)生活熱水時(shí)，若水中含鐵量0.3mg/，應(yīng)在系統(tǒng)中安裝除鐵設(shè)備。對(duì)井水回灌的要求（1）回灌的目的通過(guò)地下水人工補(bǔ)給，可以補(bǔ)充地下水源，維持儲(chǔ)量平衡，保持含水層水頭壓力，防止地面沉降。為保護(hù)地下水資源，確保水源熱泵系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行，水源熱泵系統(tǒng)工程中一般應(yīng)采取回灌措施。（2）回灌水的水質(zhì)目前尚無(wú)回灌水水質(zhì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，各地區(qū)和各部門(mén)制定的標(biāo)準(zhǔn)不盡相同。地下水回灌后應(yīng)不會(huì)引起區(qū)域性地下水的水質(zhì)變壞和受到污染，并應(yīng)注意防止交叉污染；回灌水源中不含有能使井管和濾水管腐蝕的特殊離子或氣體。含鐵量較高的地下水回灌，在回灌前應(yīng)經(jīng)過(guò)除鐵處理，通過(guò)大氣噴淋或錳砂過(guò)濾池處理，既可降低鐵的含量，又能減

11、少混濁度。（3）回灌類(lèi)型根據(jù)工程場(chǎng)地的實(shí)際情況，可采用地面滲入補(bǔ)給，誘導(dǎo)補(bǔ)給和注入補(bǔ)給。注入式回灌一般利用管井進(jìn)行，常采用無(wú)壓（自流）、負(fù)壓（真空）和加壓（正壓）回灌等方法。無(wú)壓自流回灌適于含水層滲透性好，井中有回灌水位和靜止水位差；真空負(fù)壓回灌適于地下水位埋藏深（靜水位埋深在10米以下），含水層滲透性好；加壓回灌適用于地下水位高，透水性差的地層。（4）回灌量回灌量大小與水文地質(zhì)條件、成井工藝、回灌方法等因素有關(guān)，其中水文地質(zhì)條件是影響回灌量的主要因素。在基巖裂隙含水層和巖溶含水層中回灌，在一個(gè)回灌周期內(nèi)，回灌水位和單位回灌量變化都不大；在礫卵石含水層中，單位回灌量一般為出水量的80%以上；在粗砂含水層中，回灌量是出水量的5070%；細(xì)砂含水層中，單位回灌量是單位出水量的3050%。采灌比是確定抽灌井?dāng)?shù)的主要依據(jù)。（5）回?fù)P為預(yù)防和處理管井堵塞主要采用回?fù)P的方法，所謂回