【正文】 計(jì)和運(yùn)行中，應(yīng)采取必要的回灌技術(shù)措施，進(jìn)行地下水回灌，以不斷地讓地下水返回地下含水層， 保持地下水的水位不變，維護(hù)儲(chǔ)量平衡。 在面臨地下水資源嚴(yán)重短缺的今天，如果地下水熱泵的回灌技術(shù)有問題，不能將 100%的井水回灌 到 含水層內(nèi)，那將帶來一系列的生態(tài)環(huán)境問題，地下水位下降、含水層疏干、地面下沉、河道斷流等，會(huì)使現(xiàn)已不樂觀的地下水資源狀況雪上加霜。遼陽地區(qū)形成了降深為 ，面積為 320 km2 的超采漏斗。 ④ 遼寧省 全省地下水超采面積達(dá) 1500 km2， 超采量 4億 m3。至今，我國已有 50 多座大中城市出現(xiàn)了區(qū)域性地面沉降， 80%分布在沿海地區(qū)，較嚴(yán)重的是上海、天津、河北、蘇州、寧波 ，詳見表 510。海水現(xiàn)在繼續(xù)以每年幾十至幾百米的速度向陸地含水層推進(jìn)。 ③ 沿海地區(qū) 從西南的北海 市到東北的大連市，特別是山東半島、遼東半島和渤海灣由于地下水超采造成不同程度的海水入侵。 20 世紀(jì) 70 年代，黃河下游多年持續(xù)斷流， 1972年 ～ 1997 年的 26 年間，有 20年發(fā)生斷流， 90 年代以來斷流歷史不斷增長(zhǎng)， 1997年累計(jì)長(zhǎng)達(dá) 226 天。據(jù)預(yù)測(cè)， 2020 年北京市缺水 億 m3，到 2020 年遇平水年缺水 億 m3，遇枯水年缺水 億 m3，水資源十分嚴(yán)重。目前，北京每年開采地下水 26 億 m3到 27 億 m3，全市超采區(qū)形成1000 多平方公里的下降漏斗，漏斗區(qū)水位下降 4m 多，中心水位下降 20～ 30m，嚴(yán)重的地區(qū)達(dá) 40m。 地下水回灌的意義 目前，我國一些地區(qū)的水資源十分短缺， 600 多個(gè)城市中有 300 多個(gè)城市缺水。正因?yàn)榈叵滤碾p重 性，決定了地下水源熱泵只能通過地下水來采集淺層地能（ 熱），而不得對(duì)地下水資源造成浪費(fèi)和污染。 地下水回灌技術(shù) 眾所周知，地下水是地源熱泵的優(yōu)良低位熱源，但地下水又是寶貴的資源 ， 是人類賴以生存的最重要的基本物質(zhì)之一。 (5) 在停泵期間，應(yīng)隔一段時(shí)間進(jìn)行一次維護(hù)性的抽水，以防止過濾器堵塞 ，并同時(shí)檢查設(shè)備的完好情況。 (3) 嚴(yán)格執(zhí)行管井、機(jī)泵的操作規(guī)程和維修制度 ， 按時(shí)進(jìn)行日常維修和定期維修。在運(yùn)行管理中應(yīng)注意： (1) 保持井室內(nèi)的環(huán)境，不得積水。 管井的維護(hù)與管理 目前，很多管井由于運(yùn)行管理不當(dāng)，出現(xiàn)了水量衰減、堵塞等現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致早期報(bào)廢。 ? 水井使用中可能發(fā)生的問題及使用維修的建議等。內(nèi)容包括： ? 抽水設(shè)備的型號(hào)及規(guī)格。 ? 井管安裝資料、洗井資料、水質(zhì)分析等資料。 ? 井徑、井深、過濾器規(guī)格和位置、填礫和封閉深度等。 管井驗(yàn)收時(shí)，施工單位應(yīng) 提交下列資料： (1) 管井施工說明書。 回灌試驗(yàn)應(yīng)該穩(wěn)定延續(xù) 36 小時(shí)以上，回灌量應(yīng)大于設(shè)計(jì)回灌量。 抽水試驗(yàn)一般在洗井的同時(shí)進(jìn)行 ， 但要求穩(wěn)定延續(xù) 12 小時(shí)。 應(yīng)根據(jù)井管的結(jié)構(gòu)、施工狀況、地層的水文地質(zhì)條件以及設(shè)備條件加 以選用。 6. 洗井和抽水試驗(yàn) 洗井就是 用 抽水的方法，使地下水產(chǎn)生強(qiáng)大的水流，沖刷泥皮和將雜質(zhì)顆粒沖帶到井中，再抽到地面上去，從而達(dá)到清洗含水層中的泥漿、細(xì)小顆粒和沖刷井壁上的泥皮的目的。 ? 粘土封閉一般用粘土球，球徑約為 25mm。管井填礫和封閉質(zhì)量的 優(yōu) 劣 ，都直接影響管井的水量。一般每隔 30～ 50m 安裝一個(gè)扶正器（如用長(zhǎng)約 20cm、寬 5～ 10cm、厚度略小于井管外徑與井壁之間的距離的三塊木塊，在井管外壁按 120 度 放置，用鐵絲纏牢 。安裝中應(yīng)注意： ? 下管前應(yīng)根據(jù)鑿井資料，確定過濾器的長(zhǎng)度和安裝位置（稱排管）。 4. 井管安裝 換漿完畢后，應(yīng)立即進(jìn)行井管安裝（簡(jiǎn)稱下管）。 3. 沖孔、換漿 為了在井管安裝前將井孔中的泥漿及沉淀物排出井孔外，應(yīng)進(jìn)行沖孔、換漿。但采用籠狀填礫過濾器時(shí)，孔徑應(yīng)比井管外徑大 300mm。如此重復(fù)鉆進(jìn)，直至設(shè)計(jì)井深。沖擊鉆進(jìn)過程是：鉆機(jī)的動(dòng)力通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)鉆具鉆頭在井中做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，沖擊破碎地層。 當(dāng)鉆進(jìn)一個(gè)主鉆桿深度后，由鉆機(jī)的卷揚(yáng)機(jī)提起鉆具，將鉆桿用卡盤卡在井口，取下主鉆桿，接一根鉆桿，再接主鉆桿，繼續(xù)鉆進(jìn)，如此反復(fù)進(jìn)行，直至設(shè)計(jì)井深。 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn) 是 用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)對(duì)地層切削、擠壓、研磨破碎而鉆鑿成井孔的 。下面簡(jiǎn)要介紹工程的主要過程。一口優(yōu)質(zhì)井可使用 20 多年。 ? — 決定于含水層顆粒組成的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，按表 59 確定。 3. 過濾器長(zhǎng)度選用的估算 (1) 當(dāng)含水層厚度小于 10m 時(shí)，過濾器長(zhǎng)度應(yīng)與含水層厚度相等。各種管材允許孔隙率為：鋼管 30%～35%，鑄鐵管 18%～ 25%，鋼筋混泥土管 10%～ 15%，塑料管 10%。 ?較細(xì)砂層取小值，較粗砂層取大值。進(jìn)水孔眼或?qū)挾瓤蓞⒖急?58 選取。 上 述幾種過濾器的適用范圍見表 57。 ? 在保證強(qiáng)度要求的條件下，應(yīng)盡量采用較大孔隙率的過濾器。否則，過濾器直接下到井中含水層部分，即為不填礫過濾器。 ? 包網(wǎng) 過濾器也是以各種圓孔、條孔濾水管為骨架，在濾水管外壁鋪設(shè)若干條墊筋 ，然后包裹銅網(wǎng)、或棕樹皮、或尼龍籮底布，再用鐵絲纏繞而成。常用的過濾器結(jié)構(gòu)形式有： ? 圓孔 、條孔過濾器是由金屬管材或非金屬管材加工制造而成的，即在管上按錯(cuò)開的梅花形鉆孔眼或條 孔 。根據(jù)井深可參考表 56所列數(shù)據(jù)。 4. 沉淀管 沉淀管位于管井的底部，用于沉淀進(jìn)入井內(nèi)的細(xì)小泥沙顆粒和自地下水析出的其它沉淀物。 ? 過濾器要具有足夠的強(qiáng)度和抗腐蝕性能。 3. 過濾器 過濾器又俗稱花管，它是帶有孔眼或縫隙的管段，與井壁管直接連接，安裝在含水層中 ，其功能是集取地下水和阻擋含水層中 的砂粒進(jìn)入井中。當(dāng)采用潛水泵或深水泵揚(yáng)水時(shí)，井壁管的內(nèi)徑應(yīng)比水泵井下部分最大外徑大 100mm。當(dāng)井深小于 250m 時(shí)，井壁管一般采用鑄鐵管；當(dāng)井深小于 150m時(shí)，一般采用鋼筋混凝土管；當(dāng)井深較小時(shí)，可采用塑料管。 123456含 水 層水 管 圖 58 管井構(gòu)造的示意圖 1井室； 2井壁管； 3過濾器； 4沉淀管； 5粘土封閉； 6規(guī)格填礫 2. 井 壁 管 井 壁 管不透水，它主要安裝在不需要進(jìn)水的巖土層段（如粘性土層段等），其功能是加固井壁、隔離不良（如水質(zhì)較差、水頭較低）的含水層。 ? 井口周圍需要用粘土或水泥等不透水材料封閉，其封閉深度不小于 3m。其形式可為地面式、地下式或半 地下式。管井最大出水量可達(dá) 2104～ 3104m3/d。它主要由井室、井 壁 管、過濾器 、沉淀管等部分組成。 管井、大口井和輻射井的基本尺寸及適用范圍列入表 55 中 ［ 11］ 。輻射井具有管理集中、占地省，便于衛(wèi)生防護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。輻射管可以單層鋪設(shè)，亦可多層鋪設(shè)。集水 井用來匯集從輻射管來的水，同時(shí)是輻射管施工的場(chǎng)所，又是抽水設(shè)備安裝的場(chǎng)所。但大口井深度小，對(duì)潛水水位變化適應(yīng)性差。其構(gòu)造見圖 56。 一般井徑大于 的井稱之為大口井。 管井一般指用鑿井機(jī)械開鑿至含水層中，用井壁管保護(hù)井壁，垂直地面的直井 ， 又稱機(jī)井 。本節(jié)主要介紹熱源井的形式、構(gòu)造及管井的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行中的一些問題。它的功能是從地下水源中取出合格的地下水，并送至板式換熱器，或直接送至水源熱泵，以供熱交換用。 ? 為了使板式換熱器在系統(tǒng)中高效運(yùn)行，井水側(cè)（一次水回路）和循環(huán)水側(cè)（二次水回路）的流量和工作參數(shù)必須很好地匹配，否則，將使換熱器不能在高效下運(yùn)行。如估算時(shí)，對(duì)于水—水板式換熱器 ， 當(dāng)板間流速為 ～ ，總傳熱系數(shù) K 概略值為 3000～7000W/(m2按角孔中流體速度為 6 m/s時(shí)，則各種單板面積組成的板式換熱器處理量見表 54［ 10］ 。 ? 一般板間平均流速為 ～ 。當(dāng)井水的礦化度大于 500mg/L 時(shí)，則應(yīng)安裝抗腐蝕性強(qiáng)的鈦合金板式換熱器。在設(shè)計(jì)選型中主要注意以下幾點(diǎn)： ? 當(dāng)井水的礦化度小于 350mg/L，含砂量小于 1/1000000 時(shí)，地下水系統(tǒng)中可不設(shè)置換熱器選用直接供水系統(tǒng)。 表 52 環(huán)路回水溫度 1wt 制冷工況 制熱工況 EER （ /BtuhW） 回水溫度1wt （ ℃ ） COP 回水溫度 1wt （ ℃ ） （ 21） （ 20） （ 19） （ 18） （ 17） （ 16） （ 15） （ 14） 表 53 北美地區(qū)閉式地下水源熱泵環(huán)路 2wt 北方 南方 制熱工況 ℃（ ℉ ） 制冷工況 ℃ （ ℉ ） 制熱工況 ℃ （ ℉ ） 制冷工況 ℃ （ ℉ ） 周邊地區(qū) （ 40） 24 （ 75） 10 （ 50） 24 （ 75） 核心 —周邊區(qū) （ 40） 24 （ 75） 10 （ 50） 24 （ 75） 板式換熱器設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題 板式換熱器是一種高效、緊湊的換熱設(shè)備。而夏季制冷工況計(jì)算方法也一樣。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)水源熱泵機(jī)組的 EER 值或 COP 值直接查表求得 1wt 。文獻(xiàn)［ 8］給出換熱器端部最小溫差可取 1～ 2℃ （ 2～ 5℉ ）。 地下水（一次水）和 循環(huán)水（二次水）在板式換熱器中沿著換熱面的溫度變化畫在圖 55中。因此，為了使熱泵機(jī)組在冬季制熱工況運(yùn)行時(shí)能盡量提高其蒸發(fā)溫度，在設(shè)計(jì)中，通常選用逆流換熱方式。 由此可見，只要 求得離開熱交換器的地下水水溫 2gwt ，就可以根據(jù)公式（ 51）和（ 52）求得 gwm 。在方案設(shè)計(jì)時(shí)，也可參考表51 所列出 的 國內(nèi)部分城市的地下水溫度的概略值 ［ 7］ 。 ? 建筑物空調(diào)冷負(fù)荷 eQ 和熱負(fù)荷 cQ （詳見第四章）?！?)； cQ — 建筑物 供暖熱 負(fù)荷， kW； COP — 熱泵機(jī)組的 制熱性能系數(shù) ，所謂的 COP 是指熱泵機(jī)組的制 熱 量與電機(jī)輸 出功率之比； 1(1 )cQ COP? — 熱泵機(jī)組按制 熱 工況運(yùn)行時(shí)， 從 地下水 中吸取的最大 熱量。℃ )； eQ — 建筑物空調(diào)冷負(fù)荷， kW； EER — 熱泵機(jī)組的制冷能效比， 所謂的 EER 是指熱泵機(jī)組的制冷量與電機(jī)輸入功率之比 ； 1(1 )eQ EER? — 熱泵機(jī)組按制冷工況運(yùn)行時(shí)，由地下水帶走的最大冷凝熱量。 現(xiàn)以 圖 54 為例說明工程項(xiàng)目所需的地下水總水量的計(jì)算方法。根據(jù)采用地下 水泵的形式，以及井水系統(tǒng)管 路的阻力損失來選擇適合的井泵。 (5) 地下水的回灌方式的確定與計(jì)算。另外，對(duì)于集中式間接供水系統(tǒng)，還有二次水回路的設(shè)計(jì)。 (3) 井或井群管路的設(shè)計(jì)。根據(jù)試驗(yàn)井的出水量和當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)單位的意見，定出每口井的小時(shí)出水量。一項(xiàng) 工程所需的水量多少，由該工程負(fù)荷與水源熱泵機(jī)組性能等確定。因此，對(duì)地下水換熱系統(tǒng)要精心設(shè)計(jì)，精心施工，以提高地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。 地下水換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 地下水換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成功與否將直接影響到地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的成敗。 ? Cl100 mg/L， SO42+200 mg/L， Fe+21 mg/L， H2S mg/L。 ? CaO 含量應(yīng) 200mg/L。其水質(zhì)，可參考下列要求 ［ 5］［ 6］ ： ? 含砂量應(yīng) 1/202000。 當(dāng)采用集中式地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，可視地下水水質(zhì)的優(yōu) 劣 確定選用何種地下水系統(tǒng)。這個(gè)環(huán)路就是分散式地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的地下水換熱系統(tǒng)。由圖 52 可看出：集中式地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的地下水間接供水系統(tǒng)是由一次水環(huán)路和二次水環(huán)路組成。其流程：地下水 → 井泵 → 水源熱泵機(jī)組→ 回灌井 ； 而間接供水系統(tǒng)是指地下水作為一次水進(jìn)入板式換熱器，與二次水換熱，換熱后的地下水通過回灌井返回地下同一含水層內(nèi)。每種系統(tǒng)又可根據(jù)地下水是否直接供給水源熱泵機(jī)組， 又分為直接供水系統(tǒng)和間接供水系統(tǒng)。地下水換熱系統(tǒng)的形式很多。 水源熱泵機(jī)組是地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的核心裝置，通常選用水 /水熱泵機(jī)組或水 /空氣熱泵機(jī)組，其功能是冬季制備供采暖用的熱媒， 夏季 制備供空調(diào)用的冷媒。地下 水源 熱泵系統(tǒng)的 冷、熱媒管路系統(tǒng)是由冷、熱媒的循環(huán)泵、補(bǔ)給水 系統(tǒng)、定壓裝置、排氣與泄水裝置及管路與附件等組成。地源熱泵系統(tǒng)通常選用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，或地板輻射供暖（冷）系統(tǒng)，或冷吊頂供冷（熱）系統(tǒng)作為空調(diào)末端系統(tǒng)。 小 型 水 / 空 氣 熱 泵 機(jī) 組 大 中 型 水 / 水 熱 泵 機(jī) 組圖 52給出典型的集中式地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng) ， 其系統(tǒng)是由地下水換熱系統(tǒng)、水源熱泵機(jī)組、熱媒（或冷媒）管路系統(tǒng)和空調(diào)末端系統(tǒng)組成。 目前，國內(nèi)應(yīng)用最多的地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是集中式系統(tǒng)。集中式系統(tǒng)是選用大中型水 /水熱泵機(jī)組，集中安裝在 空調(diào)冷、熱站內(nèi)，集中制備熱媒（ 或冷媒 ） ，然后由熱媒（或冷媒）循環(huán)泵通過空調(diào) 水 管路系統(tǒng)，將熱媒（或冷媒）輸送到各個(gè)空調(diào)房間的末端裝置內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)供暖（或供冷）； 而分散式系統(tǒng)卻是選用小型水 /空氣熱泵機(jī)組，將小型水 /空氣熱泵機(jī)組分別設(shè)置在各個(gè)空調(diào)房間內(nèi)或各個(gè)區(qū)域內(nèi)，由小型水 /空氣熱泵機(jī)組直接向室內(nèi)供暖 （ 或供冷 ） 。 ? 要由地質(zhì)專家參與或監(jiān)督鉆孔工作和所有的取樣與試驗(yàn)工作，撰寫水文地質(zhì)勘察報(bào)告。對(duì)于更大的建筑物則至少應(yīng)設(shè)兩個(gè)勘測(cè)井。在地下水水