水源熱泵-單井回灌技術(shù)

1單井回灌簡介

“中央液態(tài)冷熱源環(huán)境系統(tǒng)”實際就是地源熱泵系統(tǒng)的一種。該系統(tǒng)通過井水作為載體，使系統(tǒng)與淺表土壤進(jìn)行能量交換。冬天，提取井水中的熱量，夏天，提取井水中的冷量，把室內(nèi)冷熱量通過井水從另一口井回灌至地下的一般稱為雙井回灌。而單井回灌，就是井水抽出經(jīng)過熱量交換后又回灌到原來同一口井中。該單井回灌的原理，為井中間設(shè)一隔板，下部潛泵抽水，上部回灌。

2單井回灌的短路現(xiàn)象

⑴什么是“短路”

“短路”就是回灌水沒有充分與淺表土壤進(jìn)行熱量交換，溫度尚未恢復(fù)到初始溫度，就被抽回。

從理論上說，若井管隔板正好與隔水粘土層吻合，此隔水粘土層又連續(xù)足夠大，就可以做到上回下抽不產(chǎn)生短路現(xiàn)象。但由于抽水量和回灌量的比例是由含水層地質(zhì)構(gòu)造所決定的，所以井管內(nèi)分隔板的位置也不能隨意確定，而隔水粘土層的位置更是千變?nèi)f化，又由于粘土層厚度、連續(xù)性的不確定性，濾料與止水層的設(shè)計與施工無法做到準(zhǔn)確一致。另外，有些地區(qū)沒有隔水粘土層，為單一砂質(zhì)卵石層，所以，短路現(xiàn)象非常普遍。

⑵“短路”現(xiàn)象的嚴(yán)重后果

由于回灌水到抽水口路程太短，回灌水與淺表土壤沒有充分進(jìn)行能量交換，溫度不能復(fù)原，致使產(chǎn)生嚴(yán)重后果。冬天，井水出水溫度會越來越低，甚至系統(tǒng)不能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。夏天相反，井水出水溫度會越來越高。經(jīng)實際調(diào)查，某汽配城的單井回灌在酷熱季節(jié)，其井水出水溫度均在37℃以上。

⑶單井回灌普遍存在短路現(xiàn)象

雙井回灌的回灌水由于有足夠長的時間和路程與土壤進(jìn)行熱量交換，所以不管夏天多熱、冬天多冷，連續(xù)運(yùn)行時都能使井水溫度基本穩(wěn)定在初始溫度。因此，所有雙井回灌系統(tǒng)夏天冷卻水的初始溫度都在15℃左右（北京地區(qū)）。在該“圖集”中，卻把夏天制冷標(biāo)準(zhǔn)工況冷卻水（即井水）進(jìn)出口溫度定為32℃/37℃。這是因為短路現(xiàn)象普遍存在，井水溫度實在降不下來的緣故。3耗能問題

⑴單井回灌大幅降低熱泵機(jī)組效率，增加了投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用

由于夏天井水出口溫度單井比雙井高15℃以上，由“圖集”第7頁圖表中看出，冷凝器出口溫度從20℃提高到35℃，熱泵制冷效率將下降9％，在其他條件不變情況下，機(jī)組容量將增大，機(jī)組投資增加，機(jī)組運(yùn)行電費(fèi)將提高。

⑵冬天的單井回灌系統(tǒng)

冬天出水溫度降低，不僅會降低熱泵效率，嚴(yán)重者還會因結(jié)冰而無法繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

⑶單井回灌并不比雙井回灌少投資

單井回灌表面上，好像比雙井回灌少打井。其實不然，在相同地質(zhì)條件下，出水量決定與含水層厚度。粗略講，一口井只能半口抽，半口回，所以，出水量必然要減少，總的打井?dāng)?shù)量并不能減少。

另外，由于井水出水溫度夏天升高，冬天降低，“圖集”中規(guī)定只能利用井水5℃溫差的熱量。而雙井回灌，夏季可利用10℃溫差，冬天可利用7-8℃溫差，這樣，單井回灌打井?dāng)?shù)量必須大于雙井回灌的數(shù)量才能達(dá)到相同效果，從而增加了無效的投資。

⑷增加了泵送水量的功率損耗

5℃溫差井水和10℃溫差的相比，提取相同能量，將增加一倍水量，泵送功耗將增加到8倍，泵送電費(fèi)也將增加到8倍。

4單井回灌的物理本質(zhì)缺陷

水井是地源熱泵系統(tǒng)與淺表地層土壤的換能器。

井水是熱泵系統(tǒng)與地層土壤交換能量的載體。從某種意義上講，在抽水量相同條件下，抽水與回灌水的路徑范圍，決定了能提供能量的土壤范圍，決定了熱泵機(jī)組能輸出能量的大小。

單井回灌，該“圖集”中規(guī)定最小井距為10m，就按此計算，其可提供能量的土壤為一直徑10m的圓柱體。而雙井回灌，距離一般為50m，回灌區(qū)直徑為100m，其可提供能量的土壤為一直徑100m的圓柱體。兩者相差甚多。5對雙井回灌的幾個問題探討

有人指出雙井回灌有三大問題，一是有移砂現(xiàn)象，會引起房倒屋塌；二是交叉污染；三是90％以上回灌一年后都堵塞。下面逐一加以分析。

⑴移砂現(xiàn)象

有人稱單井回灌井口有一換熱器，不設(shè)除砂裝置，抽上來的砂都回灌到原位，不會出現(xiàn)移砂現(xiàn)象。而雙井回灌，沒有換熱器，有除砂器，砂子回不到原位，日積月累，就會把砂掏空，出現(xiàn)房倒屋塌。

筆者認(rèn)為，井口裝換熱器，不裝除砂器，并不是單井回灌的專利。果真移砂后果那么可怕，雙井回灌的同行們也裝換熱器，不裝除砂器不就行了嘛。實際上，上海等城市確實出現(xiàn)過地面沉降、局部塌陷的現(xiàn)象，但其原因，不是由于抽出了砂，而是由于過量開采地下水。承壓的地下水被抽走后，地下土層中的泥砂、粘土受到更強(qiáng)的壓縮而變形，其中粘土變形占70％，砂層變形占30％。

合格的井，水中含砂量僅為二十萬分之一（體積比），而且井水的含砂量是逐漸降低的，據(jù)成都西郊水源地17眼管井調(diào)查，竣工時含砂量為萬分之一，投產(chǎn)一年后只有百萬分之幾。就算有二十萬分之一的砂，過濾器一般為60目，直徑約0.3，濾除的僅是0.3以上的砂子。10000㎡的建筑，需一眼80m3/h左右水量的水井。一年濾出的砂子也就是幾千克到十幾千克，怎么會引起房倒屋塌呢？這種說法是沒有根據(jù)的。

⑵交叉污染

地下水是分層的，每層水都在流動。只要取水和回灌路徑是封閉的，沒有污染物進(jìn)入，在同一層內(nèi)就沒有交叉污染問題。交叉污染一般應(yīng)指層間交叉污染，尤其應(yīng)指大部分已被污染的地表水和未被污染的深層水之間的交叉污染。對于目前地源熱泵水源井，一般只允許開采淺層地表水。無論對于單井回灌還是雙井回灌，應(yīng)該說都是安全的。要說有問題，單井40℃左右熱水的回灌倒是一個值得注意的問題。

⑶回灌堵塞問題

任何過濾器，都有一個易堵塞的問題。水井井管外圍都有一個大過濾器，井水回灌時，不論是單井還是雙井都可能會堵塞，關(guān)鍵是能否采取有效的措施，加以防止和克服。這些措施包括井的設(shè)計、井的施工、井的管理。只要