趙建洲　尹金香

摘 要：以沈陽市經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)內(nèi)某工業(yè)廠區(qū)為例，對水源熱泵系統(tǒng)進行簡單闡述，通過抽水-回灌試驗，計算出該廠區(qū)相關水文地質(zhì)參數(shù)，分析得出廠區(qū)內(nèi)地下水資源可以滿足水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的需求，并對取水井與回灌井的數(shù)量與布置進行了合理設計。

關鍵詞：水源熱泵 抽水試驗 回灌試驗

中圖分類號：TU831 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）005-100-02

1 引言

近年來，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)因其顯著的節(jié)能與環(huán)保特點，受到越來越多的重視，并被廣泛應用。所涉及地下水源熱泵是指利用地下水作為低位熱源，通過電驅(qū)動制冷系統(tǒng)做熱泵循環(huán)，吸收地下水的熱量通過熱力管網(wǎng)和加壓泵輸送到熱用戶，其主要優(yōu)點是：高效節(jié)能，節(jié)水省地，運行穩(wěn)定可靠，維護方便，運行維護費用低，壽命長。但地下水源熱泵受地下水源的限制，只有在有充足良好的地下水源情況下才可以使用，且必須做好井水回灌工作，做到在使用地下水源的時候盡量保護地表水源。沈陽市地下水資源比較豐富，地下水溫常年在11～14℃，地下水位較淺，十分適合采用水源熱泵系統(tǒng)采暖。

本文以沈陽市經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)內(nèi)某工業(yè)廠區(qū)為例，通過抽水-回灌試驗，分析該廠區(qū)內(nèi)地下水資源是否可以滿足水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的需求。

2 工程概況

某工業(yè)廠區(qū)位于沈陽市經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)。本著節(jié)約能源、降低污染、改善環(huán)境的原則， 該廠區(qū)擬采用水源熱泵地溫空調(diào)系統(tǒng)，用水系統(tǒng)為地下水循環(huán)系統(tǒng)，末端為盤管制冷，總需水量約為1820m3/h。為此在工廠內(nèi)的指定位置進行了水文地質(zhì)勘察，以分析了解廠區(qū)內(nèi)地下水資源狀況和水文參數(shù)，并評價單井出水量、回灌量及回灌系數(shù)等，以評估該地區(qū)采用水源熱泵制冷時能否滿足總需水量需求，為水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設計提供依據(jù)。

3 水文地質(zhì)條件

本場地地形平緩，場地開闊，無相鄰建筑物，地貌單元為高河漫灘。

3.1 地下水的賦存及埋深

本區(qū)地下水類型按埋藏條件劃分，屬潛水。區(qū)內(nèi)主要含水層為中粗砂層、礫砂層。含水層沿各方向變化均不大，勘察期間（2012年5月26日～2012年5月30日）地下水位穩(wěn)定埋深為9.11～9.5m，測得地面標高為29.28～29.52m，地下水位標高20.17～20.02m。含水層厚度為45～50m。

含水層下伏粘土含礫石層（“泥礫”層），在區(qū)內(nèi)普遍分布，未完全揭穿，該層滲透性較差，視為含水層底板即隔水層。

3.2 地下水流向

根據(jù)當?shù)貐^(qū)域水文地質(zhì)圖，勘察區(qū)所在區(qū)域地下水流向總的方向是由東向西，勘察期間根據(jù)試驗井及觀測孔的地下水位標高值，以及場區(qū)四周的地下水位標高值，勘察區(qū)局部地下水流宏觀上由東北流向西南。

3.3 地下水水溫及水質(zhì)

4 試驗方案及參數(shù)計算

4.1 抽水-回灌試驗方案

4.2 水文地質(zhì)參數(shù)計算

（1）抽水試驗水文地質(zhì)參數(shù)計算。

4.3 試驗結(jié)果分析

抽水-回灌試驗結(jié)果表明，單孔出水量可達180m3/h，而相應的水位下降值為2.05m，說明該處含水層滲透性較好，水量豐富。由試驗結(jié)果得到含水層的平均滲透系數(shù)為31.5m/d，回灌含水層滲透系數(shù)為8.3m/d。由上述參數(shù)求得抽水回灌比為q出/q回 =3.795。

雖然從理論上講，地下水灌抽比可以達到100%，但是，目前地下水回灌技術尚不成熟，特別在含水層砂粒較細的情況下，井極容易被堵，回灌的速度大大低于抽水的速度。對于砂粒較粗的含水層，由于孔隙較大，相對而言，回灌比較容易。表5列出了國內(nèi)針對不同地下含水層情況典型的灌抽比、井的布置和單井出水量情況。

5 取水井與回灌井的數(shù)量與布置

通過上述試驗，結(jié)合廠區(qū)條件和相關經(jīng)驗，水源熱泵系統(tǒng)的單井干擾取水量擬定為132m3/h。為滿足需水量1820m3/h的要求，需布置17眼井（其中2眼作為預備井），下入125 m3/h的水泵，總?cè)∷繛?875m3/h，設計水位降深2.5m。正式設計時需考慮1.2～1.5的安全系數(shù)。

根據(jù)回灌試驗結(jié)果，本場區(qū)擬布置60眼回灌井，預計水位上升3.6米時，總回灌量為1875m3/h，可滿足15眼抽水井的回灌要求，單井干擾回灌量為31.25m3/h。

建議取水、回灌井間距不小于50m，以減少井間干擾，防止熱貫通。

6 結(jié)論

（1）為滿足水源熱泵系統(tǒng)對水量的需求，該廠區(qū)擬布置取水井17眼 （2眼預備井），回灌井60眼。根據(jù)本勘察區(qū)的地層條件，建議取水井、回灌井間距離不小于50m，減少各井間的干擾；整體取水區(qū)與回灌區(qū)的距離應大于200m。

（2）保持地下水資源可持續(xù)利用，防止地下水環(huán)境造成破壞及避免產(chǎn)生不良水文地質(zhì)問題是一個極其復雜的問題，因此，建議水井使用部門不要過量抽取地下水。

（3）近年來，隨著實際工程的不斷改進，水源熱泵技術日趨成熟，地下水源熱泵在節(jié)能環(huán)保及經(jīng)濟上都超過集中供熱系統(tǒng)，非常值得推廣。相信隨著環(huán)境污染和能源危機的雙重威脅，該項技術將會在全國各地得到更為廣泛的應用和發(fā)展。

參考文獻：

[1] 地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范（GB50366-2005）[S].

[2] 周志湯，瑞涼，汪斌基.于抽水試驗資料確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)[J].河海大學學報，1999（5），27（3）.

[3] 劉志峰.小范圍群井與單井抽水試驗推求水文地質(zhì)參數(shù)的比較分析[J].地質(zhì)與勘探，2007（1），43（1）.