本發(fā)明涉及地源熱泵工程技術(shù)領(lǐng)域中地下水源熱泵系統(tǒng)的回灌方式與結(jié)構(gòu)

技術(shù)背景：

地下水源熱泵系統(tǒng)(Grouand Water Heat Pump System，GWHPS)是采用地下水作為低位熱源并利用熱泵技術(shù)，通過輸入少量高位電能，實(shí)現(xiàn)冷熱量由低位能向高位能轉(zhuǎn)移，達(dá)到為使用對象供熱或者供冷的一種系統(tǒng)；由地下水源子系統(tǒng)、水源熱泵機(jī)房子系統(tǒng)和末端用戶子系統(tǒng)三部分組成。而地下水源子系統(tǒng)又由抽水井分子系統(tǒng)和回灌井分子系統(tǒng)兩部分構(gòu)成；抽水井分子系統(tǒng)的功能是抽取地下水供給水源熱泵機(jī)房使用，而回灌井分子系統(tǒng)功能是將機(jī)房換熱使用后的水回輸?shù)降叵拢瑥亩鴮?shí)現(xiàn)地下水循環(huán)利用?！盎毓噙^程成功與否直接影響地面沉降及地下水質(zhì)污染，因此地下水回灌設(shè)計至關(guān)重要”【1】。目前設(shè)計是回灌井與抽水結(jié)構(gòu)完全相同，相互轉(zhuǎn)換使用，為了克服回灌量少于抽水量的現(xiàn)象，通常設(shè)計三口井為一組，其中一口井抽水，另外兩口井回灌，三口井之間定期轉(zhuǎn)換使用。為減緩回灌井的堵塞采用回?fù)P方法，即在回灌井中，開泵抽出水中的堵塞物排到地面的污水管道中。即便采用了回灌井?dāng)?shù)多于抽水井?dāng)?shù)并配合定期回?fù)P清淤的方法，回灌量還是會逐漸減少，甚至影響地下水源熱泵系統(tǒng)的正常使用，“回灌井堵塞和溢出是大多數(shù)地下水源熱泵系統(tǒng)都會出現(xiàn)的問題”【1】。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

針對上述問題，本發(fā)明多管回灌壓縮空氣清淤的地下水源熱泵回灌技術(shù)可以解決回灌量逐漸減少的問題，實(shí)現(xiàn)抽取地下水全部回灌。

本發(fā)明專利是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

研制了多管回灌壓縮空氣清淤的地下水源熱泵回灌清淤方式與結(jié)構(gòu)，其特征在于包括以下構(gòu)件與連接方式：回灌管A，回灌管A的供水支管B，支管閥門C，支管流量計H，支管壓力表I，回灌供水分配器D，回灌支管B的壓縮空氣支管E，支管閥門F，壓縮空氣分配器G，壓縮空氣壓力表J。其中回灌管A全部埋設(shè)在土壤層內(nèi)，深度50-500m，回灌供水支管B室外部分均埋設(shè)在當(dāng)?shù)囟緝鐾翆雍穸纫韵律疃?，其余的?gòu)件及管道均在機(jī)房內(nèi)，所述回灌支管B可以有多根(2-100根)，每一根回灌支管可以并聯(lián)供給多個回灌管A(5-20根)。所有的回灌管A都是選用高強(qiáng)度耐腐蝕的塑料管制作，可選用聚乙烯(HDPE)，聚丙烯(PPR)，聚丁烯(PB)管材，在管A回灌深度范圍內(nèi)鉆有出水孔，管A的底端是封住的，管A的公稱直徑DN25-DN40?；毓嘀Ч蹷的選材與管A同管材，公稱直徑DN40-DN75，管A與管B選用熱熔或電熔接均可。其特征還包括以下工作方式：系統(tǒng)工作開始時全部壓縮空氣支管閥門F都關(guān)閉，全部回灌支管B的閥門C都開啟，回灌水即經(jīng)過每一個管A回灌到土壤層中，每一支管B上的流量計均記錄該支管的流量值隨著時間的延長每一個支管B的流量值會因?yàn)槠涔蹵的出水孔逐漸堵塞而逐漸減小，當(dāng)流量值B的閥門C，開啟此支管B的壓縮空氣支管E的閥門F進(jìn)行壓縮空氣吹掃清淤，因?yàn)閴嚎s空氣壓力0.8-1.6MP，比回灌水壓力0.2-0.4MP要高數(shù)倍，能將管A出水孔周圍的堵塞物吹掃干凈恢復(fù)暢通狀態(tài)，然后再進(jìn)行回灌的工況，這樣各支管B先后輪流清淤，始終保持絕大部分正常回灌(90％以上)，而10％以下支路B進(jìn)行清淤，整個地下水抽取→回灌→再抽取→再回灌就形成良好穩(wěn)定循環(huán)，使地下水源子系統(tǒng)長時間正常的工作，使抽取的地下水全部回灌。

與現(xiàn)有抽水井回灌回?fù)P清淤方式相比，本發(fā)明專利的有益效果是：1、采用了多管回灌方式，使一口抽水井配多個(幾個至幾十個)回灌管A，能夠?qū)崿F(xiàn)抽水井水量全部回灌。2、采用中壓(0.8-1.6PMa)壓縮空氣吹掃方法可以有效的把出水孔周圍的堵塞物吹除掉，恢復(fù)出水孔周圍的滲透暢通。3、多管回灌壓縮空氣清淤結(jié)構(gòu)方式的工程造價比一抽兩灌傳統(tǒng)方式造價還低，而且易于施工，經(jīng)濟(jì)方面也合適。

綜上所述：多管回灌壓縮空氣清淤的地下水源熱泵回灌技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)抽取地下水全部回灌，解決了傳統(tǒng)一抽多灌回?fù)P清淤回灌方式回灌能力逐漸降低不能全部回灌的難題，而且便于施工，造價降低，經(jīng)濟(jì)性好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的工藝系統(tǒng)原理圖。

圖2是回灌管B支路結(jié)構(gòu)圖。

圖中：A-回灌管 B-回灌管供水支管

C-供水支管閥門 D-供水分配器

E-壓縮空氣支管 F-壓縮空氣支管閥門

G-壓縮空氣分配器 H-供水支管流量計

I-供水支管壓力表 J-空氣壓力表

K-回灌管出水孔 d₁-支管B公稱直徑

d₂-出水孔直徑 d₃-回灌管A公稱直徑

圖中室外地面以上虛線框內(nèi)表示設(shè)備機(jī)房內(nèi)，室外地面以下表示土壤層內(nèi)?；毓喙蹵在上部20m～100m區(qū)段不鉆出水孔，在20m～100m深度以下鉆出水孔，稱為回灌層區(qū)段?；毓喙芄┧蹷的水平部分埋在當(dāng)?shù)貎鐾翆由疃认?.5m。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖說明本發(fā)明專利的實(shí)施方式：參見附圖，多管回灌壓縮空氣清淤的地下水源熱泵回灌方式，其特征在于：主要包括以下部件及連接方式：回灌管A是本發(fā)明專利的關(guān)鍵部件之一，其材料選用高強(qiáng)度耐腐蝕耐壓力的塑料管材，可選聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PPR)、聚丁烯(PB)管材均可，管徑DN25-DN40，在每根回灌管A的地下回灌土壤層區(qū)段內(nèi)鉆多個出水孔K，孔徑2-4毫米，出水孔數(shù)量N采用下述公式計算：

其中：d₂-管A上所鉆出水孔直徑

d₃-管A的公稱直徑

每根管A底部封堵，管A豎直埋設(shè)在土壤層中，先用鉆孔機(jī)械鉆成所需深度的孔，孔徑100-250毫米，然后將一根加工好的回灌管A放入孔中，再用砂或原漿將孔回填，每個孔之間的距離5-20米，逐個孔下管完成后，進(jìn)行與供水支管B水平連接，每5-20根管A為一個支路，管B選用與管A同材質(zhì)的管材，管徑DN40-DN75，水平連管埋地深度應(yīng)在當(dāng)?shù)囟咀畲髢鐾辽疃纫韵?，每一支路管B都在機(jī)房內(nèi)出地面后與供水分配器D連結(jié)，同時連結(jié)上每一支管流量計H，支管閥門C，支管壓力表I；壓縮空氣清淤部件是本發(fā)明專利的關(guān)鍵部件之二，在機(jī)房內(nèi)將壓縮空氣支管E與供水支管B連結(jié)，每一支管E上連結(jié)閥門F，壓縮空氣支管的一端與壓縮空氣分配器G連結(jié)，G上裝有壓力表J。

工作方式：

回灌水分配器將由抽水井抽出供機(jī)組使用后的水供給各支管B，壓縮空氣由空氣壓縮機(jī)供給儲存在分配器G，回灌支管B回灌時水從該支路的各回灌管A的出水孔流入土壤內(nèi)，在壤中緩慢流動到抽水井周圍，被抽水井抽出進(jìn)水源熱泵機(jī)組使用后又回到回灌水分配器D內(nèi)，形成循環(huán)利用，當(dāng)使用一段時間后某一支路流量計數(shù)值逐漸減少到設(shè)定值時，就進(jìn)行壓縮空氣清淤工作，這時將該回灌水支路閥門H關(guān)閉，然后打開壓縮空氣支路閥門F，壓縮空氣就對該支路的回灌管A的出水孔進(jìn)行吹掃清淤，因?yàn)閴嚎s空氣的壓力值(0.8-1.6MPa)比回灌水供水壓力(0.2-0.4MPa)高數(shù)倍，能有力的將出水孔周圍的垢物吹除掉，恢復(fù)出水孔及四周土壤的透水功能。如此吹除幾分鐘至幾十分鐘，又可以將該支管B恢復(fù)回灌工況。

參考文獻(xiàn)：

【1】：中國地源熱泵發(fā)展研究報告(2013)

可再生能源蓄能技術(shù)在低能耗建筑的應(yīng)用課題組編

徐偉 主編

中國建筑工業(yè)出版社。