一、地?zé)峄毓喾绞骄C述
地?zé)峄毓啵╣eothermal reinjeetion）是將水回灌于地下的技術(shù)措施。地?zé)峄毓嗍菍崿F(xiàn)地?zé)豳Y源可持續(xù)開發(fā)的有力措施，在世界各國已獲得廣泛應(yīng)用，它對于地?zé)豳Y源的保護、減少資源浪費、延長生產(chǎn)井壽命以及減少環(huán)境污染等方面均具有重要意義。目前所采用的地?zé)峄毓啻胧┯腥悾孩偻謱踊毓?，即在同一眼地?zé)峋写嬖趦蓚€含熱水層的情況下進行的回灌，確定其中的一個含熱水層為生產(chǎn)層，而另一個含熱水層為回灌層。②對井回灌，即打兩眼地?zé)峋?，確定其中的一眼為生產(chǎn)井，另一眼為回灌井，生產(chǎn)層與同灌層可同層，也可不同層。同層回灌的開采井與回灌井必須保持合理距離。③群井生產(chǎn)性回灌，選擇有利場地進行地?zé)嵛菜亩嗑谢毓??；毓嗔颗c全熱田的開采量應(yīng)保持一定的比例。
其中同井分層回灌技術(shù)作為一種新型的地源熱泵系統(tǒng)一直受到大家的關(guān)注，業(yè)界對此項技術(shù)的應(yīng)用也存在很多爭議。
二、單井回灌技術(shù)原理
同井分層回灌也叫單井回灌地源熱泵系統(tǒng)，是一種新型的地源熱泵系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的地下?lián)Q熱器由一口井或幾口井并聯(lián)組成，井的上部裝有封殼（要據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件不同，封殼長度不同，一般只有二、三十米深），下部則是普通的裸井。該系統(tǒng)由單個水井一端抽取地下水，在熱泵中經(jīng)過換熱后從同一個水井的另一端回灌到含水層。井的深度一般為幾百米，直徑15cm左右。運行過程中，在回灌口與抽水口間水頭差的作用下，系統(tǒng)循環(huán)水從井筒壁滲出，在含水層中與周圍土壤直接接觸換熱后，再由抽水段井筒壁滲入井筒，與沿井筒流下的循環(huán)水混合，經(jīng)抽水管送回?zé)岜孟到y(tǒng)。因此單井回灌兼有地下水源熱泵系統(tǒng)和地下耦合（埋管）熱泵系統(tǒng)的特點，其換熱效果優(yōu)于地下耦合熱泵系統(tǒng)，同時不存在地下水源熱泵系統(tǒng)回灌困難和造成地下水浪費的問題。單井回灌系統(tǒng)在一定的水文地質(zhì)條件下有獨特的優(yōu)勢，可以和其它地源熱泵系統(tǒng)共同組成一個多樣化的、完整的技術(shù)體系，以便更好地滿足不同的建筑物供熱和空調(diào)系統(tǒng)的需要。
據(jù)統(tǒng)計，目前單井回灌方式從水井的結(jié)構(gòu)上來說，主要有如下圖所示的三種：
地下?lián)Q熱系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵.jpg)
單井循環(huán)地下?lián)Q熱系統(tǒng)的三種形式
它們都是從含水層下部取水，換熱后的地下水再回到含水層的上部。從水井構(gòu)造上來說，循環(huán)單井使用的是基巖中的裸井；抽灌同井采用的是過濾井（井孔直徑和井管直徑相同）；填礫抽灌同井采用的填礫井（井孔直徑較井管直徑大，其孔隙采用分選性較好的礫石回填）。與循環(huán)單井相比，抽灌同井有井壁，井內(nèi)設(shè)有隔板。
三、目前我國采用的單井回灌技術(shù)
國內(nèi)采用的同井回灌熱泵技術(shù)是我國發(fā)明的新技術(shù)，不同于國外的單井循環(huán)系統(tǒng)。單井循環(huán)系統(tǒng)是一種半開式系統(tǒng)，單井循環(huán)起到換熱器的作用。而同進回灌熱泵系統(tǒng)是取水和回灌水在同一口井內(nèi)進行，通過隔板把井分成兩部分，一部分是低壓（吸水）區(qū)，另一部分是高壓（回水）區(qū)。當(dāng)潛水泵運行時，地下水釋放完熱量，再由同井返回到回水區(qū)。以些作為熱泵的低位熱源，向熱泵提供低位熱量。因此，上述技術(shù)亦稱單井抽灌技術(shù)。
單井回灌的技參數(shù)：1.標準單井回灌抽灌井的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：井孔直徑800mm，井管直徑500mm，井深85m，抽水和回灌水管直徑DN100；2.在粗砂、卵石地層，降深5m時出水量100t/h條件下，標準的單井抽灌進的性能參數(shù)為：井水循環(huán)量100t/h，水溫10~20℃，取熱時抽灌水溫差5℃，取熱能力580kW；3.井的數(shù)量一般取決于主機的配置，原則上，井的出力和主機的需要量應(yīng)該相等；4.井位與建筑物的距離應(yīng)大于10m。井與井之間的距離也應(yīng)大于10m；5.單井抽灌井對于地下水的水質(zhì)無特殊要求，只要滿足國家地下水水質(zhì)分類中的五類水即可使用。
單井回灌系統(tǒng)示意圖
在我國，單井回灌技術(shù)得到了很好的實踐和應(yīng)用，于2001年首次在北京某工程中投入運行，隨后其推廣與應(yīng)用速度很快。據(jù)介紹，在北京目前已安裝和運行的1800萬平方米采用地源熱泵（含水源熱泵、污水源熱泵）系統(tǒng)的采暖制冷建筑中，有610萬平米是采用了單井回灌技術(shù)。在日前舉辦的專家鑒定會上，17位業(yè)內(nèi)專家對恒有源公司自主開發(fā)的單井循環(huán)地（熱）能采集技術(shù)作了權(quán)威的鑒定，專家認為：單井回灌技術(shù)是一種“以水為介質(zhì)的土壤換熱裝置而不是取水裝置，在運行過程中沒有水資源消耗，經(jīng)8年多的跟蹤檢測，對區(qū)域地下水狀態(tài)和地質(zhì)結(jié)構(gòu)無影響”。該項技術(shù)與國際通用的地埋管相比，在滿足環(huán)保要求的同時，高效特點明顯；有水的地區(qū)一個地能采集井產(chǎn)能可達500kW；無水地區(qū)一個地能采集井產(chǎn)能最高可達20kW。在初投資方面，每平方的造價為250~380元；在運行費用方面，冬季供暖的運行費用每平為13~28元。
四、單井回灌的技術(shù)優(yōu)勢
單井抽灌技術(shù)以地下水為介質(zhì)，采集周圍土壤中的熱能。地下水在地下經(jīng)過封閉的換熱器換取熱量后，即刻、就地、原位回灌。因此不消耗水，不污染水，也不會破壞地下水的正常分布，最大限度降低了對地下水資源的依賴程度，從根本上避免了多井抽灌造成的問題。單井抽灌與多井抽灌的本質(zhì)區(qū)別在于，單井抽灌以地下水為介質(zhì)，利用淺層土壤中的地能而不是地下水中的能量，因此能源更可靠。
在對地源熱泵單井回灌多年利用過程中，相關(guān)專家和部門對地下水源熱泵運行中出現(xiàn)的問題做了很多調(diào)查與分析，發(fā)現(xiàn)回灌阻塞、腐蝕與水質(zhì)、水泵功耗過高等問題是地下水源熱泵運行成敗的關(guān)鍵問題。由于同井回灌技術(shù)采取在井中加裝隔板的技術(shù)措施來提高回灌壓力，以使回水通暢。因此，在目前應(yīng)用此技術(shù)的項目中，回灌效果良好。在此項技術(shù)應(yīng)用比較成孰的北京地區(qū)，北京市水利局水環(huán)境監(jiān)測中心在某些井的井內(nèi)及周圍地下水的水質(zhì)質(zhì)量（27 項指標）進行了跟蹤監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果表明，在 27 項指標中除出水和回灌水水溫外其余指標均沒有明顯的變化。這充分表明通井回灌熱泵系統(tǒng)未對地下水水質(zhì)造成影響。據(jù)此，可以為回井回灌熱泵系統(tǒng)不破壞地下水的分布、不改變地下水的水量與水質(zhì)量。
五、單井回灌技術(shù)需要解決的問題
單井循環(huán)地下?lián)Q熱系統(tǒng)雖然在國內(nèi)外應(yīng)用廣泛，但相關(guān)基礎(chǔ)理論研究還不夠深入，設(shè)計、運行有很在盲目性，工程中時有運行問題出現(xiàn)。為此，需要清醒認識單井循環(huán)地下?lián)Q熱系統(tǒng)可能出現(xiàn)的運行惡化問題，以便在運行時采取適當(dāng)?shù)拇胧?，促使系統(tǒng)在下常的狀況下運行。
（一）解決熱貫通問題
熱貫通亦稱熱突破，是熱泵運行期間抽水溫度發(fā)生改變的現(xiàn)象。對于地源熱泵，熱貫通現(xiàn)象時有發(fā)生。由于地下水壓力的差異，抽灌同井上部回水通過含水層或填礫區(qū)滲流到抽水區(qū)是不可避免的，這樣抽水溫度會隨著熱泵的運行而發(fā)生變化；循環(huán)單井大部分地下水在井孔內(nèi)循環(huán)，其抽水溫度的變化更為迅速和劇烈。輕微的熱貫通是可以接受的，但抽水溫度迅速而劇烈的化對熱泵機組和地下水是不利的，會降低熱泵機組的效率，造成保護性停機，嚴重的還能使地下水凍結(jié)。
（二）季節(jié)性蓄能
抽灌同井以年度為時間步長的季節(jié)性儲能很大程度上減輕了對含水層作為熱源（熱匯）依賴，而讓其作為一種蓄熱的載體。但是多年取熱量和放熱量的嚴重不平衡，會使含水層富積或虧損部分熱量，從而使抽水溫度逐年升高或降低。應(yīng)該使冬、夏季的累積取熱量和排熱量基本平衡，合理地利用季節(jié)性儲能。
綜上所述，解決回灌問題、熱貫通問題和季節(jié)性儲能問題是決定單井循環(huán)地下?lián)Q熱系統(tǒng)長期正常穩(wěn)定運行的關(guān)鍵問題。（文/地源熱泵網(wǎng)記者 董?。?br />
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