【原】地下水式地源热泵系统的设计

地下水源热泵系统组成

• 地下水源井（热源／冷源）

• 水源热泵机组（主机）

• 室内空调系统（空调末端）

• 水源侧附属设备（潜水泵、漩流除沙器、电子水处理仪等）

设计步骤及设计4要素

1、设计步骤  

 2、设计4要素  

地下水源并设计基本因素：并深、流量、温度、水质

其中：

• 并深以满足设计单位时间出水流量为准，勘查确定；

• 流量由设计的最大得热量和最大释热量确定；

• 温度参考各区域温度范围，具体勘查确定；

• 水质以满足中央空调水质要求为准。

在地下水式水源热泵系统方案设计前，应根据系统对水量、水温和水质的要求，对工程场区的地下水情况进行勘查，水文地质条件勘查可参照 GB50027 《供水水文地质勘察规范》、GB50296《供水管井技术规范》的要求进行。

地下水水文地质勘察应包括以下内容：

1、地下水类型

2、含水层岩性、分布、埋深及厚度

3、含水层的富水性和渗透性

4、地下水径流方向、流速、水力坡度、补水、排泄条件

5、地下水水温及其分布

6、地下水水质

7、地下水水位动态变化

其中最重要的是进行水文地质试验，试验应包括以下内容：抽水试验、回灌试验、测量井水水温、取样分析并化验分析分层水质。

热源井结构图

• 一般由并口、并壁管、滤水管、沉砂管组成。

• 并壁管安装在非含水层处，用以支撑并孔孔壁，防止坍塌；

• 滤水管安装在含水层处，除有并壁管作用外其主要作用是滤水挡砂；

• 并管最底部为沉砂管，用以沉积水中泥沙，延长管并使用寿命。

管并的设计

凿并孔径确定：  

并的终孔直径应该根据并管口径和主要蓄能含水层的种类确定：在砾石层、粗砂层中，孔径应比并管外径大150 mm，在中、细、粉砂层中，应大于 200mm , 但采用笼状填砾石过滤器时，孔径应比并管外径大300 mm。

并口：  

并口所处的周围应封闭砧土、水泥等不透水材料，以防止地面污水渗入并内，一般封闭深度不小于30m 。

并壁管：  

有钢管、铸铁管、卷焊管、及非金属材料管等，一般并深大于100m 时常用钢管，并管孔径的大小要根据含水层富水性、透水性及抽水设备等因素决定，并径应比泵管外径大 50—100 mm。

滤水管：  

有钢管、钢骨架管、石棉水泥管、混凝土管、砾石水泥管及非塑料管等，一般采用有钢管和铸铁管。当含水层厚度小于10m时过滤管长度应与含水层相等，当含水层厚度很厚时过滤管长度按相关经验公式计算。

沉砂管：  

材料同并壁管，其长度与含水层岩性和并的深度有关，一般长 2—10m。根据井深可参考下列数值选用：并深 16—30m，尘砂管长不小于3m；并深31—90m，尘砂管长不小于5m ；并深大于90m ，尘砂管长不小于10m；

不同含水层适用过滤器的类型及参数设定

1、不同含水层适用过滤器类型 

2、地下水设计参数的确定 

地下水源热泵系统设计的关键是地下水水量的确定，地下水的水量受很多因素的影响，其中最为重要的是：释热量和吸热量的确定、地下水可利用温差的确定。

1）地下水可利用温差的确定：

增大地下水的利用温差，可以减少所需要的取水，和相应的回灌，减少一次投资，同时也降低取水泵的能耗。但温差加大后，无论采用直接或间接式的系统，热泵机组冬季的蒸发温度都会有所下降，而夏季的冷凝温度有所提高，机组的 COP 会有所降低。因此需要根据不同的取水温度、不同的地下水条件及不同的机组性能，合理确定地下水的设计回灌温度。

通常受热泵机组性能的影响，冬季地下水的回灌温度在5℃以上，一般为7℃左右；夏季地下水的回灌温度在25℃以上，一般为30℃左右。例如，北京地区的地下水温一般为15℃ ，冬季回灌温度一般为7℃ 左右，抽水和回灌温差为 8℃左右；夏季回灌温度一般为 30℃左右，抽水和回灌温差为15℃左右。

2）最大释热量和吸热量的计算：

水源热泵系统最大释热量和吸热量分别发生在与建筑最大冷负荷和最大热负荷相对应的时刻。

3）地下水设计取水量的计算：

地下水的设计取水，可以分夏季和冬季工况，根据最大释热，和吸热量和相应的地下水设计温差计算，取其中的较大值。

抽水泵的选择

目前，应用最多的回灌方式是使用不带排气管的回水立管向回灌并回灌，采用此种方式的抽水泵扬程的确定应考虑如下因素：

1、运行期间抽水并的抽水泵最低吸水面至回灌并最高的水平面的垂直高度；

2、回灌并中回水立管的垂直淹没高度；

3、抽水泵至回灌并中的回水立管之间的管道摩擦阻力；

4、阀门的背压与虹吸作用产生的压头的压差。

上述四项之和即为水泵扬程

• 抽水泵宜选用潜水泵，并设备用泵，以便在抽水泵发生损坏时可以快速进行替换。

• 抽水泵的控制方式有多台控制和变频控制，宜采用变频控制。变流，系统可以降低地下水源热泵系统的运行费用，且较少抽水总，对地下水环境的影响小。

• 当系统中设计有多个抽水井时，应注意各并抽水量应保持一致，必要时应对并室内设置定流量阀，以防止由于阻力不一致或管路堵塞造成的不平衡。

抽水泵

潜水泵及抽水管安装

两个基本概念

第一个概念：回灌

回灌：就是将被水源热泵机组交换热量后排出水再注入地下含水层中。

目的：补充地下水源，调节水位，维持储量平衡，保持含水层水头压力，防地面沉降。

第二个概念：回扬

回扬：所谓回扬即在回灌并中开泵抽排含水层中堵塞物。

目的：为预防和处理管并堵塞。

注：

1、回灌并数目一般为抽水并数目的 2 倍以上。

2、回扬规定：

在岩溶裂隙含水层进行管井回灌，回扬频次约 l 过次／年；

在松散粗大颗粒含水层进行管并回灌，回扬频次约 1—2次／周；

在中、细颗粒含水层里进行管并回灌，回扬频次约 3—5次／周；

回扬持续时间以浑水出完，见到清水为止。

3、为防止回灌并堵塞，确保水源系统长期稳定供水，抽水并和回灌并应互相切换使用。

回灌类型：

无压（自流）回灌：渗透性好；

加压（正压）回灌：渗透性差，静水位高

同层回灌：

水质的要求：

当地下水水量充足、水质好、具有较高的稳定水位时，可以选用直接式系统，地下水直接进入热泵机组；如果水质不满足要求，就要采用间接式系统，设计中间换热器。

版权声明：本文由制冷空调换热器联盟编辑整理，转载请注明来源。