地下水地源热泵热源井设计方法研究(2)

管井主要由井室、井壁管、过滤器、沉淀管等部分组成。我国现有管井的直径有200,300,400,450,500,550,600,650mm等规格。井室的功能是安装井泵电动机、井口阀门、压力表等,保护井口

地下水地源热泵的设计研究

暖通空调HV&AC 2010年第40卷第9期 设计参考#85#

井、回灌井间距,沈阳逐渐采用30m井间距,甚至更小

[23]

$tt[3.0e时,热泵机组的耗功比地下水温度保持初温不变时的耗功增大不超过10%。热贯通后

平均抽水温度的计算非常复杂,Lippmann等人对含水层储能、地下水作为冷却水等情形进行大量的试验和理论研究之后,得出半理论计算式如下(参数经过重新组合):

SS$tL

=0.338e-0.0023SB+0.337e-0.1093SB+

$tt+$tL

1.368e-1.3343B

式中 SB为热突破时间,h。

当含水层无区域流动时,可由下式计算

2

ASB=

QVT3

。

热贯通的程度用热贯通因数表示,供热工况

t

$tt+$tL

下,热贯通因数的计算公式为[24]

W=

(10)

[25]

式中 W为热贯通因数,量纲一;$tt为平均热贯通

温度,e;$tL为平均取热温差,e,根据负荷统计结果,对于公共建筑可取设计取热温差的50%,住宅为40%。

$tt=t0-tg,mtg,m=

(11)(12)

(14)

QtEQ

p

g

(15)

$tL=

cpQ(tg-tr)

式中 ª为含水层孔隙率,%;D为抽水井和回灌

(13)

井之间的距离,m;VA/VT可由下式计算:

VA(1-ª)cR+ªcW

=VTªcW

3

EcQ

式(11)~(13)中 t0为含水层初始温度,e;tg,m为供暖季抽水平均温度,e;tg为抽水井逐时抽水温度,e;tr为回灌井逐时回灌温度,e。热贯通

因数的允许值应根据当地地下水温度、水文地质条件、井群的布置和热泵机组的效率综合确定。对于北京地区,前期的大量计算表明,平均热贯通温度

VA

SB=1+

v0VT

A

SB=1+

v0VT

(16)

式中 cR为干岩石体积比热容,kJ/(m#e);cW为地下水体积比热容,kJ/(m#4176kJ/(m3#e)。

灌井连线时,其突破时间可按下式计算:

3

e),可取

对于含水层区域流动方向平行于抽水井和回

1+4A1+tan-11+4 v0>0

v0<0且|v0|<

PªMDPª(17)

SB=] v0<0且|v0|>

式中 v0为区域地下水流速,m/s,从回灌井指向抽水井方向为正。

A可由下式计算

(18)2PªMDv0

井间距的计算流程为:先假定井间距,而后根

A=

据式(15)或式(17)计算热突破时间,再根据式(14)计算平均热贯通温度,校核平均热贯通温度是否等于允许值,若比允许值小较多,则减小井间距,重新计算;若比允许值大较多,则增大井间距,直到其近似等于允许值。此时得到的井间距为最小值,实际布置井群时,若场地许可,宜适当增加井间距。1.5 井群干扰

,建筑物和构筑物情况布置抽水井和回灌井群。井

群的布置原则是尽量将井间干扰控制在最小。井群存在时,在承压含水层中,地下水的降深由下式计算:

s=Esi=[QiW(ui)]4@3600PKMiEi=1=1

(19)

式中 si为某一热源井i在计算点产生的降深,m;

Qi为某一热源井i的流量,m3/h,抽水为正,回灌为负。

对于潜水含水层,如果地下水的降深相对含水层的初始厚度(h0)小很多,也可以采用式(19)。

n

n

地下水地源热泵的设计研究

#86#设计参考

|s|[|sp|

暖通空调HV&AC 2010年第40卷第9期

(20)

热负荷/kW8911含水层孔隙率/%28

1)

表1 热源井计算所需参数

热泵性能系数3.5含水层渗透系数/(m/d)

45

1)

若不满足,应重新设计井流量和井数。2 设计实例

以新疆喀什市某住宅小区为例,说明热源井的设计过程和参数取值。该小区为新建的高层、多层和小别墅住宅群。规划总用地面积8.1万m,总建筑面积20.7万m,其中高层住宅10.0万m,多层住宅10.3万m2,小别墅6栋,2400m2。建筑密度30%,绿化率31%。末端设计为低温地板辐射供暖系统,拟采用地下水地源热泵供热。其总热负荷为8911kW。夏季直接利用地下水的自然冷量供冷。

该住宅小区毗连克孜勒河,其南端离克孜勒河的直线距离为300m左右,地层为吐曼河与克孜勒河之间的洪积2冲积平原,第四系的沉积厚度可达600~800m,为地下水的赋存提供了巨大的空间。其所在含水层为多层结构承压水类型,其中浅层承压水涌水量大于5000m3/d,第一层承压水涌水量为3000~5000m3/d,水质较好,为该市第三水源地的主要开采层。地下水地源热泵系统的主要开采层为浅层承压水,水质较差,不适合饮用和工业应用。住宅小区周围有城市供水水文地质调查时的详细钻孔资料(钻井剖面图见图1)和抽水试验资料,初步设计时可以采用。热源井计算所需的参数如表1所示。

计算得到的抽水井和回灌井参数如表2所示。其中,允许平均热贯通温度量值为2e,计算井间距为78.3m,圆整为75m,热突破时间为1296h

。

2

22

地下水设计取热温差/e

6.0储水系数/m-1

平均取热温差/e2.5

含水层岩性

砂砾石

含水层厚度/m干岩石比热容/

(kJ/(kg#e))

10

-61)

50

1)

1588供暖时间/d

地下水温度/e抽水井允许降深/m

回灌井允许降深/m-6

总计算时间/a

141)

515122

1)来源于5喀什城市供水水文地质详查报告6(新疆地质工程勘察院编制,2001)。

表2 热源井设计参数

井管直径/mm过滤器孔隙率/%

允许过滤管流速/(m/s)总水量/(m3/h)

单井出水量/(m3/h)数量/个

过滤网长度/m过滤器类型沉淀管长度/m孔深/m

注:括号内的值为实际计算值。

抽水井300300.02914.5185(182.9)

550(39.8)填砾过滤器

580

回灌井500300.015914.590(91.4)

1050(33.6)填砾过滤器

580

井群布置如图2所示。校核各井降深如表3所示。

图2 热源井井群布置

由表3可知,井群干扰后各井降深满足设计要求。

图1 62号孔钻井剖面图

3 结语

地下水地源热泵的设计研究

编号PW01PW02PW03PW04PW05RW01RW02RW03

暖通空调HV&AC 2010年第40卷第9期 设计参考

降深/m3.844.394.153.95

编号RW04RW05RW06RW07RW08RW09RW10

降深/m-3.58-3.85-4.29-4.44-4.18-4.46-4.57

#87#

表3 井群干扰后各井降深值[7] 徐伟,张时聪.我国地源热泵技术现状及发展趋势

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