水文地质勘察在某地源热泵工程的应用

　　摘要：本文结合工程实例，利用地下水作为地源热泵的低位热源，通过水文地质勘察确定水文地质参数，确定开采井与回灌井的数量。

　　关键词：地源热泵；抽水试验；注水试验

　　Abstract: Combining with engineering examples, the use of groundwater as the ground source heat pump to the lower of the heat source, through the hydrogeology survey sure hydrogeology parameters, sure mining Wells and recharge the number of Wells.

　　Key Words: the ground source heat pump; pumping tests; water injection test

　　中图分类号：[TU42]         文献标识码：A            文章编号：

　　随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，环境与能源已成为影响和制约社会经济健康发展的重要因素，地热空调是一种高效节能环保设备，地热空调以绿色环保制冷剂为工质，除用少部分电能外，采暖、供热的热量主要是利用地球表面浅层水源（如地下水、河流和湖泊）和土壤源中吸收的太阳能 和地热能，整个系统无有害物质排放。地热空调技术替代供热锅炉，有效改善城市的生态环境，减少由于使用燃煤、燃油锅炉引起的有害气体的排放，提高大气环境质量。是一种理想的“绿色空调”。被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。

　　一．地源热泵按传热方式分类

　　地热空调按传热方式可分为：大地直接换热式、大地耦合式热泵系统（埋管式土壤源热泵系统）、地下水循环式热泵系统、地表水源热泵系统。它们有如下特点：

　　1．大地直接换热式热泵系统：热泵机组的室外机组直接埋设于地下土壤中，制冷剂直接与土壤进行换热，此种形式热损失最小，热泵效率高，还可以节约10%左右的介质循环泵用电，节能效果好，但存在室外盘管安装维护困难，土壤腐蚀等问题。仅在小型系统中少量采用。

　　2.大地耦合式热泵系统：大地耦合式热泵系统又称埋管式土壤源热泵系统。其以水、盐水或水乙二醇溶液作为介质（冷热量载体），在埋于土壤源内部的换热管道与热泵机组间循环系统实现机组与大地土壤之间的热量交换。这种形式多了一次换热过程，传热损失增加，热泵效率比前者降低。但地下换热器形式可以灵活处理，规模不限，安装要求不高，这种形式应用较为普遍，且有垂直埋管和水平埋管。

　　3.地下水循环式热泵系统：这种系统由抽水井将地下水抽出，通过板式换热器或直接将水送到热泵机组。经提取热量或释放热量后，由回灌井回灌入地下，由于地下水的温度相对稳定，水的换热性能优于土壤的性能。因此，地下水作冷热源的热泵系统性能比前二种性能都要优良。但是由于地下水状况的复杂性，回灌技术对地下水资源污染等问题，使地下水源热泵系统的应用受到一定限制。

　　4.地表水源热泵系统：地表水源热泵系统是利用江河湖泊的水作为机组冷热源，按地表水与机组的换热方式不同，又可分为多种形式，由于地下水的温度一般都好于地表水，该方式热泵循环的效率低于地下水水源热泵系统。但是，地表水一般来说取用排放均较方便。

　　二．水文地质勘察

　　某工程在其场地内进行地下水源热泵系统工程，在场地中进行抽水试验，查明场地的地层渗透性和富水性，测定水文地质参数。在场地内凿两眼井，进行抽水试验和回灌试验，以取得热源井的出水量、回灌量、地下水温度和水质资料，为地下水换热系统设计提供水文地质依据。

　　1.凿井工艺：

　　设计两眼井，井的间距为81m，井深均为21m；设计钻孔孔径，松散岩层650mm，基岩550mm；采用XU─600型钻机稀泥浆回转钻进；终孔后立即换浆，下入内径300mm的球墨铸铁井管。上部隔水层下井壁管，下部透水层和含水层下滤水管；下管结束，围填滤料。滤料采用5~10mm的园砾，冲孔投砾；投砾结束，进行洗井。洗井方法，潜水泵辅以活塞洗井，自上至下逐段反复洗井，直至水清砂净。

　　2.场地水文地质条件

　　场地地形平坦，场地在地貌上属河流冲积平原。通过已施工场地，钻井揭露场地地层岩性自上至下为：杂填土、粉质粘土、中粗砂、粗砂、砾砂和强风化混合花岗岩。地下水类型，场地地下水类型以松散岩类孔隙水为主，下伏基岩风化裂隙水。二者构成统一潜水含水层。实际测得潜水水位埋深4.28~4.68m。含水层为松散岩类孔隙水含水层，岩性为粗砂、砾砂；基岩风化裂隙水含水层岩性为强风化混合花岗岩。井抽水试验结束前，取水样送试验室进行水质全分析。分析结果地下水化学类型为硫酸·氯化物·重碳酸─钠型水，矿化度0.95g/l. 地下水水温：试验期间实测地下水水温12?c。

　　地下水水位动态变化，本区地下水的主要补给来源为大气降水的渗入和地下水的侧向径流流入，其排泄方式为蒸发和地下水侧向径流流出。

　　地下水水位随季节变化。据2006年3月~12月的水位监测资料。5月份枯水期，地下水位埋深最低（4.20m），8月份丰水期地下水位埋深最高（2.85m），年水位变幅1.35m。

　　3．抽水试验

　　分别对两眼井做单孔稳定流抽水试验，其中一个井做一个灌程，另一眼井做两个灌程。抽水设备采用井用潜水电泵，水表计量水量，电测水位计观测水位。抽水试验结果两眼井分别为：出水量Q=14.44m3/h，水位降深值S=12.74m；井出水量Q2=14.19m3/h，水位降深值S2=14.30m，出水量Q1=9.94m3/h，水位降深值     S1=4.34m。

　　4．水文地质参数计算

　　（1）水文地质参数计算公式选用：

　　式中：K─含水层渗透系数（m/d）；Q─单井出水量（m3/d）；H─潜水含水层厚度（m）；

　　S─水位降深值（m）；R─含水层影响半径（m）；r─抽水井半径（m）。

　　式中： R─含水层影响半径（m）；其它符号意义同上。

　　(2) 计算结果

　　5. 回灌试验

　　由一井抽水向另井回灌。回灌试验从2006年12月31日15时35分开始，至2007年1月2日8时结束，历时40小时25分。回灌结果，回灌水量7.88m3/h，井内动水位深度1.63 米。

　　通过对本小区水文地质的勘察，抽水井与回灌井数量比不小于1:2即可，地下水源热泵系统的实施，节约了能源，减少了对大气的污染，保护了生态环境，符合我国发展的基本国策。

　　[1] 工程地质手册/《工程地质手册》编委会编-4版.北京：中国建筑工业出版社，2007

　　[2] 秦皇岛市老干部活动中心热源井抽灌试验工程竣工报告

　　[3] 水文地质手册