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热源井抽水、回灌设计要点

2016-01-29

地源井的设计
地源井是地下水源热泵系统的抽水井和回灌井的总称,它是地下水换热系统的重要组成部分。地下水源浅层地温能开发利用是以浅层含水层作为其储能场所,故地下水源热泵系统与传统地热井系统不同,一般深度局限于地表以下200m深的范围内,其水井设计及成井工艺等均可参考一般地下水供水管井的相关规范要求,
供水井的回灌井的设计和施工必须由具备祥光设计和人员或单位完成。地下水源热泵系统的设计人员应当根据水井的设计和勘察施工报告,来设计选择满足系统峰值流量要求的最佳方案,包括水井的数量、间距和供水井、回灌井的尺寸。
  在设计过程中,应与工程人员合作,再设计中考虑安全因素并留有余量,以便日后的保养和维修。
管井的构造
热源井的垂直安装在地下的取水构筑物,由井口、井管、过滤器以及沉沙管组成。井的终孔直径应根据井管口径和主要储能含水层的种类确定:在砾石、粗沙层中,孔径应比井管外径大150mm,在中、细、粉砂层中,应大于200mm,但采用笼状填砾石过滤器时,孔径应比井管外径大300mm。
井口
井口所处的周围应封闭粘土、水泥等不透水材料,以防止地面污水渗入井内。一般封闭深度不小于3m。
井管
有钢管、铸铁管、卷焊管及非金属材料管等。一般井深大于100m时常用钢管。井管口径的大小要根据储能含水层富水性、透水性及抽水设备等因素决定。当安装抽水设备时,井径应比泵管外径大50~100mm;有时井管上部和下部采用不同的口径,即上大下小,中间用大小头连接,这样可以安装较大规格的水泵,充分发挥井的作用。
常用的异径井管有以下几种:
上部口径为250~300mm,下部口径为200mm;
上部口径为400~500mm;下部口径为300~400mm。
过滤器
有钢管、钢骨架管、铸铁管、石棉水泥管、混凝土管、砾石水泥管及熟料管等,一般常用钢管和铸铁管过滤器。
沉沙管
沉沙管材料同井管,其长度与含水层岩性和井的深度有关,一般长2~10m。根据井深可参考下列数值选用:
井深16~30m,沉沙管长不大于3m;
井深31~90m,沉沙管长不大于5m;
井深大于90m,沉沙管长不大于10m;
2、管井设计
热源井的设计单位应具备有水文地质勘察资质,管井设计应符合现行国家标准《供水管井技术规范》GB50296—1999的相关规定。
管井设计应包括以下内容:
管井抽水量和回灌量、水温和水质;
管井数量、井位分布及取水层位;
管井配置及管材选用,抽灌设备选择
井身结构、填砾位置、滤材规格及止水材料
抽水试验和回灌试验要求及措施;
井口装置及附属设施。
管井设计时应遵循以下原则:
氧气会与管井内存在的低价铁离子反应形成铁的氧化物,也能产生气体粘合物,引起回灌井阻塞,为此,管井设计应采取有效措施消除空气入侵现象。
抽水井与回灌井宜能相互转换,以利于开采、洗井以及岩土体和含水层的热平衡;为避免将空气带入含水层,其间应设排气装置;抽水井具有长时间抽水和回灌的双重功能,要求不出砂又能保持通畅;抽水管和回灌管上均应设置水样采集口和监测口。
管井数目应保持持续出水量和完全回灌的要求,在水质较差或经常出现过滤网堵塞现状的区域,应多打一口抽水井作为备用。
为了避免污染地下水,管井位设置应避开有污染的地面和地层,管井井口应严格封闭,井内装置应使用对地下水无污染的材料。
管井井口应设检查井,井口之上若有构筑物,应留有检修用的足够高度或在构筑物上留有检修口。
3、过滤器的设计
1)过滤器类型的选择
一般为了增加出水量,防止涌砂,减少水流阻力,在砂卵石地层中可选用填砾过滤器。在保证强度要求的条件下,应尽量采用最大孔隙率的过滤器。在粉细砂层中或含铁质较多的地区,应尽量采用双层填砾过滤器,见表1-1
不同含水层适用过滤器的类型
储能含水层特征  过滤器的类型
坚硬或半坚硬的稳定岩石  不安装过滤器
半坚硬的不稳定岩石  圆孔或条孔过滤器
砂、砾、卵石层  圆孔或条孔外缠金属丝或包网过滤器、钢筋骨架过滤器、填砾过滤器
粗砂  圆孔或条孔外缠金属丝或包网过滤器、钢筋骨架过滤器、填砾过滤器
中细砂  填砾过滤器
粉砂  填砾过滤器 笼状填砾过滤器