多管回灌压缩空气清淤的地下水源热泵回灌技术的制作方法

本发明涉及地源热泵工程技术领域中地下水源热泵系统的回灌方式与结构

技术背景：

地下水源热泵系统(Grouand Water Heat Pump System，GWHPS)是采用地下水作为低位热源并利用热泵技术，通过输入少量高位电能，实现冷热量由低位能向高位能转移，达到为使用对象供热或者供冷的一种系统；由地下水源子系统、水源热泵机房子系统和末端用户子系统三部分组成。而地下水源子系统又由抽水井分子系统和回灌井分子系统两部分构成；抽水井分子系统的功能是抽取地下水供给水源热泵机房使用，而回灌井分子系统功能是将机房换热使用后的水回输到地下，从而实现地下水循环利用。“回灌过程成功与否直接影响地面沉降及地下水质污染，因此地下水回灌设计至关重要”【1】。目前设计是回灌井与抽水结构完全相同，相互转换使用，为了克服回灌量少于抽水量的现象，通常设计三口井为一组，其中一口井抽水，另外两口井回灌，三口井之间定期转换使用。为减缓回灌井的堵塞采用回扬方法，即在回灌井中，开泵抽出水中的堵塞物排到地面的污水管道中。即便采用了回灌井数多于抽水井数并配合定期回扬清淤的方法，回灌量还是会逐渐减少，甚至影响地下水源热泵系统的正常使用，“回灌井堵塞和溢出是大多数地下水源热泵系统都会出现的问题”【1】。

技术实现要素：
：

针对上述问题，本发明多管回灌压缩空气清淤的地下水源热泵回灌技术可以解决回灌量逐渐减少的问题，实现抽取地下水全部回灌。

本发明专利是通过下述技术方案来实现的：

研制了多管回灌压缩空气清淤的地下水源热泵回灌清淤方式与结构，其特征在于包括以下构件与连接方式：回灌管A，回灌管A的供水支管B，支管阀门C，支管流量计H，支管压力表I，回灌供水分配器D，回灌支管B的压缩空气支管E，支管阀门F，压缩空气分配器G，压缩空气压力表J。其中回灌管A全部埋设在土壤层内，深度50-500m，回灌供水支管B室外部分均埋设在当地冬季冻土层厚度以下深度，其余的构件及管道均在机房内，所述回灌支管B可以有多根(2-100根)，每一根回灌支管可以并联供给多个回灌管A(5-20根)。所有的回灌管A都是选用高强度耐腐蚀的塑料管制作，可选用聚乙烯(HDPE)，聚丙烯(PPR)，聚丁烯(PB)管材，在管A回灌深度范围内钻有出水孔，管A的底端是封住的，管A的公称直径DN25-DN40。回灌支管B的选材与管A同管材，公称直径DN40-DN75，管A与管B选用热熔或电熔接均可。其特征还包括以下工作方式：系统工作开始时全部压缩空气支管阀门F都关闭，全部回灌支管B的阀门C都开启，回灌水即经过每一个管A回灌到土壤层中，每一支管B上的流量计均记录该支管的流量值随着时间的延长每一个支管B的流量值会因为其管A的出水孔逐渐堵塞而逐渐减小，当流量值B的阀门C，开启此支管B的压缩空气支管E的阀门F进行压缩空气吹扫清淤，因为压缩空气压力0.8-1.6MP，比回灌水压力0.2-0.4MP要高数倍，能将管A出水孔周围的堵塞物吹扫干净恢复畅通状态，然后再进行回灌的工况，这样各支管B先后轮流清淤，始终保持绝大部分正常回灌(90％以上)，而10％以下支路B进行清淤，整个地下水抽取→回灌→再抽取→再回灌就形成良好稳定循环，使地下水源子系统长时间正常的工作，使抽取的地下水全部回灌。

与现有抽水井回灌回扬清淤方式相比，本发明专利的有益效果是：1、采用了多管回灌方式，使一口抽水井配多个(几个至几十个)回灌管A，能够实现抽水井水量全部回灌。2、采用中压(0.8-1.6PMa)压缩空气吹扫方法可以有效的把出水孔周围的堵塞物吹除掉，恢复出水孔周围的渗透畅通。3、多管回灌压缩空气清淤结构方式的工程造价比一抽两灌传统方式造价还低，而且易于施工，经济方面也合适。

综上所述：多管回灌压缩空气清淤的地下水源热泵回灌技术可以实现抽取地下水全部回灌，解决了传统一抽多灌回扬清淤回灌方式回灌能力逐渐降低不能全部回灌的难题，而且便于施工，造价降低，经济性好。

附图说明

图1是本发明的工艺系统原理图。

图2是回灌管B支路结构图。

图中：A-回灌管 B-回灌管供水支管

C-供水支管阀门 D-供水分配器

E-压缩空气支管 F-压缩空气支管阀门

G-压缩空气分配器 H-供水支管流量计

I-供水支管压力表 J-空气压力表

K-回灌管出水孔 d₁-支管B公称直径

d₂-出水孔直径 d₃-回灌管A公称直径

图中室外地面以上虚线框内表示设备机房内，室外地面以下表示土壤层内。回灌管A在上部20m～100m区段不钻出水孔，在20m～100m深度以下钻出水孔，称为回灌层区段。回灌管供水管B的水平部分埋在当地冻土层深度下0.5m。

具体实施方式：

下面结合附图说明本发明专利的实施方式：参见附图，多管回灌压缩空气清淤的地下水源热泵回灌方式，其特征在于：主要包括以下部件及连接方式：回灌管A是本发明专利的关键部件之一，其材料选用高强度耐腐蚀耐压力的塑料管材，可选聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PPR)、聚丁烯(PB)管材均可，管径DN25-DN40，在每根回灌管A的地下回灌土壤层区段内钻多个出水孔K，孔径2-4毫米，出水孔数量N采用下述公式计算：

其中：d₂-管A上所钻出水孔直径

d₃-管A的公称直径

每根管A底部封堵，管A竖直埋设在土壤层中，先用钻孔机械钻成所需深度的孔，孔径100-250毫米，然后将一根加工好的回灌管A放入孔中，再用砂或原浆将孔回填，每个孔之间的距离5-20米，逐个孔下管完成后，进行与供水支管B水平连接，每5-20根管A为一个支路，管B选用与管A同材质的管材，管径DN40-DN75，水平连管埋地深度应在当地冬季最大冻土深度以下，每一支路管B都在机房内出地面后与供水分配器D连结，同时连结上每一支管流量计H，支管阀门C，支管压力表I；压缩空气清淤部件是本发明专利的关键部件之二，在机房内将压缩空气支管E与供水支管B连结，每一支管E上连结阀门F，压缩空气支管的一端与压缩空气分配器G连结，G上装有压力表J。

工作方式：

回灌水分配器将由抽水井抽出供机组使用后的水供给各支管B，压缩空气由空气压缩机供给储存在分配器G，回灌支管B回灌时水从该支路的各回灌管A的出水孔流入土壤内，在壤中缓慢流动到抽水井周围，被抽水井抽出进水源热泵机组使用后又回到回灌水分配器D内，形成循环利用，当使用一段时间后某一支路流量计数值逐渐减少到设定值时，就进行压缩空气清淤工作，这时将该回灌水支路阀门H关闭，然后打开压缩空气支路阀门F，压缩空气就对该支路的回灌管A的出水孔进行吹扫清淤，因为压缩空气的压力值(0.8-1.6MPa)比回灌水供水压力(0.2-0.4MPa)高数倍，能有力的将出水孔周围的垢物吹除掉，恢复出水孔及四周土壤的透水功能。如此吹除几分钟至几十分钟，又可以将该支管B恢复回灌工况。

参考文献：

【1】：中国地源热泵发展研究报告(2013)

可再生能源蓄能技术在低能耗建筑的应用课题组编

徐伟 主编

中国建筑工业出版社。