专利名称：一种工程报废降水井型水源热泵管井的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑工程报废降水井重新处理技术与水源热泵技术相结合，是一种利用报废工程降水井改造成水源热泵的一种水源管井，该发明既可以将建筑工程报废降水井重新利用又具备水源低温地热能循环换热能力的多功能水源热泵管井。
背景技术：
目前，公知的工程降水井主要是指为工程降水服务的管井，它们的使用时限是有限的，一般伴随着主体工程或开挖工程施工的结束而结束。报废的降水井必须及时封填，否则将串通污染地下水、造成安全隐患(关超，水井吃人何时了，劳动保护杂志，2000(6)35)、影响其它隐蔽工程正常施工等问题。地方政府也出台相关政策报废水井必需及时封填(哈尔滨市城市节约用水管理条例、太原市水资源管理办法等)。目前的工程降水井的设计主要是依据工程降水要求、场地的水文地质条件和相关规范(建筑与市政降水工程技术规范JGJ/T111-98)，主体或分项工程结束之后，采用砂砾、粘土、水泥等材料根据实际情况封填水井，具体方法主要有全井封填法、用架桥封填法、透孔封填法、静态爆破封填法、水泥灌封、粘土封填等方法(郭福盛等，废弃水井封填技术方法的探讨，探矿工程，1999(增)417)。
各口径工程降水井的构造一般是由砾料、井壁管、虑水管、沉砂管、水泵等构成，起降低局部地下水位的作用，工程结束后封填。但尚无利用地热梯度的功用，这忽视了降水井的水源换热作用。地下水温度与地面环境相比，不同的地理环境、地质条件和地下深度有不同的地下水水温。地下水温跟地温有关，一般大地在6.1m到45.7m深度间为恒温带，不受太阳辐射影响的地下水恒温带因不同纬度地区其深度而不同，水温温度范围一般为10-22℃。(谭显辉，丁力行，地下水源热泵中的地下水分析，制冷与空调，2003年第4期11-14)。可以分别在夏冬两季提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度，此为水源热泵的工作原理。目前，我国水源热泵技术现状是所有的地面系统基本相同，所有的地下系统基本不可见。水源管井是水源热泵空调系统取热或放热的源或汇，它的性能是水源热泵空调系统成败的关键(必须符合国家标准要求《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)7.3.4条规定和B50296-1999《供水管井技术规范》)(曹琦，井水源热泵的关键部分，工程建设与设计，2005年第12期15-20)。水源热泵技术中的井水源热泵系统常用管井结构形式。根据地下含水层地质构造的不同分为单管井、双管井和多管井结构。水源管井的施工方法主要是水井施工，其初始费用很高，一般约为1000元/m以上，一口40m井约为4万，一个中等规模的建筑其水源热泵需要几十口井带动，其管井的初始投资约为百万以上，这给该技术的发展造成一定困难。关于埋管式封闭换热器，需要高昂初始钻孔费用、众多管路、较低换热强度，因此，在地下水丰富的有条件的地区还是优先推广水源热泵技术的。
另外，国内公开的相关发明及实用新型迄今已达86项，其中大部分是有关热泵机组设备的如水源热泵井水流量节能自控装置，其申请号为(200420076841.2)。其它的专利主要考虑其热源的如海水源热泵机组，其申请号为(200410035421.4)；污水水源热泵用壳管式换热器，其申请号为(02203180.4)；多源热泵空调，其申请号为(03242649.6)；太阳能蓄热水源热泵装置，其中请号为(02222258.8)。而有关管井的发明主要集中在传统水文地质领域，因此结合水源热泵技术和工程报废降水井方面的发明尚未见到。
发明内容
所谓低温地热能(Low Temperature Earth-heat-energy)，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。为了克服现有的工程报废降水井处理仅考虑其封填而忽略其可利用成为水源热泵管井的功用，并改变封闭式地源热泵技术初始钻孔高成本、各类管状换热器施工复杂的现实，本发明可以提供一种工程报废降水井型水源热泵管井，该管井不仅能使工程报废降水井焕发青春，而且能方便地进行水源地热能的循环转换。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是本发明采用的工程降水井的按永久井设计、施工和验收，有关规定均按国家现行有关规范(中华人民共和国行业标准《建筑与市政降水工程技术规范JGJ/T111-98》和B50296-1999《供水管井技术规范》)执行。
目前流行的水源热泵管井主要有单管井、双管井、多管井。单管井主要指在一口管井内上部完成抽水任务，下部完成回灌任务，管井上下之间用隔板分开的井。双管井指在一口管井内抽水，在间隔15m-50m的另一口管井回灌的结构。多管井指在一口管井抽水、多口管井回灌的构成方案。之所以有不同种类，主要是因为含水层的渗透系数不同造成的。本发明提供的工程报废降水井型水源热泵管井，可以根据实际改造成水源热泵单管井、双管井、多管井水源热泵单管井又称之为同井回灌地下水源热泵，在北京一带现已大面积推广，是一种很有发展潜力的国内近几年提出的一种具有自主知识产权的新型地下水源热泵(倪龙，马最良，多层含水层中同井回灌下水源热泵特性分析，建筑热能通风空调，2005年6月，Vol.24(3)11-13)。在工程降水井设计施工时，首先按永久井设计，其次在滤管中部设置一定长度的封闭井管，一般长度在1-2m之间，添置砾料时也分层投放，在中部封闭井管处投入粘土等隔水材料，若出水量达到不了设计要求，则井加深1-2m。在工程降水井施工结束后，按设计要求正常降水作业，待主体工程或开挖工程施工的结束后，其使用时限到期，需要封填作业。本发明专利是指在并不进行封填作业，而是再次进行洗井作业，洗井要求满足有关规范(中华人民共和国行业标准《建筑与市政降水工程技术规范JGJ/T111-98》和B50296-1999《供水管井技术规范》)要求，从而解决原降水井运行过程中产生的堵塞、沉砂问题。按水源热泵单管井的设计要求，在中部封闭井管处再下一套管，使管井内又多含一套管，从换热器来的水进入套管外管，通过回水井网回灌到含水层中，与含水层换热；同时，含水层中的地下水经过抽水井网由潜水泵加压后由套管内管进入换热器，抽水井网与回灌井网之间有一隔断，避免回水直接进入抽水部分，产生较大的热贯通。下一步进行稳定抽水试验和回灌试验并测量水温，确定管井的出水量和回灌阻力性能以及实际水温；最后安装水泵并封闭井口作为水源热泵管井。
水源热泵双、多管井基本形式是一致的，主要由抽水井和同灌井组成，区别在于回灌井的数目不同，双管井指一口抽水井和一口回灌井，多管井指一口抽水井和几口同灌井。由于降水井也考虑抽水半径，出水量等井参数问题，根据设计其井间距也都在几十米之间，可以达到水源热泵双、多管井的井间距要求。在工程降水井设计施工时，按按永久井设计，在工程降水井施工结束后，按设计要求正常降水作业，待主体工程或开挖工程施工的结束后，其使用时限到期，需要封填作业。本发明专利是指在并不进行封填作业，而是再次进行洗井作业，洗井要求满足有关规范(中华人民共和国行业标准《建筑与市政降水工程技术规范JGJ/T111-98》和B50296-1999《供水管井技术规范》)要求，从而解决原降水井运行过程中产生的堵塞、沉砂问题。按水源热泵双、多管井的设计要求，确定抽水井和回灌井，产生较大的贯通流道。下一步进行稳定抽水试验和回灌试验并测量水温，确定管井的出水量和回灌阻力性能以及实际水温；最后安装水泵并封闭井口作为水源热泵管井。
水源热泵管井形成开放式低温水源地热能循环系统，安装地表交换管路和满足实际要求的不同功率的各型号地源热泵机组。通过地下水与回填材料、原井套管和地下水系统的恒温层进行循环热交换，并通过地源热泵机组达到能量转化的目的，起到中央空调的作用，若辅助以中央热水器等装置则可提供中央热水系统所需热量。
本发明的有益效果是，可以利用现有的建筑工程报废降水井，经过永久井设计调整和二次洗井等增加少量工作，变成可以方便地进行浅部水源地热能的循环转换的水源管井，这些工程报废降水井型水源热泵管井可以起到传统开放式水源热泵钻孔成井的同样功效，但节省了预钻孔的相关费用。
该发明中采用的工程报废降水井型水源热泵管井完全可以达到钻孔型水源热泵管井的所有指标。另外，该技术还可以灵活构成单管井、双管井、多管井等多种形式，以双、多管井为例，可以根据热负荷要求设置1口、2口或多口回灌井。工程报废降水井改造成功，并安装井盖，并不影响其它工程作业。其次由于在报废工程降水井中需要充填各类回填材料进行封填，此项发明可以节省报废降水井的封填材料费与人工费，同时也避免了报废工程降水井的封填。
该项技术首先是水源热泵管井的一种，具有水源热泵技术的先天优势。针对传统水源热泵管井技术钻孔成井等高成本造成水源热泵技术初始投资过大的问题，本管井技术可避免钻孔成井成本，仅此一项可节约大量成本。另外工程报废降水井型内可灵活灵活构成单管井、双管井、多管井等多种形式，进一步减少施工成本。可见这些技术措施将减低整个水源热泵的综合造价，而我国人工便宜，报废工程降水井数目巨大，若配合本技术的推广使用，每年将带来数以亿计的经济效益和环境效益，又可以为国家节约大量的石油煤炭等不可再生的战略资源。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的水源热泵原理图。
图2是工程报废降水井型水源热泵单管井的立体构造图。
图3是建筑基坑工程报废降水井作为水源热泵单管井的剖面图。
图4是图3的平面图。
图5是工程报废降水井型水源热泵双、多管井的抽水井构造图。
图6是工程报废降水井型水源热泵双、多管井的回灌井构造图。
图7是建筑基坑工程报废降水井型水源热泵双管井的剖面图。
图8是建筑基坑工程报废降水井型水源热泵双管井的平面图。
图9是建筑基坑工程报废降水井型水源热泵多管井的剖面图。
图10是建筑基坑工程报废降水井型水源热泵双管井的平面图。
图中1.工程报废降水井型水源热泵管井，2.含水层，3.地表交换管路，4.地源热泵机组，5.建筑物，6.地下水抽出，7.地下水回灌，8.井盖，9.水井套管外填砂砾石砾料，10.水井套管外填粘土隔水砾料，11.封闭井管，12.滤水管，13.沉砂管，14.隔断，15.潜水泵，16.顶板土层，17.底板土层，18.回灌压力泵，19.出水管，20.进水管
具体实施例方式在图1中，水源热泵是利用地表浅层地下水地热资源的低温位热能，冬季通过工程报废降水井型水源热泵管井(1)把浅部含水层(2)中地下水的热量提取出来，通过地表交换管路(3)和地源热泵机组(4)供给建筑物(5)采暖；夏季把建筑物(5)热量取出来，通过地表交换管路(3)、地源热泵机组(4)和工程报废降水井型水源热泵管井(1)释放到浅部含水层(2)中的地下水中。
在图2所示实施例中，工程报废降水井型水源热泵管井(1)是单管井，正常整个井的构造是由水井套管外填砾料(9和10)、水井套管(11)、滤水管(12)、沉砂管(13)组成。在滤水管(12)中部设置一定长度的封闭井管(11)，一般长度在1-2m之间，添置砾料(9和10)时也分层投放，在中部封闭井管处投入粘土等隔水材料(10)。在工程降水井施工结束后，按设计要求正常降水作业，待主体工程或开挖工程施工的结束后，再次进行洗井作业后，在中部封闭井管处再下一隔断(14)，使地下水回灌(7)进入隔断(14)上部，通过回水井网回灌到含水层(2)中，与含水层(2)换热；同时，含水层(2)中的地下水抽出(6)经过抽水井网由潜水泵(15)由隔断(14)下部进入换热器，抽水井网与回灌井网之间这一隔断(16)，避免回水直接进入抽水部分。最后安装潜水泵(15)并封闭井口(8)作为水源热泵单管井。通过地下水抽出(6)和地下水回灌(7)，使地下水与水井套管(11)、水井套管外填砾料(9和10)、含水层(2)进行热交换。图3展示的建筑基坑工程报废降水井作为水源热泵单管井的剖面图。图4展示的是是图3的平面图。
在图5和图6所示的另一个实施例中，工程报废降水井型水源热泵管井(1)是双、多管井中的抽水井和回灌井。正常整个井的构造是由水井套管外填砾料(9和10)、水井套管(11)、滤水管(12)、沉砂管(13)组成。在工程降水井施工结束后，按设计要求正常降水作业，待主体工程或开挖工程施工的结束后，再次进行洗井作业后，按水源热泵双、多管井的设计要求，确定抽水井(图5)和回灌井(图6)，安装潜水泵(14)或在地表环路中安装回灌压力泵(18)，并封闭井口(8)作为水源热泵管井。通过图5所示抽水井中地下水抽出(6)和图6所示回灌井中地下水回灌(7)，使地下水与水井套管(11)、水井套管外填砾料(9和10)、含水层(2)进行热交换，形成稳定地下换热通道。图7展示的建筑基坑工程报废降水井型水源热泵双管井的剖面图，图8展示的是是图7的平面图。展示了一口抽水井和一口回灌井组成换热环路。图9展示的建筑基坑工程报废降水井型水源热泵多管井的剖面图，图10展示的是是图9的平面图。展示了一口抽水井和多口(本例中是2口回灌井，可根据实际要求设置多口回灌井)同灌井组成换热环路。
权利要求
1.一种工程报废降水井型水源热泵管井，工程报废降水井设计按永久井设计，正常降水作业，使用时限到期不进行封填作业，重新洗井作业，并进行抽水试验、回灌试验和测量水温，最后下入潜水泵，形成水源热泵管井。根据设计可以工程报废降水井可以改造成水源热泵单管井、双管井、多管井。通过水源热泵管井将地下水抽出和回灌，使地下水与水井套管)、水井套管外填砾料、含水层进行热交换，形成开放式低温水源地热能循环系统。
2.根据权利要求1所述的工程报废降水井型水源热泵管井，其特征是本技术中工程报废降水按永久井设计、施工和验收，有关规定均按国家现行有关规范。
3.根据权利要求1所述的工程报废降水井型水源热泵管井，其特征是当工程降水井的运行时限到期，指主体工程或开挖工程施工的结束后，不进行封填作业，而是再次进行洗井作业、抽水试验、回灌试验和测量水温，最后下入潜水泵或地面管路安装同灌压力泵，其具体要求满足有关规范。
4.根据权利要求1所述的工程报废降水井型水源热泵管井，其特征是当作为水源热泵单管井时，在工程降水井设计施工时，在按永久井设计基础上，在滤管中部设置一定长度的封闭井管，一般长度在1-2m之间，添置砾料时也分层投放，在中部封闭井管处投入粘土等隔水材料，若出水量达到不了设计要求，则井加深1-2m。
5.根据权利要求1所述的工程报废降水井型水源热泵管井，其特征是当作为水源热泵单管井时，在权利4的基础上，当工程降水井的运行时限到期，指主体工程或开挖工程施工的结束后，不进行封填作业，而是再次进行洗井作业，其具体要求满足有关规范。
6.根据权利要求1所述的工程报废降水井型水源热泵管井，其特征是当作为水源热泵单管井时，在权利4和5的基础上，按水源热泵单管井的设计要求，在中部封闭井管处再下一套管，使管井内又多含一套管，从换热器来的水进入套管外管，通过回水井网回灌到含水层中，与含水层换热；同时，含水层中的地下水经过抽水井网由潜水泵加压后由套管内管进入换热器，抽水井网与回灌井网之间有一隔断，下一步进行稳定抽水试验和回灌试验并测量水温，确定管井的出水量和回灌阻力性能以及实际水温；最后安装水泵并封闭井口作为水源热泵管井。
7.根据权利要求1所述的工程报废降水井型水源热泵管井，其特征是当作为水源热泵双、多管井时，在权利3的基础上，按实际要求确定工程报废降水井型水源热泵抽水管井和工程报废降水井型水源热泵回灌管井。
8.根据权利要求1所述的工程报废降水井型水源热泵管井，其特征是当作为水源热泵双、多管井时，在权利7的基础上，可以根据热负荷要求设置1口、2口或多口回灌井。
9.根据权利要求1所述的工程报废降水井型水源热泵管井，其特征是需要封闭井口，在井口安装井盖。
全文摘要
一种工程报废降水井型水源热泵管井，它通过改造报废工程降水井，避免工程报废降水井封填的同时，可以进行地下水地热能转换，起到工程报废降水井重新利用和水源热泵管井的双重作用。工程报废降水井设计按永久井设计，正常降水作业，使用时限到期不进行封填作业，重新洗井作业，并进行抽水试验、回灌试验和测量水温，最后下入潜水泵，形成水源热泵管井。根据设计可以工程报废降水井可以改造成水源热泵单管井、双管井、多管井。通过水源热泵管井将地下水抽出和回灌，使地下水与水井套管、水井套管外填砾料、含水层进行热交换，形成开放式低温水源地热能循环系统。
文档编号E02D19/10GK1945164SQ20061001728
公开日2007年4月11日 申请日期2006年10月31日 优先权日2006年10月31日
发明者张延军 申请人:张延军, 庞宇丽