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1、水源热泵原理图对单井回灌纳入某建筑标准设计的质疑 摘 要 单井回灌一个致命的缺陷是“短路”，即回灌水未充分与土壤进行热量交换就又被抽了回去。这样，随着运行过程的进行抽出的井水温度夏天逐渐升高，冬天逐渐降低，导致投资高、运行效率低、运行费用高，而且在严寒时有无法运行的可能。对于这样一个有严重缺陷的系统纳入某建筑设计标准是不妥的。 关键词 单井回灌 双井回灌 短路 建筑标准 Doubt about Bringing Single-well Flooding Back into a Standard of Architecture Design Absteact A fatal shortcomin
2、g of single-well flooding back is”short circuit”.Which is the water flooding back will be taken back witout the heat-exchange adequately with soil.Thus,the temperature of water taken out from the well will rise gradually in summer and fall gradually in winter.This will lead to high level investment,
3、low running efficiency and high running cost.Morrover,there will be the tereat of not working in chilliness.It is not proper to bringing a system with serious shortcoming into a standard of architecture design. Keywords single-well flooding back double-well flooding back short circuit architecture s
4、tandard 0 引言 “中央液态冷热源环境系统设计施工图集”（简称“图集”）已经出版。并被批准为某建筑标准设计，并规定自 2003 年 5 月 1 日起执行。该“图集”中规定了系统与浅表土壤换能器，采用单井回灌技术。 1 单井回灌简介 “中央液态冷热源环境系统”实际就是地源热泵系统的一种。该系统通过井水作为载体，使系统与浅表土壤进行能量交换。冬天，提取井水中的热量，夏天，提取井水中的冷量，把室内冷热量通过井水从另一口井回灌至地下的一般称为双井回灌。而单井回灌，就是井水抽出经过热量交换后又回灌到原来同一口井中。该单井回灌的原理，为井中间设一隔板，下部潜泵抽水，上部回灌。 2 单井回灌的短路现
5、象 什么是“短路” “短路”就是回灌水没有充分与浅表土壤进行热量交换，温度尚未恢复到初始温度，就被抽回。 从理论上说，若井管隔板正好与隔水粘土层吻合，此隔水粘土层又连续足够大，就可以做到上回下抽不产生短路现象。但由于抽水量和回灌量的比例是由含水层地质构造所决定的，所以井管内分隔板的位置也不能随意确定，而隔水粘土层的位置更是千变万化，又由于粘土层厚度、连续性的不确定性，滤料与止水层的设计与施工无法做到准确一致。另外，有些地区没有隔水粘土层，为单一砂质卵石层，所以，短路现象非常普遍。 “短路”现象的严重后果 由于回灌水到抽水口路程太短，回灌水与浅表土壤没有充分进行能量交换，温度不能复原，致使产生严
6、重后果。冬天，井水出水温度会越来越低，甚至系统不能继续运转。夏天相反，井水出水温度会越来越高。经实际调查，某汽配城的单井回灌在酷热季节，其井水出水温度均在 37以上。 单井回灌普遍存在短路现象 双井回灌的回灌水由于有足够长的时间和路程与土壤进行热量交换，所以不管夏天多热、冬天多冷，连续运行时都能使井水温度基本稳定在初始温度。因此，所有双井回灌系统夏天冷却水的初始温度都在 15左右（北京地区） 。在该“图集”中，却把夏天制冷标准工况冷却水（即井水）进出口温度定为 32/37。这是因为短路现象普遍存在，井水温度实在降不下来的缘故。 3 耗能问题 单井回灌大幅降低热泵机组效率，增加了投资费用和运行费
7、用 由于夏天井水出口温度单井比双井高 15以上，由“图集”第 7 页图表中看出，冷凝器出口温度从 20提高到 35，热泵制冷效率将下降 9，在其他条件不变情况下，机组容量将增大，机组投资增加，机组运行电费将提高。 冬天的单井回灌系统 冬天出水温度降低，不仅会降低热泵效率，严重者还会因结冰而无法继续运转。 单井回灌并不比双井回灌少投资 单井回灌表面上，好像比双井回灌少打井。其实不然，在相同地质条件下，出水量决定与含水层厚度。粗略讲，一口井只能半口抽，半口回，所以，出水量必然要减少，总的打井数量并不能减少。 另外，由于井水出水温度夏天升高，冬天降低， “图集”中规定只能利用井水 5温差的热量。而双
8、井回灌，夏季可利用 10温差，冬天可利用 7-8温差，这样，单井回灌打井数量必须大于双井回灌的数量才能达到相同效果，从而增加了无效的投资。 增加了泵送水量的功率损耗 5温差井水和 10温差的相比，提取相同能量，将增加一倍水量，泵送功耗将增加到 8 倍，泵送电费也将增加到 8 倍。 4 单井回灌的物理本质缺陷 水井是地源热泵系统与浅表地层土壤的换能器。 井水是热泵系统与地层土壤交换能量的载体。从某种意义上讲，在抽水量相同条件下，抽水与回灌水的路径范围，决定了能提供能量的土壤范围，决定了热泵机组能输出能量的大小。 单井回灌，该“图集”中规定最小井距为 10m，就按此计算，其可提供能量的土壤为一直径
9、 10m 的圆柱体。而双井回灌，距离一般为 50m,回灌区直径为 100m，其可提供能量的土壤为一直径 100m 的圆柱体。两者相差甚多。 5 对双井回灌的几个问题探讨 有人指出双井回灌有三大问题，一是有移砂现象，会引起房倒屋塌；二是交叉污染；三是 90以上回灌一年后都堵塞。下面逐一加以分析。 移砂现象 有人称单井回灌井口有一换热器，不设除砂装置，抽上来的砂都回灌到原位，不会出现移砂现象。而双井回灌，没有换热器，有除砂器，砂子回不到原位，日积月累，就会把砂掏空，出现房倒屋塌。 笔者认为，井口装换热器，不装除砂器，并不是单井回灌的专利。果真移砂后果那么可怕，双井回灌的同行们也装换热器，不装除砂器
10、不就行了嘛。实际上，上海等城市确实出现过地面沉降、局部塌陷的现象，但其原因，不是由于抽出了砂，而是由于过量开采地下水。承压的地下水被抽走后，地下土层中的泥砂、粘土受到更强的压缩而变形，其中粘土变形占 70，砂层变形占 30。 合格的井，水中含砂量仅为二十万分之一（体积比） ，而且井水的含砂量是逐渐降低的，据成都西郊水源地 17 眼管井调查，竣工时含砂量为万分之一，投产一年后只有百万分之几。就算有二十万分之一的砂，过滤器一般为 60 目，直径约 0.3，滤除的仅是 0.3 以上的砂子。10000的建筑，需一眼 80m3/h 左右水量的水井。一年滤出的砂子也就是几千克到十几千克，怎么会引起房倒屋塌
11、呢？这种说法是没有根据的。 交叉污染 地下水是分层的，每层水都在流动。只要取水和回灌路径是封闭的，没有污染物进入，在同一层内就没有交叉污染问题。交叉污染一般应指层间交叉污染，尤其应指大部分已被污染的地表水和未被污染的深层水之间的交叉污染。对于目前地源热泵水源井，一般只允许开采浅层地表水。无论对于单井回灌还是双井回灌，应该说都是安全的。要说有问题，单井 40左右热水的回灌倒是一个值得注意的问题。 回灌堵塞问题 任何过滤器，都有一个易堵塞的问题。水井井管外围都有一个大过滤器，井水回灌时，不论是单井还是双井都可能会堵塞，关键是能否采取有效的措施，加以防止和克服。这些措施包括井的设计、井的施工、井的管
12、理。只要措施得当，回灌堵塞问题不难解决。举一个例子，水系统过滤器，一般用反冲来定期清洗，就能保证长期连续工作而不堵。双井回灌，定期抽灌轮换，实际上也是定期反冲清洗，是长期保持回灌不堵的一个重要方法。在这一点上，单井回灌就很难实现，就不如双井回灌有利。 6 结论 单井回灌普遍存在“短路”现象，把参与换能的地表土壤束缚在一个小圆柱体内，输出能量受到极大限制。所以只有提高输出水与周围土壤的温差，才能取得能量交换在低水平上的平衡，这就是单井回灌井水出口温度夏季升高、冬天下降的根本原因。由于这个缺陷存在，导致单井回灌投资高、运行效率低、运行费用高，而且在冬天严寒时有无法运行、系统瘫痪的威胁。 从技术上讲
13、，双井回灌比单井回灌优点更多，运行也更安全。 我公司已经改造了两个单井回灌了。国家安全局-单井回灌技术是不是需要有不同的地下水层才行呢？ 如果是的话，他的使用范围不是太狭隘了吗？ 还有，如果回水不是真正回灌到水井中，那么很可能 会造成水源的一种不合理的使用！ 大家可以来讨论一下！ 单井抽灌式中央液态冷热源环境系统的特点： 一、初始投资少 中央液态冷热源环境系统的初始投资少，主要有三个因素。 1、一机多用。一座建筑物要实现冬季采暖、夏季制冷和日常提供生活热水三项功能，如果采用传统方式，一般需要安装各自独立的供暖系统和制冷系统，有的还需再独立安装供热水系统。而如果采用中央液态冷热源环境系统，安装一
14、套就可以了。 2、投资项目少。安装中央液态冷热源环境系统，不必再建燃料储存场地和运输燃料的通道，不必配备 特殊的消防装置，不必对配电系统做大规模的增容。 3、设备成本低。中央液态冷热源环境系统主机由恒有源下属永源热泵公司组装生产，辅助设备及配件在全球范围内择优采购。由于定点生产、全球采购和大批量进货，不仅大大提高了设备的质量，也降低了成本。 综合上述因素，中央液态冷热源环境系统具备了优异的性能价格比，使用户用较少的初始投资，得到较多的实惠。 二、运行费用低 中央液态冷热源环境系统在采暖季主要依靠免费得到的土壤中的低位热能来供暖，用 1kw 的电能即可产 生 4kw 的热能。供暖运行费用相当或低
15、于政府规定的北京地区冬季采暖收费标准（1924 元/季.平方米） 。 夏季制冷时，由于地下土壤温度恒定，且比室外空气温度低，因此中央液态冷热源环境系统利用地下土壤作为冷源，制冷效率很高，大大节约了用户的开支。 三、保护水资源 恒有源自主研发的单井抽灌技术以地下水为介质，采集周围土壤中的热能。地下水在地下经过封闭的换热器换取热量后，即刻、就地、原位回灌。因此不消耗水，不污染水，也不会破坏地下水的正常分布，最大限度降低了对地下水资源的依赖程度，从根本上避免了多井抽灌造成的问题。单井抽灌与多井抽灌的本质区别在于，单井抽灌以地下水为介质，利用浅层土壤中的地能而不是地下水中的能量，因此能源更可靠。 20
16、01 年 9 月 9 日，由北京市水利局组织，市环保局、市科学技术委员会共同主持的专家鉴定会认为，“单井抽灌技术较好地解决了移砂、地面不均匀沉降和水量损失，较传统地下水源热泵技术有突出优点”。 2001 年 6 月2003 年 5 月，北京市水环境监测中心对单井抽灌水井的水质进行了监测，3 年监测结果表明：水体质量各项指标在出水和回灌水中除水温外均没用明显的变化，单井抽灌回灌水未对地下水质量造成影响；单井抽灌这种地能（热）提取方式是一种以水为介质的土壤换热装置而不是取水装置。 四、实现零污染 中央液态冷热源环境系统使用清洁能源电，运行过程无燃烧，无任何固态、液态、气态污染物排放 ，彻底解决了燃煤、燃气、燃油产生的污染问题，对改善大气质量的作用是直接而显著的 五、运行安全可靠 中央液态冷热源环境系统运行过程中无燃烧，不产生高温和高压的气体或液体，没有结垢问题，是现有供暖（冷）系统中最安全可靠的。 一般回灌井和抽水井距离要多远才合适，有这方面的设计原理资料可推荐吗？网络上有一篇文章是专门批判单井的，说运行费用极高，冬季水越
