水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)水井打井工藝
一、水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)
水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是當(dāng)今最佳的中央空調(diào)系統(tǒng)形式之一，它具有節(jié)能、環(huán)保、一機(jī)多用及運(yùn)行可靠等優(yōu)點。但在具體的項目工程中能否得到合理利用，主要取決于水源條件。
一般來說，水源條件取決于四個因素：水源水的獲取，水量，水溫及水質(zhì)。
（1）水源水的獲取
1）、對于地表水、湖水、海水、江河水、城市廢水、工業(yè)廢水等水源的利用，政府一般不進(jìn)行干預(yù)，有的水源水（如城市污水、工業(yè)廢水）政府還有鼓勵利用的優(yōu)惠政策。
2）、對于地下水，作為國家的資源之一，政府對開采與使用有各種限制政策和法規(guī)。要獲取地下水時，要通過有關(guān)政府主管部門的批準(zhǔn)方可。水資源管理部門各地設(shè)置不同，大體上有如下部門進(jìn)行管理：規(guī)劃局、市政局、地礦局、水務(wù)局、節(jié)水辦等。
（2）水源水量
水源水量是否滿足具體工程的要求，與建筑物冷（熱）負(fù)荷的大小、空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行方式、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案（例如是否采用蓄水池、是否采用輔助加熱或輔助冷卻方式）、水源水的溫度等因素有關(guān)。設(shè)計時應(yīng)通過全面的分析、精確的計算和合理的方案去解決。
（3）水源溫度
一般來講，水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)對水源水溫度要求的范圍是：制熱情況下，進(jìn)蒸發(fā)器的水溫為10～22℃；制冷情況下，進(jìn)冷凝器的水溫為18～40℃。
（4）水質(zhì)
對于水源中央空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)而言，進(jìn)入其冷凝器、蒸發(fā)器的水質(zhì)有較高要求，如果水源水質(zhì)達(dá)不到要求時，可采取各種處理手段來滿足水源中央空調(diào)主機(jī)對水質(zhì)的要求。因此，一般來講，水源水質(zhì)不是影響水源中央空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用的主要因素。
二、水井工藝
在地下水取水構(gòu)筑物中最常見的型式是管井，一般由出水井孔、井壁管、濾水管、沉砂管組成。井孔用鉆機(jī)鉆成，井壁管安裝在非含水層處，用以支撐井孔孔壁，防止坍塌，井管與孔口周圍用粘土或水泥等不透水材料封閉，防止地面污水滲入；濾水管安裝在含水層處，除有井壁管作用外其主要作用是濾水擋砂；井管最底部為沉砂管，用以沉積水泥沙，延長管井使用壽命。
1）、井口裝置
管井竣工后要安裝井口裝置，裝置一般固定在澆注的混凝土基礎(chǔ)上。井口裝置可以自行焊制，也可向有關(guān)水泵廠家購買。
2）、井泵
管井所用水泵有兩種類型：深井泵和潛水泵。深井泵的電動機(jī)在地面，井內(nèi)有一個長傳動軸，因而對井筒垂直度要求高，轉(zhuǎn)速大多在1440r／min；潛水泵底部安裝有絕緣防水電動機(jī)，浸沒于井水之中。潛水泵對井筒垂直度要求低。其轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)速大多在2850r／min。在同樣安裝條件下，潛水泵揚(yáng)程比深井泵高得多。同一揚(yáng)程下，潛水泵體積比深井泵小。潛水泵價格高，但深井泵安裝和維修工作量大。目前，大多數(shù)管井采用潛水泵。潛水泵下放深度應(yīng)在動水位之下5米處，安裝要平穩(wěn)，泵體應(yīng)居中。一般依據(jù)井管內(nèi)徑、流量和揚(yáng)程要求，按照生產(chǎn)廠家提供的樣本選配適合的水泵，再根據(jù)所需電功率選擇電機(jī)、配套電纜。水泵揚(yáng)程應(yīng)包括井內(nèi)動水位到機(jī)房地面高度、管道阻力、水泵管道阻力和設(shè)備揚(yáng)程。
3）、泵房
為保護(hù)管井，一般在管井井處建筑泵房。泵房可建成地面泵房，也可建成地下泵房。后者不占用地面空間，便于地面綠化美化。
（2）供水水源的可行性研究
既擬采用水源中央空調(diào)系統(tǒng)時，應(yīng)先調(diào)查了解工程場地的供水水源條件，或向當(dāng)?shù)厮Y源管理部門咨詢，或請專業(yè)隊伍進(jìn)行必要的水文地質(zhì)調(diào)查或水文地球物理勘察，了解是否有可利用的水源，通過可行性研究，確定利用地表水或地下水的供水水源方案。
（3）管井工程的設(shè)計
擬選擇地下水源管井取水方案時，對于規(guī)模較大的工程所涉及的抽水井和回灌井井位、井距、井?dāng)?shù)、井徑、井深和井身結(jié)構(gòu)等要素，應(yīng)根據(jù)所需水量和地下水回灌需要，結(jié)合場地環(huán)境和水文地質(zhì)條件，因地制宜地設(shè)計確定。井位布置要合理，井距控制在制冷（或采暖）期間不產(chǎn)生地下水井間干擾。井深要大于變溫帶深度，以保證冬季水源水溫度＞8℃。為防止回灌井堵塞，確保水源系統(tǒng)長期穩(wěn)定供水，抽水井和回灌井要互相切換使用，因而要求各個井的井深和井身結(jié)構(gòu)相近。井中濾水管和濾網(wǎng)應(yīng)有一定強(qiáng)度，能承受往復(fù)水流的變換壓力。
（4）管井施工質(zhì)量
必須十分重視管井施工質(zhì)量問題，應(yīng)找專業(yè)隊伍施工，做好每一工藝環(huán)節(jié)，建成優(yōu)質(zhì)井，才能獲得較大出水量和優(yōu)質(zhì)水。一口優(yōu)質(zhì)井可以使用二十多年。成井質(zhì)量不好，不僅影響井的壽命，還影響到該井的取水和回灌效果，最終影響到水源中央空調(diào)系統(tǒng)能否正常工作和制熱（制冷）效率。甲方應(yīng)參與最后階段的抽水試驗工作，認(rèn)定可信和準(zhǔn)確的結(jié)果數(shù)據(jù)。管井竣工后，應(yīng)由甲方、施工單位和行政主管部門或監(jiān)理會同到現(xiàn)場，按合同規(guī)定的水量、水溫和水質(zhì)要求進(jìn)行工程質(zhì)量驗收。
三、水質(zhì)處理與節(jié)水節(jié)電技術(shù)
（１）水處理技術(shù)
如果水源的水質(zhì)不適宜水源中央空調(diào)機(jī)組使用時，可以采取相應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行水質(zhì)處理，使其符合機(jī)組要求。在水源系統(tǒng)中經(jīng)常采用的水處理技術(shù)有以下幾種：
１）、除砂器與沉淀池
當(dāng)水源水中含砂量較高時，可在水系統(tǒng)中加裝旋流除砂器，降低水中含砂量，避免機(jī)組和管網(wǎng)遭受磨損。國產(chǎn)旋流除砂器占地面積較小，有不同規(guī)格，可按標(biāo)準(zhǔn)處理流量選配型號和臺數(shù)。如果工程場地面積較大，也可修建沉淀池除砂。
２）、冷水處理器
有些水源，特別是地表水渾濁度較大，用于回灌時容易造成管井濾水管和含水層堵塞，影響供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用壽命。對渾濁度大的水源，可以安裝凈水器進(jìn)行過濾。
３）、電子水處理儀
在水源中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，冷凝器中的循環(huán)水溫度較高，特別是在冬季制熱工況下。水溫常常在50℃以上，水中的鈣、鎂離子容易析出結(jié)垢，影響換熱效果。通常在冷凝器循環(huán)水管路中安裝電子水處理儀，防止管路結(jié)垢。同時，還可利用電子水處理儀處理藻類或細(xì)菌。
４）、板式換熱器
有些水源水礦化度較高，對金屬的腐蝕性較強(qiáng)，如直接進(jìn)入機(jī)組會因腐蝕作用減少機(jī)組使用壽命。如果通過水處理的辦法減少礦化度，費用很大。通常采用加裝板式換熱器中間換熱的方式，把水源水與機(jī)組隔離開，使機(jī)組徹底避免了水源水可能產(chǎn)生的腐蝕作用。當(dāng)水源水的礦化度小于350mg／L、含砂最小于1／百萬時，水源系統(tǒng)可以不加換熱器，采用直供連接。當(dāng)水源水礦化度為 350－500l mg／L時，可以安裝不銹鋼板式換熱器。當(dāng)水源水礦化度＞500 mg／L時，應(yīng)安裝抗腐蝕性強(qiáng)的鈦合金板式換熱器。如水源水溫度不宜直接進(jìn)機(jī)組時，也可應(yīng)用換熱器將水溫調(diào)節(jié)為適用于進(jìn)機(jī)組的溫度。如果機(jī)房面積大，也可安裝容積式換熱器，費用比換熱器少。
５）、除鐵設(shè)備
水源中央空調(diào)系統(tǒng)也可以用來供應(yīng)生活熱水。但有時水源水中含鐵較多，雖然對制熱沒有影響，洗浴時對人體健康也不會造成損害，但溶于水中的鐵容易生成氫氧化鐵沉積在衛(wèi)生潔具上，形成有損視覺感官的黃褐色污漬。因此，當(dāng)水中含鐵量>0.33mg／L時，應(yīng)在水系統(tǒng)中安裝除鐵處理設(shè)備。
（２）節(jié)水節(jié)電技術(shù)
水資源費和井泵運(yùn)行費往往是水源中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費的最大開支，節(jié)約電費與合理開采地下水以保護(hù)水資源，是水源系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容之一。應(yīng)用混水器和變頻器是常用的節(jié)水節(jié)電措施。
１）、混水器
為了節(jié)約水源水用量，可在系統(tǒng)中安裝混水設(shè)備，一般采用容積式混水器，也可采用射流式混水器，前者體積大費用低，后者體積小費用高。
２）、變頻調(diào)控器
為了節(jié)約水源用水量和用電量，可以安裝變頻調(diào)控器控制水源水泵，以取得減少耗水量和耗電量的效果。一般首先按井泵電機(jī)容量確定變頻器大小由變頻器、壓力或溫度傳感器和P.I.D控制器等部件組成恒壓閉環(huán)境控制方式，在預(yù)先設(shè)定供水壓力工況下運(yùn)行?？梢园凑瞻滋旎蛞雇砥骄鶜鉁刈兓侄胃淖冾l率，調(diào)節(jié)水泵抽水量，也可用溫度參數(shù)控制變頻器，改變水泵轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)泵量。
四、井水回灌
（１）人工回灌及其目的
為保證水源中央空調(diào)系統(tǒng)長期安全運(yùn)行，需要穩(wěn)定的地下水源供給。為此，通常借助某種工程措施，將地面水注入地下含水層中去，即所謂地下水人工補(bǔ)給（回灌）。這樣做可以補(bǔ)充地下水源，調(diào)節(jié)水位，維持儲量平衡：可以回灌儲能，提供冷熱源，如冬灌夏用，夏灌冬用；可以保持含水層水頭壓力，防止地面沉降。所以，為了保護(hù)地下水資源，確保水源中央空調(diào)系統(tǒng)長期可靠地運(yùn)行，水源中央空調(diào)系統(tǒng)工程中，一般應(yīng)采取回灌措施。
（２）回灌水的水質(zhì)
目前，尚無回灌水水質(zhì)的國家標(biāo)準(zhǔn)，各地區(qū)和各部門制定的標(biāo)準(zhǔn)不盡相同。應(yīng)注意的原則是：回灌水水質(zhì)要好于或等于原地下水水質(zhì)，回灌后不會引起區(qū)域性地下水水質(zhì)污染。實際，水源水經(jīng)過機(jī)組后，只是交換了熱量，水質(zhì)幾乎沒有發(fā)生變化，回灌不會引起地下水污染。
（３）回灌類型
根據(jù)工程場地的實際情況，可采用地面滲入補(bǔ)給、誘導(dǎo)補(bǔ)給和注入補(bǔ)給。注入式回灌一般利用管井進(jìn)行，常采用無壓（自流）、負(fù)壓（真空）和加壓（正壓）回灌等方法。無壓自流回灌適于含水層滲透性好，井中有回灌水位和靜止水位差。真空負(fù)壓回灌適于地下水位埋藏深（動水位埋深在10米以下），含水層滲透性好．加壓回灌適用于地下水位高，透水性差的地層。對于抽灌兩用井，為防止井間互相干擾，應(yīng)控制合理井距。
（４）回灌量
回灌量的大小與水文地質(zhì)條件、管井質(zhì)量、回灌方法等有關(guān)，其中水文地質(zhì)條件是影響回灌量的主要因素。一般說，出水量大的井回灌量也大。在基巖裂隙含水層和巖溶含水層中回灌，在一個回灌年度內(nèi)，回灌水位和單位回灌量變化都不大；在礫卵石含水層中，單位回灌量約為單位出水量的80％以上。在粗砂含水層中，單位回灌量約為單位出水量的50～70％。中細(xì)砂含水層中，單位回灌量約為單位出水量的30～50％。抽灌水量之比是確定抽灌井?dāng)?shù)的主要依據(jù)。
（５）回?fù)P
預(yù)防和處理井管堵塞主要采用回?fù)P的方法，即在回灌井中開泵抽排水中的堵塞物。為清除堵塞含水層和井管的雜質(zhì)，在進(jìn)行回灌后必須經(jīng)常進(jìn)行回?fù)P。每口回灌井回?fù)P次數(shù)和回?fù)P持續(xù)時間主要由含水層顆粒大小和滲透性而定。在巖溶裂隙含水層進(jìn)行管井回灌，長期不回?fù)P，回灌能力仍能維持現(xiàn)狀。在松散粗大顆粒含水層進(jìn)行管井回灌，回?fù)P時間約一周l～2次；在中、細(xì)顆粒含水層里進(jìn)行管井回灌，回?fù)P間隔時間應(yīng)進(jìn)一步縮短。對細(xì)顆粒含水層來說，這一點尤為重要。通過實驗證實：在幾次回灌之間進(jìn)行回?fù)P與連續(xù)回灌不進(jìn)行回?fù)P相比，前者能恢復(fù)回灌水位，保證回灌井正常工作。在回灌過程中，掌握適當(dāng)回?fù)P次數(shù)和時間，才能獲得好的回灌效果，如果怕回?fù)P多占時間，少回?fù)P甚至不回?fù)P，結(jié)果管井和含水層受堵，反而得不償失?；?fù)P持續(xù)時間以渾水出完，見到清水為止。