水源热泵打井

才发现 原来网上那么多人研究水源热泵循环井 正好这两天没什么事 给大家讲讲水井 的事 从事打井的都知道 打井这活地域性极强 打井施工跟土建和设备安装施工有很大 不同 没有什么太可行的通用标准 再就是验收标准 也就是出水量标准 一个地方一个 样 甚至一个地方也不一样 另外打井这活还是个隐蔽工程 打井的人也要保护自己的利 益 这更让初次接触水井的空调设计人员挠头 先写这么多 算是个开头 再写的话 难免会有失误和遗漏的地方 欢迎大家指正补充 我主要在松散层施工 深度不超过 200 米 这也是绝大多数水源热泵的取水范围 更具代 表性 一涉及回水情况复杂多了 从哪开始讲起呢 还是从最基本的开始吧 文 字力求简单通俗 一 地下水在哪 地球表面有一层石头包裹着 这就是基岩 基岩里有裂缝 水就在裂缝里 包括大山 比山低的地方被粘土 砂 卵石覆盖着 这是松散层 粘土粒径小 颗粒之间没有什么空隙 存不下水 砂和卵石的粒径大 颗粒间的空隙也大 水就存在这里了 厚度从 0 米到 1000 米或许有更厚的地方 我没细研究过 城市一般建在冲击平原上的比较多 也是水源热泵重点推广的对象 冲击 平原地区取地下水往往就是取松散层里的地下水 二 水井的技术指标 1 开孔直径 2 终孔直径 3 深度 4 止水深度 5 管材 6 井管直径 7 滤 水管结构 安装长度及位置 8 滤料材质 粒径 形状 9 出水量 10 静水位 11 动水位 12 动静水位差 13 岩性 14 埋深 15 厚度 影响回灌量的因素 1 项目所在地的水文地质状况 含水层的粒径越大 厚度越厚越好 有卵石的更好 如果是细砂或者粉砂 为主 那对不起 麻烦大了 2 成井的水平 我们假设两个钻井队在同一个点钻井 一样的结构一样的深度 一个出水 100 吨 小时 另一个出水 50 吨 小时 哪个能回灌的更多呢 这也是最容易被 忽略的地方 出 50 吨的和出 100 吨 同样是砂清水静 事实上出水量小的施工 队钻的井 不但当时回灌量小 以后衰减的也越快 甚至造成到后来当出水井 都不合格 3 使用和维护 现在都知道了 回灌量是随使用时间减小的 正确使用和维护能有效减缓回 灌量的衰减 为什么回灌量会下降 原因很简单 就是水里德悬浮颗粒把回灌井滤水管上的滤水通道给堵塞了 再加上微生物 附着 生锈 出水量越小的井越容易被堵 我见过的井 有用一到二个采暖季后 想当出水井 结果一 开泵就抽空的 水井的分类 按深度分类 大口井 浅井 深井 超深井 目前的记录大概是 12000 米深 按用途分类 农业井 灌溉 部分做饮用水 非农业井 城市饮用水 生产用 水 水源热泵循环井 按井壁管管材分类 塑料管 水泥管 钢筋水泥管 铸铁管 球墨铸铁管 螺 旋管 按滤水管 过滤器 圆孔或条形孔 分类 缠棕 竹帘 缠丝 桥式 笼中笼 无砂肱管 补充一下 目前水源热泵的水井结构 工艺的选择非常混乱 从灌溉标准的农 业井到昂贵的非农业井都被用到了水源热泵上 效果如何可想而知 常见的几种用于水源热泵的水井结构 1 钢筋水泥管 包竹帘滤水管 尼龙布 费用低 过滤器强度低 多用于不考虑回灌或回灌多少无所谓的项目 2 钢筋水泥管 缠丝滤水管 尼龙布 费用适中 过滤器强度有保证 多用于既想节省投资 又希望能尽量回灌回 去的项目 3 螺旋钢管 包竹帘滤水管 铁网 不太协调的的方式 都用了钢管了 还用竹帘做过滤器 这是单纯出水井的 工艺 4 螺旋钢管 桥式滤水管 尼龙布 管井的强度有了 具备了深度洗井的条件 井壁管和滤水管搭配均衡 5 球墨铸铁管 桥式滤水管 尼龙布 基本同第 4 两者区别不大 6 球磨铸铁管 缠丝滤水管 尼龙布 很成熟的非农业井工艺 采用量最大的非农业井设计 7 铸铁管 很成熟的东西 因为价格太高 已被球墨铸铁管挤出市场 简单的说 可以这样理解 如果为省钱选钢筋水泥管 2 比 1 效果好的多 钱多的话选金属管 效果的差异不在井壁管 而在滤水管 是传统缠丝管好 还是新兴的桥式滤水管好 还有争论 以后我会用我的经验对他们做详细的对 比 对了 还有塑料管 没听说用的很多 估计还是成本的原因 这里只简单说说我们以前干 过的一个塑料管井 做个参考吧 1997 年 某大型塑料管厂家 PVC 欲开发产品新用途 委托水文所设计 PVC 管材管井 井管 我们设计管井结构 施工 井深 185 米 止水 85 米 开孔 700 毫米 终孔 650 毫米 岩性及厚度 细砂 粉砂 总厚度 22 米 井管直径 200 毫米 滤水管安装长度 27 5 米 抽水试验结果 静水位 动水位 水位降深值 出水量 单位出水量 抽水稳定时间 27 8 米 32 14 米 4 34 米 50 吨 小时 11 52 吨 小时 米 24 小时 怎么样 效果相当的好吧 而且塑料管天生的防腐 现在说说水井的质量控制 不管你是直接的业主还是大包方 水井的好坏严重影响今后的使用效果 那么你们就别 大撒手了 直接参与到水井的施工质量控制里来 1 论证 水文部门提供给你的水文论证报告要仔细的研究 这类报告对水文地质状况的描述通常 很准确 如果有不准确的地方 你要学会正确去理解 2 设计 除非你非常有经验 又很了解打井这行 那么设计的时侯冗余度不要太低 规格不要太 低 不要轻易给投资方打包票 做好水回不去的准备和水井经常出问题的准备 3 打井队的选择 最难 除非你有机会见识过水平更高的打井队 否则你很难知道你找的这个打井队干的 怎么样 足不出县的打井队占大多数 4 施工质量监督 不管有没有节水办或水资办派来的监理人员 大包方或投资方都应自己监督几个最基本 的要素 例如垂直度 泥浆比例 砂样 井管质量 滤水管规格 排管 滤料规格 是否 干净 还有开孔直径和深度 好了 做到以上这些 即使碰上回水还是不理想的情况 那至少这个井是结实的 寿命 是有保证的 至于想回水更多 时间更长 那是技术的事 以后会说到 外行人看了这些 规范 后通常感觉是 哦 原来打井是这样 那么内行人看了会怎么 想呢 就说我自己的看法吧 规范很严密 但对实际技术工作也没什么太大的意义 为什么这么说 因为它对于一个 井到底该出多少水才是合格的 并没有详细规定 为什么不规定呢 因为根据地质情况 井管的不同 滤水管的结构 泥浆比例 排管 填砾 洗井方法的不同 很难统一标准 这就是这行业的特点 事实上 成井过程中任何一个步骤的变化都会引起出水量的变化 那么规范里有什么很明确的指导意义吗 有 里面几点很重要 1 不同的地质情况 一定要选最适合的滤水管结构才能达到更高的出水量 2 破壁和滤水管结构及洗井最重要 水道疏通的越好 出水量越大 3 出水量越大 越节能 4 不要玩命抽水 水流速度加快很容易把砂子带进来 想起一点经验 本地自来水公司有很多自备井 很多水井的寿命都很长了 出砂现象增多 市民意见大 最后想到一个办法 原来出 80 吨 小时 改为 60 吨 小时 原来 水位下降 10 米 现在不让它下降那么多 这是非常有效的办法 砂子少了 水 井的寿命延长 当然 对于出砂比较厉害的井 还是尽可能的修 我们曾经修 过很多这样的井 修完的井出水量甚至比新井还高出许多 也不出砂 不过现 在很少了 自备井关停的差不多了 多说一句 对于水源热泵井 出砂厉害的井通常就该报废了 如果只用简单 的膨胀橡胶加套管的办法 即使位置准确 通常也会严重影响出水量 更别提 回灌了 因此 水源热泵项目中的水井 从施工质量 可靠性 到使用维护 都非常重要 钢筋水泥管和球墨铸铁管 钢筋水泥管推广很多年了 便宜 防腐比球墨铸铁还好 滤水管缠丝的话效果 不见得比铁管差多少 很受欢迎 如果连缠丝都换成竹帘的话 那更是省了不 少钱 当然了 我本人是坚决反对水源热泵循环井缠竹帘 结构强度太低 当 浇地的井还差不多 不说这些 说说用钢筋水泥管应注意的风险 就是怕撞 潜水泵安装和启动的时候 最好别撞井壁 撞个大窟窿 就不用修了 同样的 还有无砂管 别撞它 为了避免碰撞 那么井孔一定要垂直 井管安装一定要直 潜水泵泵管要直 最后 在水泵泵头上装个保护装置吧 没俩钱 球墨铸铁管呢 防腐 内径大 抗拉抗撞 孔隙率高 成品率高 质量可靠 比铸铁管便宜很多 我最喜欢的管材 就是比钢筋水泥管贵的多 不管什么管子 产品质量一定不能忽视 下管的时候管子突然断了 谁都不好 受 为了更好的说明问题 先讲个实例 某小区水源热泵接地板采暖 井深 110 米 开孔 700 毫米 井壁管直径 400 毫米球墨铸铁管 滤水管为桥式滤水管 50 100 米全通安装 静水位 46 米 全部统一安装 80 80 潜水泵 流量 扬程 含水层以中粗砂为主 含砾石 建成后其中 5 眼井出水 80 吨 小时 水位降深 5 6 米 大家看清楚了吧 这些井的建设标准其实很高了 但作为水源热泵井使用 就有问题 问题在哪呢 问题在于地下含水量大 而井的出水量低 那么它应 该达到多少才呢 假设我们仍然安装 80 80 的潜水泵 水位应该只下降 1 3 米 水位下降的少 意味着管井可补充的水量大 补充的更快 也意味着水道更加 畅通 同理 在回灌的时候 回水阻力小 更容易回灌 再看这 5 个井的使用效果 第一年 小区入住率非常小少 基本上没怎么 使用 第二年 入住率 70 这 5 眼井冬季全部投入使用 时间不长 回不去 了 采暖季一结束 物业开始抽水检查 发现这 5 眼井 的出水量降到 30 40 吨 小时 而水位降深达到近 20 米 正好是水泵泵头的位置 别说回水了 连 做出水井都力不从心 之后 我们去处理 把这 5 个井的出水量回复到 80 吨 小时 好了 实例讲完 可以分析了 一 特点 1 这个项目所在地的水文地质情况本来非常适合水源热泵 含水层粒径大 流速高 静水位在 46 米 回水压差大 2 建井标准高 3 回水 出水衰减速度快 4 可恢复 二 问题分析 1 洗井不彻底 一个本来很好的地层 建井标准也高 为什么回出为题呢 我们先从它的最初抽水试验 数据看 80 吨 小时 水位下降 5 6 米 可以肯定的是 打井队的洗井不彻底 水道没有尽 可能的疏通 所以 水井出水量小 回水量也小 运行中也更容易被堵塞 2 可能的其他因素 a 排水不足 水还没有彻底干净就并网运行 b 回灌方式问题 c 滤水管选择的问题 先插一个问题 以便大家更好理解 假设同一地层 完全相同的深度 结构 工艺的两个井 只是洗井不同 那么 大家是不是觉得洗井效果好 出水量大的井出水就干净 而洗井效果差 出水 量小的井出水就不干净呢 其实不是这样的 只要是水井没质量问题 不管你 是洗的彻底 还是不彻底 水都会被排干净 可以放心的使用 尤其为了节省 成本 以及本来地下水就很丰富 随便打个井就能出很多水的地方 这个问题 最容易被忽视 这点才是各位应该首先明确的认识 一个本来好好的井 吃水 生产都没问题 怎么到了水源热泵就这么罗嗦了呢 因为回水是被动的 必须把滤水层尽可能 的洗开 才能减少阻力 根据抽回水井尽量能够互换使用的原则 那么每个井 都应该在施工过程中尽量洗彻底 还说上面这个事例 这个项目采用了加压回灌 如何加压呢 很简单 井口密封而已 加个大盖子 装一圈大 螺丝 这样的加压方式力量还是非常大的 大到什么程度呢 大到回水可以把井室的水泥 地面沿井管外壁顶穿 造成密封加压失效 由于回水从滤水管外渗出 将止水材料顶穿后 一直达到地面 那么可以肯定的说 止水失败 深层地下水与上层污染水串通 如果上层 水的水质较差 尤其是污染严重的浅层地下水 其后果不但加剧水污染 也会加快管路 设备 管井滤水结构的腐蚀 再有 在回水顶穿到地面的过程中 形成了空洞 这个空洞 以前的填充物再回流到井里 或被灌到其他井里 加速滤水通道的堵塞 更先进的密封加压装置我还没见过 其效果如何不敢下评论 但从我打井的角度看 不管 怎么密封加压 水井本身的好坏才是根本 如果滤水通道不断被堵塞 密封加压装置再完 善 再结实 回水量也会不断减少 逼迫你寻找更有效的解决办法 如果谁知道更好的加 压方式 我们可以交流 还是上面那个实例 今天说它的滤水管 这个项目全部采用桥式滤水管作为过滤器 桥式孔的过水断面类似月牙 问题 可能就出在这个月牙结构上 回灌的时候水头改变方向 造成能量损失 相邻 水孔出来的水互相碰撞 同样造成水头损失 再有 这个月牙形的两头尖尖 那么生锈 微生物 悬浮颗粒很容易在这里聚 集 造成滤水孔堵塞 对于管壁厚度不足 焊接质量差的管子 还应特别小心 洗井的时候管子被压 蹩 水井立马报废 概况 住宅小区中央空调 主机循环水量 120 吨 小时 井深 150 米 止水深度 50 米 管材 钢筋水泥井管 内径 280 毫米 缠丝过滤器 共 40 米 沉淀管 8 米 岩性及厚度 粘土 砂 其中利用砂层厚度 42 米 以中砂为主 一部分粗砂 细砂 抽水试验结果 1 2 静水位 21 米 21 米 水量 130 吨 小时 130 吨 小时 动水位 22 米 24 米 降深值 1 米 3 米 回灌试验结果 第一次 24 米 26 米 第二次 22 米 稳定时间 24 小时 24 小时 水温 15 16 度 使用效果 已经使用 5 年了 甲方除换季的时候互换使用外 没有对水井做过任何处 理或维护 井都在两栋住宅楼之间 两栋楼的间距是 37 5 米 离建筑物最近的 距离应该不超过 8 米 含沙量没有测 甲方也觉得没必要去测了 肉眼根本看 不见如何沉淀颗粒 上面的数据排列乱了 懒得找图表了 说明一下 2 第一次回灌时水位上升 5 米稳定 经继续处理第二次回灌时水位上升 1 米 当时没有再测量 2 的出水动 水位 估计应该小于或等于 22 米 分析 1 此项目所在地的地下水比较丰富 2 成井基本达到最大出水 回灌效果 3 止水可靠 有效 达到保护地下水资源的目的 4 含沙量达标 水井可靠 特别说一下 上面几个例子里 都提到了止水深度 可能有朋友不太了解这个 我啰嗦一下 工业废水 养殖 生活废水会污染靠近地面的地下水 逐渐向下渗透 因此 在打井的时候应该把已知或按当地主管部门规定的止水深度 将浅层地下出水 层用红土球或其他止水材料封闭 阻隔上层地下水与深层地下水串通 在回灌困难面前 很多打井队片面依靠增加取水 回灌 砂层提升效果 在上 层安装过滤器 导致很多项目不顾加剧污染的后果 不止水或少止水 对这个 问题大家应该高度重视 短期内可能有些效果 但长期看 会加剧过滤器的堵 塞 对于有咸水 苦水需要分段取水的地区 要慎重再慎重 能不上水源热泵 最好别上 一个效果不太好的例子 概况 办公楼 中央空调 井深 130 米 止水深度 60 米 管材 球墨铸铁管 内径 297 毫米 缠丝过滤器 共 42 米 沉淀灌 6 米 岩性及厚度 粘土 砂 其中利用砂层厚度 18 米 均为细砂 抽水试验结果 静水位 动水位 降深值 出水量 12 2 米 23 9 米 11 7 米 98 吨 小时 回灌试验结果 静水位 动水位 上升值 回灌水量 稳定时间 12 2 米 3 6 米 8 6 米 65 吨 小时 24 小时 好了 继续分析 这个项目的所在地的水文地质条件跟上面那个例子比就差得多了 所以 即 使采用同样的工艺效果也差了很多 而且 这个例子里的回水水位在 3 6 米 考虑到还要做地下井室 那么 65 吨 小时的回灌量可以认为就是它的最大回灌量 在投入使用前 我会告诉用户 你不能用到 65 吨 而且 要尽可能的把水多排之后再回灌 再说试验里的稳定时间 我还没见过回灌的验收国家标准 因此大部分项目会借用单纯出水井的验收标准来套回灌 量的验收 尽管很大部分空调井的回灌能力不断衰减 但作为验收环节来说 24 小时的稳 定试验还是目前最靠谱的验收方法 另外 类似第二个例子的情况很可能用一到二年就需 要洗井 在初期 这很重要 对比这两个例子