專利名稱：一種工程報廢降水井型水源熱泵管井的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑工程報廢降水井重新處理技術(shù)與水源熱泵技術(shù)相結(jié)合，是一種利用報廢工程降水井改造成水源熱泵的一種水源管井，該發(fā)明既可以將建筑工程報廢降水井重新利用又具備水源低溫地?zé)崮苎h(huán)換熱能力的多功能水源熱泵管井。
背景技術(shù)：
目前，公知的工程降水井主要是指為工程降水服務(wù)的管井，它們的使用時限是有限的，一般伴隨著主體工程或開挖工程施工的結(jié)束而結(jié)束。報廢的降水井必須及時封填，否則將串通污染地下水、造成安全隱患(關(guān)超，水井吃人何時了，勞動保護(hù)雜志，2000(6)35)、影響其它隱蔽工程正常施工等問題。地方政府也出臺相關(guān)政策報廢水井必需及時封填(哈爾濱市城市節(jié)約用水管理條例、太原市水資源管理辦法等)。目前的工程降水井的設(shè)計主要是依據(jù)工程降水要求、場地的水文地質(zhì)條件和相關(guān)規(guī)范(建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范JGJ/T111-98)，主體或分項工程結(jié)束之后，采用砂礫、粘土、水泥等材料根據(jù)實(shí)際情況封填水井，具體方法主要有全井封填法、用架橋封填法、透孔封填法、靜態(tài)爆破封填法、水泥灌封、粘土封填等方法(郭福盛等，廢棄水井封填技術(shù)方法的探討，探礦工程，1999(增)417)。
各口徑工程降水井的構(gòu)造一般是由礫料、井壁管、慮水管、沉砂管、水泵等構(gòu)成，起降低局部地下水位的作用，工程結(jié)束后封填。但尚無利用地?zé)崽荻鹊墓τ?，這忽視了降水井的水源換熱作用。地下水溫度與地面環(huán)境相比，不同的地理環(huán)境、地質(zhì)條件和地下深度有不同的地下水水溫。地下水溫跟地溫有關(guān)，一般大地在6.1m到45.7m深度間為恒溫帶，不受太陽輻射影響的地下水恒溫帶因不同緯度地區(qū)其深度而不同，水溫溫度范圍一般為10-22℃。(譚顯輝，丁力行，地下水源熱泵中的地下水分析，制冷與空調(diào)，2003年第4期11-14)?？梢苑謩e在夏冬兩季提供相對較低的冷凝溫度和較高的蒸發(fā)溫度，此為水源熱泵的工作原理。目前，我國水源熱泵技術(shù)現(xiàn)狀是所有的地面系統(tǒng)基本相同，所有的地下系統(tǒng)基本不可見。水源管井是水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)取熱或放熱的源或匯，它的性能是水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵(必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》(GB50019-2003)7.3.4條規(guī)定和B50296-1999《供水管井技術(shù)規(guī)范》)(曹琦，井水源熱泵的關(guān)鍵部分，工程建設(shè)與設(shè)計，2005年第12期15-20)。水源熱泵技術(shù)中的井水源熱泵系統(tǒng)常用管井結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)地下含水層地質(zhì)構(gòu)造的不同分為單管井、雙管井和多管井結(jié)構(gòu)。水源管井的施工方法主要是水井施工，其初始費(fèi)用很高，一般約為1000元/m以上，一口40m井約為4萬，一個中等規(guī)模的建筑其水源熱泵需要幾十口井帶動，其管井的初始投資約為百萬以上，這給該技術(shù)的發(fā)展造成一定困難。關(guān)于埋管式封閉換熱器，需要高昂初始鉆孔費(fèi)用、眾多管路、較低換熱強(qiáng)度，因此，在地下水豐富的有條件的地區(qū)還是優(yōu)先推廣水源熱泵技術(shù)的。
另外，國內(nèi)公開的相關(guān)發(fā)明及實(shí)用新型迄今已達(dá)86項，其中大部分是有關(guān)熱泵機(jī)組設(shè)備的如水源熱泵井水流量節(jié)能自控裝置，其申請?zhí)枮?200420076841.2)。其它的專利主要考慮其熱源的如海水源熱泵機(jī)組，其申請?zhí)枮?200410035421.4)；污水水源熱泵用殼管式換熱器，其申請?zhí)枮?02203180.4)；多源熱泵空調(diào)，其申請?zhí)枮?03242649.6)；太陽能蓄熱水源熱泵裝置，其中請?zhí)枮?02222258.8)。而有關(guān)管井的發(fā)明主要集中在傳統(tǒng)水文地質(zhì)領(lǐng)域，因此結(jié)合水源熱泵技術(shù)和工程報廢降水井方面的發(fā)明尚未見到。

發(fā)明內(nèi)容
所謂低溫地?zé)崮?Low Temperature Earth-heat-energy)，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地?zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱能。為了克服現(xiàn)有的工程報廢降水井處理僅考慮其封填而忽略其可利用成為水源熱泵管井的功用，并改變封閉式地源熱泵技術(shù)初始鉆孔高成本、各類管狀換熱器施工復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)，本發(fā)明可以提供一種工程報廢降水井型水源熱泵管井，該管井不僅能使工程報廢降水井煥發(fā)青春，而且能方便地進(jìn)行水源地?zé)崮艿难h(huán)轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明采用的工程降水井的按永久井設(shè)計、施工和驗(yàn)收，有關(guān)規(guī)定均按國家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范(中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范JGJ/T111-98》和B50296-1999《供水管井技術(shù)規(guī)范》)執(zhí)行。
目前流行的水源熱泵管井主要有單管井、雙管井、多管井。單管井主要指在一口管井內(nèi)上部完成抽水任務(wù)，下部完成回灌任務(wù)，管井上下之間用隔板分開的井。雙管井指在一口管井內(nèi)抽水，在間隔15m-50m的另一口管井回灌的結(jié)構(gòu)。多管井指在一口管井抽水、多口管井回灌的構(gòu)成方案。之所以有不同種類，主要是因?yàn)楹畬拥臐B透系數(shù)不同造成的。本發(fā)明提供的工程報廢降水井型水源熱泵管井，可以根據(jù)實(shí)際改造成水源熱泵單管井、雙管井、多管井水源熱泵單管井又稱之為同井回灌地下水源熱泵，在北京一帶現(xiàn)已大面積推廣，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ膰鴥?nèi)近幾年提出的一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型地下水源熱泵(倪龍，馬最良，多層含水層中同井回灌下水源熱泵特性分析，建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2005年6月，Vol.24(3)11-13)。在工程降水井設(shè)計施工時，首先按永久井設(shè)計，其次在濾管中部設(shè)置一定長度的封閉井管，一般長度在1-2m之間，添置礫料時也分層投放，在中部封閉井管處投入粘土等隔水材料，若出水量達(dá)到不了設(shè)計要求，則井加深1-2m。在工程降水井施工結(jié)束后，按設(shè)計要求正常降水作業(yè)，待主體工程或開挖工程施工的結(jié)束后，其使用時限到期，需要封填作業(yè)。本發(fā)明專利是指在并不進(jìn)行封填作業(yè)，而是再次進(jìn)行洗井作業(yè)，洗井要求滿足有關(guān)規(guī)范(中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范JGJ/T111-98》和B50296-1999《供水管井技術(shù)規(guī)范》)要求，從而解決原降水井運(yùn)行過程中產(chǎn)生的堵塞、沉砂問題。按水源熱泵單管井的設(shè)計要求，在中部封閉井管處再下一套管，使管井內(nèi)又多含一套管，從換熱器來的水進(jìn)入套管外管，通過回水井網(wǎng)回灌到含水層中，與含水層換熱；同時，含水層中的地下水經(jīng)過抽水井網(wǎng)由潛水泵加壓后由套管內(nèi)管進(jìn)入換熱器，抽水井網(wǎng)與回灌井網(wǎng)之間有一隔斷，避免回水直接進(jìn)入抽水部分，產(chǎn)生較大的熱貫通。下一步進(jìn)行穩(wěn)定抽水試驗(yàn)和回灌試驗(yàn)并測量水溫，確定管井的出水量和回灌阻力性能以及實(shí)際水溫；最后安裝水泵并封閉井口作為水源熱泵管井。
水源熱泵雙、多管井基本形式是一致的，主要由抽水井和同灌井組成，區(qū)別在于回灌井的數(shù)目不同，雙管井指一口抽水井和一口回灌井，多管井指一口抽水井和幾口同灌井。由于降水井也考慮抽水半徑，出水量等井參數(shù)問題，根據(jù)設(shè)計其井間距也都在幾十米之間，可以達(dá)到水源熱泵雙、多管井的井間距要求。在工程降水井設(shè)計施工時，按按永久井設(shè)計，在工程降水井施工結(jié)束后，按設(shè)計要求正常降水作業(yè)，待主體工程或開挖工程施工的結(jié)束后，其使用時限到期，需要封填作業(yè)。本發(fā)明專利是指在并不進(jìn)行封填作業(yè)，而是再次進(jìn)行洗井作業(yè)，洗井要求滿足有關(guān)規(guī)范(中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范JGJ/T111-98》和B50296-1999《供水管井技術(shù)規(guī)范》)要求，從而解決原降水井運(yùn)行過程中產(chǎn)生的堵塞、沉砂問題。按水源熱泵雙、多管井的設(shè)計要求，確定抽水井和回灌井，產(chǎn)生較大的貫通流道。下一步進(jìn)行穩(wěn)定抽水試驗(yàn)和回灌試驗(yàn)并測量水溫，確定管井的出水量和回灌阻力性能以及實(shí)際水溫；最后安裝水泵并封閉井口作為水源熱泵管井。
水源熱泵管井形成開放式低溫水源地?zé)崮苎h(huán)系統(tǒng)，安裝地表交換管路和滿足實(shí)際要求的不同功率的各型號地源熱泵機(jī)組。通過地下水與回填材料、原井套管和地下水系統(tǒng)的恒溫層進(jìn)行循環(huán)熱交換，并通過地源熱泵機(jī)組達(dá)到能量轉(zhuǎn)化的目的，起到中央空調(diào)的作用，若輔助以中央熱水器等裝置則可提供中央熱水系統(tǒng)所需熱量。
本發(fā)明的有益效果是，可以利用現(xiàn)有的建筑工程報廢降水井，經(jīng)過永久井設(shè)計調(diào)整和二次洗井等增加少量工作，變成可以方便地進(jìn)行淺部水源地?zé)崮艿难h(huán)轉(zhuǎn)換的水源管井，這些工程報廢降水井型水源熱泵管井可以起到傳統(tǒng)開放式水源熱泵鉆孔成井的同樣功效，但節(jié)省了預(yù)鉆孔的相關(guān)費(fèi)用。
該發(fā)明中采用的工程報廢降水井型水源熱泵管井完全可以達(dá)到鉆孔型水源熱泵管井的所有指標(biāo)。另外，該技術(shù)還可以靈活構(gòu)成單管井、雙管井、多管井等多種形式，以雙、多管井為例，可以根據(jù)熱負(fù)荷要求設(shè)置1口、2口或多口回灌井。工程報廢降水井改造成功，并安裝井蓋，并不影響其它工程作業(yè)。其次由于在報廢工程降水井中需要充填各類回填材料進(jìn)行封填，此項發(fā)明可以節(jié)省報廢降水井的封填材料費(fèi)與人工費(fèi)，同時也避免了報廢工程降水井的封填。
該項技術(shù)首先是水源熱泵管井的一種，具有水源熱泵技術(shù)的先天優(yōu)勢。針對傳統(tǒng)水源熱泵管井技術(shù)鉆孔成井等高成本造成水源熱泵技術(shù)初始投資過大的問題，本管井技術(shù)可避免鉆孔成井成本，僅此一項可節(jié)約大量成本。另外工程報廢降水井型內(nèi)可靈活靈活構(gòu)成單管井、雙管井、多管井等多種形式，進(jìn)一步減少施工成本?？梢娺@些技術(shù)措施將減低整個水源熱泵的綜合造價，而我國人工便宜，報廢工程降水井?dāng)?shù)目巨大，若配合本技術(shù)的推廣使用，每年將帶來數(shù)以億計的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，又可以為國家節(jié)約大量的石油煤炭等不可再生的戰(zhàn)略資源。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明的水源熱泵原理圖。
圖2是工程報廢降水井型水源熱泵單管井的立體構(gòu)造圖。
圖3是建筑基坑工程報廢降水井作為水源熱泵單管井的剖面圖。
圖4是圖3的平面圖。
圖5是工程報廢降水井型水源熱泵雙、多管井的抽水井構(gòu)造圖。
圖6是工程報廢降水井型水源熱泵雙、多管井的回灌井構(gòu)造圖。
圖7是建筑基坑工程報廢降水井型水源熱泵雙管井的剖面圖。
圖8是建筑基坑工程報廢降水井型水源熱泵雙管井的平面圖。
圖9是建筑基坑工程報廢降水井型水源熱泵多管井的剖面圖。
圖10是建筑基坑工程報廢降水井型水源熱泵雙管井的平面圖。
圖中1.工程報廢降水井型水源熱泵管井，2.含水層，3.地表交換管路，4.地源熱泵機(jī)組，5.建筑物，6.地下水抽出，7.地下水回灌，8.井蓋，9.水井套管外填砂礫石礫料，10.水井套管外填粘土隔水礫料，11.封閉井管，12.濾水管，13.沉砂管，14.隔斷，15.潛水泵，16.頂板土層，17.底板土層，18.回灌壓力泵，19.出水管，20.進(jìn)水管
具體實(shí)施例方式在圖1中，水源熱泵是利用地表淺層地下水地?zé)豳Y源的低溫位熱能，冬季通過工程報廢降水井型水源熱泵管井(1)把淺部含水層(2)中地下水的熱量提取出來，通過地表交換管路(3)和地源熱泵機(jī)組(4)供給建筑物(5)采暖；夏季把建筑物(5)熱量取出來，通過地表交換管路(3)、地源熱泵機(jī)組(4)和工程報廢降水井型水源熱泵管井(1)釋放到淺部含水層(2)中的地下水中。
在圖2所示實(shí)施例中，工程報廢降水井型水源熱泵管井(1)是單管井，正常整個井的構(gòu)造是由水井套管外填礫料(9和10)、水井套管(11)、濾水管(12)、沉砂管(13)組成。在濾水管(12)中部設(shè)置一定長度的封閉井管(11)，一般長度在1-2m之間，添置礫料(9和10)時也分層投放，在中部封閉井管處投入粘土等隔水材料(10)。在工程降水井施工結(jié)束后，按設(shè)計要求正常降水作業(yè)，待主體工程或開挖工程施工的結(jié)束后，再次進(jìn)行洗井作業(yè)后，在中部封閉井管處再下一隔斷(14)，使地下水回灌(7)進(jìn)入隔斷(14)上部，通過回水井網(wǎng)回灌到含水層(2)中，與含水層(2)換熱；同時，含水層(2)中的地下水抽出(6)經(jīng)過抽水井網(wǎng)由潛水泵(15)由隔斷(14)下部進(jìn)入換熱器，抽水井網(wǎng)與回灌井網(wǎng)之間這一隔斷(16)，避免回水直接進(jìn)入抽水部分。最后安裝潛水泵(15)并封閉井口(8)作為水源熱泵單管井。通過地下水抽出(6)和地下水回灌(7)，使地下水與水井套管(11)、水井套管外填礫料(9和10)、含水層(2)進(jìn)行熱交換。圖3展示的建筑基坑工程報廢降水井作為水源熱泵單管井的剖面圖。圖4展示的是是圖3的平面圖。
在圖5和圖6所示的另一個實(shí)施例中，工程報廢降水井型水源熱泵管井(1)是雙、多管井中的抽水井和回灌井。正常整個井的構(gòu)造是由水井套管外填礫料(9和10)、水井套管(11)、濾水管(12)、沉砂管(13)組成。在工程降水井施工結(jié)束后，按設(shè)計要求正常降水作業(yè)，待主體工程或開挖工程施工的結(jié)束后，再次進(jìn)行洗井作業(yè)后，按水源熱泵雙、多管井的設(shè)計要求，確定抽水井(圖5)和回灌井(圖6)，安裝潛水泵(14)或在地表環(huán)路中安裝回灌壓力泵(18)，并封閉井口(8)作為水源熱泵管井。通過圖5所示抽水井中地下水抽出(6)和圖6所示回灌井中地下水回灌(7)，使地下水與水井套管(11)、水井套管外填礫料(9和10)、含水層(2)進(jìn)行熱交換，形成穩(wěn)定地下?lián)Q熱通道。圖7展示的建筑基坑工程報廢降水井型水源熱泵雙管井的剖面圖，圖8展示的是是圖7的平面圖。展示了一口抽水井和一口回灌井組成換熱環(huán)路。圖9展示的建筑基坑工程報廢降水井型水源熱泵多管井的剖面圖，圖10展示的是是圖9的平面圖。展示了一口抽水井和多口(本例中是2口回灌井，可根據(jù)實(shí)際要求設(shè)置多口回灌井)同灌井組成換熱環(huán)路。
權(quán)利要求
1.一種工程報廢降水井型水源熱泵管井，工程報廢降水井設(shè)計按永久井設(shè)計，正常降水作業(yè)，使用時限到期不進(jìn)行封填作業(yè)，重新洗井作業(yè)，并進(jìn)行抽水試驗(yàn)、回灌試驗(yàn)和測量水溫，最后下入潛水泵，形成水源熱泵管井。根據(jù)設(shè)計可以工程報廢降水井可以改造成水源熱泵單管井、雙管井、多管井。通過水源熱泵管井將地下水抽出和回灌，使地下水與水井套管)、水井套管外填礫料、含水層進(jìn)行熱交換，形成開放式低溫水源地?zé)崮苎h(huán)系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程報廢降水井型水源熱泵管井，其特征是本技術(shù)中工程報廢降水按永久井設(shè)計、施工和驗(yàn)收，有關(guān)規(guī)定均按國家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程報廢降水井型水源熱泵管井，其特征是當(dāng)工程降水井的運(yùn)行時限到期，指主體工程或開挖工程施工的結(jié)束后，不進(jìn)行封填作業(yè)，而是再次進(jìn)行洗井作業(yè)、抽水試驗(yàn)、回灌試驗(yàn)和測量水溫，最后下入潛水泵或地面管路安裝同灌壓力泵，其具體要求滿足有關(guān)規(guī)范。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程報廢降水井型水源熱泵管井，其特征是當(dāng)作為水源熱泵單管井時，在工程降水井設(shè)計施工時，在按永久井設(shè)計基礎(chǔ)上，在濾管中部設(shè)置一定長度的封閉井管，一般長度在1-2m之間，添置礫料時也分層投放，在中部封閉井管處投入粘土等隔水材料，若出水量達(dá)到不了設(shè)計要求，則井加深1-2m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程報廢降水井型水源熱泵管井，其特征是當(dāng)作為水源熱泵單管井時，在權(quán)利4的基礎(chǔ)上，當(dāng)工程降水井的運(yùn)行時限到期，指主體工程或開挖工程施工的結(jié)束后，不進(jìn)行封填作業(yè)，而是再次進(jìn)行洗井作業(yè)，其具體要求滿足有關(guān)規(guī)范。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程報廢降水井型水源熱泵管井，其特征是當(dāng)作為水源熱泵單管井時，在權(quán)利4和5的基礎(chǔ)上，按水源熱泵單管井的設(shè)計要求，在中部封閉井管處再下一套管，使管井內(nèi)又多含一套管，從換熱器來的水進(jìn)入套管外管，通過回水井網(wǎng)回灌到含水層中，與含水層換熱；同時，含水層中的地下水經(jīng)過抽水井網(wǎng)由潛水泵加壓后由套管內(nèi)管進(jìn)入換熱器，抽水井網(wǎng)與回灌井網(wǎng)之間有一隔斷，下一步進(jìn)行穩(wěn)定抽水試驗(yàn)和回灌試驗(yàn)并測量水溫，確定管井的出水量和回灌阻力性能以及實(shí)際水溫；最后安裝水泵并封閉井口作為水源熱泵管井。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程報廢降水井型水源熱泵管井，其特征是當(dāng)作為水源熱泵雙、多管井時，在權(quán)利3的基礎(chǔ)上，按實(shí)際要求確定工程報廢降水井型水源熱泵抽水管井和工程報廢降水井型水源熱泵回灌管井。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程報廢降水井型水源熱泵管井，其特征是當(dāng)作為水源熱泵雙、多管井時，在權(quán)利7的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)熱負(fù)荷要求設(shè)置1口、2口或多口回灌井。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程報廢降水井型水源熱泵管井，其特征是需要封閉井口，在井口安裝井蓋。
全文摘要
一種工程報廢降水井型水源熱泵管井，它通過改造報廢工程降水井，避免工程報廢降水井封填的同時，可以進(jìn)行地下水地?zé)崮苻D(zhuǎn)換，起到工程報廢降水井重新利用和水源熱泵管井的雙重作用。工程報廢降水井設(shè)計按永久井設(shè)計，正常降水作業(yè)，使用時限到期不進(jìn)行封填作業(yè)，重新洗井作業(yè)，并進(jìn)行抽水試驗(yàn)、回灌試驗(yàn)和測量水溫，最后下入潛水泵，形成水源熱泵管井。根據(jù)設(shè)計可以工程報廢降水井可以改造成水源熱泵單管井、雙管井、多管井。通過水源熱泵管井將地下水抽出和回灌，使地下水與水井套管、水井套管外填礫料、含水層進(jìn)行熱交換，形成開放式低溫水源地?zé)崮苎h(huán)系統(tǒng)。
文檔編號E02D19/10GK1945164SQ20061001728
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月31日
發(fā)明者張延軍 申請人:張延軍, 龐宇麗