電話：0513-87581182
傳真：0513-87582058
手機：13706274213 （丁廠長）
微信:13706274213
QQ:729772435
常用電子郵箱：
729772435@qq.com
備用電子郵箱：
chunfengdx@163.com
企業網站網址：
http://m.rsbxgm.cn
http://www.chunfeng.com.cn
·應用分類
·聯系方式
一種地熱尾水高效回灌技術
摘要：
由于傳統對井抽灌技術存在種種缺陷，導致淺層和中深層地熱開發尾水難以等量回灌和持續回灌。本文在充分解析各種原因基礎上，提出采用發明的一整套井水回灌設備，實行封閉式取水還水，保持井水水質不變，杜絕各種堵塞因素，保證地熱尾水等量回灌和持續回灌，保證取水溫度長久穩定，對成井工藝和取水還水設計施工方法提出一整套改進意見。
關鍵詞：封閉式取水還水 等量回灌 持續回灌 立體貯能 保持含水層熱平衡
引言
隨著地熱資源稅的開征，地熱開發企業必須刻不容緩解決井水回灌難題。根據各省現行地熱資源稅收費標準，能夠回灌的部分按照每立方井水0～3元征收，不能回灌的部分按照每立方10～30元征收。能夠回灌的井水比較便宜，不能回灌的井水很貴，說明國家在用水費價格逼著大家解決井水回灌難題。能夠保證井水等量回灌的企業才能生存，不能保證井水等量回灌的企業只能關門。在這生死存亡關鍵時刻，最近全國各地都在召開井水回灌技術研討會，說明大家都在積極尋找解決井水回灌難題的辦法。國家已經明確十四五期間清潔能源目標任務，大力提倡利用淺層地熱能制冷供暖，大力提倡利用中深層地熱供暖，明確規定只取熱不取水，必須保證所取井水全部回灌地下，對于地熱開發企業來說這是巨大商機，也是嚴峻挑戰。
由于傳統對井抽灌技術存在種種缺陷，導致井水難以等量回灌和持續回灌。為了解決井水回灌難題，很多人費盡心機，有人搞下層抽水上層回灌的單井抽灌方案，也有人搞兩個井靠得很近的誘導抽灌方案，回灌水沒有與地下含水層充分換熱就被抽上來了，不能保證取水溫度長久穩定，屬于為了回灌而回灌的假回灌。
作者從事地源熱泵等中央空調產品制造和工程設計施工幾十年，為了解決井水難以等量持續回灌難題，在長期生產實踐中發現問題解決問題，不斷完善改進設計發明了一整套井水回灌設備，發明了采用很多小管井多點微量注灌，利用地下含水層立體貯能的封閉式等量取水還水地下工程設計施工方法，徹底掌握了井水回灌主動權，解決了保持地下含水層熱平衡和保持井水水質不變難題。為了推動地熱開發技術進步，幫助大家解決井水回灌難題，2018年把發明的一整套井水回灌設備，和多點微量注灌封閉式等量取水還水地下工程設計施工方法，結合起來申報發明專利，專利號ZL201810526254.5，專利名稱《一種地源熱泵封閉式等量取水還水系統》，2020年6月26日獲得國家知識產權局授權。
作者研究井水回灌三十年，已在全國各地各種水文地質條件下成功實施很多淺層井等量取水還水工程，不管是每小時流量幾立方到幾十立方井水的小工程，還是每小時流量幾百立方井水的大工程，等量輕松回灌十年二十年，不需要回揚洗井，一直穩定運行到現在，取水溫度和回灌井壓力幾乎沒有變化。實踐證明發明的一整套井水回灌設備是成熟可靠的，實踐證明多點微量注灌，利用地下含水層立體貯能的封閉式等量取水還水設計施工理論是正確的，方法是可行的，只要能夠取到水的地方就能保證井水等量持續回灌。
本發明一整套井水回灌設備和多點微量注灌封閉式等量取水還水設計施工方法,不僅適用于淺層井水源熱泵系統，同樣適用于中深層地熱開發取水還水系統。為了幫助大家徹底解決井水回灌難題，很有必要撰寫本文詳細講解取水還水基本原理和實施方法。
一、解析取水容易回灌難的根本原因
1.1、取水井和回灌井動能條件不同
因為傳統技術都是采用開口井自流取水，完全依靠井里動水位下降，與井里靜水位之間形成壓差才能自流取水。隨著取水井里動水位下降，在取水井周圍形成漏斗區，漏斗區降得越深，取水量越大。
因為傳統技術都是采用開口井自流回灌，完全依靠井里動水位升高，與井里靜水位之間形成壓差才能自流回灌。隨著回灌井里動水位升高，在回灌井周圍堆成水丘，動水位升得越高，回灌能力越強。（詳見圖1）。
（圖1）傳統開口井對井抽灌原理圖
不管是取水井取水，還是回灌井回灌，必須要有一定壓差動能條件才能取水，才能回灌。取水井里動水位可以無限下降，取水動能條件沒有問題。回灌井里靜水位由地下水靜水位決定，地下水靜水位有深有淺，在地下水靜水位很淺的地方，沒有自流回灌動能條件，必須實行加壓回灌，為井水回灌創造動能條件才能回灌。華北平原地下水靜水位多在地面以下10～30米深，回灌井里裝滿井水以后，可以形成1～3個水柱回灌壓力，自流回灌能力較強。在南通地區挖下去1～2米深就見水，沒有自流回灌能力，即使打很多回灌井也不能保證井水等量回灌。南通市地處長江下游出海口，地勢較低，井里靜水位只有1～2米深，地下200米以內都是淤泥夾細砂，含水層滲透系數非常小，為了能在這種水文地質條件下保證井水等量持續回灌，必須要給回灌井創造動能條件，從而造就了采用很多小管井實行封閉式加壓回灌，多點微量注灌的封閉式等量取水還水系統發明專利。
1.2、取水井和回灌井阻力條件不同
取水井取水，地下水從外圍向圓心流動，過水面積越來越小，地下水流速越來越快，快到一定程度就會把地下含水層里面細小泥砂浮動起來，隨著水流帶入取水井內，改良了靠近取水井的滲透流道。
回灌井回灌，回灌水從圓心向外流動，靠近回灌井的含水層阻力最大，要想打開滲透流道很難。因為越是向外過水面積越大，地下水流速越慢，推力越小，不能把靠近井管的泥砂推向遠處，沒有改良含水層滲透流道的能力，導致回灌井和取水井阻力條件不同。
1.3、開口井取水還水導致回灌越來越難
因為傳統技術都是采用開口井取水還水，沒有采用可靠的井水回灌設備，不能實行封閉式取水還水，井水有與空氣接觸的機會，容易生成氧化物和微生物堵塞回灌井和地下含水層，導致井水回灌越來越難。因為沒有采用可靠的井水回灌設備，不能把井水中的氣體和細小泥砂分離出來，回灌井和地下含水層容易氣堵和砂堵，導致井水回灌越來越難。因為傳統技術都是采用開口井取水還水，需要經常把取水井和回灌井對調抽灌，把堵塞在含水層滲透流道里面的氣體和臟物反抽出來改善回灌條件，經常回揚洗井反復改變地下水流向，反復重組地下含水層滲透流道，造成地下含水層物理堵塞，導致井水回灌越來越難。
1.4、傳統對井抽灌技術回灌井數量太少
傳統對井抽灌技術都是采用開口井取水還水，為了節省打井費用，都是按照一抽二灌，至多一抽三灌配置回灌井，屬于強制回灌或者免強回灌。完全依靠回灌井里動能條件和含水層滲透能力回灌，靠天吃飯，沒有主動權。因為地下水靜水位有深有淺，動能條件不等。因為淺層井取水還水參與對流熱交換的含水層厚度有大有小，含水層滲透系數有大有小，阻力條件不等，所以回灌井數量不能固定。因為回灌井數量太少，不能滿足井水等量輕松回灌和長久持續回灌要求，必須根據水文地質條件，在確保等量輕松回灌前提下合理確定回灌井數量，必須要讓回灌能力遠遠大于取水量，才能徹底掌握井水回灌主動權。
二、怎樣杜絕各種堵塞因素
2.1、嚴防泥砂堵塞回灌井和地下含水層
2.1.1、嚴格控制單井取水量，嚴禁超采
必須根據水文地質勘探資料選擇目標取水層，根據含水層滲透系數和參與對流熱交換的砂層厚度，認真計算取水量。嚴禁超采，以防地下水進入取水井的流速太快帶入泥砂。剛打好的取水井可以采用大流量水泵超強度抽水洗井幾個小時，把取水井周圍地下含水層滲透流道抽通以后，改用流量小一點的潛水泵抽水，讓取水井里動水位大幅度上升，把取水井里動水位保持在設計要求之內，才能把潛水泵流量確定下來。特別是在細砂含水層里面取水，能取100立方井水的只取50立方井水，大幅度減小動水位下降幅度，嚴格控制地下水進入取水井的流速，不讓地下含水層里的細小泥砂移動，才能取到含砂量很低，甚至不含泥沙的清水。
2.1.2、認真做好成井工藝細節，嚴防漏砂
必須根據水文地質條件采用合適的鉆井施工方法，在細砂層里面取水還水，盡量采用反循環鉆井工藝，防止泥漿糊住井壁影響水流量。含水層粒徑越小，取水井開孔直徑越要加大，保證回填濾料要有足夠厚度才能起到阻擋過濾泥砂作用。加大開孔直徑有利于增加過水面積增加取水量。根據各個含水層里面的泥砂粒徑大小，選用合適的粒徑濾料對應回填，既要防止濾料粒徑過小影響水流量，也要防止濾料粒徑過大不能起到阻檔過濾泥砂作用。選用合適的井管和過濾材料認真包裹，嚴防漏砂。依靠一系列有效措施保證取到合格的清水。
2.1.3、采用除砂效率高的氣水分離除砂器
傳統的旋流除砂器（圖2）因為沒有氣水分離能力，為了防止氣堵，只能把井水中解壓出來的氣泡隨著水流從頂部帶走，所以傳統的旋流除砂器只能下進上出設計。因為桶體內的井水向上旋流，只有較大顆粒砂子能夠突破向上旋流的水流升力往下沉淀，細小泥砂都被水流帶走了，除砂效率很低。本發明帶有氣水分離器的上進下出式旋流除砂器，簡稱氣水分離除砂器（圖3）。因為桶體直徑較大，水在桶體內旋流速度較慢，能把井水中的溶解氣體充分解壓分離出來。同時由于改進為上進下出，井水向下旋流，巧妙利用了水流導向力、離心力和泥砂重力，三力合成能把井水中的細小泥砂旋流沉淀到桶體底部。
（圖2）傳統的旋流除砂器
（圖3）氣水分離除砂器
2.1.4、完善工程技術規范，制度控制成井工藝
現行地源熱泵工程技術規范取水還水部分編得都比較簡單，成井工藝都是要求按照單供水的GB50296《供水管井技術規范》執行，這樣規定顯然不合理�！逗鲜〉卦礋岜孟到y工程技術標準》征求意見稿DBJ43/XX-2020編得比較詳細，明確規定取水井濾料粒徑2～10mm，回灌井濾料粒徑5～20mm，這樣規定也不合理。一是因為同一口取水井可能要從幾個含水層里面取水，各個含水層粒徑可能不一樣，在細砂層里面取水還水因為含水層粒徑很細，取水井采用粒徑2～10mm濾料回填肯定嫌粗，不能起到阻檔過濾泥砂作用。作者認為取水井回填濾料粒徑按照含水層粒徑3～5倍規定比較合適。二是因為現行工程技術規范受到傳統技術限制，規定取水井和回灌井應能滿足互換抽灌需要。既然回灌井需要經常作為取水井使用，回灌井也應作為取水井對待，也要采用取水井濾料回填，不能采用過粗濾料回填，只有不取水單回灌的回灌井回填濾料粒徑可以粗點兒。水文地質條件千變萬化，每個工程應該根據水文地質條件一地一策，甚至一井一策編制成井工藝方案。企業標準應該嚴于國家標準，不能只圖符合國家標準。
2.2、嚴防氧化物堵塞回灌井和地下含水層
由于傳統技術都是采用開口井自流取水，都是采用開口井自流回灌，井水有與空氣接觸的機會。井水中含有各種化學離子，主要有鈣、鎂、鈉、鉀、鐵、鋁、硫酸根等。不少化學離子一遇到氧氣就會發生氧化反應，有的生成粘稠物，有的生成沉淀物。必須實行封閉式取水還水，杜絕開口井取水，杜絕開口井回灌，嚴格防止井水接觸空氣。也要杜絕真空負壓回灌，以防吸入空氣。井水接觸空氣以后，不僅當場發生氧化反應，回灌地下含水層以后還會繼續氧化反應。不僅生成氧化物，還會滋生微生物，堵塞回灌井井壁過濾層和地下含水層滲透流道，回揚洗井很難清除。必須采用本發明三道脫氣設備實行封閉式取水還水，保證井水從取出來到回灌地下全過程不接觸空氣，不讓井水發生氧化反應，保持井水水質不變，才能保證井水長久輕松回灌。
2.3、嚴防氣體堵塞回灌井和地下含水層
井水長期承壓狀態封閉在地下，含有各種氣體，主要有二氧化碳、二氧化硫、甲烷等氣體，還有少量硫化氫、氯化氫等氣體。含有二氧化碳氣體的井水就和碳酸飲料汽水碑酒一樣，地下水流入取水井里以后，就象碑酒瓶打開了瓶蓋，會有少量氣體解壓出來，肉眼可見少量氣泡上浮。把碑酒倒進杯子里以后，會有大量氣體解壓出來。把碑酒喝到肚子里以后還有少量氣體解壓出來。井水經過潛水泵攪動和管路中快速流動，會有大量氣體解壓出來，這和啤酒瓶在打開瓶蓋之前劇烈搖晃一下，打開瓶蓋時會有大量氣體噴出來道理一樣。如果把未經充分脫氣的井水回灌到地下，就會造成回灌井周圍地下含水層滲透流道氣堵。必須采用本發明三道脫設備，把井水中含有的溶解氣體徹底解壓分離出來，保證回灌水中沒有氣體，才能保證回灌井和地下含水層不會發生氣堵，才能保證井水長久輕松回灌。
2.4、不能反復改變地下含水層滲透流道
傳統對井抽灌技術需要經常把取水井和回灌井對調過來反抽灌，稱為回揚洗井，就是為了把堵塞在含水層滲透流道里面的氣泡反抽出來，也是想把堵塞在回灌井井壁過濾層和含水層滲透流道里面的氧化物微生物反抽出來。清除含水層里面氣泡堵塞比較容易，清除粘稠的氧化物微生物堵塞非常困難，只能暫時改善含水層氣泡堵塞，不能解決氧化物微生物堵塞。因為經�；負P洗井，反復改變地下水流向，反復重組地下含水層滲透流道，造成含水層物理堵塞，導致不能長久持續回灌。為了保證井水長久輕松回灌，一是要讓回灌水永遠都從回灌井向取水井單向流動，因為地下含水層滲透流道打通以后不能反復改變地下水流向，破環砂粒之間穩定關系。二是不能讓回灌量大于含水層滲透能力，能回灌20立方井水的只回灌10立方井水，只有在回灌量小于滲透能力情況下，才能保證地下含水層泥砂不會移動，才能保證滲透流道不會改變。
三、怎樣實施封閉式取水還水系統
3.1、封閉式取水不是簡單的加上井蓋
必須實行封閉式等量取水還水，防止井水氧化反應，防止氧化物微生物堵塞回灌井和地下含水層，才能保證井水長久持續回灌。作者寫過幾稿封閉式取水還水培訓材料，十幾年前就把培訓材料發布到網上，直到現在大家都是半知半解。作者最近和一家地熱開發企業交流時，一說必須實行封閉式取水還水，他們就說我們已用井蓋把取水井封閉起來取水，已用井蓋把回灌井封閉起來加壓回灌。單用井蓋把取水井井口封閉起來抽水行不行？肯定不行！因為潛水泵一啟動，井里動水位就會下降，剛開始能對動水位以上空間拉真空，隨著地下水不斷流入取水井，井水中的溶解氣體不斷解壓出來，動水位以上真空度隨之失去，真空負壓取水的吸引力隨之失去。隨著井水不斷流入取水井內，動水位以上氣體越聚越多，就會壓迫井里動水位不斷下降，動水位越降越深，潛水泵揚程功耗越來越大，出水量越來越小，直到取水井里達到一定壓力，取水井里的井水不能解壓脫氣為止。由此可見這種封閉式取水不是做的好事，而是做的壞事。
3.2、封閉式回灌也不是簡單的加上井蓋
沒有把井水里面的溶解氣體充分解壓分離出來之前，能不能實行封閉式加壓回灌？肯定不行！因為井水經過潛水泵攪動和管路中快速流動，井水中會有的溶解氣體解壓出來，變成很多小氣泡隨著水流快速流動，到了回灌井井口往下拐彎的地方，水往低流，氣往上走，就會造成回灌井井口氣阻。必須要在回灌井井蓋上面開孔排氣，否則不能回灌。如果把含有氣體的井水強制回灌地下，井水中的氣體在地下含水層中解壓出來，就會造成地下含水層滲透流道氣堵，必須頻繁回揚洗井才能回灌。所以這種封閉式加壓回灌不是做的好事，而是做的壞事。
由于水文地質條件不同，井水中含氣量有多有少，即使含氣量只有1%，每取一百立方井水就有一立方氣體解壓出來，變成成千上萬個微小氣泡堵塞在地下含水層滲透流道里面，對于井水回灌危害也是極大，必須成套采用本發明三道脫氣設備才能徹底解決氣堵問題。
3.3、封閉式取水還水地源熱泵系統實施方法
封閉式取水還水系統必須按照(圖4）實施，不僅要用井蓋把取水井封閉起來取水，不僅要用井蓋把回灌井封閉起來加壓回灌，還要連續采用三道脫氣設備，把井水里面溶解氣體徹底解壓并且分離出來，保證回灌水里面不再含有氣體，才能保證回灌井和地下含水層不會發生氣堵，不需要回揚洗井也能保證井水長久持續回灌。必須采用三道脫氣設備才能形成全封閉的取水還水系統，才能保證井水從取出來到回灌地下過程中井水不與空氣接觸，不會發生氧化反應，保持井水水質不變，才能保證井水長久持續回灌。
（圖4）一抽多灌封閉式等量取水還水地源熱泵系統原理構成圖
3.4、典型案例
遼寧省營口市中國五礦營口工業園區服務大廈水源熱泵工程(圖5)，制冷供暖面積10萬m2，每小時取水還水480m3。地下200米以內都是滲透系數很小的細砂層，因為90m以內井水太咸，設計6個井群在地下90～180m之間取水還水。每個取水井出水量80m3井水，分別對應10個小管井回灌。2009年作者設計方案出來以后，中國五礦總公司先后兩次邀請建設部專家組召開論證會，反復論證確認可行以后批準實施，2010年投產運行至今用戶沒做任何調整，備用回灌井至今沒有動用�；毓嗑趬毫κ冀K保持在0.02～0.05MPa微壓狀態，井水溫度幾乎沒有變化。
四、三道脫氣設備原理作用介紹
4.1、真空負壓機組
采用真空負壓機組(圖6)針對取水井動水位以上空間抽真空。極限真空度可以抽到-0.09MPa，但是由于取水井里有氣體不斷解壓出來，實際真空度抽到-0.06MPa比較經濟。針對動水位以上抽真空的主要目的，一是為了能讓取水井里的井水能在真空負壓環境中得到解壓脫氣，二是為了減少動水位下降幅度。在取水量小于滲透量情況下，井里動水位只會升高不會下降。在取水量大于滲透量情況下，取水井動水位可以減少下降6m。與開口井取水相比，由于增加了真空負壓吸引力，同樣動水位情況下能夠大幅度提高出水量。井里動水位下降幅度減少6m，取水井外面漏斗區同樣減少下降6m，按照1：5水力坡度計算，可以減小漏斗區半徑30m，利于將漏斗區半徑控制在建筑物以外，對于淺層井取水還水防止地面建筑物沉降很有意義。
4.2、氣水分離除砂器
在取水井和地源熱泵機組之間管路中串聯安裝帶有氣水分離器的上進下出式旋流除砂器（圖3）。由于這種改進設計的旋流除沙器，不僅能把井水中的細小泥沙分離出來，還能把井水中的溶解氣體徹底解壓并且分離出來，這是保證回灌井和地下含水層不會發生氣堵，防止泥砂堵塞和氧化物微生物堵塞的關鍵設備。
4.3、回灌井氣水分離器
在回灌井頂部安裝回灌井氣水分離器（圖7），這是實行封閉式加壓回灌，防止回灌井井口發生氣阻必須安裝的關鍵設備。及時排除來水中的余氣，及時排除地下上來的氣體。特別是整個封閉式取水還水系統運行初期，管路里面都是空的，因為回灌井氣水分離器排氣量巨大，能夠快速排氣，防止把大量氣體強制回灌地下發揮重要作用。
氣水分離器可以根據需要做成各種安裝形式，工作原理和自動排氣閥差不多，是一種不怕井水氧化物臟堵的大排量單向自動排氣閥，只排氣不排水，只排氣不回氣。設有手動排氣閥，可以手動排水排氣，方便檢查排氣口是否正常自動排氣，方便取水化驗監測水質。
因為三道脫氣設備都是實行封閉式取水還水，保證井水等量持續回灌的關鍵設備，所以稱為一整套井水回灌設備。
（圖5）營口五礦大廈）
（圖6）真空負壓機組
（圖7）回灌井氣水分離器
五、一抽多灌封閉式等量取水還水技術優勢
5.1、由于采用三道脫氣設備形成全封閉的取水還水系統，能夠保證井水從取出來到回灌地下全過程不與外部空氣接觸，不會發生氧化反應，保持井水水質不變，沒有氧化物微生物堵塞回灌井和地下含水層，換熱器和管路系統不會產生氧化物微生物水垢。
5.2、由于采用氣水分離除砂器，能把井水中的氣體和細小泥砂分離出來，沒有氣體和泥砂堵塞回灌井和地下含水層，不需要回揚洗井也能保證井水長久輕松回灌。
5.3、由于采用很多小管井多點微量注灌，回灌水永遠都是從回灌井向取水井單向緩慢滲透流動，不會改變含水層滲透流道，不會造成含水層物理堵塞。
5.4、由于采用很多小管井多點微量注灌，回灌水從回灌井向取水井緩慢滲透流動，能在地下含水層土壤里面充分吸收能量或者轉移能量，達到充分換熱和長久取熱目的。
5.5、由于采用一抽多灌多點微量注灌，回灌水從很多小管井向取水井立體對流（圖8），與傳統的對井抽灌線性對流相比（見圖9），能把參與對流熱交換的地下含水層貯能體體積擴大很多倍，保證井水溫度長久穩定，保持地下含水層貯能體熱平衡具有絕對優勢。
5.6、小管回灌井打井速度快，成本低。一個小管回灌井的打井費用和一個垂直埋管井差不多，五個小管回灌井沒有一個取水井造價高，一抽十灌打井費用不高于傳統的開口井一抽兩灌，可以留有一定數量備用回灌井用于調節回灌壓力，能在不增加打井費用前提下徹底掌握井水回灌主動權。
（圖8）一抽十灌立體貯能模型圖
（圖9）一抽十灌立體對流與一抽兩灌線性對流相比圖
5.7、（圖10）是老式旋流除砂器和老式氣水分離器。老式氣水分離器因為不能自動排氣，只能依靠液位觸點開關打開桶體頂部電動閥間斷排氣。為了防止液位開關失靈，必須要有液位報警和安全泄壓裝置。容量8點幾立方，高度5～6米，重量好幾噸，制造成本高。為了防凍必須要有高大廠房才能安裝，安裝成本很高。本發明回灌井氣水分離器（圖7）和水分離器除砂器（圖3）外形尺寸小，回灌井氣水分離器可以安裝在回灌井井口地坑里面，氣水分離除砂器一般機房都能安裝，結構簡單價格便宜安裝成本很低，自動排氣無人值守沒有運行費用，相比之下還是本發明井水回灌設備更好用、更耐用。
六、怎樣保證取水溫度長久穩定
根據地下含水層厚度和滲透系數，在確保取到合格清水前提下認真計算取水量。根據總流量需要確定取水井數量，根據取水井取水量在確保長久輕松回灌前提下合理配置回灌井數量。根據項目用地條件合理布置取水還水井群，根據用地條件合理分布取水井和回灌井位置，盡量加大取水井與回灌井之間距離，盡量增加回灌井數量，讓回灌水從很多小管回灌井向取水井緩慢滲透立體對流，努力把參與對流熱交換的地下含水層貯能體的體積做到最大。
認真計算一個制冷供暖年度總共要向地下含水層提取或者投放多少能量，根據取水井與回灌井之間立體對流熱交換構成的含水層貯能體體積，和含水層比熱容認真計算地下含水層溫度變化。認真驗算能否通過域內外熱交換和大地熱流補熱，以及地下水涇流置換，能否保證一個制冷供暖年度之內保持地下含水層熱平衡。如果不能保持含水層熱平衡，就要充分利用封閉式等量取水還水技術優勢，在夏季高溫天氣把地下水抽上來，經過閉式冷卻塔空氣換熱以后再回灌地下，施跨季節貯能，或者采用太陽能集熱系統等補熱方式，調節地下含水層溫度，保持含水層熱平衡，才能保證取水溫度長久穩定，保證地源熱泵機組長期高效穩定運行。
七、封閉式等量取水還水地源熱泵市場前景
7.1、淺層井水源熱泵是最節能的冷暖兩用空調
地下含水層溫度不受大氣環境溫度影響，具有一年四季恒溫特點，溫度比較適中，是地源熱泵理想的換熱對象。將一般空調針對室外空氣換熱，改變為針對地下含水層換熱，不管是制冷還是制熱都能獲得很高能效比。夏季利用15℃左右井水作為冷凝器冷卻水制冷，能獲得1：6以上能效比，耗用1kWh電量能從地下搬運6kW以上冷量，比一般空調節能50%。冬季利用15℃左右井水作為蒸發器換熱水源，能獲得過1：5以上能效比，耗用1kWh電量能從地下搬運5kW以上熱量，是供暖費用很低的節能環保熱水鍋爐，解決了嚴寒地區冬季不能使用空調供暖的難題。因為井水溫度和含水層溫度一致，決定了打井取水還水的井水源熱泵，是最節能的冷暖兩用空調。
7.2、等量取水還技術能讓井水源熱泵起死回生
由于淺層井取水還水地源熱泵系統，具有節能環保冷暖兩用和投資省、占地少、運行費用低絕對優勢，在本世紀初得到廣泛運用，但是因為沒有很好解決井水等量持續回灌難題，受到各地政府封殺。必須認真解決井水回灌難題，才能讓井水源熱泵起死回生。本發明將傳統的開口井自流取水，改變為封閉式真空負壓取水，這是一個巨大技術進步。將傳統的開口井自流回灌，改變為封閉式加壓回灌，也是一個巨大技術進步。在不增加打井費用前提下，采用很多小管井封閉式加壓回灌，將傳統的一抽二灌改變為一抽多灌多點微量注灌，充分利用地下含水層立體貯能，能把地下含水層能量倉庫做得很大，更是一個巨大技術進步。不僅解決了井水等量持續回灌難題，同時解決了保持含水層熱平衡和保持井水水質不變難題，這種高質量封閉式等量取水還水技術，是挽救井水源熱泵的新技術革命。
7.3、利用含水層貯能是嚴寒地區地源熱泵發展方向
因為井水溫度和地下含水層溫度一致，所以井水源熱泵換熱水源水溫，至少要比土壤源熱泵從垂直埋管里得到的水溫提高10℃，地源熱泵機組制熱能效比至少提高30%。因為垂直埋管的地源熱泵完全依靠管材內部水溫低于管材外部土壤溫度才能實現能量傳遞，完全依靠靠近管材的土壤溫度低于遠離管材的土壤溫度才能實現能量傳遞，所以得到的換熱水源水溫較低。加之北方嚴寒地區淺層土壤溫度本來就低，而且因為只供暖不制冷，只取熱不貯熱，容易出現無熱可取現象，所以淺層埋管的地源熱泵不適合北方嚴寒地區供暖。
必須采用本發明一整套井水回灌設備實行封閉式取水還水，一抽多灌多點微量注灌，利用地下含水層立體貯能設計施工方法，不僅保證取到較高溫度的井水，也能保證井水長久等量輕松回灌，必須充分利用封閉式等量取水還水技術優勢，在夏季高溫天氣利用閉式冷卻塔等手段實施跨季節貯能，大幅度提高含水層溫度，大幅度提高地溫熱泵制熱能效比，是北方嚴寒地區地源熱泵供暖發展方向。
八、解決中深層地熱尾水回灌難題的四點建議
作者研究淺層井取水還水三十年，做了很多研究工作，取得很多心得體會和研究成果，受邀參加地熱產業聯盟召開的北京地熱開發回灌技術研討會，2020年12月14日在會上做了《采用封閉式取水還水專利新技術，徹底解決井水等量持續回灌難題》演講報告，得到與會專家和企業代表高度評價，一致認為這是一種完整的高質量的等量取水還水工程設計施工方法，一致認為作者在長期實施淺層井取水還水過程中積累了豐富的理論和實踐經驗，希望能為中深層地熱尾水回灌難題提供好的建議。最近一段時間作者與很多從事中深層地熱開發的專業人員深入交流，對中深層地熱尾水回灌技術現狀和存在問題有了更多了解，主要難點還是集中在砂巖里面取水還水，為了幫助解決砂巖里面井水回灌難題，提供以下四點建議：
8.1、必須實行封閉式取水還水，才能保證井水長久持續回灌
在中深層砂巖里面取水還水，和在淺層細砂層里面取水還水一樣，因為含水層滲透流道細小，容易臟堵氣堵，必須采用本發明帶氣水分離器的旋流除砂器，把井水中的細小泥砂分離出來，防止泥沙堵塞回灌井和地下含水層。必須采用本發明三道脫氣設備實行封閉式取水還水，才能保證井水從取出來到回灌地下過程中不與空氣接觸，防止井水發生氧化反應，防止氧化物微生物堵塞回灌井和地下含水層。必須采用三道脫氣設備才能把井水中的溶解氣體解壓分離出來，才能徹底解決地下含水層氣堵難題。只要認真做好封閉式取水還水，保持井水水質不變，沒有泥沙和氧化物微生物堵塞回灌井和地下含水層，沒有氣體堵塞地下含水層，不需要回揚洗井也能保證井水長久等量輕松回灌。
8.2、認真做好固井封水，嚴防上層泥沙進入取水層和回灌層
中深層地熱開發井打得深，2～3km深的砂巖多是固化的砂石，砂巖里面幾乎沒有可以移動的砂粒。2～3km深的取水井都是2開3開成井的，潛水泵放在上層不透水的井管里面抽水，潛水泵擾動不到井管外面泥砂，取到的井水中含砂量應該很低。如果取到的井水含砂量較高，唯一可能就是從目標取水層以上松散含水層帶入取水井內的，所以要把目標取水層以上松散含水層封水堵死。如果取到的井水里面泥砂含量很低，并且經過地面除砂和過濾，回灌水里面沒有泥砂，也要把回灌層以上不參與回灌的松散含水層嚴密封水堵死，以防上層水進入回灌井，帶入泥砂堵塞回灌井和回灌層。在半固化和非固化松散含水層里面取水還水，井身結構和成井工藝必須要按淺層井在細砂層里面取水還水一樣設計，才能取到合格清水。
8.3、充分利用井深優勢，努力為井水回灌創造動能條件
由于砂巖滲透流道細小，回灌阻力比較大，要想獲得較大回灌量，就要努力為井水回灌創造動能條件，增強回灌能力。有利條件是回灌井打得深，從上到下跨度大，一般情況下只要把淺表松散含水層嚴密封水堵死，不讓表層水進入回灌層，在平原地區應該能把回灌井里靜水位降得比較深。只要能把回灌井里靜水位降到50米以下，回灌井里裝滿井水以后，作用在地下回灌層的水柱重力較大，一抽一灌也能保證井水等量回灌。如果把目標回灌層以上所有含水層全部封死，仍然不能把回灌井里靜水位降到理想位置，說明目標回灌層地下水源頭較高，為了保證井水等量回灌必須采用水泵加壓回灌，為井水回灌創造動能條件，實在不行就要多打回灌井。
8.4、盡量讓上方含水層參與回灌，增加過水面積降低回灌阻力
為了保護地表水資源，為了努力降低回灌井里靜水位，防止表層水把泥沙帶入回灌層，必須要把淺表層松散含水層嚴密封水堵死。也要充分利用目標回灌層上方含水層參與回灌，增加回灌水過水面積，降低回灌阻力，增加換熱面積提高換熱量，有利于減小取水井和回灌井之間距離。必須要在各個含水層之間固井封水，防止松散含水層泥沙帶入下方回灌層。必須要把各個含水層的深淺走向搞清楚，要把地下水源頭高的含水層嚴密封水堵死，努力降低井里靜水位，才能保證井水等量輕松回灌。因為回灌井打得深，從上到下跨度大，該封堵的封堵,該疏導的疏導，能為井水回灌創造良好的回灌條件。與淺層回灌井相比，還是中深層回灌井可操作空間大，比較好處理。
九、技術總結
封閉式等量取水還水技術核心思想：一是采用一整套井水回灌設備實行封閉式取水還水，杜絕各種堵塞因素，才能保證井水長久輕松回灌。二是要為井水回灌創造動能條件，增加回灌壓力，加大過水面積，降低回灌阻力，才能保證井水長久等量輕松回灌。三是努力增加對流熱交換面積，提高換熱能力，加大含水層貯能體體積，提高貯能能力，才能保證取水溫度長久穩定。這是淺層地熱能開發和中深層地熱能開發必須遵循的三項基本原則。
地熱尾水回灌是個世界難題，難在水文地質條件不等，難在影響井水回灌的因素較多，難在難以透過現象看本質，難在以往沒有可靠措施解決。作者不僅把井水難以等量輕松回灌和難以長久持續回灌的各種因素找出來，并且提供一整套井水回灌設備和一整套高質量等量取水還水地下工程設計施工方法，希望能夠推動行業技術進步。
十、合作方式
一是技術轉讓或者技術參股一家實施能力強的企業，一心一意幫助這家企業做好工程設計施工技術指導。二是普通許可使用，選擇幾家規模企業許可使用，按照培訓工作量收取培訓費，按照年完成工程量收取使用費，供應井水回灌設備，提供工程設計施工技術指導。
作者是地源熱泵制造專家，也是地源熱泵工程設計專家，能夠做好地源熱泵工程設計施工每個細節，能夠根據水文地質條件做好地下工程設計施工方案，幫助大家徹底解決井水回灌難題，爭取更多工程，少走彎路就是效益。
作者：南通長江春風技術服務有限公司 丁祥（高級工程師 ）
電話：0513-87581182 13706274213 （微信號）
網址：m.rsbxgm.cn
郵箱：729772435＠qq.com
地址：江蘇省如皋市長江鎮長江東路56號郵編：226532
