專利名稱：偏流態(tài)地下水源熱泵抽灌控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種偏流態(tài)地下水源熱泵抽灌控制方法。
背景技術(shù)：
地下水源熱泵是一種低溫地?zé)豳Y源可持續(xù)利用技術(shù)。由于具有能源利用密度大，能量輸運快，工程成本低等優(yōu)越優(yōu)點，得到越來越廣泛的應(yīng)用。在地下水源熱泵系統(tǒng)運行過程中，需要布置抽水、回灌井群，而受建筑場地面積限制，抽灌井之間的間距有限，在地下水集中抽水、回灌地區(qū)，水位場、溫度場將相互疊加干擾，導(dǎo)致抽水井出水溫度隨回灌水溫度變化而變化，即出現(xiàn)“熱貫通”現(xiàn)象。“熱貫通”的產(chǎn) 生，必然影響地源熱泵機組的制熱或制冷效率，長此以往，將影響整個系統(tǒng)的工作效率及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時系統(tǒng)不能正常工作。通常，合理布置抽/灌井群位置有利于減輕井間熱貫通，但避免熱貫通的發(fā)生比較困難。首先，在熱擴散和地下水滲流的聯(lián)合作用下，隨著使用時間的延長，回灌水熱流場的影響半徑會越來越大，單純增加井距并不能從根本上克服井間熱貫通。其次，考慮工程初投資和建筑物場地條件等制約因素，實際工程中井群間距不會任意遠(yuǎn)，所以抽灌井區(qū)比較集中，其附近的熱濕運移和水動力循環(huán)也相當(dāng)活躍。更重要的是，人們認(rèn)為只要合理布置井群便可避免熱貫通，而實際中產(chǎn)生的問題和后果遠(yuǎn)不止于此，合理的布置方案亦具有局限性和相對適應(yīng)性。因此，在井(群)間距和抽灌量一定的條件下，如何通過改變抽灌系統(tǒng)運行模式，尋求最優(yōu)的抽灌控制方法，實現(xiàn)含水層滲流場和溫度場的主動控制，將有助于地下水源熱泵系統(tǒng)能源效率的提高和該技術(shù)的健康、可持續(xù)應(yīng)用與發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種偏流態(tài)地下水源熱泵系統(tǒng)抽灌控制方法。該控制方法基于地下水的天然偏流，采用主動調(diào)配抽灌各井的流量負(fù)荷，以削弱大然偏流對回灌水波及范圍和程度的影響，最大限度的減輕或避免熱貫通現(xiàn)象，實現(xiàn)抽灌井群布置的相對“緊湊”。實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是該偏流態(tài)地下水源熱泵系統(tǒng)包括第一抽水井、第二抽水井、第三抽水井、第四抽水井、第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門、第五閥門、第六閥門、第七閥門、第八閥門、集水器、抽水干管、過濾器、抽水泵、換熱器、回灌水干管、回灌水泵、分水器、第一回灌井、第二回灌井、第三回灌井、第四回灌井、抽水井流量計、回灌井流量計、目標(biāo)含水層。所述第一抽水井、第二抽水井、第三抽水井和第四抽水井為豎直成列設(shè)置，一端插入目標(biāo)含水層中，另一端通過過濾器和抽水井流量計分別對應(yīng)的與第一閥門、第二閥門、第三閥門和第四閥門相通，所述集水器進水口處與第一抽水井、第二抽水井、第三抽水井和第四抽水井相連，出水口處與抽水干管相連，所述抽水泵置于抽水干管上，一側(cè)與集水器相通，另一側(cè)與換熱器相通，所述回灌水干管一端與換熱器相通，另一端與分水器相通，所述回灌水泵置于回灌水干管上，所述分水器進水口處與回灌水干管相連，出水口處分別通過第五閥門、第六閥門、第七閥門和第八閥門與第一回灌井、第二回灌井、第三回灌井和第四回灌井相連，所述第一回灌井、第二回灌井、第三回灌井和第四回灌井為豎直成列設(shè)置，一端插入目標(biāo)含水層中，另一端通過回灌井流量計分別對應(yīng)的與第五閥門、第六閥門、第七閥門和第八閥門相通。本發(fā)明的有益效果是通過對抽灌各井流量負(fù)荷的主動調(diào)配，人為改變抽灌井群區(qū)域回灌水溫度的波及范圍和程度，減緩了回灌水對抽水溫度的影響，避免了熱貫通現(xiàn)象的發(fā)生，為地下水源熱泵提供高效運行的冷熱源。


圖I為本發(fā)明系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)示意2為抽灌井群上側(cè)區(qū)域地下水偏流示意3為抽灌井群下側(cè)區(qū)域地下水偏流示意圖
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明如圖I所示，偏流態(tài)地下水源熱泵抽灌控制方法系統(tǒng)包括第一抽水井I、第二抽水井2、第三抽水井3、第四抽水井4、第一閥門la、第二閥門2a、第三閥門3a、第四閥門4a、過濾器5、抽水井流量計6、集水器7、抽水干管8、抽水泵9、換熱器10、回灌水干管11、回灌水泵12、分水器13、第一回灌井14、第二回灌井15、第三回灌井16、第四回灌井17、第五閥門14a、第六閥門15a、第七閥門16a、第八閥門17a、回灌井流量計18、目標(biāo)含水層19。其特征在于第一閥門la、第二閥門2a、第三閥門3a和第四閥門4a分別安裝在第一抽水井I、第二抽水井2、第三抽水井3和第四抽水井4上，對抽水各井流量進行實時主動調(diào)配，所述過濾器5安裝在各抽水井上，對含水層中多孔介質(zhì)砂粒進行過濾，防止出現(xiàn)堵塞，所述抽水井流量計6置于各抽水井上，對各井水流量進行實時監(jiān)測，所述換熱器10的功能是從抽取的地下水中提取熱量或冷量，然后將提取的熱量或冷量輸入到熱泵機組，從而為建筑物等供暖或制冷，所述抽水泵9安裝在抽水干管8上，所述回灌水泵12安裝在回灌管11上，所述第五閥門14a、第六閥門15a、第七閥門16a和第八閥門17a分別安裝在第一回灌井14、第二回灌井15、第三回灌井16和第四回灌井17上，對回灌各井流量進行實時主動調(diào)配，所述回灌井流量計18置于各回灌井上，對各井水流量進行實時監(jiān)測。本發(fā)明工作原理結(jié)合圖I說明本發(fā)明的工作原理，開啟抽水泵9和回灌水泵12，此時目標(biāo)含水層19中的地下水經(jīng)由第一抽水井I、第二抽水井2、第三抽水井3、第四抽水井4和過濾器5、抽水井流量計6流向第一閥門la、第二閥門2a、第三閥門3a和第四閥門4a，各閥門對抽水各井流量負(fù)荷調(diào)節(jié)之后進入集水器7，在抽水泵9的作用下，抽取的地下水繼續(xù)向前流動，通過抽水干管8和抽水泵9后到達(dá)換熱器10，在回灌水泵12的作用下，經(jīng)換熱后的地下水通過回灌水干管11和回灌水泵12進入分水器13，然后第五閥門14a、第六閥門15a、第七閥門16a和第八閥門17a對回灌各井水流量負(fù)荷進行調(diào)配，最后回灌水經(jīng)由第一回灌井14、第二回灌井15、第三回灌井16、第四回灌井17和回灌井流量計18回灌入目標(biāo)含水層19中。
結(jié)合圖I和圖2，當(dāng)形成抽灌井群右上側(cè)區(qū)域地下水偏流20時，減小第一閥門la、第二閥門2a、第五閥門14a和第六閥門15a開度，同時增大第三閥門3a、第四閥門4a、第七閥門16a和第八閥門17a開度，此時第一抽水井I、第二抽水井2抽水量和第一回灌井14、第二回灌井15回灌水量將減小。雖然右上側(cè)區(qū)域地下水偏流20將加速回灌水向抽水井區(qū)域移動，然而由于抽灌井群上半?yún)^(qū)域22抽灌量比正常大抽灌量時相應(yīng)減小，導(dǎo)致該區(qū)域地下水滲流速度相應(yīng)減小，回灌水溫度影響程度變?nèi)酰行p輕和延遲了回灌水對第一抽水井I和第二抽水井2的影響；對于抽灌井群下半?yún)^(qū)域23，雖然抽灌量相對增大，但由于右上側(cè)區(qū)域地下水偏流20的存在，使得部分地下水滲流偏出抽灌井群作用區(qū)域(偏向抽灌井群區(qū)域下側(cè))，減緩了回灌水溫度對第三抽水井3和第四抽水井4的影響。當(dāng)形成抽灌井群左上側(cè)區(qū)域地下水偏流21時，減小第一閥門la、第二閥門2a、第五閥門14a和第六閥門15a開度，增大第三閥門3a、第四閥門4a、第七閥門16a和第八閥門17a開度，此時抽灌井群上半?yún)^(qū)域22的抽灌量較小，同時左上側(cè)區(qū)域地下水偏流21的存在更加有效的阻礙了回灌水向抽水井區(qū)域移動。對于抽灌井群下半?yún)^(qū)域23，左上側(cè)區(qū)域地下水偏流21同樣可以阻礙回灌水向抽水井區(qū)域移動，減緩對第三抽水井3和第四抽水井4的影響。結(jié)合圖I和圖3，當(dāng)形成抽灌井群右下側(cè)區(qū)域地下水偏流24時，減小第三閥門3a、第四閥門4a、第七閥門16a和第八閥門17a開度，同時增大第一閥門la、第二閥門2a、第五閥門14a和第六閥門15a開度，此時第三抽水井3、第四抽水井4抽水量和第三回灌井16、第四回灌井17回灌水量將減小。雖然右下側(cè)區(qū)域地下水偏流24將加速回灌水向抽水井區(qū)域移動，然而由于抽灌井群下半?yún)^(qū)域27抽灌量比正常大抽灌量時相應(yīng)減小，導(dǎo)致該區(qū)域地下水滲流速度相應(yīng)減小，回灌水溫度影響程度變?nèi)?，有效減輕和延遲了回灌水對第三抽水井3和第四抽水井4的影響；對于抽灌井群上半?yún)^(qū)域26，雖然抽灌量相對增大，但由于右下側(cè)區(qū)域地下水偏流24的存在，使得部分地下水滲流偏出抽灌井群作用區(qū)域(偏向抽灌井群區(qū)域上側(cè))，減緩了回灌水溫度對第一抽水井I和第二抽水井2的影響。當(dāng)形成抽灌井群左下側(cè)區(qū)域地下水偏流25時，減小第三閥門3a、第四閥門4a、第七閥門16a和第八閥門17a開度，增大第一閥門la、第二閥門2a、第五閥門14a和第六閥門15a開度，此時抽灌井群下半?yún)^(qū)域27的抽灌量較小，同時左下側(cè)區(qū)域地下水偏流25的存在更加有效的阻礙了回灌水向抽水井區(qū)域移動。對于抽灌井群上半?yún)^(qū)域26，左下側(cè)區(qū)域地下水偏流25同樣可以阻礙回灌水向抽水井區(qū)域移動，減緩對第一抽水井I和第二抽水井2的影響。采取本發(fā)明的偏流態(tài)地下水源熱泵抽灌控制方法，可根據(jù)地下水的天然偏流，主 動調(diào)配抽灌各井流量負(fù)荷，從而改變由抽灌引起的地下含水層滲流場和溫度場變化幅度和范圍，減輕和避免熱貫通現(xiàn)象，為地下水源熱泵提供高效運行的冷熱源，提高熱泵系統(tǒng)的工作效率。
權(quán)利要求
1.偏流態(tài)地下水源熱泵抽灌控制方法，其特征在于開啟抽水泵(9)和回灌水泵(12)，此時目標(biāo)含水層(19)中的地下水經(jīng)由第一抽水井(I)、第二抽水井(2)、第三抽水井(3)、第四抽水井(4)和過濾器(5)、抽水井流量計(6)流向第一閥門(la)、第二閥門(2a)、第三閥門(3a)和第四閥門(4a)，各閥門對抽水各井流量負(fù)荷調(diào)節(jié)之后進入集水器(7)，在抽水泵(9)的作用下，抽取的地下水通過抽水干管(8)到達(dá)換熱器(10)，在回灌水泵(12)的作用下，經(jīng)換熱后的地下水通過回灌水干管(11)進入分水器(13)，然后第五閥門(14a)、第六閥門(15a)、第七閥門(16a)和第八閥門(17a)對回灌各井水流量負(fù)荷進行調(diào)配，最后回灌水經(jīng)由第一回灌井(14)、第二回灌井(15)、第三回灌井(16)、第四回灌井(17)和回灌井流量計(18)回灌入目標(biāo)含水層(19)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏流態(tài)地下水源熱泵系統(tǒng)抽灌控制方法，其特征在于所述的集水器(7)進水口處安裝有第一閥門(la)、第二閥門(2a)、第三閥門(3a)和第四閥門(4a)，可分別對各抽水井流量進行可變負(fù)荷實時調(diào)配。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏流態(tài)地下水源熱泵系統(tǒng)抽灌控制方法，其特征在于所述的分水器(13)出水ロ處安裝有第五閥門(14a)、第六閥門(15a)、第七閥門(16a)和第八閥門(17a)，可分別對各回灌井流量進行可變負(fù)荷實時調(diào)配。
4.根據(jù)權(quán)利要求2、3所述的抽灌流量可變負(fù)荷實時調(diào)配，其控制特性在于可適度控制第一閥門(la)、第二閥門(2a)、第三閥門(3a)、第四閥門(4a)和第五閥門(14a)、第六閥門(15a)、第七閥門(16a)、第八閥門(17a)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏流態(tài)地下水源熱泵抽灌控制方法，包括第一抽水井、第二抽水井、第三抽水井、第四抽水井、過濾器、抽水井流量計、第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門、集水器、抽水干管、抽水泵、換熱器、回灌水干管、回灌水泵、分水器、第五閥門、第六閥門、第七閥門、第八閥門、第一回灌井、第二回灌井、第三回灌井、第四回灌井、回灌井流量計、目標(biāo)含水層。本發(fā)明基于地下水的天然偏流，采用主動控制抽灌各井流量負(fù)荷的方法，人為控制回灌水的波及范圍和影響程度，減緩回灌水對抽水溫度的影響，最大限度的減輕和避免熱貫通現(xiàn)象，為地下水源熱泵提供高效運行的冷熱源，提高熱泵機組的工作效率，從而保證系統(tǒng)工作性能的穩(wěn)定。
文檔編號F25B49/00GK102661642SQ20121016920
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者周學(xué)志, 江彥, 高青 申請人:吉林大學(xué)