地下水熱泵系統的地質環境監測
目的是監測整個系統換熱功效,計量評價系統運行能效。監測地下水換熱系統在運行時對區域地溫場的影響情況,由于抽水井抽取的是原始水,不需要對其進行監測,所以只對回灌井周圍溫度場的溫度變化情況以及回灌井溫度恢復情況、抽水井與回灌井相互影響情況進行監測。通過對回灌水水質進行長期監測,觀察水質變化以及抽水井、回灌井水位變化情況。
1.理想狀態下的監測站
建立一個理想狀態下的監測站,就需要全面的考慮各種因素對監測對象的影響,所以監測的范圍要廣,監測點的數量要多,監測元件的測試精度要高。一個理想狀態下的地下水熱泵系統監測站至少要做到以下各項監測:
(1)在水源水總管上安裝流量計,在進出總管上安裝溫度傳感器,長期記錄監測數據乎團,用于計算分析地下水熱泵系統水源水的排、取熱量情況。
(2)對地下水熱泵系統的設備要安裝用電計量裝置,評價熱泵系統的能效情況。
(3)在回灌井及抽水井中不同深度安裝溫度傳感器,監測系統運行過程中溫度變化情況。
(4)在抽水井與回灌井之間布置監測點――溫度傳感器,監測它們相互間影響情況。根據不同的地層情況,監測點要布置在地層的賦水層中,監測點的間距為10m。
(5)在回灌井的周圍按一定間距向四周延展布置監測點――溫度傳感器,監測地下水熱泵系統在長期使用過程中對區域地溫場的影響。監測點同樣要布置在地層的含水層中,監測點的間距為10m。
按照以上的布置方式,同時考慮到不同深度的水井,監測點的數量為30~50個。
監測點的平面布置如圖8-1所示:
圖8-1 理想狀態下監測站的監測點布置平面示意圖
2.已建監測站
由于地下水熱泵系統監測站是監測一個地下水熱泵系統的運行情況及系統的長期運行對地下溫度場的影響變化,所以,建立監測站的前提是必須有長期穩定運行的地下水熱泵系統。為了對地下水熱泵系統的地質環境進行監測,可以利用已建或待建地下水熱泵項目實施對系統的地質環境監測。由于目前已經建好的地下水熱泵系統的抽水井和回灌井都是布置在建筑周邊附近的區域內,水井周圍沒有足夠的區域可布置所有的監測點,再加上監測點的布設要占用一定的土地面積,所以,對于新建或待建的地下水熱泵系統,并沒有充足的區域對地質環境進行監測。
理想狀態下的地質環境監測站很難以實施,為此,選取某一項各方森謹面條件都較好的地下水熱泵項目,對其地質環境進行監測。北京市地下水動態監測及歲春橘辦公試驗綜合樓地下水熱泵項目具備相對較好的條件,基本能達到理想狀態下監測站的所有監測目的,可以選定該處進行地質環境監測,以下是該項目的情況介紹。
1)項目概況
綜合樓總建筑面積16411.62m2,水平層計算建筑面積18458.28m2;綜合樓共設計安裝371臺臥式暗裝風機盤管,品牌為上海Carrier,安裝位置在辦公室、會議室、大堂、衛生間等地方;供暖、制冷設計選用2臺克萊門特PSRHH1801機組,循環泵3臺,兩用一備,補水泵2臺,一用一備;含通風系統中的新風系統(含新風主機,不包括排風、排煙和換氣);潛水抽水泵2臺,為國內知名品牌天津甘泉,一用一備。整套系統設計為自動控制,在風機盤管回水管上設計有電動二通閥和溫控器,在機房內設計有壓差控制器,潛水泵配有變頻調速控制器,最大限度的實現節能;潛水泵為屏蔽泵。
該項目地下水熱泵系統水源井數量為3眼,一抽二灌。在該項目的水井井壁處及回灌井周圍設置監測點,以實施對地下水熱泵項目的地質環境監測。
水井平面位置如圖8-2所示:
圖8-2 水源井平面位置示意圖
2)地層結構
水井所在地區域的地層結構如圖8-3所示:
3)地質環境監測內容
(1)在水源水總管上安裝流量計,在進出總管上安裝溫度傳感器,長期記錄監測數據,用于計算分析地下水熱泵系統水源水的排、取熱量情況。
(2)對地下水熱泵系統的設備要安裝用電計量裝置,評價熱泵系統的能效情況。
圖8-3 某井地層結構圖
(3)在3口水井分別沿深度25m、36m和50m布置監測點――溫度傳感器,共9個,監測系統運行過程中的水溫變化情況。
(4)在回灌井周圍布置監測點――溫度傳感器,監測回灌水對周圍地層的影響情況。通過本項目的水資源論證報告得知,該區域的地下水靜水位約28m,動水位約31m,所以,監測點布置在動水位以下,具體布置深度為36m和50m,水平間距為10m,共可布置7個監測孔。如圖6-4所示。
圖8-4 地質環境監測點布置平面示意圖
監測點的數量一共為23個,其中觀測孔中14個,抽灌井中9個。監測點采用PT1000鉑電阻一體化溫度變送器,4~20mA輸出,加長導線調試標定,測試為精度0.1℃。
通過巡檢儀對所有監測點進行巡檢并采集儲存數據,并通過485通訊進監測站與上位機通訊,從而實現對地下水溫度實時監測,并且保存成access庫,結合溫度曲線,以便對數據進行分析處理。
(5)在抽水井及回灌井動水位之下,安置水位傳感器,長期監測地下水為動態。
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