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浅谈地下水源热泵造成地面沉降的影响

2015-05-31 责任编辑:尚美新能源

浅谈地下水源热泵造成地面沉降的影响

地下水源热泵在国际上的发展,1948年第一台地下水源热泵系统在俄勒冈州运行,掀起了上世纪欧洲和美国地源热泵研究的高潮,美国地下水源热泵系统的应用一直呈上升趋势。据美国能源信息部的调查表明:美国地下水源热泵在2004年大约有500000套地源热泵在运行,每年大约有50000套在安装,美国地源热泵应用最多的地方是学校和办公建筑,全美也是世界最大的地下水源热泵系统安装在肯塔基州路易维尔市的一幢旅馆办公建筑中,它能够提供10MW的冷、热量。在欧洲的中部和北部,由于气候寒冷,地源热泵主要应用于采暖模式。原联邦德国计划到1990年生产热泵350万台,其中地下水源热泵14%,基本都是单向的大型热泵,制热量为400-600KW。瑞典政府在地源热泵应用的初期采取了一定的补贴政策,不过20世纪90年代以来,政府取消补贴,但地源热泵仍以1000 套/年的速度增长,全国累计安装了23万套地源热泵系统。

我国地下水源热泵从1997年开始学习和引进欧洲产品,出现了大规模的地下水源热泵采暖工程项目,到1999年底,全国大约有100套地下水源热泵供热、制冷系统。最近几年地下水源热泵技术发展的较快,以北京为例,现在地源热泵应用在北京的办公楼、住宅、学校、商场、宾馆、医院等,2008年奥运会许多场馆和国家大剧院都有不同程度的应用。

值得一提的是我国为贯彻落实党中央、国务院提出的建设“资源节约型、环境友好型”社会的战略部署,充分利用可再生能源,发改委、住建部、财政部等通过不同规划和文件鼓励和支持地源热泵、与建筑一体化的发展,并对申请的示范项目进行财政补贴,一些省、市区也陆续开始出台新的规定鼓励地源热泵的发展。

地源热泵在世界上的发展远远超过了100年的传统地热技术的发展。2000年有26个国家,2005年有33个国家,2010年有43个国家开始使用地源热泵,最初都是北美和欧洲领先,到今年,中国已经排到了地源热泵使用国家当中的第二位。地源热泵在国际国内的发展速度都充分的说明了目前的技术能够把地源热泵的应用对地面沉降及地面建筑物的影响降到最低,不会存在安全隐患。

由辽宁省建筑设计院、沈阳建筑大学、辽宁地质勘察施工集团公司负责研究地下水源热泵技术应用对建筑地基基础的影响中得出的结论如下:

1.对于砂土地基的建筑物,抽取、回灌地下水引起的地面附加沉降均在规范允许范围内,建筑物的沉降安全问题是可以解决的。

2.模型模拟试验的结果表明:水位下降段以内的释水压密变形与基础沉降宽度、地基压力、地基压缩模量有关,该压缩变形可控制在0.35mm左右。

3.水位下降段以外,由于水位降深产生的附加应力引起的建筑物的附加沉降仅与地面以下土层厚度、变形模量有关,沈阳地铁一、二号线施工地下水位最大降深达18m,基坑周边地面沉降监测结果最大沉降5.82mm,地下水源热泵群井抽水的最大水位降深也不超过5m,一般水位降深3m左右,地面沉降可控制在5mm以内。

4.以桩为基础的建筑物可不考虑抽取地下水对建筑物附加沉降的影响。

以上结论充分说明即使地下水位下降,对有建筑物的地面沉降的影响也微乎其微,对于没有建筑物的地面更不会有影响,更何况抽取的地下水实现百分之百的回灌的前提下,对地面沉降的影响可以不予考虑。

针对回灌井堵塞的原因采取不同的措施进行处理:

1.悬浮物堵塞:注入水中的悬浮物含量过高会堵塞多孔介质的孔隙,从而使井的回灌能力不断减小直到无法回灌。可以通过预处理控制回灌井中悬浮物的含量是防止回灌井堵塞。

2.微生物的生长:注入水中的或当地的微生物可能在适宜的条件下在回灌井周围迅速繁殖,形成一层生物膜堵塞介质孔隙,从而降低了含水层的导水能力。可以通过电子水处理仪去除水中的有机质或者进行预消毒杀死微生物可以防止生物膜的形成。
 
3.化学沉淀:当注入水与含水层介质或地下水不相容时,可能会引起某些化学反应,这不仅可以形成化学沉淀堵塞水的回灌,甚至可能因新生成的化学物质而影响水质。在碳酸盐地区可以通过加酸来控制水的PH值,以防止化学沉淀的生成。

4.含水层细颗粒重组:当回灌井又兼作抽水井时,反复的抽、回灌可能引起存在于井壁周围细颗粒介质的重组,这种堵塞一旦形成,则很难处理。因此在这种情况下,可以控制回灌井用作抽水井的频率,在有条件的地方抽水井不做回灌井使用。
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