安阳市地下水源热泵的现状与应用

2010-08-15赵飞燕万贵生

河南水利与南水北调 2010年4期

□赵飞燕 □万贵生

（河南省安阳水文水资源勘测局）

地下水源热泵是地源热泵的一个分支。这项技术起始于1912年，瑞士Zoelly提出了“地热源热泵”的概念。1948年，第一台地下水源热泵系统在美国俄勒冈州波特兰市的联邦大厦投入了运行。在其后的几十年中，地下水源热泵得到了更为广泛的应用。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。自2001年安阳市引入地下水源热泵系统，至2008年底，安阳市有12套地下水源热泵供热或制冷系统。

一、基本工作原理

地下水源热泵系统的低位热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。热泵机组冬季从生产井提供的地下水中吸热，提高品位后，对建筑物供暖，把低位热源中的热量转移到需要供热和加湿的地方，取热后的地下水通过回灌井回到地下。夏季，则生产井与回灌井交换，而将室内余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的，另外还可以起到养井的作用。

二、效益分析

（一）属可再生能源利用技术

（二）高效节能

地下水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12～22℃，水体温度比环境温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。夏季水体温度为18～35℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。

（三）运行稳定可靠

地下水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度有较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。

（四）环境效益显著

污染减小。设计良好的地下水源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比，相当于减少30%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上。

（五）一机多用，应用范围广

地下水源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。

（六）自动运行

水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用寿命可达15年以上。

三、地下水源热泵应用现状

自2001年以来，安阳市建设了具有商业性质的文峰时代广场、银基商贸城；具有办公性质的市广电局、市五中、市公安局、安阳振动器厂；具有试验性质的中棉所；具有餐饮服务场所的喜相逢大酒店、渤龙绿色生态园等8家试点单位。2006年建设了殷墟博物院、创业家园、市人民检察院、居家易广场、南湾湖商务酒店。2007年后建设了安阳振动器厂、枫林水郡、彰德府文化步行街和市第五人民医院地下水源热泵系统。地源热泵的主机多采用郑州克莱门特、开封国立等品牌。成井管材多为水泥管，钢管的仅有市广电局和银基商贸城。所有抽注水井井深均为80～110m，井径为30～50cm。抽注水井有 1：1、1：1.2、1：2。制冷期一般为6月初～9月中旬；供热期均为11月中旬～次年3月中旬。供热期间进入主机的水温为17℃左右，回灌水水温在10～15℃，供入空调分盘的水温为45℃左右；制冷期间进入主机水温在16～19℃，回灌水水温在19～29℃，供入空调分盘的水温为8～12℃。

四、水质分析

2008年共分析了使用地下水源热泵的单位8家，采集水样16组。分析16组抽水井水样，总硬度超标的有：文峰时代广场超标0.28倍，银基商贸城超标0.13倍，中棉所超标0.1倍，喜相逢大酒店超标0.45倍。硝酸盐超标的有：文峰时代广场超标1.47倍，银基商贸城超标0.46倍，喜相逢大酒店超标0.45倍，南湾湖湘菜馆超标0.23倍。回水水样16组，与抽水样相比，文峰时代广场总硬度增加5mg/L，超标0.29倍，硝酸盐（以氮计）减少0.227mg/L，超标1.45倍；银基商贸城总硬度增加16.36mg/L，超标0.17倍，硝酸盐减少0.54mg/L，超标0.4倍；中棉所总硬度增加3.95mg/L，超标0.11倍；喜相逢大酒店总硬度增加3.51mg/L，超标0.46倍。从抽水组和回水组水质分析，水质变化不大，总硬度超标是安阳市整体水质所致。

五、水量分析

2008年从8家单位抽水量和回水量分析，抽水量基本全部回灌地下，耗水量很小。地下水源热泵系统为微耗水项目。

六、存在问题分析

最近几年地下水源热泵系统得到了迅速的发展，虽然它是一种环保、节能、先进的空调方式，但对于利用地下水这种资源仍然存在一些需要注意的问题：

（一）地质问题

地下水属于一种地质资源，大量采用地下水源热泵，如无可靠的回灌，将会引发严重的后果。地下水大量开采引起的地面沉降、地裂缝、地面塌陷等地质问题目渐显著。例如地下水的过度抽取引起的地面沉降，在我国浙江、江苏和整个华北平原，情况都仍然非常严重。地面沉降除了对地面的建筑设施产生破坏作用外，还会产生海水倒灌、河床升高等其他环境问题。对于地下水源热泵系统，若严格按照政府的要求实行地下水100%回灌到原含水层的话，总体来说地下水的供补是平衡的，局部的地下水位的变化也远小于没有回灌的情况，所以一般不会因抽灌地下水而产生地面沉降。但现在在实际使用过程中，由于回灌的堵塞问题没有根本解决，有可能出现地下水直接地表排放的情况。而一旦出现地质环境问题，往往是灾难性和无法恢复弥补的。

（二）水质问题

现在地下水源热泵的地下水回路都不是严格意义上的密封系统，回灌过程中的回扬、水回路中产生的负压和沉砂池，都会使外界的空气与地下水接触，导致地下水氧化。地下水氧化会产生一系列的水文地质问题，如地质化学变化、地质生物变化。另外，目前地下水回路材料基本不作严格的防腐处理，地下水经过系统后，水质也会受到一定影响。这些问题直接表现为管路系统中的管路、换热器和滤水管的生物结垢和无机物沉淀，造成系统效率的降低和井的堵塞。更可怕的是，这些现象也会在含水层中发生，对地下水质和含水层产生不利影响。更深层的问题是地下水经过地下管路时温度、压力的变化是否会影响其热力学平衡状态，地下热环境会对区域生态带来怎样的影响。