地下水源热泵系统综述

朱柯

摘 要：地下水源热泵利用少量高品位能源把低品位能源转换为可以直接利用的高品位能源，是一项节能和环保的技术，适应如今世界能源发展的潮流。本文主要以地下水源热泵的工作原理，特点，存在的一些问题以及回灌这一关键问题进行分析综述，为地下水源热泵以后的推广使用提供一些参考。

关键词：地下水源热泵；回灌；节能；环保

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.214

0 引言

当今世界随着经济的快速发展，人们对能源的需求不断地增大。然而传统的能源逐渐减少，能源的过度使用造成了现如今空气的污染，环境的破坏，能源的枯竭等一些问题，为了减少传统资源的供应不足和解决环境问题，现如今提倡可再生能源和绿色能源的开发和利用，以此来降低能耗。地下水源热泵这一高效的技术起了世界各国的关注，能够降低建筑能耗，对节能减排有重大影响。

1 地下水源热泵简介及工作原理

地下水源热泵系统是属于地源热泵的分支，相比于常见的空调系统有着很大的优势。地下水源热泵凭借着节能，高效的优势，被评为环保节能空调系统。地下水源热泵主要有两大类：一类是开式地下水地源热泵系统是将地下水直接供应到每台热泵机组，之后将井水回灌地下；一类是闭式地下水地源热泵系统，在闭式地下水系统中，地下水和建筑内循环水之间是用板式器分开的[1]，一般系统有抽水井和回灌井组成。地下水源热泵系统是把吸收辐射到地球上太阳能量的浅层地下水作为冷热源，通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低位热能向高位的转移[2]。地下水源热泵系统一般取自地下含水层里的水，深度一般在100—150米左右，这一区域温度相对恒定，被称为“恒温带”。地下水源热泵把地下水作为冷热源，分别供给冬天取暖和夏季制冷。其原理就是，冬季把恒温的地下水热量提出来给室内供暖；夏季通过地下水作为媒介把室内热量，“运送”到地下水中。如图1所示。

2 地下水源热泵系统优势及发展的缺陷

（1）地下水源热泵系统具有高效率，节能和环保的技术越来越受到人们的普遍关注，用在工程上凸显出来的优秀的特点让人们对其更加青睐，其在工程应用中得到了很大的发展。地下水源热泵有如下特点：

1）节约资源，2）属于可再生能源，3）环境污染小，4）运行安全可靠，5）占地面积小，6）应用领域广。

（2）地下水源热泵在实际使用存在问题，人们对这些问题进行归总一下，共有四大类：回灌阻塞问题、腐蚀与水质问题、井水泵功耗过高和运行管理问题[3]。

1）回灌阻塞问题主要来自六方面：悬浮物堵塞，微生物的生长，化学沉淀，气泡阻塞，黏粒膨胀和扩散，含水层细颗粒重组。2）腐蚀与水质问题。由于地下水的浑浊，酸碱不平衡，腐蚀性杂质，微生物的滋养等一些问题容易造成水泵井管腐蚀以及生锈现象。然而水质的好坏直接决定着腐蚀的与否。3）井水泵功耗过高。井水泵的功耗在地下水源热泵系统能耗中占有很大的比重，在不良的设计中，井水泵的功耗可以占总能耗的25%以上，使机组的季节性能系数降低20%[4]。因此为了减少功耗必须依靠井数，投资金额和所选系统类型等全方面考虑。4）运行管理。地下水源熱泵的核心是运行管理，因此要使每一位管理人员熟练并准确的操作。

3 地下水源热泵关键技术---回灌

地下水源热泵的关键技术是回灌问题，为了地下水环境的良好保护回灌必须百分百回流于含水层。影响地下水百分之百回灌问题因素主要有：（1）水文地质条件，（2）热源井成井工艺，（3）回灌井阻塞，（4）地下水回灌方式。

（1）水文地质条件。地下水源热泵系统回灌能力较差的原因很多，最重要的一个是水文地质条件。含水层中多孔介质孔隙度的大小决定着回灌量的高低，如卵石回灌能力强，中粗砂次之，最后是细沙。

（2）热源井成井工艺。出水量的充足和回灌持续进行是热源井设计必须的前提。地下水源热泵从地下含水层中抽水，经过供暖和制冷后，必须回灌到同一含水层中，防止水质的污染[5]。

（3）回灌井阻塞。

（4）地下水回灌方式。地下水源热泵系统根据不同的水文地质条件和成井工艺回灌方式也不同，大体上可以分为三种：真空回灌，重力回灌和压力回灌[5]。对于老井地下水位埋深比较深且地下含水层渗透性较好，适合用真空回灌，因其不会因为回灌而破坏滤水层。对于低水位和渗透性较好的含水层适合用重力回灌，利用水位差来达到自然回灌的效果。对于高水位和低渗透的含水层，适合压力回灌；优点是有利于避免回灌井的堵塞，维持稳定的回灌速率"避免外界空气侵入而引起地下水氧化"缺点是回灌时"对井的过滤层和含砂层的冲击力强[5]。

4 结语

伴随能源消耗日益增加和环境问题日趋严重，节能环保已经成为当今两大主题。节能减排是如今建筑节能的首要任务，地下水源热泵以其独特的优势已经得到了很大的发展。然而地下水源热泵的快速发展有个瓶颈问题，就是地下水回灌问题，也是地下水源热泵研究的关键问题，解决好这一问题，相信地下水源热泵在建筑节能中达到很好的效果。

参考文献：

[1]谭显辉，丁力行.地下水源热泵中的地下水分析[J].全国暖通空调技术信息网大全，2003.

[2]白亚娟.地下水源热泵系统的性能分析及经济评价[D].西安科技大学硕士论文，2009（05）.

[3]吴丽娟.深浅异层井蓄热型水源热泵系统串联机组性能分析与评价[D].天津大学，2006.

[4]陈阳，王智伟，刘炜，刘亚军，张明远.地下水源热泵系统存在的问题及解决措施[J].建筑科学，2016，32（04）：87-92.

[5]赵宏亮.地下水源热泵系统中回灌能力分析[A].水文，第32卷第3期.