地下水源热泵系统适宜性分析

戈建民，王亚彬

（1.天津市水文水资源勘测管理中心，天津 300061；2.天津市地质调查研究院，天津300191）

地下水源热泵系统适宜性分析

戈建民1，王亚彬2

（1.天津市水文水资源勘测管理中心，天津 300061；2.天津市地质调查研究院，天津300191）

在分析天津地区Ⅱ-Ⅴ深层含水组含水层富水性、水温、水质和水位埋深条件基础上，研究地下水源热泵的适宜性，为地下水分区管理提供科学依据。

地下水源热泵；单井回灌量；热交换层位；深层岩水

地下水源热泵系统的水量、水温、水质和供水稳定性是影响水源热泵系统运行的重要因素。由于天津平原区第I含水组地下水一般富水性差、水位埋深浅、大部分地区矿化度高，不适宜于用来作地下水源热泵系统的热交换层位，因此本次地下水源热泵系统的适宜性只考虑第Ⅱ～Ⅴ深层含水组。

1 影响因素分析

1.1 含水层富水性

天津市深层地下水含水组单层厚度小于10m或含水组中砂层总厚度小于20m，出水量低于60m3/h的地区将不予建设新的地下水源热泵系统，而这些地区，均分布在导水系数小于100m2/d的地区，因此，将含水组导水系数小于100m2/d的地区划为欠适宜区。富水性好的地区，单井回灌量较大。

1.2 水温

地下水源热泵系统对地下水温有较为严格的要求，按GB/T 19409《水源热泵机组》的要求，水源热泵机组正常工作的冷（热）源温度范围为：①水环热泵系统，20～40℃（制冷），15～30℃（制热）；②地下水热泵系统，10～25℃（制冷），10～25℃（制热）

1.2.1 夏季制冷时

机组处于制冷模式下运行，进入冷凝器的地下冷却水水温不得低于15℃时，可采用把地下抽取水于冷凝器出口冷却水相混合的方法来提高冷却水进口水温。进水温度20℃时，能保证机组长寿命运行，制冷效果最好。

1.2.2 冬季制热时

进入机组蒸发器的热源水温度可使用范围10℃～25℃，不直接使用低于10℃的热源水，应采用辅助加热手段后方可使用。

由于天津市第Ⅱ～Ⅴ含水组的地下水温在多13～40℃，对于地下水温大于30℃的地区，划为欠适宜区。

1.3 地下水水质

1.3.1 水源热泵

地下水水质对水源热泵适宜性的影响主要从两个方面来考虑：一是地下水质对单井回灌能力的影响，在计算单井回灌能力时已经考虑；二是地下水质对设备的腐蚀损坏，地下水的水质，应适宜于系统机组、管道和阀门的材质，不产生严重的腐蚀损坏。天津市第Ⅱ～Ⅳ含水组水矿化度基本上小于2g/L，满足热泵要求。

1.3.2 设备腐蚀

地下水质对设备的腐蚀损坏，与设备安装及材质有很大的关系。水源的含砂量应小于1/200000；浑浊度小于20NTU；如果水源热泵系统中装有板式换热器，水源水中固体颗粒物的粒径应小于0．5mm；pH值6．5～8．5；CaO含量小于200mg/L；矿化度小于3g/L。地下水地源热泵系统对水质要求如表1。

表1 地下水地源热泵系统对水质要求

本次适宜性研究中，除将矿化度大于2g/L的地下水分布区做为不适宜地下水源热泵系统的建设区外，其他不再考虑。

1.4 地下水位埋深

地下水位埋深对水源热泵建设适宜性的影响，体现在3个方面：①对地下水回灌能力的影响；②对水源热泵系统提水能力的影响，地下水位埋深越大，系统提水能力越小，提水成本越高；③当地下水位持续下降，地下水位埋深超过100m，地下水资源严重超采。

综合后两方面来考虑，当地下水位埋深超过90m时，为不适宜区；而当地下水位埋深不超过90m时，可不考虑地下水位埋深因素。

2 适宜性分区

根据本次定义的适宜性含义及影响因素分布，确定以下分区标准。如表2。

表2 地下水源热泵系统适宜性分区标准

2.1 适宜性分区

根据适宜性分区标准，确定天津市深层含水组地下水源热泵系统分区。

2.1.1 第Ⅱ含水组

适宜区主要分布于蓟县西部、宝坻区南部沿潮白河两侧、宁河西部、东丽区东北部及静海西部沿子牙河一带，这些地区单井涌水量多大于80m3/h，回灌能力多大于50m3/h，地下水位埋深及水温适中，有利于回灌。

较适宜区主要分布于蓟县南部至海河以北地区，包括了宝坻、宁河、武清、北辰区的大部分地区，汉沽全区，中心城区、东丽区、塘沽区的北部地区等，另外在静海县西部沿南运河一带也有分布；这些地区单井涌水量多在60～80m3/h之间，回灌能力多在25～50m3/h之间，地下水位埋深及水温适中。

欠适宜区主要分布于海河以南地区，包括了西青区、津南区、大港区，中心城区、东丽区、塘沽区的南部地区，静海县西部地区，别外在武清区的北部及蓟县的中部地区也有较大面积的分布；这些地区单井涌水量多小于60m3/h，回灌能力多小于25m3/h，部分地段地下水位埋深较浅，不利于地下水源热泵系统的建设。

2.1.2 第Ⅲ含水组

适宜区主要分布于宝坻—蓟运河断裂南侧（武清区北部、宝坻区西部等）、汉沽及塘沽北部沿海地区、静海县中西部地区、宁河西侧至东丽区北部等地区，这些地区单井涌水量多大于80m3/h，回灌能力多大于50m3/h，地下水位埋深及水温适中，有利于回灌。

较适宜区分布范围较广，包括了宁河、武清、北辰区、西青区、东丽区、塘沽区的大部分地区及静海县东部地区；这些地区单井涌水量多在50～80m3/h之间，回灌能力多在25～50m3/h之间，地下水位埋深及水温适中，可进行地下水源热泵系统的建设。

欠适宜区主要分布于大港区、津南区，北辰区中部至中心城区沿海河一带，这些地区单井涌水量多小于50m3/h，回灌能力多小于25m3/h，不利于地下水源热泵系统的建设。

2.1.3 第Ⅳ含水组

适宜区主要分布武清区的东北部至宝坻西部、静海县大部分地区、汉沽等地区，这些地区单井涌水量多大于80m3/h，回灌能力多大于50m3/h，有利于回灌，适宜于进行地下水源热泵系统的建设。

较适宜区主要包括武清区西北部至东南部、北辰区、宁河中南部地区、塘沽区北部及沿海地区、津南区的西部、大港区的东部及静海县北部、东部地区等；这些地区单井涌水量多在50～80m3/h之间，回灌能力多在25～50m3/h之间，地下水位埋深及水温适中，可进行地下水源热泵系统的建设。

欠适宜区主要分布于宝坻区的东部南部、武清区的西南部至西青区，津南区的大部分地区及大港区西部部分地区；这些地区大部分地段单井涌水量多小于50m3/h，回灌能力多小于25m3/h，而另一些地区段存在地下水位埋深过大及地下水温偏高等不利于地下水源热泵系统的建设。

2.1.4 第Ⅴ含水组

适宜区分布面积较小，主要分布于静海县大中东部、宁河的东北部及西南部、塘沽区的北端等地区，这些地区单井涌水量多大于80m3/h，回灌能力多大于50m3/h，有利于回灌，适宜于进行地下水源热泵系统的建设。

较适宜区主要包括武清区中西部、宁河县的中部至汉沽区、塘沽区中部地区、北辰区中西北、中心城区北部、静海县东部至大港区西部等；这些地区单井涌水量多在50～80m3/h之间，回灌能力多在25～50m3/h之间，可进行地下水源热泵系统的建设。

欠适宜区分布面积较大，主要分布于武清区东部、宝坻区大部分地区、西青区、津南区、东丽区、大港区等；这些地区部分地段单井涌水量小于50m3/h，回灌能力多小于25m3/h，而另一些地区较大区段均存在地下水位埋深过大及地下水温偏高等不利于地下水源热泵系统的建设。

3 结语

（1）第Ⅲ、Ⅳ含水组更适宜于地下水源热泵系统的建设，适宜区及较适宜区分布面积较大。

（2）宁河县、汉沽区、塘沽区北部、静海县西部地区、中心城区北部至北辰区多适宜于深层含水组地下水源热泵系统的建设，而西青区、津南区、大港区、蓟县平原区建设深层含水组地下水源热泵系统的适宜性较差。

［1］天津市水文水资源管理中心.井水源热泵技术应用后评价报告［R］.2008.

［2］天津市地质调查研究院.天津市地下水可持续利用调查评价成果报告［R］.2011.

［3］天津市塘沽区水资源管理中心.天津市塘沽区水源热泵系统因灌储能工程研究报告［R］.2011.

［4］薛禹群.地下水动力学［M］.北京：地质出版社，2003.

［5］上海市水文地质大队地下水人工回灌编写组.地下水人工回灌［M］.北京：地质出版社，1977.

［6］天津市水务局.天津市地源热泵系统管理规定［Z］.2011.

（责任编辑：姜彤宇）

Suitability analysis of groundwater source heat pump system

GE Jian-min1，WANG Ya-bin2
（1.Tianjin Hydrology and Water Resource Investigation Management Bureau，Tianjin 300061，China；2.Tianjin Institute of Geological Survey，Tianjin 300191，China）

The research of groundwater source heat pump suitability based on the analysis of water yield property，water temperature，water quality and water depth condition of Tianjin region the second to the fifth deep water aquifer.This paper provides scientific basis for the partition management of groundwater.

groundwater source heat pumps；quantity of standing column well；horizon of heat exchange；deep aquifer

S277.9

：A

：1672-9900（2017）02-0067-03

2017-03-20

戈建民（1969-），男（汉族），河北康保人，高级工程师，主要从事水文学及水资源研究工作，（Tel）022-28452268。