西安市地下水水源热泵空调运行情况调查与治理对策研究

张 萍，徐 栋，史方方，吴继强

(1.西安市水资源利用技术服务中心，西安 710018；2.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065)

1 水资源热泵技术概述

水源热泵技术[1-2]是利用地球表面浅层水源(如河流、湖泊或地下水)或者人工再生水源的低温低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能的转移，既可供热又可制冷，是一种节能环保又经济实惠的空调方式。

改革开放以来，中国工业经济高速发展，能源消耗越来越多，环境污染日益严重。为构建环境友好型社会，满足人们日益增长的环境需求，水源热泵空调技术以其节能、环保和可持续发展的突出优点，成为供暖空调工程优选方案之一。

为大力推进水源热泵空调系统的发展，中国相继出台了一系列法规和政策。《中华人民共和国节约能源法》[3]明确提出国家鼓励开发利用水源热泵所使用的地热能；国家发改委制定并颁布了《中华人民共和国可再生能源产业发展指导目录》；《建设部建筑节能“十五”计划纲要》[4]指出：地源热泵及水源热泵技术系统开发与工程应用要大力推广等。

陕西省为贯彻国家对可再生能源发展应用的政策，2006年研究制定了《陕西省节约能源条例(草案)》[5]，鼓励利用地热能、太阳能等可再生能源，同时设立了水源热泵推广办公室，加大对水源热泵技术的推广应用，省建设厅已将水源热泵列为2008年及后期重点推广项目，并出台了相关的规定。2017年1月，国家发改委、能源局和国土资源部印发了《地热能开发利用“十三五”规划》(简称：规划)，根据《规划》要求，陕西省将重点开发西安、咸阳等市水热型地热资源，新增供暖面积4 500万m2。

2 西安市水源热泵运行现状

西安市积极响应国家号召，自2003年引入水源热泵空调系统项目后，其应用一直呈上升趋势。因其所处区域位置及水资源条件，西安市主要发展地下水源热泵空调系统。据统计，截止2017年底城六区已建成地下水源热泵空调系统37处，其中未央区9处，灞桥区9处，新城区2处，雁塔区9处，发展较为迅速。未央区及灞桥区北部处于西安市渭河滩地及灞渭三角洲，水资源条件较好，水位埋深浅，单位降深出水量较大，水源热泵井较浅，一般在70～120 m之间，抽回灌水井比例约为1∶3；其他区域水资源富水性较差，水位埋深较大，单位降深出水量较小，水源热泵井较深，一般在120～200 m之间，抽回灌水井比例为1∶2或1∶2.5。西安市水源热泵空调井37处水源热泵空调用户总的制冷供暖面积合计92万m2，年抽回用水量约640万m3。

为在全市范围内更好地使用和推广水源热泵技术，达到保护地下水和提高能源利用率的双赢目标，2017年西安市对已建的37处地下水源热泵项目运行状态进行了普查。普查结果显示，因所处水文地质环境、项目运行管理和建成时间不同，各项目运行状态不尽相同。

2.1 运行现状

在普查的37处地下水源热泵空调用户中，正常运行的为29处，占比78.4%；停止运行的为4处，占比10.8%；建成未运行的为4处，占比10.8%。据调查，停运原因：一方面由于企业用地规划发生变化，导致水源热泵占地被挤占，被迫停运；一方面由于长期运行，抽水井出水量骤减或水质含沙量变大，水源热泵机组制冷供暖效果较差或水质不符合水源热泵机组的要求被迫停运，这一部分水源热泵用户主要集中在灞桥区东南部。未运行原因基本与企业所有权发生变化有关。

2.2 监测设备安装

根据GBT50625-2010《机井技术规范》，水源热泵空调系统用户必须安装抽、回灌计量设备。而目前主城区正常运行的29户水源热泵用户中仅24户安装有计量设施，安装率为82.7%；24户中22户安装有抽、回灌完整计量设施，且质量良莠不齐,部分水表因使用年限过长导致水表显示或水表线路发生故障，其余2户仅有抽水计量设施。

2.3 抽回灌现状

部分水源热泵用户为节省运行成本，没有严格按照项目水源热泵论证报告中设计的抽回灌井比例开启抽水井、回灌井，仅开启部分抽回灌井，导致抽水井水位降深较大，达到8～12 m之间，超过了西安市水源热泵空调系统规定的最大水位降深5 m，这对周边建筑物地基安全产生潜在隐患。同时各水源热泵用户因溢井或其他因素，未实现100%回灌的既定任务，破坏了区域抽回灌平衡状态,对区域地下水环境造成一定影响。据初步统计，2016—2017年度西安市水源热泵空调系统采暖季平均回灌率为95.6%，制冷季回灌率为94.4%，全年平均回灌率为95.1%。

3 治理对策研究

3.1 存在问题

通过多年来对地下水源热泵应用技术的研究，以及调查已建成的水源热泵运行状态可知，西安市水源热泵空调系统在建设和运行过程中主要存在以下问题：

(1) 行政管理能力薄弱，有待加强。西安市地下水源热泵用户计量设施安装率不高，水务主管部门不能对取水量、回水量、回灌水质进行实时监测和监管，不能满足水资源管理、水环境保护等方面的需求。

(2) 从业人员业务素质不高，需进一步提升。普查中发现，部分水源热泵空调系统因设计的取水量过小而导致使用效果不佳，部分水源热泵空调系统因水源中含沙量较大，被迫停运，这均与前期水资源论证、凿井等技术人员的业务素质不高紧密相关，需进一步提升。

(3) 用户运行管理无序，应逐步规范化。在实际运行管理中，水源热泵空调系统管理人员随意确定抽水井、回灌井井数，导致抽水井单井水位降深较大，对周边建筑物地基安全产生潜在威胁；同时实际回灌井数量少，单井回灌负荷重，容易出现溢井现象，造成水资源水质的污染和浪费，后果严重。

3.2 治理对策

(1) 水务主管部门要着眼全市水资源分布状况，对全市水源热泵空调系统的应用进行统一规划、科学开发。

(2) 建设单位应由有资质的相关单位做好前期水文地质勘查工作，进行水资源论证，及取水井、回灌井的钻凿。

(3) 水务主管部门强制要求所有水源热泵空调系统用户安装取回水计量监测设备，做到与热泵机组同时安装，同时运行。

(4) 后期严格监督水源热泵空调系统回灌及效果，要求所取水量在误差范围内100%回灌；同时建立相关的奖惩机制，对未完成回灌任务的用户进行罚款。

(5) 水务主管部门加强对水源热泵空调系统用户后期运行的监管，对未严格按照项目设计的抽回灌井比例开启抽水井、回灌井的用户进行技术教育和培训，提高运营人员素质，充分认识到水位降深过大对地基安全的影响的严重性。

4 结 语

综上，西安市水源热泵空调系统发展较快，但运行管理存在一定不足。为加强地下水资源管理和保护，全面落实水资源管理制度，还需水务主管部门、技术人员和水源热泵空调系统用户共同努力，采取一定对策进行治理。