齊齊哈爾市地溫水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)應用情況與可行性分析

李清欣，姜 濤

(1.齊齊哈爾市水資源管理處，黑龍江齊齊哈爾161005;2.齊齊哈爾市水政監(jiān)察支隊，黑龍江齊齊哈爾161006)

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人們在環(huán)境保護意識的增強和生活質(zhì)量的提高，地溫水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)自2002年6月進入我市建筑市場，現(xiàn)將幾年來該系統(tǒng)應用的有關情況簡要介紹，在水資源利用方面進行可行性分析。

1 概述

1.1 水源熱泵空調(diào)技術(shù)原理

水源熱泵是通過向設備輸入少量的高品位能源—電能，提取地下水的低溫位熱能，轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷匚粺崮?。其原理、系統(tǒng)設備組成及功能與制冷冰箱是類似的，以壓縮式水源熱泵系統(tǒng)為例，系統(tǒng)主要由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器和節(jié)流閥組成，壓縮機起著壓縮和輸送循環(huán)工質(zhì)(即傳輸能量的液體，分常規(guī)熱泵工質(zhì)和綠色環(huán)保型工質(zhì))從低溫低壓至高溫高壓處的作用，是系統(tǒng)的心臟;蒸發(fā)器是輸出冷量的設備，它的作用是使經(jīng)節(jié)流閥流入的制冷劑液體蒸發(fā)，以吸收被冷卻物體(盤管循環(huán)水)的熱量，達到制冷的目的;冷凝器是輸出熱量的設備，從蒸發(fā)器中吸收的熱量連同壓縮機消耗功所轉(zhuǎn)化的熱量在冷凝器中被冷卻介質(zhì)(盤管循環(huán)水)帶走，達到制熱的目的;膨脹閥或節(jié)流閥對循環(huán)工質(zhì)起到節(jié)流降壓作用，并調(diào)節(jié)進入蒸發(fā)器的循環(huán)工質(zhì)流量。也就是，水源熱泵通過輸入少量的電能，提取地下水的能量，把溫度在6℃ ～8℃的地下水抽上來，通過分別的密閉管線，用瞬間循環(huán)工質(zhì)(分有氟工質(zhì)或無氟工質(zhì))把水中的熱量或冷量“吸取”出來，降、升溫度約2℃～3℃的地下水再通過密閉管線回灌地下。被“吸”出的熱能或冷量被送入暖氣系統(tǒng)或中央空調(diào)系統(tǒng)，冬季可使室內(nèi)溫度升至18℃～25℃，夏季可使室溫控制在25℃以下。水源熱泵機組是一種水冷整體供冷/供熱機組，機組帶有一套可逆式制冷循環(huán)系統(tǒng)，夏季制冷，冬季供熱，用時還可提供衛(wèi)生熱水，它是一種可全年運轉(zhuǎn)的空氣調(diào)節(jié)設備。

1.2 熱泵技術(shù)的由來

地源熱泵的歷史可以追溯到1912年瑞士的一個專利，根據(jù)所采用的熱源可分為土壤埋管和水源2種。地源熱泵技術(shù)真正意義的商業(yè)應用只有近20幾年的歷史。如美國，截止1985年全國共有14 000臺地源熱泵，而1997年就安裝了45 000臺，到2002年已安裝了近50萬臺，而且每年以10%的速度穩(wěn)步增長。而中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國等國家主要利用淺層地熱資源，地下土壤埋盤管的地源熱泵，用于室內(nèi)地板輻射供暖及提供生活熱水，家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例較大，瑞士為90%，奧地利為38%，丹麥為27%。

1.3 熱泵技術(shù)在我國的發(fā)展和應用

自1996年以來，我國水源熱泵事業(yè)發(fā)展迅速，全國設備生產(chǎn)企業(yè)已有數(shù)十家，已建成投入運行的工程幾千個，越來越多的用戶開始熟悉地源熱泵，并對其應用產(chǎn)生了濃厚的興趣。①由于全世界范圍更加關注能源、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展的問題，中國以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)造成了極為嚴重的大氣污染，因此，必須盡可能多地利用清潔的可再生能源，加大節(jié)能的力度。既能在冬季供暖、又能在夏季制冷，同時，又可提供生活衛(wèi)生熱水的地源熱泵系統(tǒng)成為人們一個很好的選擇;②地源熱泵系統(tǒng)經(jīng)過多年的研究，技術(shù)上已經(jīng)較為成熟，機組性能較為穩(wěn)定，是建設部門、環(huán)保部門大力推廣的項目。

目前，我國水源熱泵空調(diào)機組生產(chǎn)廠商較多，從總體看，多為組裝設備，部分壓縮機源于國外。經(jīng)了解幾年來介入我市的廠商有:清華同方人工環(huán)境有限公司、鞍山勝利空調(diào)公司、開封天力地溫冷暖設備工程公司、秦皇島昌普空調(diào)公司、山東海陽市富爾達熱工程有限公司、威海藍德空調(diào)工業(yè)發(fā)展有限公司、大連奧德熱泵廠等。

2 國家有關部門的認定情況

地溫熱泵技術(shù)作為新生事物，近年來在我國獲得了很高的評價和認定。以海陽市富爾達熱工程有限公司的產(chǎn)品為例，2000年被對外貿(mào)易經(jīng)濟合作部認定為國家級新產(chǎn)品;國家環(huán)境保護總局評審確認為國家重點環(huán)境保護實用技術(shù)A類;被科學技術(shù)部列為國家級火炬計劃項目;被建設部評定為建設部科技成果重點推廣項目;被國家五部、局同時評為國家重點新產(chǎn)品。其它廠商的同類產(chǎn)品也受到了有關部門的一定認可。

3 地溫水源空調(diào)系統(tǒng)在我市的應用情況

2001年9月以來，我們先后批準了:中億集團齊齊哈爾五金交電批發(fā)市場、黑龍江移動通信公司齊齊哈爾分公司、市新天物業(yè)集團民航路綜合樓、萬山紅練歌廣場及市國脈商務酒店有限公司五個單位作為地溫水源空調(diào)應用試點單位。各試點單位具體情況是:

3.1 中億集團齊齊哈爾五金交電批發(fā)市場

1)空調(diào)供應商:鞍山勝利空調(diào)公司。

2)水井情況:取水井兩眼，井深100 m，井徑300 mm;回灌井4眼，其中兩眼井深100 m，井徑400 mm，在回灌困難的條件下(回灌率在30%左右)，于2002年8月又增補回灌井兩眼，井深45 m，井徑600 mm，平均日取水量2 000 m3左右，年取水量約50萬m3。

3)運行情況:溫度能滿足要求，冬季可在16℃～25℃進行調(diào)整，夏季能將室溫控制在23℃ ～24℃。目前，回灌效果較好，對回灌井水質(zhì)進行了兩次水質(zhì)分析，空調(diào)系統(tǒng)排出的循環(huán)水無明顯超標，但由于水體升溫、曝汽等原因，在回灌井位有礦物質(zhì)沉積，水體中鐵離子濃度超標達近10倍，局部水體礦化度升高;此系統(tǒng)自2001年啟用，2003年因回灌問題難以解決，停用。

3.2 黑龍江移動通信公司齊齊哈爾分公司

1)空調(diào)供應商:秦皇島昌普空調(diào)公司。

2)水井情況:取水井兩眼，井深100 m，井徑300 mm;回灌井兩眼，井深45 m，井徑500 mm，平均日取水量2 000 m3，年取水量約為50萬m3。

3)運行情況:溫度能達到要求，冬季可在16℃～25℃調(diào)整，夏季能將室溫控制在23℃ ～24℃。2001年12月份起運行正常，于2002年1末發(fā)生回灌困難，該單位采用降低供熱溫度，減少取水量的辦法維持運行;2003年冬季，此工程項目在采暖期運行中發(fā)生全部回灌井溢水，空調(diào)系統(tǒng)無法使用;為使此單位空調(diào)系統(tǒng)能維持運行度過2003～2004年采暖期，筆者建議該公司應急采用回灌井反沖洗等技術(shù)處理，時間允許時，改單向運行管線為閘閥控制室取灌互用雙向運行管線;后因采暖應急采取了多次反沖洗處理，幫助維持了此季采暖。該公司水源空調(diào)設備于2004年夏季拆除。

3.3 市新天物業(yè)集團民航路綜合樓

1)空調(diào)供應商:海陽市富爾達熱工程有限公司。

2)水井情況:取水井一眼，井深48 m，井徑400 mm;回灌井兩眼，其中:一眼井深47.5 m，井徑400 mm，另一眼井深48 m，井徑500 mm。平均日取水量1 500 m3左右，年取水量約為40萬m3。

3)運行情況:溫度能滿足要求，冬季可在16℃～25℃調(diào)整，夏季能將室溫控制在23℃～24℃。兩個采暖期供熱運行正常，初始回灌效果好，后因回灌困難無法繼續(xù)使用。

3.4 市國脈商務酒店有限公司

1)空調(diào)供應商:秦皇島昌普空調(diào)公司。

2)水井情況:取水井一眼，井深65 m，井徑300 mm;回灌井兩眼，其中:一眼井深67 m，井徑300 mm，另一眼井深68 m，井徑500 mm。平均日取水量800 m3左右。年取水量約為21萬m3。

3)運行情況:2002年10月份運行以來，溫度能滿足要求，冬季可在16℃～25℃調(diào)整，初始回灌效果好，后因回灌困難，改變排水方式，仍在間斷使用。

4 應用及管理上存在的問題

1)此空調(diào)系統(tǒng)項目推廣鑒定論證工作不夠全面。首先，作為此水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)得到國家較多部門鑒定推廣的海陽市富爾達地溫水源空調(diào)，鑒定部門有國家稅務總局、科技部、對外貿(mào)易經(jīng)濟合作部、國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局、國家環(huán)?？偩趾徒ㄔO部等6部、局，沒有水資源勘察、研究及管理的地礦部門和水利部門參與，沒有形成關于此項目水資源利用的權(quán)威性意見。另外，作為《水污染防治法》的行政執(zhí)法主體部門——環(huán)?？偩衷阼b定中是否做出“回灌水無污染”的有關論證，至今不清。

2)空調(diào)供應商對區(qū)域水文地質(zhì)條件重視不夠，考慮不周。作為較精密的水源熱泵空調(diào)機組對取用水的水量、水質(zhì)、水溫及回灌條件都有較高的要求，但其在項目推廣中，對礦物質(zhì)含量超標的循環(huán)水仍未做出水質(zhì)處理建議，這勢必對地下水回灌效果、空調(diào)機組使用效率及壽命產(chǎn)生不良影響。

3)回灌深層地下水(承壓水)運行失敗。從已運行的回灌深層地下水的試點看，回灌率僅在30%左右，其主要原因是區(qū)域地下水水質(zhì)含鐵、錳離子濃度較高，長時間運行產(chǎn)生大量黏稠狀的氧化鐵積掛在回灌井過濾器上和受承壓水頂托作用的嚴重影響，靠自然回灌，難以保證空調(diào)機組正常運行。詳見表1齊齊齊哈爾市中心城區(qū)地下水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)表。

表1 齊齊哈爾市水資源管理處水質(zhì)分析報告單

4)回灌潛水層，相對浪費深層優(yōu)質(zhì)水資源;另外，回灌井與取水井的比例首先要有較大的保證。長期運行，回灌井位礦物質(zhì)沉積后，應如何處理尚需探討，由于水質(zhì)、地下水水位的影響，日常運行及維護費用相對增高。

5)升溫對地下水水質(zhì)的影響問題。目前，雖然從空調(diào)機組中排出的循環(huán)水無明顯超標現(xiàn)象，但其水溫升高后回灌造成的低溫位熱污染，對區(qū)域地下水系統(tǒng)環(huán)境的影響程度，因無系統(tǒng)的理論和實踐依據(jù)，無法預見。

6)經(jīng)濟運行問題。經(jīng)測算，裝置地溫水源空調(diào)系統(tǒng)投資額為每平方米建筑面積200元左右;每平方米建筑面積年度需水量30 m3左右;另外，從對空調(diào)系統(tǒng)冬季耗電情況進行過測算的兩個應用單位看，存在說法不一的問題，移動通信分公司2001～2002年度采暖期，在享受優(yōu)惠電價的前提下，供暖期內(nèi)僅耗電費用為19元/m3。

5 結(jié)論

鑒于地溫水源空調(diào)在我市運行實際，結(jié)合我市區(qū)域地下水資源、水位水質(zhì)情況，經(jīng)分析提出地溫水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)推廣應用的可行性建議:

此地溫空調(diào)系統(tǒng)運行還不夠理想，未能達到各方面的預期運行效果，并且需消耗大量地下水資源，可能造成地下水水質(zhì)污染、回灌水礦質(zhì)元素指標的改變及微生物的可能滋生等一系列問題。為切實保護市區(qū)工業(yè)及生活賴以依靠的深層地下水資源，建議近期不應在我市區(qū)域推廣應用地溫水源空調(diào)。