地下水源熱泵技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中應(yīng)用的思考——以甘州區(qū)為例

胡小平,李小東

(甘肅省甘州區(qū)水務(wù)局,甘肅 張掖 734000)

地下水源熱泵技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中應(yīng)用的思考
——以甘州區(qū)為例

胡小平,李小東

(甘肅省甘州區(qū)水務(wù)局,甘肅 張掖 734000)

甘州區(qū)從 2009年整體推動新農(nóng)村建設(shè),先后有 15個鄉(xiāng)鎮(zhèn) 65個行政村規(guī)劃采用地下水源熱泵技術(shù)進(jìn)行冬季供熱和夏季制冷。以甘州區(qū)為例,分析了水源熱泵技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀,提出新農(nóng)村建設(shè)中水源熱泵技術(shù)推廣應(yīng)用的建議。

新農(nóng)村建設(shè);地下水;水源熱泵技術(shù);應(yīng)用;建議

1 水源熱泵系統(tǒng)原理及特點

水源熱泵技術(shù)是利用地球表面淺層水源(如地下水、河流和湖泊)中吸收的太陽能和地?zé)崮芏纬傻牡蜏氐臀粺崮苜Y源,采用熱泵原理,通過消耗少量的高位電能,將低位熱源“水”中的熱量轉(zhuǎn)移到需要加熱或升溫的地方(如室內(nèi)采暖系統(tǒng)),實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。同時還可以將室內(nèi)或降溫過程的余熱轉(zhuǎn)移到低位熱源“水”中,達(dá)到降溫或制冷的目的。在夏季,系統(tǒng)水通過蒸發(fā)器被制冷,能量被轉(zhuǎn)移到冷凝器,通過熱交換將被利用的熱源帶到地下、江河、湖泊之中;在冬季,通過蒸發(fā)器吸收所有水源中的熱量,將熱量轉(zhuǎn)移到冷凝器,以加熱系統(tǒng)循環(huán)水,達(dá)到制熱的目的。因此,水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)就是同一臺機組,利用不同情況下的兩個過程即制冷循環(huán)與熱泵循環(huán)來滿足冷熱的需求。

由于水源熱泵技術(shù)利用地下水作為空調(diào)供熱制冷的水源,因此具有可再生利用、高效節(jié)能、運行穩(wěn)定可靠、運行費用低、環(huán)境效益顯著的特點。

2 地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀及存在的主要問題

2.1 地下水源熱泵系統(tǒng)在新農(nóng)村建設(shè)中推廣應(yīng)用現(xiàn)狀

甘州區(qū)在建和已建成的水源熱泵系統(tǒng)共有 15個鄉(xiāng)鎮(zhèn) 65個村,均以地下水源作為熱源,取水井和回水井井深100～150m。區(qū)域地下水水溫冬季和夏季比較恒定,一般在15℃ ～18℃。冬季取水井出水水溫 15℃,熱量提取后,回水水溫 7℃;夏季取水井出水水溫 18℃,吸收熱量后,回水水溫 29℃。根據(jù)甘州區(qū)水文地質(zhì)條件和地下水徑流條件,區(qū)內(nèi)除安陽、花寨、龍渠、甘浚等南部山前洪積扇后沿地帶地下水埋深在 150 m以上,水文地質(zhì)復(fù)雜,不宜建設(shè)地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)外,其它廣大區(qū)域地下水埋深 20～100m,城區(qū)及外圍、黑河、山丹河沿岸 3～10 m,補給條件較好,含水層水溫恒定,水質(zhì)較好,均可適宜推廣地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。區(qū)內(nèi)細(xì)土平原區(qū)水文地質(zhì)單元為潛水 -承壓水區(qū),含水層為多層結(jié)構(gòu)的砂、砂石,回灌率為 35%～40%,一般采取一采三灌形式,即采灌比例為 1∶3,可滿足取水、回水要求。

2.2 甘州區(qū)農(nóng)村水源熱泵系統(tǒng)建設(shè)存在的主要問題

根據(jù)已建成的水源熱泵系統(tǒng)運行情況看,農(nóng)村地下水源熱泵系統(tǒng)建設(shè)主要存在以下問題:

(1)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃

水源熱泵系統(tǒng)建設(shè),涉及發(fā)改、規(guī)劃、能源、水務(wù)、環(huán)保等多個部門,而張掖市尚未出臺規(guī)范建設(shè)水源熱泵項目的制度和辦法,水務(wù)部門僅按照水法規(guī)定,從取水許可審批和水資源論證方面進(jìn)行規(guī)范和要求,水源熱泵系統(tǒng)建設(shè)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃,建設(shè)不盡合理。如沙井鎮(zhèn)一些村以社為單位分散建設(shè)住宅小區(qū),建筑規(guī)模在 3 000～5 000m2,均采用地下水源熱泵空調(diào)技術(shù),設(shè)備及取、回水工程一次性投資大,供熱面積小,經(jīng)濟上不合算。

(2)取水回灌不暢

在新農(nóng)村住宅小區(qū)水源熱泵系統(tǒng)建設(shè)過程中,一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)村社為了降低投資,對回水問題不夠重視,沒有按照水務(wù)部門的要求和水資源論證報告確定的取水、回水工程數(shù)量進(jìn)行建設(shè),只打取水井,沒有回水井或沒有按照比例打回水井,而是采取滲坑滲水、向河道、渠道、溝道排水,一方面造成水資源的巨大浪費,另一方面造成周邊水環(huán)境污染。

(3)水文地質(zhì)影響水源熱泵系統(tǒng)建設(shè)

由于甘州區(qū)城區(qū)及周邊地區(qū)地下水位淺,地下水埋深3～5m,采取常規(guī)回灌方法無法解決完全回灌問題,必須采取多打回水井和加壓回灌、真空回灌等措施,而增加回水井的比例、采取加壓回灌等措施又必然增加工程投資。因此回灌難的問題形成了技術(shù)瓶頸,既制約了水源熱泵的推廣應(yīng)用,又限制了這一新技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

(4)成井工藝、成井質(zhì)量影響水源熱泵系統(tǒng)整體運行

甘州區(qū)水源熱泵機井鉆井方式主要為沖擊鉆井,在鉆井過程中,破壞了土壤的結(jié)構(gòu),堵塞了土壤的孔隙,不利于回水。另外,甘州區(qū)堿灘、上秦等鄉(xiāng)鎮(zhèn)部分區(qū)域地下為流沙,取水井、回水井質(zhì)量難以保證,地下水含砂率大,對水源熱泵系統(tǒng)設(shè)備造成損害,直接影響水源熱泵的使用壽命。

(5)計量設(shè)施不完善

一些村社在取水和回水井口沒有安裝智能計量設(shè)施和水質(zhì)監(jiān)測設(shè)施,不能對取水量、回水量、回灌水質(zhì)進(jìn)行實時監(jiān)測,不能滿足水資源管理、水環(huán)境保護(hù)等方面的需要。

3 對農(nóng)村建設(shè)水源熱泵供熱系統(tǒng)的思考及建議

3.1 科學(xué)規(guī)劃,分區(qū)實施

這是水源熱泵供熱系統(tǒng)建設(shè)的前提。要根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件、新農(nóng)村建設(shè)總體規(guī)劃、節(jié)能發(fā)展規(guī)劃、水資源開發(fā)利用規(guī)劃等,由水務(wù)、建設(shè)、規(guī)劃等部門對水源熱泵建設(shè)區(qū)域、范圍及規(guī)模進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃,制定水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)管理辦法,編制全區(qū)地下水源熱泵建設(shè)規(guī)劃,對飲用水源地保護(hù)區(qū)、地下水補給量不足、地下水位埋深較深開采難度大的地區(qū)、地下水超采區(qū)、地質(zhì)條件復(fù)雜不利于回灌的區(qū)域限制審批水源熱泵空調(diào)系統(tǒng),確保水源熱泵技術(shù)得到科學(xué)合理的推廣應(yīng)用。

3.2 開展水文、工程地質(zhì)勘察與設(shè)計

這是做好地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)。水源熱泵系統(tǒng)施工前,前期的水文分析十分重要。要根據(jù)地下水源實際情況,進(jìn)行可行性研究分析,按照水量充足、水溫適當(dāng)、水質(zhì)良好、供水穩(wěn)定、回灌可靠的原則,建設(shè)單位在建設(shè)水源熱泵系統(tǒng)前,必須由相關(guān)部門進(jìn)行工程地質(zhì)勘察,編制工程勘察報告,設(shè)計文件和施工圖紙,并完成施工組織設(shè)計,根據(jù)地下水補給來源、補給量、水文地質(zhì)條件合理確定水源熱泵系統(tǒng)的取水、回灌的各項指標(biāo)。

3.3 開展建設(shè)項目水資源論證,嚴(yán)格審批

這是做好地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵。要按照國家實行最嚴(yán)格的水資源管理制度要求和取水許可審批程序規(guī)定,對水源熱泵項目實行嚴(yán)格的水資源論證制度,由建設(shè)單位委托有資質(zhì)的單位編制水資源論證報告,根據(jù)水資源論證結(jié)論和專家評審意見,確定取水、回水的方式,取水井,回水井的間距、井深、井的管徑、類型、抽水、回水井的數(shù)量、質(zhì)量要求以及水資源保護(hù)措施等。由于甘州區(qū)區(qū)域地下水位較高,設(shè)計單位必須對取水能否完全回灌進(jìn)行充分論證,根據(jù)地下水位、井深、土壤滲透系數(shù)等指標(biāo)確定回灌方式,采取可靠的回灌措施,確保所抽取的地下水 100%回灌到同一層含水層中,防止回灌后各個含水層相互貫通,造成地下水上下層串層污染。

3.4 強化機井施工質(zhì)量控制

這是強化水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量的重要保證。水源熱泵的關(guān)鍵技術(shù)在于水井,水井的成井工藝極為重要。熱源井的設(shè)計應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》、《供水管井技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。熱源井的施工單位應(yīng)具有相應(yīng)資質(zhì)。建設(shè)單位必須通過公開招標(biāo)方式確定在水行政主管部門辦理了《鑿井施工企業(yè)登記備案證》,有專業(yè)打井資質(zhì)的打井隊進(jìn)行施工,并嚴(yán)格按照《供水管井技術(shù)規(guī)范》GB 50296-99的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定進(jìn)行施工,水源熱泵井管材應(yīng)以鑄鐵管或厚壁水泥管為主。地下水換熱系統(tǒng)取水工程竣工后,建設(shè)單位必須報請審批部門進(jìn)行驗收,提交成井相關(guān)地質(zhì)、水文、抽水試驗、水質(zhì)化驗、地下水回灌回情況等文件資料。

3.5 建立完善的計量設(shè)施和水質(zhì)監(jiān)測設(shè)施,加強監(jiān)督

這是水源熱泵系統(tǒng)建設(shè)的重要措施和手段。完善計量設(shè)施,加強水質(zhì)監(jiān)測,這是水資源保護(hù)的要求,也是規(guī)范建設(shè)單位取、回水的重要手段。要督促建設(shè)單位在抽水井和回灌井口安裝計量水表,回灌井口安裝先進(jìn)的水質(zhì)監(jiān)測儀器,對抽水量、回灌量變化,抽水井、回灌井水質(zhì)及對周邊生態(tài)環(huán)境影響情況進(jìn)行實時監(jiān)測。

3.6 確保回灌,嚴(yán)禁取水退水對水環(huán)境造成影響

這是水源熱泵系統(tǒng)建設(shè)的核心。地下水源熱泵系統(tǒng)必須采用全封閉管道輸水系統(tǒng),取水只用于熱交換,不得用于生活、環(huán)境、綠化等其他用途。對不符合設(shè)計規(guī)范要求的,督促其限期改正;對取水、回灌井達(dá)不到規(guī)定比例,不能按要求回灌的,要求限期增補回灌機井;對采取滲坑回灌的,下達(dá)整改通知,期限整改,期限內(nèi)沒有整改達(dá)標(biāo)的,封閉取水工程。退水水質(zhì)達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn),直接回灌造成地下水串層污染的,由水務(wù)、環(huán)保、建設(shè)等部門按照《水法》、《水污染防治法》等法律法規(guī)嚴(yán)肅查處,并依法關(guān)閉取水設(shè)施。

3.7 加強管理,完善各項制度

這是水源熱泵系統(tǒng)正常運行的制度保證。建設(shè)單位必須加強用水管理,完善地下水源熱泵系統(tǒng)用水管理制度和機井設(shè)備管理制度,節(jié)約和保護(hù)水資源。

[1]高小青.淺談水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)缺點[J].安裝,2005,(8):30-32

[2]胡小平.張掖市地下水源熱泵系統(tǒng)建設(shè)存在的問題及對策建議.農(nóng)業(yè)科技與信息,2010,(18):57-58

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2010-09-21

胡小平(1968-),男,甘肅臨洮人,高級工程師,主要從事水資源管理工作。