地下水水源熱泵系統(tǒng)在天津市某校區(qū)的應(yīng)用

柴雅彬，呂 琳

(天津市水文水資源勘測管理中心，天津300061)

地下水水源熱泵系統(tǒng)在天津市某校區(qū)的應(yīng)用

柴雅彬，呂 琳

(天津市水文水資源勘測管理中心，天津300061)

例舉天津某校區(qū)使用地下水水源熱泵系統(tǒng)的一個工程實(shí)例，對地下水水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行簡述，依據(jù)區(qū)域地質(zhì)條件，對該工程使用水源熱泵系統(tǒng)的適用性進(jìn)行分析。通過對地下水水源熱泵系統(tǒng)與其他三種主流空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益對比，得出在該工程中使用地下水水源熱泵系統(tǒng)是經(jīng)濟(jì)、可靠、節(jié)能、可行的結(jié)論，并提出幾點(diǎn)建議。

地下水水源熱泵;經(jīng)濟(jì)效益;采灌平衡;節(jié)能 環(huán)保

某校新校區(qū)位于天津市市區(qū)內(nèi)，項(xiàng)目占地面積10 794 m2，建筑占地面積3 760 m2，總建筑面積21 262 m2，包括新建教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、辦公、學(xué)術(shù)交流設(shè)施等。為了節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，擬采用地下水水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行供暖和制冷。地下水水源熱泵系統(tǒng)是地源熱泵系統(tǒng)中的一種，是以地下水作為介質(zhì)進(jìn)行供暖和制冷的系統(tǒng)。它與風(fēng)能、太陽能一樣，是一種低維修，高能效的利用自然能的方法，是不產(chǎn)生環(huán)境污染的“綠色能源”。由于其具有環(huán)保和節(jié)能的雙重優(yōu)勢，近期在國內(nèi)外都得到了大力的推廣和應(yīng)用。

1 地下水水源熱泵系統(tǒng)

地下水水源熱泵系統(tǒng)通過地下水作為介質(zhì)采集和儲存能源，重視能源的儲存和地下水資源保護(hù)，系統(tǒng)運(yùn)行過程中，保持地下水采補(bǔ)平衡，對環(huán)境不產(chǎn)生影響。因所使用的井均為灌采兩用井，為此，非常重視成井技術(shù)和成井質(zhì)量。地下水不受氣溫變化的影響，溫度比較穩(wěn)定，儲能效果顯著。夏季儲存的水溫高于原含水層水溫，冬季儲存的水溫低于原含水層水溫，反季節(jié)利用，大幅度提高系統(tǒng)供暖和制冷效果，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

2 區(qū)域水文地質(zhì)條件及地下水水源熱泵適用性

根據(jù)收集到的勘探鉆孔及附近成井資料，對項(xiàng)目所在地地下水的含水層分布、水溫、出水量以及回灌量等參數(shù)進(jìn)行了分析預(yù)測。含水層咸淡水分界線為100 m左右，第Ⅳ含水層組砂層累積厚度為53.87 m，單層厚度較大，且砂層顆粒較粗，中砂厚度占砂層厚度的53%;取水層位熱儲層溫度約為21.71℃ ～29.1℃左右;水垢很少、具有軟沉淀物、起泡的非腐蝕性水，基本適于熱泵機(jī)組的用水要求;該地區(qū)水位趨于穩(wěn)定，年變幅1 m左右。深層地下水可采資源為1 084.93萬m3，目前，市區(qū)深層地下水開采量已下降到500萬 m3左右，已處于安全開采水平。

目前，國內(nèi)不少地區(qū)利用地下水作為水源的熱泵系統(tǒng)，只采不灌，不重視成井技術(shù)和成井質(zhì)量，不重視能源的儲存，更不重視水資源和環(huán)境的保護(hù)。這在水資源嚴(yán)重缺乏的我國，是不允許的。為此，不少地區(qū)水資源管理部門嚴(yán)格限制這種形式水源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展。天津市因水文地質(zhì)條件較差，地下水超采易引起環(huán)境地質(zhì)問題，采用地下水作為介質(zhì)的水源熱泵系統(tǒng)，必需采取采灌并舉的方法，使地下水采灌平衡，同時也起到儲能的作用。為了保證灌采平衡，回灌順利，宜采用“大溫差，小流量”的原則。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 固定設(shè)備投資

地下水源熱泵系統(tǒng)與其他三種空調(diào)系統(tǒng)初期投資比較結(jié)果見圖1所示。比較條件:室內(nèi)溫度冬季保證18℃ ～22℃，夏季24℃ ～28℃。地下水源熱泵系統(tǒng)每 m2投資為195元，三種空調(diào)系統(tǒng)每 m2平均初投資227.3元。該項(xiàng)目采用地下水源熱泵系統(tǒng)固定設(shè)備初投資總共可節(jié)省68.7萬元，節(jié)約14%。

圖1 系統(tǒng)固定設(shè)備投資對比

3.2 運(yùn)行費(fèi)用

地下水源熱泵系統(tǒng)與其他三種空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用比較結(jié)果見圖2所示。年運(yùn)行費(fèi)用主要由電費(fèi)、燃油費(fèi)、人工費(fèi)、維護(hù)費(fèi)組成。比較條件:電價(jià)按0.6元/度，燃油3.8元/L，人工費(fèi)26.7元/d·人，管井灌采平衡。冬季運(yùn)行11 h，夏季運(yùn)行11 h。三種空調(diào)系統(tǒng)每m2年運(yùn)行費(fèi)平均為45.6元，而使用地下水源熱泵系統(tǒng)僅19.22元，是其他平均運(yùn)行費(fèi)的42%。該項(xiàng)目采用地下水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用每年平均節(jié)約運(yùn)行費(fèi)40.9萬元。

圖2 系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用比較

4 結(jié)論與建議

1)通過項(xiàng)目所在地區(qū)域地質(zhì)資料分析可以看出，選定目的含水層具有累積厚度大、單層厚度較大、砂層顆粒相對較粗的特點(diǎn)，熱儲層位溫度適于水源熱泵機(jī)組，在制冷和制熱時機(jī)組處于適宜工況區(qū)。水質(zhì)符合水源機(jī)組、循環(huán)系統(tǒng)及管井回灌要求。

2)通過經(jīng)濟(jì)效益對比分析可以看出，地下水水源熱泵系統(tǒng)投資小，運(yùn)行費(fèi)用低。它的前期投資比其他類型空調(diào)系統(tǒng)節(jié)省14%左右的費(fèi)用，運(yùn)行費(fèi)用連其它空調(diào)的一半都達(dá)不到。從初投資和運(yùn)行費(fèi)均可看出，該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益是極為顯著的。

3)使用地下水水源熱泵系統(tǒng)占地面積也只有一般中央空調(diào)的1/3，對于寸土寸金的城市就顯然是更為合理的選擇。

4)因該系統(tǒng)采用地下水灌采平衡技術(shù)，不會造成地下水資源的消耗。而且它在運(yùn)行過程中采用全封閉技術(shù)，僅僅提取水中的冷熱能源，不與空氣接觸，不會產(chǎn)生生物污染和化學(xué)成分的改變，也不會造成地下水水質(zhì)的污染，不會對區(qū)域水資源造成影響。系統(tǒng)開采地下水后幾乎是同時進(jìn)行等量回灌，而且是在極小的范圍內(nèi)進(jìn)行的，水位升降幅度較小，對地面沉降的影響不明顯。

5)為確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，建議應(yīng)加強(qiáng)管理人員的培訓(xùn)，提高管理水平。建立健全完善的管理制度，對采灌水量、地下水水質(zhì)、水溫、水位進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。

TK523.9

B

1004－1184(2012)04－0068－01

2012－04－13

柴雅彬(1980－)，女，天津市人，碩士研究生，工程師，主要從事地下水研究。