長春市地下水水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用與討論

孫景龍，原 野

吉林省水文地質(zhì)調(diào)查所， 吉林 長春130103

長春市地下水水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用與討論

孫景龍，原 野

吉林省水文地質(zhì)調(diào)查所， 吉林 長春130103

本文介紹了地下水水源熱泵的工作原理，結(jié)合長春市地下水水文地質(zhì)條件確定可利用地下水源熱泵適宜區(qū)域。應(yīng)用“比例法”對適宜地區(qū)地下水進行熱儲量計算，并得出長春市地下水水源熱泵供暖潛力冬季可達1 600萬平方米。 討論目前長春市地下水水源熱泵技術(shù)推廣的現(xiàn)狀，面臨的問題，并提出如何推廣建議。

地下水源熱泵; 比例法; 供熱潛能; 節(jié)能; 長春市

隨著長春市經(jīng)濟的飛速發(fā)展，能源需求越來越大，而環(huán)境污染也日趨嚴重。如何開發(fā)利用綠色環(huán)保新能源，已成為當今長春市社會經(jīng)濟發(fā)展的重大課題。推廣經(jīng)濟，節(jié)能，可靠的水源熱泵技術(shù)，開發(fā)利用地下水中儲存的冷熱能資源，是發(fā)展綠色環(huán)保能源的一個有效途徑，能有力促進長春經(jīng)濟社會發(fā)展。

水源熱泵技術(shù)是以地下水為載體，采取地下冷熱能資源的一種新型空調(diào)裝置。它冬季可用來取暖，夏季可用來供冷。水源熱泵與使用煤、氣、油、電等常規(guī)供熱制冷方式相比，具有高效節(jié)能，綠色環(huán)保等諸多優(yōu)勢。被國家建設(shè)部、環(huán)保局推廣為21世紀綠色環(huán)保節(jié)能新產(chǎn)品，并享受許多國家相應(yīng)的優(yōu)惠政策，被國家發(fā)展和改革委員會列入第一批國家重點節(jié)能技術(shù)推廣目錄。

水源熱泵技術(shù)在美國開發(fā)利用開始于20世紀70年代末期，在我國于2000年后開始從國外引進這一技術(shù)。北京的奧運村，遼寧的郵電新村等采用這一技術(shù)進行制冷和供熱，效果十分良好，既清潔經(jīng)濟、又節(jié)能可靠，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

長春市地下水中儲存有巨大的冷熱能資源，但至今還沒有得到很好的開發(fā)利用。如果能將這一巨大的冷熱能資源開發(fā)利用起來，對于保護環(huán)境，節(jié)約能源，緩解當前能源緊張局面，提高新能源綜合利用率，有著十分重要的戰(zhàn)略意義。

近幾年來，筆者一直從事水文地質(zhì)工作，幫助長春市幾家企業(yè)采用水源熱泵技術(shù)制冷和供熱。經(jīng)過幾年的調(diào)查、實施和總結(jié)，得出以下結(jié)論：在長春市一個夏季的制冷期約90天，在初投資基本相同的情況下，采用水源熱泵技術(shù)制冷，運行費用為6元/m2，而采用螺桿機制做中央空調(diào)制冷，運行費用為36元/m2，水源熱泵技術(shù)每平方米可節(jié)約30元；供暖期為180天，利用水源熱泵技術(shù)，平均運行費用為20元/m2，而采用集中供熱供暖，平均費用為30元/m2，水源熱泵技術(shù)每平方米可節(jié)約10元。可見，采用水源熱泵技術(shù)，經(jīng)濟效果十分可觀。環(huán)保效果也很好，冬天不用燃煤實現(xiàn)巨大減排，夏天熱量通過地下水排入地下減少熱污染。這就是筆者寫這篇文字的目的，旨在推廣利用水源熱泵技術(shù)，將長春市地下水中蘊藏的巨大的冷熱能資源提取出來，以解決長春市能源短缺的困局。

1 水源熱泵原理

水源熱泵技術(shù)的具體工作原理是：制冷時，從壓縮機出來的制冷劑氣體，處于高溫高壓狀態(tài)。進入冷凝器后，制冷劑氣體向地下水釋放熱量。在此過程中，制冷劑氣體變成高溫高壓液體，并使地下水水溫升高。高溫高壓的制冷劑液體再經(jīng)過膨脹閥膨脹成低溫低壓液體，然后進入蒸發(fā)器吸收冷凍水中的熱量，從而蒸發(fā)成低壓蒸汽，并使冷凍水水溫降低。低壓制冷劑蒸汽又進入壓縮機壓縮成高溫高壓氣體，如此循環(huán)，通過地下水吸收熱量。

制熱時，從壓縮機出來的制冷劑氣體，處于高溫高壓狀態(tài)。進入冷凝器后，制冷劑氣體向供熱水中放出熱量。在此過程中，制冷劑氣體冷卻成高壓液體，并使供熱水水溫升高。制冷劑液體再經(jīng)過膨脹閥膨脹成低溫低壓液體，進入蒸發(fā)器吸收地下水中的熱量，蒸發(fā)成低壓蒸汽，并使地下水水溫降低。低壓制冷劑蒸汽又進入壓縮機壓縮成高溫高壓氣體，如此循環(huán)，從地下水中采集熱量。

2 開發(fā)利用水源熱泵技術(shù)現(xiàn)狀

根據(jù)1:50 000《長春市供水水文地質(zhì)勘查報告》及圖件資料綜合分析和計算，長春市采用水源熱泵技術(shù)可利用的范圍是：高新北區(qū)至八一水庫，呈北東—南西向帶狀分布，橫貫長春市區(qū)中心，長約28 km，平均寬度3 km，分布面積為84 km2。

現(xiàn)采用比例法計算地下水中熱能可開采量。在該宜采區(qū)域內(nèi)已有一組地下水源熱泵，井群區(qū)為60 m×25 m，每天抽水10 h，出水量為120 m3/h。據(jù)此，保守計算，按井群影響半徑200 m計算，該宜采區(qū)域84 km2可布設(shè)地下水源熱泵1 400組，出水量約168 000 m3/h。一個供暖期按180天計算，每天抽水10 h，利用溫差為5 ℃，則可采集熱量

Q=1.163×5×168 000×10×180=1 758 456 000 kwh=17.58億kwh

制冷時，利用溫差設(shè)為5 ℃，按每年90天制冷期計，則冷量為8.79億kwh。

制冷制熱合計一年能提供能量約26億 kwh，對比使用煤集中供暖，考慮鍋爐效率約為0.5，能折合68萬噸標準煤。按供暖能耗110 kwh/m2，每年可提供清潔供暖面積1600萬平方米。

長春市現(xiàn)有采用水源熱泵技術(shù)的企業(yè)共有四家，總建筑面積約為3萬平方米。每年消耗熱能總量為3 140 000 kwh，僅占可利用熱儲資源的0.18%，每年消耗的冷量為31.4萬kwh，僅占可利用冷量的0.04%?？梢姡捎盟礋岜眉夹g(shù)開發(fā)長春市地下水中冷熱能資源潛能巨大。

3 利用水源熱泵技術(shù)典型實例

長春市現(xiàn)在利用水源熱泵技術(shù)最好的企業(yè)是吉林省光大集團，從2002年10月開始，利用至今已有11個年頭。吉林省光大集團位于長春市長春大街，建筑面積1.2萬平方米。當時建造供水井3眼，回灌井3眼，井深均為66 m，下入D273 mm鑄鐵井管，井距25 m。

水井坐落在興隆山至賈家洼子斷裂構(gòu)造帶上，地下水類型為白堊系碎屑巖類孔隙裂隙水。單井出水量36 t/h,地下水水溫10 ℃。

在制熱時，將供水井抽出的地下水經(jīng)過水處理設(shè)備后，進入到水源熱泵機組，機組把供水井抽出10 ℃的水的熱能提出，使水溫變成5 ℃。把提出的熱能用熱交換器送到用戶端，再把5 ℃的水送到回灌井，回到地下，這樣不斷循環(huán)、交換，就把熱能提取出來。當熱能達到用戶設(shè)定溫度時，機組自動停機，整個過程無人看管，全部由電腦自控，節(jié)約了大量人力物力。

在制冷時，將供水井抽出的水經(jīng)過水處理后，不經(jīng)過水源熱泵機組做功，直接送到風機盤管。因為地下水水溫為10 ℃，而風機盤管適宜溫度為8～12 ℃，這樣不需機組做功，可節(jié)省大量電費。在2003年測定時，保證室內(nèi)溫度22 ℃。整個制冷期運行費用為3元/m2。冬季取暖期，在保證室內(nèi)溫度不低于22 ℃，其運行費用為12元/m2。經(jīng)過十幾年的運行，采用水源熱泵技術(shù)，真正做到了冷熱效果好，環(huán)境無污染，節(jié)約能源，安全可靠，運行維護費用低。

4 水源熱泵技術(shù)應(yīng)用推廣存在的問題

4.1 主管部門重視不夠，缺乏應(yīng)有的輿論宣傳

水源熱泵技術(shù)應(yīng)屬于新能源技術(shù)，應(yīng)歸于市科技局主管。由于當今技術(shù)發(fā)展日新月異，各種新技術(shù)新方法不斷涌現(xiàn)，主管部門領(lǐng)導難以了解每一項新技術(shù)，再加之我國的科技宣傳不夠，很難做到讓主管部門高度重視，這樣就限制了水源熱泵技術(shù)的使用與推廣。

4.2 政府缺少相應(yīng)的政策法規(guī)支持

長春市迄今為止，還沒有對開發(fā)新能源制定政策及法律法規(guī)，更沒有優(yōu)惠政策。如采用水源熱泵技術(shù)就要在合適的地方建井，建井時往往會遭到水行政主管部門的制約，由于市政府沒有相應(yīng)的政策及法律法規(guī)，水行政主管部門就會從水行政管理方面限制建井，辦理相應(yīng)的審批手續(xù)相當困難，這就嚴重制約了水源熱泵技術(shù)在長春市的推廣和發(fā)展。

4.3 地下水相對貧乏，也嚴重制約了水源熱泵技術(shù)的推廣

長春市是一個地下水相對比較貧乏的地區(qū)，由于水源熱泵技術(shù)在提取地下水中的能量時，要求地下水必須豐富，而且含水層要有一定的厚度，含水層的透水性，連通性都要好，供水井抽出的水經(jīng)過機組提取冷熱能后，要求全部回灌到回水井中去，它的適用條件是一個特殊的水文地質(zhì)條件，這就嚴重制約了水源熱泵技術(shù)的推廣使用。

5 適宜利用水源熱泵技術(shù)區(qū)域

在長春市，只有興隆山—賈家洼子斷裂帶這一區(qū)域最適宜水源熱泵技術(shù)的推廣和使用。該斷裂帶走向北東，傾向北西，傾角高達70°，發(fā)育在白堊系青山口組地層中，由于受該斷裂構(gòu)造的影響，巖石破碎嚴重，含水層的透水性和連通性極好，為地下水的賦存提供良好的儲存空間，地下水資源十分豐富。單井用水量20～50 t/h，個別地段可達70 t/h。由于巖石破碎，在施工中漏水極為嚴重，但回灌效果非常好，經(jīng)過供回試驗，可以達到1:1回灌效果，是最適宜采用水源熱泵技術(shù)的區(qū)域。

6 推廣水源熱泵技術(shù)幾點建議

6.1 加強推廣水源熱泵技術(shù)的輿論宣傳工作

水源熱泵技術(shù)屬于綠色環(huán)保新能源開發(fā)技術(shù)項目，輿論應(yīng)當大力宣傳，使全社會都認識到它的作用，使有條件的企業(yè)使用它，這樣有助于發(fā)展和推廣使用這一技術(shù)。

6.2 政府引導制定相應(yīng)的政策與法規(guī)

政府應(yīng)積極引導、制定推廣水源熱泵技術(shù)的政策與法律法規(guī)，如水利部門要簡化建井審批程序，電力部門給使用水源熱泵技術(shù)享受民用電價格等政策，給使用單位在政策上和資金上給予獎勵和支持，這會加快推廣使用水源熱泵技術(shù)的進程。

6.3 鼓勵有條件單位參加水源熱泵技術(shù)的推廣工作

盡管水源熱泵技術(shù)要求有特殊的水文地質(zhì)條件，但長春市有得天獨厚的這一條件，興隆山—賈家洼子構(gòu)造帶就具備這個條件，在這個大的斷裂構(gòu)造帶上，不僅儲存了豐富的地下水資源，而且也儲藏了巨大的冷能熱資源，冷熱儲量可達26億kwh，相當于68萬噸標準煤的煤鍋爐供暖熱量，可清潔供暖1 600萬平方米。 政府應(yīng)鼓勵有條件的單位成立相應(yīng)的水源熱泵技術(shù)推廣公司，積極參與開發(fā)研究工作，盡快將長春市的地下水中的冷熱能資源開發(fā)利用起來。將這一資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢。這樣，既保護環(huán)境不受污染，又有利于促進長春經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展。

[1] 吉林省地礦局水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊.1:50 000長春市供水水文地質(zhì)勘查報告及圖件[R]. 1981.

[2] 孟 華，龍惟定.地源熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用[J].節(jié)能與環(huán)保，2003，09： 22-25.

[3] DZ/T 0225-2009,淺層地熱能勘查評價技術(shù)規(guī)范[S].

[4] GB 50366-2005,地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].

Application and discussion of groundwater source heat pump technology in
Changchun City

SUN Jing-long,YUAN Ye
Hydrogeologic Survey of Jilin Province, Changchun 130103, Jilin, China

This paper introduces the work principle of groundwater source heat pump system, the suitable areas for groundwater source heat pump in Changchun City are Determined according to the hydrogeologic conditions of Changchun City groundwater . Reservoir capacity is calculated by used “ratio method” for the suitable areas and it come to conclusion that the groundwater source heat pump can supply heating potency for 16,000,000 m2in winter. The application status and problems of the groundwater source heat pump in Changchun city are also discussed at present and proposed recommendations to develop.

groundwater source heat pump; ratio method; heating potentialites; energy saving; Changchun City

TU833+.3

：A

1001—2427（2013）04 - 126 -3

2013-05-05;

2013-12-25

孫景龍（1961—）, 男 , 吉林公主嶺人，吉林省水文地質(zhì)調(diào)查所工程師.