漢中地下水資源在水源熱泵技術(shù)中的應(yīng)用

黃 研 （陜西理工學(xué)院土建學(xué)院，陜西 漢中 723000）

1 國(guó)內(nèi)外水資源利用現(xiàn)狀

水資源缺乏是我們目前遇到的大問(wèn)題，甚至在某些地區(qū)，水資源匱乏已經(jīng)威脅到當(dāng)?shù)鼐用竦纳?。因此開(kāi)辟新的水源以便我們加以利用是我們的新課題。地下水資源由于開(kāi)采麻煩，相比地表水資源，還有著相當(dāng)大的儲(chǔ)量。在上世紀(jì)80年代中期，全球地下水資源已開(kāi)采5489億m3，其中以美國(guó)、中國(guó)、日本、澳洲為首，占到總開(kāi)采量的60%。上世紀(jì)末期，全球地下水資源開(kāi)采已經(jīng)超過(guò)7000億m3。近幾年，以中國(guó)和印度為首，地下水資源開(kāi)采量急劇上升。

從總量來(lái)看,按照2008年的最新統(tǒng)計(jì),中國(guó)水資源總量約為28124億m3,位居世界前列。其中地表水2.6萬(wàn)億m3，地下水資源匱乏，不到水資源總量的20%，并且地下水資源在飲用水中占有較大的比重。

2 漢中水資源總量現(xiàn)狀

全市多年平均水資源總量為146.25億m3，其中地表水資源量為144.1億m3，地下水資源量為31.75億m3，地表水與地下水的重復(fù)計(jì)算量為29.6億m3。按流域分，漢江流域水資源總量102.53億m3，嘉陵江流域水資源總量43.72億m3。漢中氣候濕潤(rùn)，雨量充沛，地表水系發(fā)育，地下水補(bǔ)給條件較好，地下水資源比較豐富。全市多年平均地下水資源量為31.75億m3，其中山丘區(qū)為24.33億m3，平壩區(qū)為7.42億m3；漢江流域?yàn)?4.6億m3，嘉陵江流域?yàn)?.15億m3。漢中盆地地下水資源量為7.0億m3，平均補(bǔ)給模數(shù)為42.66萬(wàn)m3/km2·a；西鄉(xiāng)盆地地下水資源量為0.42億m3，平均補(bǔ)給模數(shù)為35.36萬(wàn)m3/km2·a。采用平均布井法計(jì)算的地下水可開(kāi)采量為4.25億m3，其中漢中盆地地下水可開(kāi)采量為4.01億m3，平均開(kāi)采模數(shù)為29.49萬(wàn)m3/km2·a，西鄉(xiāng)盆地地下水可開(kāi)采量為0.24億m3，平均開(kāi)采模數(shù)為68.92萬(wàn)m3/km2·a。

漢中地區(qū)的水資源相當(dāng)豐富，與全國(guó)其他城市相比，漢中市的居民生活用水來(lái)源主要是地表水資源，其豐富的地下水資源還沒(méi)有得到充分的利用。因此漢中市地下水資源的利用前景十分廣闊，例如可以利用在日常飲用水的供應(yīng)上，或者其他生活用水方面，以補(bǔ)充地表水的供應(yīng)。

3 已有地下水資源的應(yīng)用原理及實(shí)例分析

3.1 水源熱泵系統(tǒng)原理簡(jiǎn)介

通過(guò)輸入少量高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。

水體通過(guò)冬季熱泵供暖和夏季空調(diào)制冷的方式減低建筑能耗比，在夏季將建筑物的熱量轉(zhuǎn)換成熱量，加熱水體供熱水系統(tǒng)使用，既可以滿足居民日常使用，又可以在夏季減少建筑熱量；在冬季通過(guò)水源熱泵機(jī)組，從水源中取走熱量，供給建筑物冬季取暖[1]。

3.2 地源熱泵應(yīng)用及實(shí)例分析

漢中現(xiàn)有的地下水應(yīng)用案例大都集中在農(nóng)村地區(qū)，主要是比較直接的打井取水，這種方法雖然能解決部分地區(qū)的生活用水問(wèn)題，但取水點(diǎn)比較分散較難管理，如數(shù)量眾多容易造成部分區(qū)域地下水的分布不均勻。但現(xiàn)在自來(lái)水網(wǎng)的通達(dá)已經(jīng)解決了這種用水方式所造成的部分影響。

漢中某四層公共建筑，項(xiàng)目已連續(xù)運(yùn)行3年。在初始地源熱泵空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)面積達(dá)到4200m2，實(shí)際工程中經(jīng)過(guò)地源熱泵公司設(shè)計(jì)安裝地源熱泵空調(diào)設(shè)備68臺(tái)，水量80m3/h，采用鋼管井開(kāi)采地下水，其中最大管徑DN50，采用異井回灌方式，取水井4口，回灌井8口，取水井與回灌井距離50m。

該工程在河道附近，地下為細(xì)沙結(jié)構(gòu)，曾經(jīng)出現(xiàn)系統(tǒng)帶沙嚴(yán)重，后增設(shè)了沉沙池，改進(jìn)了濾沙器，目前系統(tǒng)運(yùn)行良好。

從上述的實(shí)例中我們可以看出，地下水資源在漢中地區(qū)雖有運(yùn)用但都屬于簡(jiǎn)單的個(gè)人生活取水行為，并且這種行為的發(fā)生也是主要由于部分地區(qū)自來(lái)水不通的原因。因此我們發(fā)現(xiàn)水源熱泵運(yùn)用方式是地下水與空調(diào)系統(tǒng)的利用，同時(shí)注意地下水的回灌。這樣既可以在某種程度上解決大規(guī)模開(kāi)采地下水時(shí)對(duì)本身水體的污染，并且緩解開(kāi)采時(shí)造成的地面塌陷問(wèn)題。在漢中由于是冬冷夏熱氣候，在建筑保溫和隔熱上需要更多的重視，并且考慮到地下水資源的豐富，水的比熱容較大的原因?？梢赃x擇采取水源熱泵技術(shù)緩解漢中建筑冬冷夏熱的局面。這樣既能減輕空調(diào)夏季的使用造成的加劇熱島效應(yīng)情況，又能滿足冬季在沒(méi)有暖氣的情況下的采暖問(wèn)題。

4 水源熱泵系統(tǒng)利用的優(yōu)缺點(diǎn)分析

4.1 利用率高

水源熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn)是節(jié)能高效，在同等設(shè)備相比下，水源熱泵系統(tǒng)消耗相同的能量，可產(chǎn)出高出別的系統(tǒng)的產(chǎn)品，甚至是比原有系統(tǒng)產(chǎn)出更多或更好的產(chǎn)品。

4.2 再生資源

再生資源主要是在人類生活歷史時(shí)期耗之不盡的能源，但是在某種程度上，有些資源例如石油、核能都是能夠消耗殆盡的。包括地下水資源，也是同樣有用完的一天。

4.3 較高的環(huán)境效益

水源熱泵機(jī)組作為一種優(yōu)秀的綠色環(huán)保產(chǎn)品，具有污染小、無(wú)燃燒廢物、無(wú)廢煙排除、不產(chǎn)生大量廢棄物等特點(diǎn)，也不會(huì)導(dǎo)致城市產(chǎn)生熱島效應(yīng)，跟環(huán)境和諧發(fā)展。

4.4 便于推廣使用

水源熱泵系統(tǒng)可以替換原來(lái)的鍋爐和空調(diào)兩套裝置或系統(tǒng)，將供暖、空調(diào)、生活熱水等多項(xiàng)功能共同完成，使用更加便捷。[2]

4.5 運(yùn)行可靠

水的比熱大，因此溫度變化幅度小，相對(duì)其他液體更恒溫一些，波動(dòng)幅度小于其他流體。因此水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行相對(duì)其他系統(tǒng)更穩(wěn)定，效率高，提高其經(jīng)濟(jì)效益。

5 地源熱泵設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

根據(jù)以上的調(diào)研分析，可知在漢中地區(qū)設(shè)計(jì)水源熱泵需要注意以下幾點(diǎn)。

①為了合理布置熱源井?dāng)?shù)目并滿足持續(xù)出水量和完全回灌的要求，操作時(shí)應(yīng)結(jié)合工程場(chǎng)地情況和水文地質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理。

②熱源井口處應(yīng)設(shè)置檢查井，井管應(yīng)嚴(yán)格封閉，井內(nèi)裝置應(yīng)使用對(duì)地下水不產(chǎn)生污染的材料。

③抽水井和回灌井之間設(shè)排氣裝置，在工作中宜能相互轉(zhuǎn)換。在抽水管與回灌管上均應(yīng)設(shè)置水樣采集口與監(jiān)測(cè)口。地下水供水管道應(yīng)該設(shè)置保溫措施。

④在設(shè)計(jì)中為預(yù)防和處理回灌井堵塞，應(yīng)考慮回?fù)P措施，在確定回?fù)P次數(shù)和回?fù)P持續(xù)時(shí)間時(shí)，應(yīng)考慮到含水層的滲水性、回灌井的結(jié)構(gòu)和回灌方法等因素。

⑤當(dāng)考慮到以地表水為冷熱源，地下水質(zhì)應(yīng)滿足《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50019-2003）要求，當(dāng)水源水質(zhì)不能滿足要求時(shí)，應(yīng)相應(yīng)采取有效的過(guò)濾、沉淀、滅藻、阻垢、除垢和防腐等措施。

⑥地源熱泵在吸收地下水時(shí)，需要設(shè)置旁通閥，并且在膨脹水箱安置穩(wěn)壓補(bǔ)水裝置。

⑦轉(zhuǎn)換閥門(mén)應(yīng)該嚴(yán)密不漏水，質(zhì)量可靠。在機(jī)組外進(jìn)行冷熱轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)該單獨(dú)設(shè)置夏季和冬季的轉(zhuǎn)換閥門(mén)，并明顯區(qū)別。

⑧根據(jù)不同類型的建筑和不同的使用要求，以確定適合地下水資源熱泵機(jī)組的形式，同時(shí)由于地下水溫差的影響，機(jī)組的合理運(yùn)行時(shí)需注意提高其整體機(jī)組性能。

6 小 結(jié)

通過(guò)實(shí)際調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)在漢中地區(qū)水源熱泵的利用前景是極為廣闊的，建筑師可以通過(guò)節(jié)能建筑的設(shè)計(jì)來(lái)完善水源熱泵技術(shù)的利用，可以為漢中地區(qū)的地下水利用開(kāi)辟新的途徑。

[1]徐國(guó)平.試論水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)及安裝注意事項(xiàng)[J].中國(guó)科技縱橫,2013(3)

[2]趙郅剛，姜耀鵬.孫偉淺析水源熱泵在沈陽(yáng)地區(qū)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和節(jié)能設(shè)計(jì)措施[J].建筑設(shè)計(jì)管理,2009(4).

[3]吳玉民.試析地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題[J].城市建設(shè)理論研究,2014(10).

[4]王蕾.淺談水源熱泵技術(shù)[J].城市建設(shè)理論研究,2013(6).