地下水源熱泵系統(tǒng)綜述

朱柯

摘 要：地下水源熱泵利用少量高品位能源把低品位能源轉(zhuǎn)換為可以直接利用的高品位能源，是一項(xiàng)節(jié)能和環(huán)保的技術(shù)，適應(yīng)如今世界能源發(fā)展的潮流。本文主要以地下水源熱泵的工作原理，特點(diǎn)，存在的一些問題以及回灌這一關(guān)鍵問題進(jìn)行分析綜述，為地下水源熱泵以后的推廣使用提供一些參考。

關(guān)鍵詞：地下水源熱泵；回灌；節(jié)能；環(huán)保

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.214

0 引言

當(dāng)今世界隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對能源的需求不斷地增大。然而傳統(tǒng)的能源逐漸減少，能源的過度使用造成了現(xiàn)如今空氣的污染，環(huán)境的破壞，能源的枯竭等一些問題，為了減少傳統(tǒng)資源的供應(yīng)不足和解決環(huán)境問題，現(xiàn)如今提倡可再生能源和綠色能源的開發(fā)和利用，以此來降低能耗。地下水源熱泵這一高效的技術(shù)起了世界各國的關(guān)注，能夠降低建筑能耗，對節(jié)能減排有重大影響。

1 地下水源熱泵簡介及工作原理

地下水源熱泵系統(tǒng)是屬于地源熱泵的分支，相比于常見的空調(diào)系統(tǒng)有著很大的優(yōu)勢。地下水源熱泵憑借著節(jié)能，高效的優(yōu)勢，被評為環(huán)保節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。地下水源熱泵主要有兩大類：一類是開式地下水地源熱泵系統(tǒng)是將地下水直接供應(yīng)到每臺熱泵機(jī)組，之后將井水回灌地下；一類是閉式地下水地源熱泵系統(tǒng)，在閉式地下水系統(tǒng)中，地下水和建筑內(nèi)循環(huán)水之間是用板式器分開的[1]，一般系統(tǒng)有抽水井和回灌井組成。地下水源熱泵系統(tǒng)是把吸收輻射到地球上太陽能量的淺層地下水作為冷熱源，通過輸入少量的高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位的轉(zhuǎn)移[2]。地下水源熱泵系統(tǒng)一般取自地下含水層里的水，深度一般在100—150米左右，這一區(qū)域溫度相對恒定，被稱為“恒溫帶”。地下水源熱泵把地下水作為冷熱源，分別供給冬天取暖和夏季制冷。其原理就是，冬季把恒溫的地下水熱量提出來給室內(nèi)供暖；夏季通過地下水作為媒介把室內(nèi)熱量，“運(yùn)送”到地下水中。如圖1所示。

2 地下水源熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢及發(fā)展的缺陷

（1）地下水源熱泵系統(tǒng)具有高效率，節(jié)能和環(huán)保的技術(shù)越來越受到人們的普遍關(guān)注，用在工程上凸顯出來的優(yōu)秀的特點(diǎn)讓人們對其更加青睞，其在工程應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。地下水源熱泵有如下特點(diǎn)：

1）節(jié)約資源，2）屬于可再生能源，3）環(huán)境污染小，4）運(yùn)行安全可靠，5）占地面積小，6）應(yīng)用領(lǐng)域廣。

（2）地下水源熱泵在實(shí)際使用存在問題，人們對這些問題進(jìn)行歸總一下，共有四大類：回灌阻塞問題、腐蝕與水質(zhì)問題、井水泵功耗過高和運(yùn)行管理問題[3]。

1）回灌阻塞問題主要來自六方面：懸浮物堵塞，微生物的生長，化學(xué)沉淀，氣泡阻塞，黏粒膨脹和擴(kuò)散，含水層細(xì)顆粒重組。2）腐蝕與水質(zhì)問題。由于地下水的渾濁，酸堿不平衡，腐蝕性雜質(zhì)，微生物的滋養(yǎng)等一些問題容易造成水泵井管腐蝕以及生銹現(xiàn)象。然而水質(zhì)的好壞直接決定著腐蝕的與否。3）井水泵功耗過高。井水泵的功耗在地下水源熱泵系統(tǒng)能耗中占有很大的比重，在不良的設(shè)計(jì)中，井水泵的功耗可以占總能耗的25%以上，使機(jī)組的季節(jié)性能系數(shù)降低20%[4]。因此為了減少功耗必須依靠井?dāng)?shù)，投資金額和所選系統(tǒng)類型等全方面考慮。4）運(yùn)行管理。地下水源熱泵的核心是運(yùn)行管理，因此要使每一位管理人員熟練并準(zhǔn)確的操作。

3 地下水源熱泵關(guān)鍵技術(shù)---回灌

地下水源熱泵的關(guān)鍵技術(shù)是回灌問題，為了地下水環(huán)境的良好保護(hù)回灌必須百分百回流于含水層。影響地下水百分之百回灌問題因素主要有：（1）水文地質(zhì)條件，（2）熱源井成井工藝，（3）回灌井阻塞，（4）地下水回灌方式。

（1）水文地質(zhì)條件。地下水源熱泵系統(tǒng)回灌能力較差的原因很多，最重要的一個(gè)是水文地質(zhì)條件。含水層中多孔介質(zhì)孔隙度的大小決定著回灌量的高低，如卵石回灌能力強(qiáng)，中粗砂次之，最后是細(xì)沙。

（2）熱源井成井工藝。出水量的充足和回灌持續(xù)進(jìn)行是熱源井設(shè)計(jì)必須的前提。地下水源熱泵從地下含水層中抽水，經(jīng)過供暖和制冷后，必須回灌到同一含水層中，防止水質(zhì)的污染[5]。

（3）回灌井阻塞。

（4）地下水回灌方式。地下水源熱泵系統(tǒng)根據(jù)不同的水文地質(zhì)條件和成井工藝回灌方式也不同，大體上可以分為三種：真空回灌，重力回灌和壓力回灌[5]。對于老井地下水位埋深比較深且地下含水層滲透性較好，適合用真空回灌，因其不會因?yàn)榛毓喽茐臑V水層。對于低水位和滲透性較好的含水層適合用重力回灌，利用水位差來達(dá)到自然回灌的效果。對于高水位和低滲透的含水層，適合壓力回灌；優(yōu)點(diǎn)是有利于避免回灌井的堵塞，維持穩(wěn)定的回灌速率"避免外界空氣侵入而引起地下水氧化"缺點(diǎn)是回灌時(shí)"對井的過濾層和含砂層的沖擊力強(qiáng)[5]。

4 結(jié)語

伴隨能源消耗日益增加和環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為當(dāng)今兩大主題。節(jié)能減排是如今建筑節(jié)能的首要任務(wù)，地下水源熱泵以其獨(dú)特的優(yōu)勢已經(jīng)得到了很大的發(fā)展。然而地下水源熱泵的快速發(fā)展有個(gè)瓶頸問題，就是地下水回灌問題，也是地下水源熱泵研究的關(guān)鍵問題，解決好這一問題，相信地下水源熱泵在建筑節(jié)能中達(dá)到很好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚顯輝，丁力行.地下水源熱泵中的地下水分析[J].全國暖通空調(diào)技術(shù)信息網(wǎng)大全，2003.

[2]白亞娟.地下水源熱泵系統(tǒng)的性能分析及經(jīng)濟(jì)評價(jià)[D].西安科技大學(xué)碩士論文，2009（05）.

[3]吳麗娟.深淺異層井蓄熱型水源熱泵系統(tǒng)串聯(lián)機(jī)組性能分析與評價(jià)[D].天津大學(xué)，2006.

[4]陳陽，王智偉，劉煒，劉亞軍，張明遠(yuǎn).地下水源熱泵系統(tǒng)存在的問題及解決措施[J].建筑科學(xué)，2016，32（04）：87-92.

[5]趙宏亮.地下水源熱泵系統(tǒng)中回灌能力分析[A].水文，第32卷第3期.