地下水水源熱泵系統在天津市某校區的應用

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在天津市某校區的應用

柴雅彬，呂 琳

(天津市水文水資源勘測管理中心，天津300061)

例舉天津某校區使用地下水水源熱泵系統的一個工程實例，對地下水水源熱泵系統進行簡述，依據區域地質條件，對該工程使用水源熱泵系統的適用性進行分析。通過對地下水水源熱泵系統與其他三種主流空調系統進行經濟效益對比，得出在該工程中使用地下水水源熱泵系統是經濟、可靠、節能、可行的結論，并提出幾點建議。

地下水水源熱泵;經濟效益;采灌平衡;節能 環保

某校新校區位于天津市市區內，項目占地面積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、實驗、辦公、學術交流設施等。為了節約能源、保護環境，擬采用地下水水源熱泵系統進行供暖和制冷。地下水水源熱泵系統是地源熱泵系統中的一種，是以地下水作為介質進行供暖和制冷的系統。它與風能、太陽能一樣，是一種低維修，高能效的利用自然能的方法，是不產生環境污染的“綠色能源”。由于其具有環保和節能的雙重優勢，近期在國內外都得到了大力的推廣和應用。

1 地下水水源熱泵系統

地下水水源熱泵系統通過地下水作為介質采集和儲存能源，重視能源的儲存和地下水資源保護，系統運行過程中，保持地下水采補平衡，對環境不產生影響。因所使用的井均為灌采兩用井，為此，非常重視成井技術和成井質量。地下水不受氣溫變化的影響，溫度比較穩定，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，反季節利用，大幅度提高系統供暖和制冷效果，從而達到節能的目的。

2 區域水文地質條件及地下水水源熱泵適用性

根據收集到的勘探鉆孔及附近成井資料，對項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進行了分析預測。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，基本適于熱泵機組的用水要求;該地區水位趨于穩定，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，國內不少地區利用地下水作為水源的熱泵系統，只采不灌，不重視成井技術和成井質量，不重視能源的儲存，更不重視水資源和環境的保護。這在水資源嚴重缺乏的我國，是不允許的。為此，不少地區水資源管理部門嚴格限制這種形式水源熱泵系統的發展。天津市因水文地質條件較差，地下水超采易引起環境地質問題，采用地下水作為介質的水源熱泵系統，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 經濟效益分析

3.1 固定設備投資

地下水源熱泵系統與其他三種空調系統初期投資比較結果見圖1所示。比較條件:室內溫度冬季保證18℃ ～22℃，夏季24℃ ～28℃。地下水源熱泵系統每 m2投資為195元，三種空調系統每 m2平均初投資227.3元。該項目采用地下水源熱泵系統固定設備初投資總共可節省68.7萬元，節約14%。

圖1 系統固定設備投資對比

3.2 運行費用

地下水源熱泵系統與其他三種空調系統運行費用比較結果見圖2所示。年運行費用主要由電費、燃油費、人工費、維護費組成。比較條件:電價按0.6元/度，燃油3.8元/L，人工費26.7元/d·人，管井灌采平衡。冬季運行11 h，夏季運行11 h。三種空調系統每m2年運行費平均為45.6元，而使用地下水源熱泵系統僅19.22元，是其他平均運行費的42%。該項目采用地下水源熱泵系統運行費用每年平均節約運行費40.9萬元。

圖2 系統運行費用比較

4 結論與建議

1)通過項目所在地區域地質資料分析可以看出，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，熱儲層位溫度適于水源熱泵機組，在制冷和制熱時機組處于適宜工況區。水質符合水源機組、循環系統及管井回灌要求。

2)通過經濟效益對比分析可以看出，地下水水源熱泵系統投資小，運行費用低。它的前期投資比其他類型空調系統節省14%左右的費用，運行費用連其它空調的一半都達不到。從初投資和運行費均可看出，該系統的經濟效益是極為顯著的。

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

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

5)為確保系統的正常運行，建議應加強管理人員的培訓，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、水溫、水位進行實時監測。

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。