錦州市某物流園水源熱泵系統可行性論證分析

馬躍　趙建洲

摘 要：水源熱泵系統是一種高效節能、經濟合理、冷暖兩用、運行靈活且無污染的新型中央空調系統。錦州市某物流園擬采用水源熱泵地溫空調系統，以解決物流倉庫室溫調節問題。文章結合區域水文地質條件，對該系統的可行性進行分析。結果表明，該系統合理可行，且對區域水資源狀況和地質環境等基本沒有影響。

關鍵詞：水源熱泵；水文地質；井群設計；環境影響

引言

隨著能源和環境問題日益突出，如何高效地使用能源、回收各種余熱和減小對環境的污染成為人們關注的焦點。水源熱泵正是利用地球水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量轉換的新型空調系統。水源熱泵機組工作原理：地球表而淺層水源吸收了太陽進入地球的輻射能量，在夏季將建筑物中的熱量轉移到水中，由于水溫度低可以高效地帶走熱量，冬季則從水源中提取熱量，經過熱泵機組使水升溫后送到建筑物中。

錦州市某物流園為解決室溫調節問題，擬采用水源熱泵地溫空調系統，利用地下水為供水水源。為了保證水源熱泵系統取用地下水的合理性、可靠性及可行性，對該項目進行論證，以保證水源熱泵空調系統可以提供安全、可靠長期穩定的地下熱（冷）源，促進地下水資源的合理利用和保護。

1 工程概況

擬建的物流園位于遼寧省錦州市凌河區百股村，規劃用地面積100908m2，總建筑面積62109.15m2，其中：地上建筑面積57514.50m2，地下建筑面積4594.65m2。物流園內供暖面積約50000m2，由水源熱泵地溫空調系統進行夏天制冷，冬季供熱。根據計算，本項目夏季供冷時冷負荷為2423kW，建筑物冬季供暖時熱負荷為2872kW。本項目采用的機組設備參數如下：制冷工況時設計供回水溫差為11℃、COP為5.2；制熱工況設計供回水溫差為5℃，COP為5.2。本系統擬運行狀態如下：夏季運行50天、每天運行10小時，設計取水量240m3/h、日最大取水量2400m3；冬季運行150天、每天運行8小時，設計取水量400m3/h、日最大取水量3200m3，年取水量為60.0萬m3。

2 水文地質條件

該場地所處地貌單元為小凌河沖積平原，地層巖性上部為填土、黏性土、粉細砂，中下部為圓礫，底部為基巖。地下水類型屬孔隙潛水，含水層為第四系圓礫層。其補給來源主要為大氣降水入滲補給、地下逕流側向補給和豐水期小凌河河水補給，以蒸發、地下逕流及人工開采形式排泄。含水層富水性中等～強。水位變幅在1.0m～1.5m，水溫變化較小。地下水埋深6.0m，含水層厚度15.0-18.0m，含水層連續穩定，透水性較好，地下水逕流條件較好。地下水總的徑流方向為由北向南，水力坡度1.2‰左右。根據抽水試驗結果可知，單井涌水量為1440t/d，滲透系數K為73.4m/d，影響半徑R為132.7m。根據水質檢測分析成果并結合區域水文地質資料，本區地下水無色、無味、無肉眼可見物。按照《地下水質量標準》評價，除總硬度為Ⅳ類外，其余指標最高為Ⅲ類，總體評價水質較好。

3 取用水合理性分析

3.1 取水合理性分析

水源熱泵系統是一種高效節能、經濟合理、冷暖兩用、運行靈活且無污染的新型中央空調系統。它間接利用地下水，借助壓縮機系統，完成制冷（制熱）。它取代了鍋爐或市政管網等傳統的供暖方式，不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣，是一種理想的綠色技術，具有節能環保、運行穩定、維護簡單等特點。本項目的建設符合國家的產業政策，項目建設有利于錦州市的能源結構，有利于促進區域經濟發展和水資源合理開發和利用，因此本項目取水合理。

3.2 用水合理性分析

場地所在區域地下水資源比較豐富。水源熱泵系統通過抽水井群將地下水抽出，經過二次換熱或直接將提取的地下水送至水源熱泵機組，在經過提取熱量或釋放熱量后，由回灌井群灌回地下原含水層。由于循環過程中的地下水僅僅是能量的提取，且在提取能量過程中井水處于封閉狀態，并未與空氣及其他物質接觸，故在理論上地下水在循環過程中不會遭受任何污染物的污染，而且水量也沒有損失，不會對地下水環境帶來負面影響。水源熱泵系統取水與回灌同時進行，其影響范圍不大，且每天用水時間不連續，地下水位有恢復的時間。因此場區地下水具備作水源熱泵水源的條件，本項目用水工藝合理。

3.3 用水量計算

依據勘察資料冬季地下水水溫為11.2℃，夏季為14.4℃， 按照本項目水源熱泵機組設計供熱（或制冷）工況，冬季回灌水的溫度為6.2℃，夏季為25.4℃。根據工程概況中提供的冷熱負荷及機組設備參數，可以計算得出系統用水量。

3.3.1 夏季供冷時

式中：G：冬季供冷時需要的地下水量，m3/h；Q：建筑物冬季供冷時熱負荷，kW；COP：冬季制冷能效比；Δ：進出換熱器地下水溫差，℃。

計算結果表明，項目制冷用水量應為225.8m3/h，采暖用水量為398.9m3/h，本項目預計的制冷用水量為240m3/h，采暖用水量為400m3/h，與理論計算值接近。因此本項目制冷用水量為240m3/h，采暖用水量為400m3/h是合理的，設計時最大水量可按400m3/h考慮。

4 井群設計

根據抽水試驗及干擾井出水量計算，抽水井降深1.5m時單井干擾出水量為54.3m3/h。為滿足本項目設計最大用水量400m3/h，需建8眼取水井方能滿足要求。設計時通常考慮1眼為備用井，因此取水井設汁為9眼。根據回灌試驗成果，單井回注量為25m3/h，為保證將設計最大取水量400m3/h全部回注地下原含水層，需建16眼回水井方能滿足要求，另需考慮2眼為備用井。因此回水井設計為18眼。

5 結束語

本項目采用水源熱泵系統，符合國家產業政策和項目區域地下水開發利用要求，項目取水合理可行。水源熱泵系統用水只是提取或釋放地下水的熱量或冷量，用水過程不消耗地下水量，也不會對地下水環境造成影響，項目用水工藝合理，設計冷、熱負荷符合國家標準，項目用水合理可行。本項目用水過程不消耗地下水量，用水過程為封閉狀態，其退水不會影響區域地下水水質狀況。因此本項目取水對區域水資源狀況基本沒有影響，亦不會對區域水環境和地質環境等造成影響。

參考文獻

[1]趙建洲，尹金香.基于抽水-回灌試驗的水源熱泵井設計[J].科協論壇（下半月），2013，5：100-101.

[2]楊逢濤，陳君，盧海燕.淺析幾種污水源熱泵系統利用的形式及特點[J].中國西部科技，2009，24：31-32.

[3]陳曉.地表水源熱泵系統的運行特性與運行優化研究[D].湖南大學，2006.

[4]藍玉.利用電廠余熱的水源熱泵空調系統的研究[D].大連理工大學，2005.

作者簡介：馬躍（1982，9-），男，工程師，從事土木工程設計施工作。

趙建洲（1986，6-），男，工程師，從事巖土工程勘察設計工作。