地下水源熱泵系統綜述

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換為可以直接利用的高品位能源，是一項節能和環保的技術，適應如今世界能源發展的潮流。本文主要以地下水源熱泵的工作原理，特點，存在的一些問題以及回灌這一關鍵問題進行分析綜述，為地下水源熱泵以后的推廣使用提供一些參考。

關鍵詞：地下水源熱泵；回灌；節能；環保

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

0 引言

當今世界隨著經濟的快速發展，人們對能源的需求不斷地增大。然而傳統的能源逐漸減少，能源的過度使用造成了現如今空氣的污染，環境的破壞，能源的枯竭等一些問題，為了減少傳統資源的供應不足和解決環境問題，現如今提倡可再生能源和綠色能源的開發和利用，以此來降低能耗。地下水源熱泵這一高效的技術起了世界各國的關注，能夠降低建筑能耗，對節能減排有重大影響。

1 地下水源熱泵簡介及工作原理

地下水源熱泵系統是屬于地源熱泵的分支，相比于常見的空調系統有著很大的優勢。地下水源熱泵憑借著節能，高效的優勢，被評為環保節能空調系統。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是將地下水直接供應到每臺熱泵機組，之后將井水回灌地下；一類是閉式地下水地源熱泵系統，在閉式地下水系統中，地下水和建筑內循環水之間是用板式器分開的[1]，一般系統有抽水井和回灌井組成。地下水源熱泵系統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），實現低位熱能向高位的轉移[2]。地下水源熱泵系統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供暖；夏季通過地下水作為媒介把室內熱量，“運送”到地下水中。如圖1所示。

2 地下水源熱泵系統優勢及發展的缺陷

（1）地下水源熱泵系統具有高效率，節能和環保的技術越來越受到人們的普遍關注，用在工程上凸顯出來的優秀的特點讓人們對其更加青睞，其在工程應用中得到了很大的發展。地下水源熱泵有如下特點：

1）節約資源，2）屬于可再生能源，3）環境污染小，4）運行安全可靠，5）占地面積小，6）應用領域廣。

（2）地下水源熱泵在實際使用存在問題，人們對這些問題進行歸總一下，共有四大類：回灌阻塞問題、腐蝕與水質問題、井水泵功耗過高和運行管理問題[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，化學沉淀，氣泡阻塞，黏粒膨脹和擴散，含水層細顆粒重組。2）腐蝕與水質問題。由于地下水的渾濁，酸堿不平衡，腐蝕性雜質，微生物的滋養等一些問題容易造成水泵井管腐蝕以及生銹現象。然而水質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能耗中占有很大的比重，在不良的設計中，井水泵的功耗可以占總能耗的25%以上，使機組的季節性能系數降低20%[4]。因此為了減少功耗必須依靠井數，投資金額和所選系統類型等全方面考慮。4）運行管理。地下水源熱泵的核心是運行管理，因此要使每一位管理人員熟練并準確的操作。

3 地下水源熱泵關鍵技術---回灌

地下水源熱泵的關鍵技術是回灌問題，為了地下水環境的良好保護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）水文地質條件。地下水源熱泵系統回灌能力較差的原因很多，最重要的一個是水文地質條件。含水層中多孔介質孔隙度的大小決定著回灌量的高低，如卵石回灌能力強，中粗砂次之，最后是細沙。

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

（3）回灌井阻塞。

（4）地下水回灌方式。地下水源熱泵系統根據不同的水文地質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，因其不會因為回灌而破壞濾水層。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；優點是有利于避免回灌井的堵塞，維持穩定的回灌速率"避免外界空氣侵入而引起地下水氧化"缺點是回灌時"對井的過濾層和含砂層的沖擊力強[5]。

4 結語

伴隨能源消耗日益增加和環境問題日趨嚴重，節能環保已經成為當今兩大主題。節能減排是如今建筑節能的首要任務，地下水源熱泵以其獨特的優勢已經得到了很大的發展。然而地下水源熱泵的快速發展有個瓶頸問題，就是地下水回灌問題，也是地下水源熱泵研究的關鍵問題，解決好這一問題，相信地下水源熱泵在建筑節能中達到很好的效果。

參考文獻：

[1]譚顯輝，丁力行.地下水源熱泵中的地下水分析[J].全國暖通空調技術信息網大全，2003.

[2]白亞娟.地下水源熱泵系統的性能分析及經濟評價[D].西安科技大學碩士論文，2009（05）.

[3]吳麗娟.深淺異層井蓄熱型水源熱泵系統串聯機組性能分析與評價[D].天津大學，2006.

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

[5]趙宏亮.地下水源熱泵系統中回灌能力分析[A].水文，第32卷第3期.