西安市地下水水源熱泵空調運行情況調查與治理對策研究

張 萍，徐 棟，史方方，吳繼強

(1.西安市水資源利用技術服務中心，西安 710018；2.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,西安 710065)

1 水資源熱泵技術概述

水源熱泵技術[1-2]是利用地球表面淺層水源(如河流、湖泊或地下水)或者人工再生水源的低溫低位熱能資源，采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能的轉移，既可供熱又可制冷，是一種節(jié)能環(huán)保又經(jīng)濟實惠的空調方式。

改革開放以來，中國工業(yè)經(jīng)濟高速發(fā)展，能源消耗越來越多，環(huán)境污染日益嚴重。為構建環(huán)境友好型社會，滿足人們日益增長的環(huán)境需求，水源熱泵空調技術以其節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的突出優(yōu)點，成為供暖空調工程優(yōu)選方案之一。

為大力推進水源熱泵空調系統(tǒng)的發(fā)展，中國相繼出臺了一系列法規(guī)和政策。《中華人民共和國節(jié)約能源法》[3]明確提出國家鼓勵開發(fā)利用水源熱泵所使用的地熱能；國家發(fā)改委制定并頒布了《中華人民共和國可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導目錄》；《建設部建筑節(jié)能“十五”計劃綱要》[4]指出：地源熱泵及水源熱泵技術系統(tǒng)開發(fā)與工程應用要大力推廣等。

陜西省為貫徹國家對可再生能源發(fā)展應用的政策，2006年研究制定了《陜西省節(jié)約能源條例(草案)》[5]，鼓勵利用地熱能、太陽能等可再生能源，同時設立了水源熱泵推廣辦公室，加大對水源熱泵技術的推廣應用，省建設廳已將水源熱泵列為2008年及后期重點推廣項目，并出臺了相關的規(guī)定。2017年1月，國家發(fā)改委、能源局和國土資源部印發(fā)了《地熱能開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》(簡稱：規(guī)劃)，根據(jù)《規(guī)劃》要求，陜西省將重點開發(fā)西安、咸陽等市水熱型地熱資源，新增供暖面積4 500萬m2。

2 西安市水源熱泵運行現(xiàn)狀

西安市積極響應國家號召，自2003年引入水源熱泵空調系統(tǒng)項目后，其應用一直呈上升趨勢。因其所處區(qū)域位置及水資源條件，西安市主要發(fā)展地下水源熱泵空調系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，截止2017年底城六區(qū)已建成地下水源熱泵空調系統(tǒng)37處，其中未央?yún)^(qū)9處，灞橋區(qū)9處，新城區(qū)2處，雁塔區(qū)9處，發(fā)展較為迅速。未央?yún)^(qū)及灞橋區(qū)北部處于西安市渭河灘地及灞渭三角洲，水資源條件較好，水位埋深淺，單位降深出水量較大，水源熱泵井較淺，一般在70～120 m之間，抽回灌水井比例約為1∶3；其他區(qū)域水資源富水性較差，水位埋深較大，單位降深出水量較小，水源熱泵井較深，一般在120～200 m之間，抽回灌水井比例為1∶2或1∶2.5。西安市水源熱泵空調井37處水源熱泵空調用戶總的制冷供暖面積合計92萬m2，年抽回用水量約640萬m3。

為在全市范圍內更好地使用和推廣水源熱泵技術，達到保護地下水和提高能源利用率的雙贏目標，2017年西安市對已建的37處地下水源熱泵項目運行狀態(tài)進行了普查。普查結果顯示，因所處水文地質環(huán)境、項目運行管理和建成時間不同，各項目運行狀態(tài)不盡相同。

2.1 運行現(xiàn)狀

在普查的37處地下水源熱泵空調用戶中，正常運行的為29處，占比78.4%；停止運行的為4處，占比10.8%；建成未運行的為4處，占比10.8%。據(jù)調查，停運原因：一方面由于企業(yè)用地規(guī)劃發(fā)生變化，導致水源熱泵占地被擠占，被迫停運；一方面由于長期運行，抽水井出水量驟減或水質含沙量變大，水源熱泵機組制冷供暖效果較差或水質不符合水源熱泵機組的要求被迫停運，這一部分水源熱泵用戶主要集中在灞橋區(qū)東南部。未運行原因基本與企業(yè)所有權發(fā)生變化有關。

2.2 監(jiān)測設備安裝

根據(jù)GBT50625-2010《機井技術規(guī)范》，水源熱泵空調系統(tǒng)用戶必須安裝抽、回灌計量設備。而目前主城區(qū)正常運行的29戶水源熱泵用戶中僅24戶安裝有計量設施，安裝率為82.7%；24戶中22戶安裝有抽、回灌完整計量設施，且質量良莠不齊,部分水表因使用年限過長導致水表顯示或水表線路發(fā)生故障，其余2戶僅有抽水計量設施。

2.3 抽回灌現(xiàn)狀

部分水源熱泵用戶為節(jié)省運行成本，沒有嚴格按照項目水源熱泵論證報告中設計的抽回灌井比例開啟抽水井、回灌井，僅開啟部分抽回灌井，導致抽水井水位降深較大，達到8～12 m之間，超過了西安市水源熱泵空調系統(tǒng)規(guī)定的最大水位降深5 m，這對周邊建筑物地基安全產(chǎn)生潛在隱患。同時各水源熱泵用戶因溢井或其他因素，未實現(xiàn)100%回灌的既定任務，破壞了區(qū)域抽回灌平衡狀態(tài),對區(qū)域地下水環(huán)境造成一定影響。據(jù)初步統(tǒng)計，2016—2017年度西安市水源熱泵空調系統(tǒng)采暖季平均回灌率為95.6%，制冷季回灌率為94.4%，全年平均回灌率為95.1%。

3 治理對策研究

3.1 存在問題

通過多年來對地下水源熱泵應用技術的研究，以及調查已建成的水源熱泵運行狀態(tài)可知，西安市水源熱泵空調系統(tǒng)在建設和運行過程中主要存在以下問題：

(1) 行政管理能力薄弱，有待加強。西安市地下水源熱泵用戶計量設施安裝率不高，水務主管部門不能對取水量、回水量、回灌水質進行實時監(jiān)測和監(jiān)管，不能滿足水資源管理、水環(huán)境保護等方面的需求。

(2) 從業(yè)人員業(yè)務素質不高，需進一步提升。普查中發(fā)現(xiàn)，部分水源熱泵空調系統(tǒng)因設計的取水量過小而導致使用效果不佳，部分水源熱泵空調系統(tǒng)因水源中含沙量較大，被迫停運，這均與前期水資源論證、鑿井等技術人員的業(yè)務素質不高緊密相關，需進一步提升。

(3) 用戶運行管理無序，應逐步規(guī)范化。在實際運行管理中，水源熱泵空調系統(tǒng)管理人員隨意確定抽水井、回灌井井數(shù)，導致抽水井單井水位降深較大，對周邊建筑物地基安全產(chǎn)生潛在威脅；同時實際回灌井數(shù)量少，單井回灌負荷重，容易出現(xiàn)溢井現(xiàn)象，造成水資源水質的污染和浪費，后果嚴重。

3.2 治理對策

(1) 水務主管部門要著眼全市水資源分布狀況，對全市水源熱泵空調系統(tǒng)的應用進行統(tǒng)一規(guī)劃、科學開發(fā)。

(2) 建設單位應由有資質的相關單位做好前期水文地質勘查工作，進行水資源論證，及取水井、回灌井的鉆鑿。

(3) 水務主管部門強制要求所有水源熱泵空調系統(tǒng)用戶安裝取回水計量監(jiān)測設備，做到與熱泵機組同時安裝，同時運行。

(4) 后期嚴格監(jiān)督水源熱泵空調系統(tǒng)回灌及效果，要求所取水量在誤差范圍內100%回灌；同時建立相關的獎懲機制，對未完成回灌任務的用戶進行罰款。

(5) 水務主管部門加強對水源熱泵空調系統(tǒng)用戶后期運行的監(jiān)管，對未嚴格按照項目設計的抽回灌井比例開啟抽水井、回灌井的用戶進行技術教育和培訓，提高運營人員素質，充分認識到水位降深過大對地基安全的影響的嚴重性。

4 結 語

綜上，西安市水源熱泵空調系統(tǒng)發(fā)展較快，但運行管理存在一定不足。為加強地下水資源管理和保護，全面落實水資源管理制度，還需水務主管部門、技術人員和水源熱泵空調系統(tǒng)用戶共同努力，采取一定對策進行治理。