時間：2011-04-26 來源：慧聰網 作者：

地下水源熱泵(GroundWaterHeatPump)是地源熱泵(GroundSourceHeatPump)的一個分支。這項技術起始于1912年，瑞士Zoelly提出了“地熱源熱泵”的概念。1948年，第一臺地下水源熱泵系統(tǒng)在美國俄勒岡州波特蘭市的聯(lián)邦大廈投入了運行。在其后的幾十年中，地下水源熱泵得到了更為廣泛的應用。美國在過去的10年內，地下水源熱泵的年增長率為12%，每年大約有50，000套地下水源熱泵在安裝。我國地下水源熱泵從1997年開始學習和引進歐洲產品，出現(xiàn)了大規(guī)模的地下水源熱泵采暖工程項目。到2005年底，全國范圍內除香港、澳門、臺灣地區(qū)的31個省市均有地源熱泵項目，項目數(shù)量達到3869項;統(tǒng)計歸納建筑部三批共計212項示范項目，其中地下水系統(tǒng)占總量的39.26%(各種地源熱泵類型分布參見圖1)。近30年來，全國地下水開采量以每年25億M3的速度遞增，總開采量超過1000億M3，伴隨著國家可持續(xù)發(fā)展能源戰(zhàn)略的調整，水源熱泵在建筑節(jié)能降耗領域發(fā)揮著重要的作用。

1地下水源熱泵系統(tǒng)簡介

地水源熱泵是利用了地下水作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統(tǒng)。供熱時省去了燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統(tǒng)，沒有燃燒過程，避免了排煙、排污等污染;供冷時省去冷卻塔，避免了冷卻塔的噪音、霉菌污染及水耗。地水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為12～22℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。而夏季水體為18～35℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風冷式和冷卻塔式，機組效率提高。

據美國環(huán)保署[1]EPA估計，設計安裝良好的地下水源熱泵，平均來說可以為用戶節(jié)約20～30%的供熱制冷空調的運行費用。采用地源熱泵系統(tǒng)作為樓宇空調系統(tǒng)，其運行費用可大大降低。根據北京11個地源熱泵項目2003～2004年冬季的運行費用調查結果，其中7項工程低于燃煤集中供熱的采暖價格，所有被調查項目均低于燃油、燃氣和電鍋爐供暖價格;用地源熱泵系統(tǒng)制冷時，其運行費用可比傳統(tǒng)中央空調系統(tǒng)降低15%～30%。折算到一次能源，以能源利用系統(tǒng)總能效進行比較，現(xiàn)有地下水熱泵系統(tǒng)供熱總能效最高，約為115%，土壤源熱泵系統(tǒng)供熱總能效約為100%，燃煤集中鍋爐房供熱總能效55%左右，燃氣集中鍋爐房供熱總能效的65%左右，熱電廠供熱總能效約為70%。

2地下水源熱泵的應用對地下水位的影響

我國水資源非常缺乏，主管部門對開采地下水有嚴格管理，為保證地下水源熱泵系統(tǒng)長期正常運行，補充地下水源，調節(jié)水位，維持儲量平衡，必須進行100%同層回灌。同時，為避免在熱泵裝置中冷卻或加熱后回灌到地下的水，因短路而被抽回，回灌井與取水井之間應保證一定距離。

目前，雖然還沒有回灌水質國家標準，但回灌水質至少應等于原地下水質，以保證回灌后不會引起區(qū)域性地下水水質污染。根據國土資源部發(fā)布的《我國主要城市和地區(qū)地下水水情通報》，2006年163個城市地下水水位監(jiān)測資料顯示，與2005年相比，監(jiān)測區(qū)地下水位總體保持穩(wěn)定，深層地下水位較淺層變化明顯，水位變化明顯區(qū)主要在地下水開采程度較高的華北、華東、西北等地區(qū)。

在開展淺層地下水水位監(jiān)測的126個城市中，與2005年相比，水位總體呈下降趨勢(下降幅度大于0.5米)的城市有23個，主要分布在華北、華東、西北地區(qū)。在開展深層地下水水位監(jiān)測的78個城市中，與2005年相比，水位總體呈下降趨勢的城市有24個，主要分布在華北、華東地區(qū)。

2006年監(jiān)測結果表明，全國有地下水降落漏斗216個，其中淺層地下水降落漏斗120個，深層地下水降落漏斗91個，巖溶地下水降落漏斗5個。與2005年相比，地下水降落漏斗狀況總體保持穩(wěn)定，有明顯變化的降落漏斗主要分布在受地下水開采影響較大的華北、華東地區(qū)。其中淺層地下水降落漏斗主要分布在華北、華東地區(qū);深層地下水降落漏斗主要分布在華北、東北、華東地區(qū)。

地下水回灌的方法有三種，即：真空回灌、重力(自流)回灌和壓力回灌。真空回灌：真空回灌是利用存頗低的靜水位(低于地面10m)形成真空進行回灌，含水層滲透性要良好，由于回灌時，對井的濾水層沖擊力不強，所以很適用于老井。采用真空回灌，對于細顆粒含水層，回灌量一般為取水量的1/3-1/2;對于粗顆粒含水層，回灌量可達取水量的1/2-2/3。重力回灌：依靠自然重力進行回灌也適用于低水位和滲透性良好的含水層，此法的優(yōu)點是系統(tǒng)簡單。對于砂卵石含水層，其回灌量一般為取水量的50%;對于滲透性好的礫卵石層來說，回灌量可達取水量75-90%。壓力回灌：壓力回灌用于高水位和低滲透性的含水層，其缺點是回灌時，對井的濾水層和含水砂層的沖擊力強。因此，綜合目前的地下水源熱泵的取水層情況，國家相關標準提出回灌井不得少于抽水井的兩倍，其目的也就是為了實現(xiàn)抽水與回灌量的平衡。

3地下水源熱泵的應用對地下水質的影響

2006年163個城市的地下水水質監(jiān)測資料分析，監(jiān)測區(qū)主要監(jiān)測點的地下水水質以良好-較差為主，深層地下水水質優(yōu)于淺層地下水，開采程度低的地區(qū)地下水水質優(yōu)于開采程度高的地區(qū)。在開展淺層地下水水質監(jiān)測的125個城市中，主要監(jiān)測點地下水水質呈惡化趨勢的城市有21個，主要分布在東北、西北、華東、中南等地區(qū);開展深層地下水水質監(jiān)測的75個城市中，主要監(jiān)測點地下水水質呈惡化趨勢的城市12個，主要分布東部沿海地區(qū)。

一般而言，第三系含水層較少，第四系含水層較多，水量豐富，除污染嚴重或咸堿水區(qū)域外，地下水物化特性比較適中。在第四系與第三系地層覆蓋較薄區(qū)域，水源大都采自基巖井，華北地區(qū)由于寒武紀地層埋藏大部分較深，一般建井是在奧灰地層，水源是原生水或次生水(有一定的補給關系，與外界連通交換并有區(qū)域流動和流向)。原生水水質與其形成地質時代有巨大關系，大都埋藏較深，目前水文地質界因視其為“戰(zhàn)備水”而不建議開采;次生水是區(qū)域降雨可以補充的地下水，華北地區(qū)常采的是奧陶系灰?guī)r地層水，水文地質界稱為“奧灰水”，由其形成特性決定其水質。

因此目前國家針對地下水的回灌，不僅僅要求是滿足等量回灌，更加關鍵的是為了防止不同含水層中水質的相互影響，同時提出了同層回灌的要求，即所謂異井回灌。

關于單井回灌技術，確實具有降低初投資、部分增加回灌效果等優(yōu)點，但是，不可否認的是，除了容易導致熱干擾(熱短路)之外，由于不同含水層之間的回灌互用，違背了同層回灌的要求，導致了深層地下水(戰(zhàn)略儲備水)與淺層地下水之間的相互混溶，破壞了地下水系的結構，帶來了不可逆的后果與影響。

4地下水源熱泵良性發(fā)展關鍵

1).建立證政府行政監(jiān)管體系，對地下水資源的開發(fā)與利用進行統(tǒng)一監(jiān)管;防止區(qū)域性的水資源過度開發(fā)與利用。

2).國家相關水力資源部門進行全國范圍的水利調查，繪制全國地下水資源綜合分布圖;對于地下水資源貧瘠地區(qū)，或者地質結構不適宜地區(qū)，堅決不允許開采地下水資源。

3).對于新建或者已建成的水源熱泵項目，務必要求100%的同層回灌;防止地下水資源的流失;同時做好回灌水資源的水質監(jiān)管工作，防止對深層戰(zhàn)略儲備地下水的污染。

4).為提高回灌效果，在進行回灌過程中，需要定期進行回揚�；毓嗑�的回揚次數(shù)和回揚持續(xù)時間，取決于含水層顆粒大小和滲透性。巖溶裂隙含水層的回灌井，長期不回揚，回灌能力仍維持不變;松散粗大顆粒含水層，每周回揚1-2次;中、細顆粒含水層，回揚間隔應進一步縮短，而對于細顆粒含水層的回灌井來說，回揚作為保持回灌量的措施尤為重要。

5).據專家測算，目前我國發(fā)電裝機容量為5.08億千瓦，百米內地下水每年可采集低溫能量約為2.2×108千瓦，相當于其43%，淺層地能的應用具有相當大的市場空間，如果全國每年在1億M2建筑中推廣應用地源熱泵供暖空調，則每個采暖季可替代374萬噸標煤，或25億M3左右天然氣，削減約6.4萬噸N0X、933萬噸CO2、約16萬噸顆粒物的排放。鑒于此，建設部提出，在“十一五”期間，推廣淺層低能使其使用面積達到2.4億平方米。因此，在地下水源熱泵不適宜地區(qū)，鼓勵發(fā)展土壤源熱泵系統(tǒng);在具有較豐富地表水，諸如江水、湖水、河水等水與區(qū)域，建議推廣地表水源熱泵系統(tǒng);沿海城市建議重點推廣海水源熱泵。總之，地源熱泵系統(tǒng)的推廣與應用，一定要本著因地制宜的原則。