齊齊哈爾市地溫水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用情況與可行性分析

李清欣，姜 濤

(1.齊齊哈爾市水資源管理處，黑龍江齊齊哈爾161005;2.齊齊哈爾市水政監(jiān)察支隊(duì)，黑龍江齊齊哈爾161006)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)诃h(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)和生活質(zhì)量的提高，地溫水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)自2002年6月進(jìn)入我市建筑市場(chǎng)，現(xiàn)將幾年來(lái)該系統(tǒng)應(yīng)用的有關(guān)情況簡(jiǎn)要介紹，在水資源利用方面進(jìn)行可行性分析。

1 概述

1.1 水源熱泵空調(diào)技術(shù)原理

水源熱泵是通過(guò)向設(shè)備輸入少量的高品位能源—電能，提取地下水的低溫位熱能，轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷匚粺崮堋Ｆ湓怼⑾到y(tǒng)設(shè)備組成及功能與制冷冰箱是類(lèi)似的，以壓縮式水源熱泵系統(tǒng)為例，系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器和節(jié)流閥組成，壓縮機(jī)起著壓縮和輸送循環(huán)工質(zhì)(即傳輸能量的液體，分常規(guī)熱泵工質(zhì)和綠色環(huán)保型工質(zhì))從低溫低壓至高溫高壓處的作用，是系統(tǒng)的心臟;蒸發(fā)器是輸出冷量的設(shè)備，它的作用是使經(jīng)節(jié)流閥流入的制冷劑液體蒸發(fā)，以吸收被冷卻物體(盤(pán)管循環(huán)水)的熱量，達(dá)到制冷的目的;冷凝器是輸出熱量的設(shè)備，從蒸發(fā)器中吸收的熱量連同壓縮機(jī)消耗功所轉(zhuǎn)化的熱量在冷凝器中被冷卻介質(zhì)(盤(pán)管循環(huán)水)帶走，達(dá)到制熱的目的;膨脹閥或節(jié)流閥對(duì)循環(huán)工質(zhì)起到節(jié)流降壓作用，并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的循環(huán)工質(zhì)流量。也就是，水源熱泵通過(guò)輸入少量的電能，提取地下水的能量，把溫度在6℃ ～8℃的地下水抽上來(lái)，通過(guò)分別的密閉管線(xiàn)，用瞬間循環(huán)工質(zhì)(分有氟工質(zhì)或無(wú)氟工質(zhì))把水中的熱量或冷量“吸取”出來(lái)，降、升溫度約2℃～3℃的地下水再通過(guò)密閉管線(xiàn)回灌地下。被“吸”出的熱能或冷量被送入暖氣系統(tǒng)或中央空調(diào)系統(tǒng)，冬季可使室內(nèi)溫度升至18℃～25℃，夏季可使室溫控制在25℃以下。水源熱泵機(jī)組是一種水冷整體供冷/供熱機(jī)組，機(jī)組帶有一套可逆式制冷循環(huán)系統(tǒng)，夏季制冷，冬季供熱，用時(shí)還可提供衛(wèi)生熱水，它是一種可全年運(yùn)轉(zhuǎn)的空氣調(diào)節(jié)設(shè)備。

1.2 熱泵技術(shù)的由來(lái)

地源熱泵的歷史可以追溯到1912年瑞士的一個(gè)專(zhuān)利，根據(jù)所采用的熱源可分為土壤埋管和水源2種。地源熱泵技術(shù)真正意義的商業(yè)應(yīng)用只有近20幾年的歷史。如美國(guó)，截止1985年全國(guó)共有14 000臺(tái)地源熱泵，而1997年就安裝了45 000臺(tái)，到2002年已安裝了近50萬(wàn)臺(tái)，而且每年以10%的速度穩(wěn)步增長(zhǎng)。而中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國(guó)等國(guó)家主要利用淺層地?zé)豳Y源，地下土壤埋盤(pán)管的地源熱泵，用于室內(nèi)地板輻射供暖及提供生活熱水，家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例較大，瑞士為90%，奧地利為38%，丹麥為27%。

1.3 熱泵技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展和應(yīng)用

自1996年以來(lái)，我國(guó)水源熱泵事業(yè)發(fā)展迅速，全國(guó)設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)已有數(shù)十家，已建成投入運(yùn)行的工程幾千個(gè)，越來(lái)越多的用戶(hù)開(kāi)始熟悉地源熱泵，并對(duì)其應(yīng)用產(chǎn)生了濃厚的興趣。①由于全世界范圍更加關(guān)注能源、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題，中國(guó)以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)造成了極為嚴(yán)重的大氣污染，因此，必須盡可能多地利用清潔的可再生能源，加大節(jié)能的力度。既能在冬季供暖、又能在夏季制冷，同時(shí)，又可提供生活衛(wèi)生熱水的地源熱泵系統(tǒng)成為人們一個(gè)很好的選擇;②地源熱泵系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年的研究，技術(shù)上已經(jīng)較為成熟，機(jī)組性能較為穩(wěn)定，是建設(shè)部門(mén)、環(huán)保部門(mén)大力推廣的項(xiàng)目。

目前，我國(guó)水源熱泵空調(diào)機(jī)組生產(chǎn)廠(chǎng)商較多，從總體看，多為組裝設(shè)備，部分壓縮機(jī)源于國(guó)外。經(jīng)了解幾年來(lái)介入我市的廠(chǎng)商有:清華同方人工環(huán)境有限公司、鞍山勝利空調(diào)公司、開(kāi)封天力地溫冷暖設(shè)備工程公司、秦皇島昌普空調(diào)公司、山東海陽(yáng)市富爾達(dá)熱工程有限公司、威海藍(lán)德空調(diào)工業(yè)發(fā)展有限公司、大連奧德熱泵廠(chǎng)等。

2 國(guó)家有關(guān)部門(mén)的認(rèn)定情況

地溫?zé)岜眉夹g(shù)作為新生事物，近年來(lái)在我國(guó)獲得了很高的評(píng)價(jià)和認(rèn)定。以海陽(yáng)市富爾達(dá)熱工程有限公司的產(chǎn)品為例，2000年被對(duì)外貿(mào)易經(jīng)濟(jì)合作部認(rèn)定為國(guó)家級(jí)新產(chǎn)品;國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局評(píng)審確認(rèn)為國(guó)家重點(diǎn)環(huán)境保護(hù)實(shí)用技術(shù)A類(lèi);被科學(xué)技術(shù)部列為國(guó)家級(jí)火炬計(jì)劃項(xiàng)目;被建設(shè)部評(píng)定為建設(shè)部科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目;被國(guó)家五部、局同時(shí)評(píng)為國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品。其它廠(chǎng)商的同類(lèi)產(chǎn)品也受到了有關(guān)部門(mén)的一定認(rèn)可。

3 地溫水源空調(diào)系統(tǒng)在我市的應(yīng)用情況

2001年9月以來(lái)，我們先后批準(zhǔn)了:中億集團(tuán)齊齊哈爾五金交電批發(fā)市場(chǎng)、黑龍江移動(dòng)通信公司齊齊哈爾分公司、市新天物業(yè)集團(tuán)民航路綜合樓、萬(wàn)山紅練歌廣場(chǎng)及市國(guó)脈商務(wù)酒店有限公司五個(gè)單位作為地溫水源空調(diào)應(yīng)用試點(diǎn)單位。各試點(diǎn)單位具體情況是:

3.1 中億集團(tuán)齊齊哈爾五金交電批發(fā)市場(chǎng)

1)空調(diào)供應(yīng)商:鞍山勝利空調(diào)公司。

2)水井情況:取水井兩眼，井深100 m，井徑300 mm;回灌井4眼，其中兩眼井深100 m，井徑400 mm，在回灌困難的條件下(回灌率在30%左右)，于2002年8月又增補(bǔ)回灌井兩眼，井深45 m，井徑600 mm，平均日取水量2 000 m3左右，年取水量約50萬(wàn)m3。

3)運(yùn)行情況:溫度能滿(mǎn)足要求，冬季可在16℃～25℃進(jìn)行調(diào)整，夏季能將室溫控制在23℃ ～24℃。目前，回灌效果較好，對(duì)回灌井水質(zhì)進(jìn)行了兩次水質(zhì)分析，空調(diào)系統(tǒng)排出的循環(huán)水無(wú)明顯超標(biāo)，但由于水體升溫、曝汽等原因，在回灌井位有礦物質(zhì)沉積，水體中鐵離子濃度超標(biāo)達(dá)近10倍，局部水體礦化度升高;此系統(tǒng)自2001年啟用，2003年因回灌問(wèn)題難以解決，停用。

3.2 黑龍江移動(dòng)通信公司齊齊哈爾分公司

1)空調(diào)供應(yīng)商:秦皇島昌普空調(diào)公司。

2)水井情況:取水井兩眼，井深100 m，井徑300 mm;回灌井兩眼，井深45 m，井徑500 mm，平均日取水量2 000 m3，年取水量約為50萬(wàn)m3。

3)運(yùn)行情況:溫度能達(dá)到要求，冬季可在16℃～25℃調(diào)整，夏季能將室溫控制在23℃ ～24℃。2001年12月份起運(yùn)行正常，于2002年1末發(fā)生回灌困難，該單位采用降低供熱溫度，減少取水量的辦法維持運(yùn)行;2003年冬季，此工程項(xiàng)目在采暖期運(yùn)行中發(fā)生全部回灌井溢水，空調(diào)系統(tǒng)無(wú)法使用;為使此單位空調(diào)系統(tǒng)能維持運(yùn)行度過(guò)2003～2004年采暖期，筆者建議該公司應(yīng)急采用回灌井反沖洗等技術(shù)處理，時(shí)間允許時(shí)，改單向運(yùn)行管線(xiàn)為閘閥控制室取灌互用雙向運(yùn)行管線(xiàn);后因采暖應(yīng)急采取了多次反沖洗處理，幫助維持了此季采暖。該公司水源空調(diào)設(shè)備于2004年夏季拆除。

3.3 市新天物業(yè)集團(tuán)民航路綜合樓

1)空調(diào)供應(yīng)商:海陽(yáng)市富爾達(dá)熱工程有限公司。

2)水井情況:取水井一眼，井深48 m，井徑400 mm;回灌井兩眼，其中:一眼井深47.5 m，井徑400 mm，另一眼井深48 m，井徑500 mm。平均日取水量1 500 m3左右，年取水量約為40萬(wàn)m3。

3)運(yùn)行情況:溫度能滿(mǎn)足要求，冬季可在16℃～25℃調(diào)整，夏季能將室溫控制在23℃～24℃。兩個(gè)采暖期供熱運(yùn)行正常，初始回灌效果好，后因回灌困難無(wú)法繼續(xù)使用。

3.4 市國(guó)脈商務(wù)酒店有限公司

1)空調(diào)供應(yīng)商:秦皇島昌普空調(diào)公司。

2)水井情況:取水井一眼，井深65 m，井徑300 mm;回灌井兩眼，其中:一眼井深67 m，井徑300 mm，另一眼井深68 m，井徑500 mm。平均日取水量800 m3左右。年取水量約為21萬(wàn)m3。

3)運(yùn)行情況:2002年10月份運(yùn)行以來(lái)，溫度能滿(mǎn)足要求，冬季可在16℃～25℃調(diào)整，初始回灌效果好，后因回灌困難，改變排水方式，仍在間斷使用。

4 應(yīng)用及管理上存在的問(wèn)題

1)此空調(diào)系統(tǒng)項(xiàng)目推廣鑒定論證工作不夠全面。首先，作為此水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)得到國(guó)家較多部門(mén)鑒定推廣的海陽(yáng)市富爾達(dá)地溫水源空調(diào)，鑒定部門(mén)有國(guó)家稅務(wù)總局、科技部、對(duì)外貿(mào)易經(jīng)濟(jì)合作部、國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局、國(guó)家環(huán)保總局和建設(shè)部等6部、局，沒(méi)有水資源勘察、研究及管理的地礦部門(mén)和水利部門(mén)參與，沒(méi)有形成關(guān)于此項(xiàng)目水資源利用的權(quán)威性意見(jiàn)。另外，作為《水污染防治法》的行政執(zhí)法主體部門(mén)——環(huán)保總局在鑒定中是否做出“回灌水無(wú)污染”的有關(guān)論證，至今不清。

2)空調(diào)供應(yīng)商對(duì)區(qū)域水文地質(zhì)條件重視不夠，考慮不周。作為較精密的水源熱泵空調(diào)機(jī)組對(duì)取用水的水量、水質(zhì)、水溫及回灌條件都有較高的要求，但其在項(xiàng)目推廣中，對(duì)礦物質(zhì)含量超標(biāo)的循環(huán)水仍未做出水質(zhì)處理建議，這勢(shì)必對(duì)地下水回灌效果、空調(diào)機(jī)組使用效率及壽命產(chǎn)生不良影響。

3)回灌深層地下水(承壓水)運(yùn)行失敗。從已運(yùn)行的回灌深層地下水的試點(diǎn)看，回灌率僅在30%左右，其主要原因是區(qū)域地下水水質(zhì)含鐵、錳離子濃度較高，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行產(chǎn)生大量黏稠狀的氧化鐵積掛在回灌井過(guò)濾器上和受承壓水頂托作用的嚴(yán)重影響，靠自然回灌，難以保證空調(diào)機(jī)組正常運(yùn)行。詳見(jiàn)表1齊齊齊哈爾市中心城區(qū)地下水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表。

表1 齊齊哈爾市水資源管理處水質(zhì)分析報(bào)告單

4)回灌潛水層，相對(duì)浪費(fèi)深層優(yōu)質(zhì)水資源;另外，回灌井與取水井的比例首先要有較大的保證。長(zhǎng)期運(yùn)行，回灌井位礦物質(zhì)沉積后，應(yīng)如何處理尚需探討，由于水質(zhì)、地下水水位的影響，日常運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用相對(duì)增高。

5)升溫對(duì)地下水水質(zhì)的影響問(wèn)題。目前，雖然從空調(diào)機(jī)組中排出的循環(huán)水無(wú)明顯超標(biāo)現(xiàn)象，但其水溫升高后回灌造成的低溫位熱污染，對(duì)區(qū)域地下水系統(tǒng)環(huán)境的影響程度，因無(wú)系統(tǒng)的理論和實(shí)踐依據(jù)，無(wú)法預(yù)見(jiàn)。

6)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問(wèn)題。經(jīng)測(cè)算，裝置地溫水源空調(diào)系統(tǒng)投資額為每平方米建筑面積200元左右;每平方米建筑面積年度需水量30 m3左右;另外，從對(duì)空調(diào)系統(tǒng)冬季耗電情況進(jìn)行過(guò)測(cè)算的兩個(gè)應(yīng)用單位看，存在說(shuō)法不一的問(wèn)題，移動(dòng)通信分公司2001～2002年度采暖期，在享受優(yōu)惠電價(jià)的前提下，供暖期內(nèi)僅耗電費(fèi)用為19元/m3。

5 結(jié)論

鑒于地溫水源空調(diào)在我市運(yùn)行實(shí)際，結(jié)合我市區(qū)域地下水資源、水位水質(zhì)情況，經(jīng)分析提出地溫水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)推廣應(yīng)用的可行性建議:

此地溫空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行還不夠理想，未能達(dá)到各方面的預(yù)期運(yùn)行效果，并且需消耗大量地下水資源，可能造成地下水水質(zhì)污染、回灌水礦質(zhì)元素指標(biāo)的改變及微生物的可能滋生等一系列問(wèn)題。為切實(shí)保護(hù)市區(qū)工業(yè)及生活賴(lài)以依靠的深層地下水資源，建議近期不應(yīng)在我市區(qū)域推廣應(yīng)用地溫水源空調(diào)。