地下水源熱泵技術在新農村建設中應用的思考——以甘州區為例

胡小平,李小東

(甘肅省甘州區水務局,甘肅 張掖 734000)

地下水源熱泵技術在新農村建設中應用的思考
——以甘州區為例

胡小平,李小東

(甘肅省甘州區水務局,甘肅 張掖 734000)

甘州區從 2009年整體推動新農村建設,先后有 15個鄉鎮 65個行政村規劃采用地下水源熱泵技術進行冬季供熱和夏季制冷。以甘州區為例,分析了水源熱泵技術在新農村建設中的應用現狀,提出新農村建設中水源熱泵技術推廣應用的建議。

新農村建設;地下水;水源熱泵技術;應用;建議

1 水源熱泵系統原理及特點

水源熱泵技術是利用地球表面淺層水源(如地下水、河流和湖泊)中吸收的太陽能和地熱能而形成的低溫低位熱能資源,采用熱泵原理,通過消耗少量的高位電能,將低位熱源“水”中的熱量轉移到需要加熱或升溫的地方(如室內采暖系統),實現低位熱能向高位熱能轉移的一種技術。同時還可以將室內或降溫過程的余熱轉移到低位熱源“水”中,達到降溫或制冷的目的。在夏季,系統水通過蒸發器被制冷,能量被轉移到冷凝器,通過熱交換將被利用的熱源帶到地下、江河、湖泊之中;在冬季,通過蒸發器吸收所有水源中的熱量,將熱量轉移到冷凝器,以加熱系統循環水,達到制熱的目的。因此,水源熱泵空調系統就是同一臺機組,利用不同情況下的兩個過程即制冷循環與熱泵循環來滿足冷熱的需求。

由于水源熱泵技術利用地下水作為空調供熱制冷的水源,因此具有可再生利用、高效節能、運行穩定可靠、運行費用低、環境效益顯著的特點。

2 地下水源熱泵空調系統建設現狀及存在的主要問題

2.1 地下水源熱泵系統在新農村建設中推廣應用現狀

甘州區在建和已建成的水源熱泵系統共有 15個鄉鎮 65個村,均以地下水源作為熱源,取水井和回水井井深100～150m。區域地下水水溫冬季和夏季比較恒定,一般在15℃ ～18℃。冬季取水井出水水溫 15℃,熱量提取后,回水水溫 7℃;夏季取水井出水水溫 18℃,吸收熱量后,回水水溫 29℃。根據甘州區水文地質條件和地下水徑流條件,區內除安陽、花寨、龍渠、甘浚等南部山前洪積扇后沿地帶地下水埋深在 150 m以上,水文地質復雜,不宜建設地下水源熱泵空調系統外,其它廣大區域地下水埋深 20～100m,城區及外圍、黑河、山丹河沿岸 3～10 m,補給條件較好,含水層水溫恒定,水質較好,均可適宜推廣地下水源熱泵空調系統。區內細土平原區水文地質單元為潛水 -承壓水區,含水層為多層結構的砂、砂石,回灌率為 35%～40%,一般采取一采三灌形式,即采灌比例為 1∶3,可滿足取水、回水要求。

2.2 甘州區農村水源熱泵系統建設存在的主要問題

根據已建成的水源熱泵系統運行情況看,農村地下水源熱泵系統建設主要存在以下問題:

(1)缺乏統一規劃

水源熱泵系統建設,涉及發改、規劃、能源、水務、環保等多個部門,而張掖市尚未出臺規范建設水源熱泵項目的制度和辦法,水務部門僅按照水法規定,從取水許可審批和水資源論證方面進行規范和要求,水源熱泵系統建設缺乏統一規劃,建設不盡合理。如沙井鎮一些村以社為單位分散建設住宅小區,建筑規模在 3 000～5 000m2,均采用地下水源熱泵空調技術,設備及取、回水工程一次性投資大,供熱面積小,經濟上不合算。

(2)取水回灌不暢

在新農村住宅小區水源熱泵系統建設過程中,一些鄉鎮村社為了降低投資,對回水問題不夠重視,沒有按照水務部門的要求和水資源論證報告確定的取水、回水工程數量進行建設,只打取水井,沒有回水井或沒有按照比例打回水井,而是采取滲坑滲水、向河道、渠道、溝道排水,一方面造成水資源的巨大浪費,另一方面造成周邊水環境污染。

(3)水文地質影響水源熱泵系統建設

由于甘州區城區及周邊地區地下水位淺,地下水埋深3～5m,采取常規回灌方法無法解決完全回灌問題,必須采取多打回水井和加壓回灌、真空回灌等措施,而增加回水井的比例、采取加壓回灌等措施又必然增加工程投資。因此回灌難的問題形成了技術瓶頸,既制約了水源熱泵的推廣應用,又限制了這一新技術的可持續發展。

(4)成井工藝、成井質量影響水源熱泵系統整體運行

甘州區水源熱泵機井鉆井方式主要為沖擊鉆井,在鉆井過程中,破壞了土壤的結構,堵塞了土壤的孔隙,不利于回水。另外,甘州區堿灘、上秦等鄉鎮部分區域地下為流沙,取水井、回水井質量難以保證,地下水含砂率大,對水源熱泵系統設備造成損害,直接影響水源熱泵的使用壽命。

(5)計量設施不完善

一些村社在取水和回水井口沒有安裝智能計量設施和水質監測設施,不能對取水量、回水量、回灌水質進行實時監測,不能滿足水資源管理、水環境保護等方面的需要。

3 對農村建設水源熱泵供熱系統的思考及建議

3.1 科學規劃,分區實施

這是水源熱泵供熱系統建設的前提。要根據區域水文地質條件、新農村建設總體規劃、節能發展規劃、水資源開發利用規劃等,由水務、建設、規劃等部門對水源熱泵建設區域、范圍及規模進行統一規劃,制定水源熱泵空調系統建設管理辦法,編制全區地下水源熱泵建設規劃,對飲用水源地保護區、地下水補給量不足、地下水位埋深較深開采難度大的地區、地下水超采區、地質條件復雜不利于回灌的區域限制審批水源熱泵空調系統,確保水源熱泵技術得到科學合理的推廣應用。

3.2 開展水文、工程地質勘察與設計

這是做好地下水源熱泵空調系統建設的基礎。水源熱泵系統施工前,前期的水文分析十分重要。要根據地下水源實際情況,進行可行性研究分析,按照水量充足、水溫適當、水質良好、供水穩定、回灌可靠的原則,建設單位在建設水源熱泵系統前,必須由相關部門進行工程地質勘察,編制工程勘察報告,設計文件和施工圖紙,并完成施工組織設計,根據地下水補給來源、補給量、水文地質條件合理確定水源熱泵系統的取水、回灌的各項指標。

3.3 開展建設項目水資源論證,嚴格審批

這是做好地下水源熱泵空調系統的關鍵。要按照國家實行最嚴格的水資源管理制度要求和取水許可審批程序規定,對水源熱泵項目實行嚴格的水資源論證制度,由建設單位委托有資質的單位編制水資源論證報告,根據水資源論證結論和專家評審意見,確定取水、回水的方式,取水井,回水井的間距、井深、井的管徑、類型、抽水、回水井的數量、質量要求以及水資源保護措施等。由于甘州區區域地下水位較高,設計單位必須對取水能否完全回灌進行充分論證,根據地下水位、井深、土壤滲透系數等指標確定回灌方式,采取可靠的回灌措施,確保所抽取的地下水 100%回灌到同一層含水層中,防止回灌后各個含水層相互貫通,造成地下水上下層串層污染。

3.4 強化機井施工質量控制

這是強化水源熱泵空調系統建設質量的重要保證。水源熱泵的關鍵技術在于水井,水井的成井工藝極為重要。熱源井的設計應符合現行國家標準《地源熱泵系統工程技術規范》、《供水管井技術規范》的相關規定。熱源井的施工單位應具有相應資質。建設單位必須通過公開招標方式確定在水行政主管部門辦理了《鑿井施工企業登記備案證》,有專業打井資質的打井隊進行施工,并嚴格按照《供水管井技術規范》GB 50296-99的標準和規定進行施工,水源熱泵井管材應以鑄鐵管或厚壁水泥管為主。地下水換熱系統取水工程竣工后,建設單位必須報請審批部門進行驗收,提交成井相關地質、水文、抽水試驗、水質化驗、地下水回灌回情況等文件資料。

3.5 建立完善的計量設施和水質監測設施,加強監督

這是水源熱泵系統建設的重要措施和手段。完善計量設施,加強水質監測,這是水資源保護的要求,也是規范建設單位取、回水的重要手段。要督促建設單位在抽水井和回灌井口安裝計量水表,回灌井口安裝先進的水質監測儀器,對抽水量、回灌量變化,抽水井、回灌井水質及對周邊生態環境影響情況進行實時監測。

3.6 確?；毓?嚴禁取水退水對水環境造成影響

這是水源熱泵系統建設的核心。地下水源熱泵系統必須采用全封閉管道輸水系統,取水只用于熱交換,不得用于生活、環境、綠化等其他用途。對不符合設計規范要求的,督促其限期改正;對取水、回灌井達不到規定比例,不能按要求回灌的,要求限期增補回灌機井;對采取滲坑回灌的,下達整改通知,期限整改,期限內沒有整改達標的,封閉取水工程。退水水質達不到排放標準,直接回灌造成地下水串層污染的,由水務、環保、建設等部門按照《水法》、《水污染防治法》等法律法規嚴肅查處,并依法關閉取水設施。

3.7 加強管理,完善各項制度

這是水源熱泵系統正常運行的制度保證。建設單位必須加強用水管理,完善地下水源熱泵系統用水管理制度和機井設備管理制度,節約和保護水資源。

[1]高小青.淺談水源熱泵空調系統的優缺點[J].安裝,2005,(8):30-32

[2]胡小平.張掖市地下水源熱泵系統建設存在的問題及對策建議.農業科技與信息,2010,(18):57-58

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1004-1184(2011)01-0168-02

2010-09-21

胡小平(1968-),男,甘肅臨洮人,高級工程師,主要從事水資源管理工作。