關于軍隊高層住宅營區應用水源熱泵技術的思考

◎ 總參和平村退休干部住房建設工程指揮部 梁 亮

水源熱泵技術是一種利用地表水、地下水以及吸收太陽能和地熱能等低位熱源，并采用熱泵原理，通過輸入少量高位能源——電能，實現低位熱能向高位熱能轉移的空調裝置。

水（地）源熱泵技術發展迅猛，特別是在軍隊院校、醫療單位等營房建筑和別墅中有著廣泛的應用。水源熱泵技術作為一種新興的節能技術，引發了軍隊有關單位的關注，并結合自身條件，與科研院校和熱泵技術公司合作，應用該項技術，進行了有益的嘗試。

毋庸置疑，水源熱泵技術是一種經濟、高效的可再生能源利用技術，具有顯著的環境效益和經濟效益，但象任何事物一樣，水源熱泵技術并不是十全十美的，其應用同樣受到諸多客觀條件的制約。本人結合軍隊某高層住宅營區前期總體規劃水源熱泵技術論證過程談談體會和思考。

該項目系北京地區的軍隊經濟適用住房項目，總體規劃以28至30層的高層住宅為主，容積率3.98，是一個典型的高密度、高層住宅營區。總體規劃設計過程中，我們先后與多家軍地設計院對水（地）源熱泵技術在該營區上的適用性進行了深入探討，并向在北京開展熱泵業務較多，規模較大的水源熱泵機組制造公司的專業技術人員進行了咨詢和交流。認為這項技術在該營區的應用受到以下因素的制約：

一、水文地質條件

水源熱泵系統需要有豐富和穩定的地下水資源作為先決條件。水源的取水量與地下水水位的變化密切相關，存在一定的不確定因素。另外，地下水源熱泵系統的經濟性還與地下水層的深度有很大關系。該營區規模大、容積率高，制冷或制熱負荷大，所需水源水量很大。其水文地質條件是否能夠滿足水源熱泵取水要求，以及取水經濟性，需要先打勘測井，進行詳盡的水文地質勘察，以獲取地下溫度、地下水溫度、水質和出水量等數據，并深入研究論證。

二、取水井布井困難

根據北京市水務局文件《關于進一步加強水源熱泵技術應用管理》的有關規定：水源熱泵系統抽灌含水層為第四水系，井深不得超過100米。抽灌井與建筑物之間距離不少于30米。抽灌井之間水平距離不少于50米，抽水井之間距離不少于100米。同時，為防止不同含水層水體交換造成水污染，保證回灌效果，抽灌必須在同一含水層內進行。該營區地處繁華市區，場地面積狹小，基本采用大開挖形式，實土位置十分有限，取水井布置困難，難以滿足水源熱泵負荷需要，場地環境條件限制了水源熱泵系統的應用。另外，如采用樁基結合土壤源熱泵系統，由于該營區均為高層建筑，住宅底面積不能滿足布管需要，因此難以實施。

三、取水井使用壽命

水源熱泵的壽命主要取決于水井的壽命，維持設計出水的運行時間一般為10～20年，壽命到期后，重新打井的費用較高，并且布井存在更大困難。

四、水源冷堆積

在冬季，我國北方地區土壤溫度較低，并且以熱負荷為主，考慮到該營區容積率較高，水源熱泵負荷大，取水點布置集中，經過若干供暖季，地下水易出現冷堆積現象，導致水源溫差減小，工作效率降低，無法滿足住戶需求。同時，采用地下水源熱泵供暖，機組和換熱器的初投資比較高，連續運行的效率相對較低。夏季運行時，機組容量過大，造成浪費。

五、末端設備的選擇

由于熱泵系統出水溫度難以達到鍋爐的出水溫度，因此最適宜采用低溫熱水地面輻射供暖系統，但該項目層高僅2.75～2.80米，如采用該系統，將進一步降低樓層凈高，且由于填充豆石混凝土增加了地面荷載，需要在結構設計上進行調整，從而會增加部分造價；如沿用散熱器系統，則需要采用高溫水源熱泵系統提高供水溫度，不但會進一步提高熱泵機組建設成本，而且還要增加散熱器數量和循環水流量，增加了建設成本和日常維護費用；如采用落地式風機盤管系統不但增加建設成本，而且還會增加臥室噪音，影響軍隊離退休干部休息。

六、回灌技術問題

地下水屬于一種地質資源，大量采用地下水源熱泵，如無可靠的回灌，將會引發嚴重的后果。地下水大量開采引起的地面沉降、地裂縫、地面塌陷等地質問題日漸顯著。雖然總體來說水源熱泵系統地下水的供補是平衡的，局部的地下水位的變化也遠小于沒有回灌的情況，所以一般不會因抽灌地下水而產生地面沉降。但在國內的實際使用過程中，由于回灌的堵塞問題沒有從根源上得到解決，有可能出現地下水直接地表排放的情況。而一旦出現地質環境問題，往往是災難性和無法恢復彌補的。

七、初期投資經濟性比較

經向北京市地源熱泵“克萊門特捷聯制冷設備有限公司”和其他有關公司了解，按照5萬平方米普通住宅計算，采暖標準每平方米50W（取標準下限），按照北京市普通地質條件，自然回灌5口井（2抽3灌）100米深，200立方米出水量，熱泵出水溫度60攝氏度，2000KW熱泵，折合建筑面積每平方米約300～400元（含末端設備）；機房建筑面積占總建筑面積約1%，大約400～500平方米。

按照該營區建設限額設計要求，每平方米采暖工程80元，鍋爐房及設備工程60元，折合建筑面積每平方米140元；以該營區A區1、2、5號樓為例，建筑面積59313平方米，機房建筑面積約200平方米。

綜上所述，水源熱泵系統無疑是一種高效、節能、環保的新型產品，在環保和日常運轉費用等方面存在明顯的優勢，但對于該營區這樣的高容積率、高建筑密度的居住區來說，其適用性受到很多制約，存在較多不確定因素，在水文地質條件、供暖可靠性、使用壽命、維護保養難度和初期投資經濟性等方面與傳統供熱方式相比還有一定差距，特別是井位布置要求與項目實際有較大出入。鑒于水源熱泵技術應用的局限性，各建設單位應根據當地和項目實際情況推廣應用。