潛水地源熱泵采暖系統水資源論證技術探討

張安昌

（山東省聊城市水文局 聊城 252000）

潛水地源熱泵采暖系統水資源論證技術探討

張安昌

（山東省聊城市水文局 聊城 252000）

地源熱泵技術制冷供熱能量轉換效率高，得到越來越多的關注。本文根據某地源熱泵項目的水資源論證工作，從取水影響、退水影響、回灌井設置及回灌技術要求等方面進行了分析，提出了開展水資源論證工作的相關建議，希望能夠推動該項技術健康有序地發展。

地源熱泵 回灌 合理論證 水資源保護

1 問題的提出

地源熱泵是以大地為冷熱源對建筑進行空氣調節的技術，地源熱泵可克服空氣源熱泵的技術障礙，且效率大大提高。冬季通過熱泵將大地中的低位熱能提高對建筑供暖，同時蓄存冷量，以備夏用；夏季通過熱泵將建筑物內的熱量轉移到地下對建筑進行降溫，同時蓄存熱量，以備冬用。由于該制冷供熱方式不存在能量形式的轉換，幾乎是一種能量的“搬運”過程，因而其能量轉換效率高、運營成本低、節能、環保、熱穩定等特點，已經引起了國內建設機構設計單位、房地產商和生產廠商以及公眾的廣泛興趣，這一技術歐美等發達國家的利用已有幾十年的歷史，自20世紀90年代開始已經廣泛應用于我國空調工程領域，取得了很好的采暖和節能效果，備受關注，也是國家扶持的節能減排產業，目前已經成為華北和中原地區空調系統的一大熱點。但是，目前在研究與推廣的熱潮中也隱含著一些問題，尤其是水資源論證工作中應該給予足夠的關注和冷靜的思考，從而推動這項技術健康有序地發展。

2 地源熱泵取退水影響分析

2.1取水影響

以山東省聊城市某項目為例，根據項目所在地含水層的分布、巖性等水文地質條件分析，項目區淺層地下含水層賦水條件較好。該項目用水采補平衡，不會對地下水進行超量開采，不會形成地面沉降、地面裂縫等地質災害。

根據以往抽（回）水試驗結果，在抽（回）水試驗時，僅抽水井與回水井水位和局部地下水流場有一定的改變，周邊水位在其正常范圍內小幅波動。說明地下水在一個小范圍內可形成一個地下水采、補平衡的循環系統，地下水被開采后能及時補充。因此，該項目只對局部地段地下水溫產生影響，而對區域地下水位基本無影響。

每年采暖季開采地下水，開采的地下水在經過完全密閉的熱泵機組系統熱量交換后，通過回灌井完全及時地回灌到地下同層含水層中，這樣就在一個小范圍的區域內基本形成一個采、補平衡的循環系統，項目用水不影響項目區周邊地下水的開采。

2.2退水影響分析

項目退水經過濾后全部進行同層回灌，因此項目退水不會對環境產生不良影響。但運行期間，仍應加大對退水水質監測力度，杜絕人為二次污染。

淺層地能（熱、冷）一部分儲存在含水層的地下水中，而大部分儲存在含水層巖土顆粒骨架、頂底板巖土中。通過地下水源熱泵系統的回灌井，冬季把溫度較低、夏季把溫度較高的水回灌到含水層中后，重新與含水層及其頂、底板巖土進行能量交換。地下含水層的水熱運動與當地水文地質條件、環境氣象因素、工程措施之間的關系極其復雜，目前國內尚無成熟的經驗和研究來量化水源熱泵系統回灌水與原始含水層溫度存在溫差的影響范圍。根據清華大學建筑學院的研究成果，項目區的水文地質特點和該系統的具體情況，可以確定該項目的運行過程會引起取水層水溫度的波動，引起地下水水溫偏離背景值。根據同類工程長期水溫觀測資料分析，回灌水對取水含水層水溫影響程度、范圍有限。

2.3回灌井設置及回灌技術要求

回灌開采被看作是地下水持續利用的重要措施之一。回灌的意義在于給地下水一個“休養生息”的時間，讓它不僅服務當前，還要服務后代。

根據場地含水層水文地質條件，初步計算21眼回灌井來滿足項目回灌水量的需要。通過對聊城市已建熱泵系統抽、注水試驗資料分析，淺井無壓回灌量一般能達到單井出水能力的40%～50%，因此21眼回灌井能滿足回灌要求。為了提高單井的回灌能力，也可采取加壓回灌。

項目退水如果含有少量砂粒顆粒和沉淀物，不進行處理容易發生回灌井的堵塞現象，因此在加壓泵前應安裝水過濾設備，防止回灌井堵塞。回灌期間，每一小時記錄一次回灌井的回灌水量和水位，非運行期應繼續對回灌井水位進行監測，直至回灌井水位穩定為止。經常檢查水過濾設

備，應保持回灌水體的清潔，無沉淀物，無污染物，及時檢查有無堵塞現象，定期更換過濾器濾料。

3 水資源論證和推廣建議

3.1科學普查規則，充分合理論證

既要搞清水文地質條件，為具體應用提供基礎技術條件，也要調查已經建成的地源熱泵項目，掌握技術應用現狀和存在的問題，為新建項目提供借鑒。發展規劃應重點對發展目標、重點應用領域、資源區劃、應用技術路線及時間安排提出原則性意見。應統籌考慮燃煤、燃氣、燃油、地熱能、太陽能等傳統能源和可再生能源的共存問題，注意生存與發展的關系。此外，地源熱泵畢竟增加電的負荷，電力供應能力也必須充分考慮。

應加強項目應用的前期論證。將宏觀規劃論證和具體應用論證相結合，從技術、經濟和環境等方面充分論證項目的可行性。宏觀規劃論證由管理部門組織完成，以指導項目建設，具體應用論證由建設單位組織完成，向管理部門報審。建設項目除了要對地源熱泵系統的技術性和經濟性進行論證，還對要針對區域水文地質條件，對用水方案、用地方案的合理性、可靠性，對其周圍環境的影響等方面進行分析論證，提出切合實際的結論意見。

3.2加強技術研發，綜合利用資源

鑒于目前技術的不完善，地源熱泵在推廣應用過程中要注意加強技術研發。政府和有關單位應該加強對于相關科研的投入，開發擁有自主知識產權的技術產品，并加強相關技術人才和管理人員的培養、培訓。政府應從基礎研究、應用技術研究、技術集成研究和環境影響研究等幾個方面，組織相關科研單位、大專院校和開發商通力合作，進行課題研究。地下水熱泵系統應深入研究成井技術、取水技術、回灌技術及井的維護保養技術；土壤源熱泵系統應深入研究不同地區的土壤熱特性、高效埋管換熱規律和設計方法。有關地源熱泵控制與監測系統、技術經濟環境評價指標體系和環境生態影響與對策等的研究以及相關軟件的開發也應得到重視。

3.3重視水資源保護措施

3.3.1工程措施

（1）該建設項目必須按照節水設施與主體設施同時設計、同時施工、同時投產的“三同時”原則，進行設計、施工和管理。

（2）做好回灌水保護工程。為保證回灌后不會引起區域性地下水污染，地下水應在封閉系統中輸送，系統中與地下水接觸的部件采用耐腐蝕材料制造，取水管路和回灌管路上應裝有水表和采集水樣用的旋塞閥。

（3）采取開采及回灌井周圍保護措施。設計施工要確保回灌井的回灌質量，最好將回灌井設計成有壓回灌，加設法蘭、密封井口。采取有效措施，防止雨污、生活污水、道路積水等污水順著井口進入地下，污染地下水資源。

3.3.2非工程措施

水資源保護不但要運用工程措施，還要建立制度和內部用水規范等綜合措施，以達到有效保護水資源的目的。建立健全水源熱泵系統管理制度，進行統一管理。同時還應不斷加強用水節水宣傳和學習，樹立節水意識。

（1）嚴格執行《中華人民共和國水法》《中華人民共和國水污染防治法》等法律法規，以“水權，水市場”理論為指導，在國家政策規劃原則范圍內因地制宜地進行管理，使經濟發展與水資源負載能力相協調，以水資源的可持續利用調整區域經濟結構布局，實現經濟、社會、生態環境協調發展。

（2）實行最嚴格水資源管理制度，不斷完善并全面貫徹落實水資源管理的各項法律、法規和政策措施，劃定水資源管理紅線，嚴格執法監督。圍繞水資源的配置、節約和保護，明確水資源開發利用紅線，嚴格實行用水總量控制；明確用水效率控制紅線，堅決遏制用水浪費。

以加強立法和執法監督為保障，規范水資源管理行為。要加強水資源管理法規、標準體系建設，建立適合我國國情和水情、較為完備的水資源管理法規體系和技術標準體系。要強化監督管理，嚴格執行已有的涉水法規，規范行政行為，重點加強取水許可、水資源費征收使用、節水管理等制度落實情況的專項檢查，嚴厲查處違法取用水、破壞水資源等行為，做到有法必依、執法必嚴和違法必究。

（3）水源熱泵工程實施后，要適時開展水平衡測試，杜絕跑、冒、滴、漏現象，做到科學用水、合理用水。

3.4細化建成項目日常監督和管理

（1）建設項目采暖面積大，水源熱泵系統取水量、回灌量較大，應根據場地條件及含水層水文地質條件合理調整布置取水（回灌）井。水源井的施工要符合《供水管井技術規范》及《供水水文地質鉆探與鑿井操作規程》等現行國家標準，水源井的設計、施工單位應具有相應資質。嚴格控制成井深度，加強電測井工作，避免揭露中層咸水，堅決杜絕淺層淡水和中層咸水混層開采的現象，以保護淺層淡水資源不被污染。嚴格按照“誰開采，誰保護”的原則，嚴防地表污水經過井孔進入地下含水層污染地下水。

（2）加強對地下含水層動態監測，建立地下水動態監測體系，對抽回水井水量、水位、水質實時監測，及時分析動態變化特征。由于地下水動態影響，水質有一定變化，熱泵機組安裝前應重新采集水樣進行化驗，以便更好地滿足設備運行要求。

（3）堅持節約用水、不浪費水資源，該機組在運行過程中要加強管理，確保水循環系統的密閉性，杜絕“跑、冒、滴、漏”等浪費水資源的現象發生。根據氣溫變化情況，調整機組的運行參數，提高機組運行效率，最大限度地以減少取用水量。取水井和回灌井要加裝水表，對取水量和注水量進行實時監測，以滿足水資源統一管理的需要■